Gaya pada partikel bermuatan
Bayangkan Anda memiliki bola kecil dengan muatan positif. Anda melepaskannya dan mulai bergerak ke kanan, semakin cepat semakin jauh dari Anda. Anda dapat melihat bahwa tidak ada yang menyentuhnya, tetapi Anda juga dapat melihat bahwa sesuatu pasti telah mengerahkan gaya pada benda bermuatan ini untuk membuatnya berakselerasi seperti ini. Apa itu?
Semua muatan menciptakan medan listrik yang tidak terlihat di sekelilingnya. Medan ini dapat mengerahkan gaya pada muatan lain yang ditempatkan di dekatnya. Bola bermuatan positif yang dijatuhkannya mengalami gaya akibat adanya medan listrik yang pasti ditimbulkan oleh beberapa muatan lain yang ada di dekatnya.
Medan listrik mengerahkan gaya pada muatan positif dan negatif, tetapi arah gaya bergantung pada arah medan dan jenis muatan (positif atau negatif) yang dikandung benda tersebut. Benda bermuatan positif akan selalu merasakan gaya yang searah dengan medan listrik, sedangkan benda bermuatan negatif akan selalu merasakan gaya yang berlawanan arah dengan medan listrik.
Magnitudo dan arah medan
Salah satu cara untuk membuat medan listrik yang seragam adalah dengan menempatkan dua pelat berdekatan satu sama lain, kemudian memberikan satu muatan positif dan yang lainnya muatan negatif yang sama. Ini akan menciptakan medan listrik antara pelat yang bergerak menjauh dari pelat bermuatan positif dan menuju pelat bermuatan negatif.
Jika ukuran kedua pelat bermuatan jauh lebih besar daripada jarak antar pelat, maka medan listrik antar pelat akan konstan. Cukup mudah untuk menghitung besarnya bidang ini. Anda hanya perlu mengetahui jumlah total muatan pada setiap pelat ( Q ) dan luas setiap pelat ( A ). Jarak antar pelat tidak terlalu penting, asalkan jauh lebih kecil dari diameter pelat.
Mari kita lihat contoh cara menghitung medan listrik antara dua pelat bermuatan paralel:
Jika setiap pelat berbentuk lingkaran dengan jari-jari 10 cm dan masing-masing memiliki muatan total 0,05 C, berapakah besar medan listrik di antara pelat-pelat tersebut?
Pertama, cari luas lempeng.
|
|
Kemudian gunakan luas ini untuk menghitung besarnya medan listrik di antara pelat.
|
|
Gerak partikel bermuatan
Sekarang mari kita lihat apa yang akan terjadi jika Anda mengirim muatan bergerak ke ruang antara dua pelat bermuatan.
Medan listrik di antara pelat-pelat ini akan memberikan gaya pada muatan ini, jadi hal pertama yang perlu Anda lakukan adalah menentukan ke arah mana gaya akan diberikan pada muatan ini.
Sebuah benda bermuatan, dengan muatan 4,0 nC dan massa 4,0 mg, bergerak ke bawah ketika memasuki daerah yang terdapat medan listrik (E = 50.000 N/C). Apa yang terjadi? Karena muatannya positif, ia akan mengalami gaya searah dengan arah medan listrik, yang dalam hal ini adalah ke kanan.
Awalnya muatan bergerak ke bawah, sehingga jika mengalami gaya ke kanan, geraknya akan mulai melengkung ke kanan. Ini sangat mirip dengan apa yang terjadi saat Anda melempar bola secara horizontal. Ini dimulai dengan kecepatan horizontal, tetapi gravitasi memberikan gaya ke bawah pada bola, menyebabkannya mengikuti jalur parabola yang melengkung hingga menyentuh tanah.
Gaya gravitasi selalu menyebabkan benda yang jatuh di dekat permukaan bumi memiliki percepatan 9,8 m/s 2 , tetapi percepatan benda bermuatan dalam medan listrik bergantung pada tiga hal: besarnya medan listrik, massa muatan, dan jumlah muatan yang ada.
Pertama, temukan besarnya gaya yang diberikan pada muatan:
F = q E = (4,0×10 -9 ) (50.000 N / C) = 0,0002 N
Kemudian, gunakan hukum kedua Newton untuk mencari percepatan benda bermuatan:
a = F / m = (0,0002 N) / (4×10 -6 kg) = 50 m / s 2
Ringkasan Pelajaran
Medan listrik adalah medan tak terlihat yang diciptakan oleh muatan. Medan listrik mengerahkan gaya pada muatan positif dan negatif, tetapi arah gaya bergantung pada arah medan dan jenis muatan (positif atau negatif) yang dikandung benda tersebut. Benda bermuatan positif akan selalu merasakan gaya yang searah dengan medan listrik, sedangkan benda bermuatan negatif akan selalu merasakan gaya yang berlawanan arah dengan medan listrik. Ketika dua pelat bermuatan ditempatkan berdekatan satu sama lain dan sejajar satu sama lain, medan listrik yang seragam akan dibuat di antara keduanya. Medan listrik akan diarahkan dari pelat bermuatan positif ke pelat bermuatan negatif dan akan memiliki besaran yang dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut:
|
|
Medan listrik akan mengerahkan gaya pada benda bermuatan yang ditempatkan di medan, dan gaya itu tergantung pada besarnya medan dan jumlah serta jenis muatan (positif atau negatif) pada objek.
F = qE
