Budi sedang mengisi air di dalam bak mandi. Sambil menunggu bak mandi penuh, Budi memperhatikan aliran air dari tandon ke bak. Terlintas dalam pikirannya, “apa yang membuat air dari tandon dapat mengalir ke bak mandi padahal antara tandon dan bak mandi tidak ada pompa”? Budi teringat pelajaran fisika tentang energi potensial dimana zat cair akan mengalir saat ada beda ketinggian.
Semakin besar beda ketinggiannya, semakin deras air mengalir sehingga energi potensial gravitasinya semakin besar pula. Saat menunggu bak mandi penuh tiba-tiba air di tandon habis, lalu Budi menghidupkan pompa air untuk mengisinya. Pompa air berfungsi untuk memindahkan air dari sumur ke tandon sehingga pompa membutuhkan usaha. Semakin tinggi posisi tandon dari sumur, semakin besar pula usaha yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan air.
Semakin besar beda ketinggiannya, semakin deras air mengalir sehingga energi potensial gravitasinya semakin besar pula. Saat menunggu bak mandi penuh tiba-tiba air di tandon habis, lalu Budi menghidupkan pompa air untuk mengisinya. Pompa air berfungsi untuk memindahkan air dari sumur ke tandon sehingga pompa membutuhkan usaha. Semakin tinggi posisi tandon dari sumur, semakin besar pula usaha yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan air.
Setelah melihat gambaran di atas, untuk memindahkan sebuah muatan dari satu titik ke titik tertentu dibutuhkan energi atau usaha. Coba kalian ingat kembali konsep mekanika tentang hukum kekekalan energi di kelas X. Hukum tersebut dapat digunakan untuk memecahkan studi kasus tanpa membahas gaya secara rinci. Sebagai contoh, gaya gravitasi akan menarik suatu benda menuju ke permukaan bumi. Jika kalian mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, maka kalian telah melakukan usaha pada benda tersebut. Akibatnya, energi potensial gravitasi benda bertambah (Gambar 1).
Konsep energi juga berlaku dalam listrik statis. Gaya listrik yang dikerjakan pada muatan uji positif q oleh suatu muatan sumber negatif Q mengarah ke muatan negatif. Vektor kuat medan listrik E juga mengarah ke muatan negatif. Untuk memindahkan muatan uji menjauhi muatan negatif, diperlukan usaha pada muatan uji. Akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah (Gambar 2). Oleh karena ada kemiripan antara energi potensial listrik dan energi potensial gravitasi, maka rumus energi potensial listrik dapat diturunkan seperti rumus energi potensial gravitasi.
Perhatikan gambar 3, sebuah muatan uji +q mula-mula berada di titik a yang berjarak r1 dari muatan sumber –Q. Titik b berada pada jarak r2 dari muatan sumber –Q. Muatan uji +q dipindahkan dari posisi a ke b melawan gaya listrik yang ditimbulkan oleh muatan sumber –Q, sehingga dalam proses pemindahan ini diperlukan usaha sebesar W.
Perhatikan gambar 3, sebuah muatan uji +q mula-mula berada di titik a yang berjarak r1 dari muatan sumber –Q. Titik b berada pada jarak r2 dari muatan sumber –Q. Muatan uji +q dipindahkan dari posisi a ke b melawan gaya listrik yang ditimbulkan oleh muatan sumber –Q, sehingga dalam proses pemindahan ini diperlukan usaha sebesar W.
Usaha yang dilakukan (Wab) untuk memindahkan muatan uji dari titik a ke titik b sama dengan pertambahan energi potensial muatan uji q, yaitu selisih energi potensial akhir (EPb) dan energi potensial awal (EPa). Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.
Jadi, beda energi potensial antara kedudukan awal dan akhir adalah:
Oleh karena EP = qV , maka :
Keterangan:
ΔEP = beda energi potensial listrik antara kedudukan awal (titik a) dan kedudukan akhir (titik b);
Wab = usaha yang dilakukan gaya listrik (J);
q = muatan uji (C);
Q = muatan sumber (C);
rb = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan akhir (titik b) (m); dan
ra = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan awal (titik a) (m).
ΔEP = beda energi potensial listrik antara kedudukan awal (titik a) dan kedudukan akhir (titik b);
Wab = usaha yang dilakukan gaya listrik (J);
q = muatan uji (C);
Q = muatan sumber (C);
rb = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan akhir (titik b) (m); dan
ra = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan awal (titik a) (m).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar