Energi Potensial dan Potensial Listrik Serta 2 Contoh Soal

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang Energi Potensial dan Potensial Listrik. Apa sih itu energi potensial dan potensial listrik? Lalu bagaimana cara menjawab soal-soal fisika terkait energi potensial dan potensial listrik? Untuk menjawabnya, yuk simak penjelasan berikut!

Daftar Isi

1. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik, atau energi potensial elektrostatik, adalah energi potensial (diukur dalam joule) yang dihasilkan dari gaya-gaya coulomb konservatif dan diasosiasikan dengan konfigurasi sejumlah muatan-muatan titik dalam sebuah sistem yang didefinisikan.

Energi potensial merupakan energi yang dimiliki suatu benda karena adanya pengaruh kedudukan dari benda tersebut. Energi potensial juga bisa disebut energi diam, karena ketika benda diam pun juga memiliki energi potensial.

Materi sebelumnya kita telah membahas bahwa usaha oleh gaya konservatif seperti gaya gravitasi bumi adalah negatif perubahan energi potensial yang dialami benda bermassa m.

$W_{konservatif} \,=\,- \Delta EP$

Perhatikan gambar berikut!

Muatan sumber adalah $q_{B}{$ yang bernilai positif dan muatan uji akan dipindahkan adalah muatan $q_{A}$ positif. Gaya coulomb akan dialami oleh muatan $q_{A}$ berarah vertikal keatas menjauhi muatan sumber $q_{B}{$ , dengan besar :

$F\,=\,k \frac{q_{A} q_{B}}{r^2}$

Keterangan :

F = Gaya listrik tarik menarik atau tolak menolak atau Gaya Coulomb (N)

q₁= muatan listrik 1 (C)

q₂= muatan listrik 2 (C)

Ԑ=Permitivitas bahan atau permitivitas medium (Nm²/C²)

k = konstanta ( k = 9 x 10⁹ Nm²/C²)

Seperti gaya gravitasi, gaya coulomb termasuk gaya konservatif sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya coulomb F memenuhi persamaab berikut:

$W_{coulomb} \,=\,- \Delta EP$

Selanjutnya, kita hitung usaha oleh gaya coulomb, $W_F$ , dari definisi usaha. Ambil muatan positif $q_A$ dipindahkan vertikal sejauh elemen r dari posisi awal 1 $(r\,=\,r_1)$ ke posisi akhir 2 $(r\,=\,r_2)$ , maka usaha yang dilakukan oleh gaya coulomb yang juga berarah vertikal ke atas adalah sebagai berikut:

$EP \,=\,k \frac{q_{A} q_{B}}{r}$

2. Potensial Listrik

Potensial Listrik didefinisikan sebagai perubahan energi potensial persatuan muatan ketika sebuah muatan uji dipindahkan diantara dua titik. Untuk uji $q_{A}$ , dari persamaan sebelumnya diperoleh :

$\Delta V_{12}\,=\, \frac{\Delta E P_{12}}{q_{A}}$

atau,

$\Delta V_{12}\,=\, \frac{kq}{r_2} \,-\,\frac{kq}{r_1}$

Perlu diingat bahwa $\Delta V_{12}$ merupakan beda potensial saat jarak pisahnya dari titik 1 ke titik 2, atau dapat dikatakan bahwa $\Delta V_{12}$ adalah potensial akhir $(V_{2})$ dikurangi potensial awal $(V_{2})$ . Sehingga:

$V_2 - V_1\,=\, \frac{kq}{r_2} \,-\,\frac{kq}{r_1}$

Berdasarkan persamaan diatas, kita dapat mendefinisikan potensial pada suatu titik yang berjarak $r_{2}$ dan $r_{1}$ dari muatan sumber q berturut-turut:

$V_2 \,=\, \frac{kq}{r_2} \,\,\,atau\,\,\,V_1\,=\,\frac{kq}{r_1}$

Kedua jarak dapat kita ambil sembarang sehingga secara umum kita dapat mendefinisikan potensial listrik pada suatu titik yang berjarak r dari muatan sumber q adalah sebagai berikut:

$V\,=\, \frac{kq}{r}$

Persamaan tersebut berarti bahwa ketika r bertambah besar, maka V akan menjadi kecil, seingga ketika r mendekati tak hingga, maka V mendekati nol.

Contoh Soal

1. Dua buah partikel A dan B yang terpisah pada jarak 20 cm secara berurutan memiliki muatan $4 \,\mu C$ dan $-8 \,\mu C$ . Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan partikel A agar menjadi 80 cm dari partikel B. $k\,=\,9\,x\,10^{9}$