Medan listrik

Medan listrik memisahkan pengaruh muatan sumber terhadap ruang dari muatan uji yang kemudian ditempatkan di sana. Setelah E⃗ di suatu titik diketahui, gaya pada muatan apa pun mengikuti F⃗ = qE⃗.

Medan adalah gaya per satuan muatan positif

E⃗ = F⃗/q    ·    F⃗ = qE⃗

Definisi medan listrik adalah E⃗ = F⃗/q, sehingga F⃗ = qE⃗. Satuannya N·C⁻¹, setara dengan V·m⁻¹. Arah E⃗ didefinisikan sebagai arah gaya pada muatan uji positif; muatan negatif mengalami gaya berlawanan dengan E⃗. Muatan uji dianggap cukup kecil agar tidak mengubah susunan muatan sumber.

Medan dari muatan titik

E = k|Q|/r²

Pada jarak r dari muatan titik Q, besar medan adalah E = k|Q|/r², dengan k = 8,9875517923 × 10⁹ N·m²·C⁻². Medan keluar dari muatan positif dan menuju muatan negatif. Ketergantungan kuadrat terbalik berarti jika jarak dilipatgandakan, medan tinggal seperempat. Karena medan adalah vektor, arah sama pentingnya dengan besar.

+−positif: keluarnegatif: masuk
Tanda muatan titik menentukan arah medan

Kalkulator medan muatan titik

Superposisi: medan dijumlahkan sebagai vektor

Untuk beberapa muatan sumber, medan total adalah E⃗ = E⃗₁ + E⃗₂ + ⋯. Tentukan arah setiap kontribusi terlebih dahulu, lalu jumlahkan komponennya. Menjumlahkan besar medan saja hanya benar pada kasus satu dimensi yang semua vektornya segaris. Simetri sering membuat beberapa komponen saling meniadakan tepat.

++PE₁E₂medan total
Pada superposisi, jumlahkan vektor, bukan hanya besarnya

Cara membaca garis medan

Garis medan adalah alat visual, bukan benang fisik di ruang. Arah singgung garis di setiap titik memberi arah E⃗. Garis keluar dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif atau tak hingga; daerah yang digambar lebih rapat menunjukkan medan lebih kuat. Jumlah garis yang dipilih hanyalah konvensi gambar. Garis medan tidak dapat berpotongan karena satu titik tidak dapat memiliki dua arah medan berbeda.

Medan, gaya, dan gerak

Muatan q mengalami F⃗ = qE⃗; jika hanya gaya listrik yang bekerja, a⃗ = qE⃗/m. Mengubah tanda q membalik arah percepatan. Dalam konduktor pada kesetimbangan elektrostatik, medan di bagian dalam nol, muatan berlebih berada di permukaan, dan medan tepat di luar permukaan tegak lurus terhadapnya. Sifat ini mendasari pelindung elektrostatik.

Contoh terarah

1. Medan muatan titik

Tentukan besar dan arah medan 0,20 m dari muatan titik +3,0 nC.

Penyelesaian

E = kQ/r² ≈ 674 N·C⁻¹, menjauhi muatan positif.

2. Gaya pada muatan negatif

Muatan −2,0 μC berada dalam medan seragam 300 N·C⁻¹ ke timur. Tentukan gaya listriknya.

Penyelesaian

|F| = |q|E = 6,0 × 10⁻⁴ N; karena q negatif, arahnya ke barat.

3. Titik tengah dua muatan positif sama

Berapa medan tepat di tengah dua muatan positif yang sama besar?

Penyelesaian

Kedua vektor sama besar dan berlawanan arah, sehingga E⃗ = 0. Medan di titik-titik sekitar tidak harus nol.