Apa itu potensial listrik? Mungkin kamu sudah tidak asing dengan istilah tersebut, tetapi belum begitu memahami materi potensial listrik. Artikel ini akan membagikan penjelasan tentang potensial listrik yang bisa menambah pemahamanmu. Maka dari itu, kamu bisa simak penjelasan di bawah ini untuk memahami pengertian, contoh pengaplikasian, hingga contoh soal potensial listrik.
Pengertian potensial listrik
Potensial listrik dapat didefinisikan sebagai perubahan energi potensial per satuan muatan saat sebuah muatan uji dipindahkan di antara dua titik. Potensial listrik ini masuk ke dalam besaran skalar.
Secara matematis, potensial listrik didefinisikan dengan V, di mana apabila ada muatan tes positif (q) dalam sebuah medan listrik mempunyai energi potensial listrik (EP), maka potensial listriknya bisa dirumuskan sebagai berikut:
Rumus Potensial Listrik V = Ep / q
Perbedaan potensial listrik dan energi potensial listrik
Potensial listrik dan energi potensial listrik memiliki sebutan yang hampir sama, sehingga membuat dua hal ini sering dianggap sama padahal memiliki makna yang berbeda. Apa saja perbedaan antara potensial listrik dan energi potensial listrik?
Secara definisi, potensial listrik adalah perubahan dari energi potensial listrik persatuan muatan ketika diberikan muatan uji di antara dua titik.
Energi potensial listrik sangat penting dalam sebuah kinerja per satuan muatan untuk membawa partikel bermuatan tak terhingga ke titik tertentu. Sementara itu, potensial listrik memindahkan muatan tak hingga ke sumbernya.
Selain itu, energi potensial tergantung dari besarnya dua partikel yang bermuatan. Lalu, untuk potensial listrik, bergantung dari satu muatan yang diletakkan di dua titik berbeda.
Hubungan antara potensial listrik dan medan listrik
Hubungan antara potensial listrik dan medan listrik bisa dilihat pada konduktor dan keping sejajar serta pada konduktor bola berongga. Berikut penjelasan lebih lengkapnya:
Pada konduktor dua keping sejajar
Konduktor dua keping sejajar merupakan dua keping logam yang posisinya sejajar dan dihubungkan dengan baterai sebagai sumber listrik. Hal tersebut membuat dua keping sejajar mendapatkan muatan yang sama tetapi berlawanan tanda (salah satu keping bermuatan positif, keping satunya bermuatan negatif).
Medan listrik pada konduktor ini disebut dengan medan listrik homogen. Di mana pada muatan positif (q) bekerja gaya F = qE yang arahnya ke muatan negatif. Sehingga, untuk memindahkan muatan positif (q) ke arah berlawanan diperlukan gaya (F’) yang sama besar melawan gaya (F), pada kasus ini disimbolkan dari arah A ke B.
Usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan ke arah berlawan tersebut (dari arah A ke B) yaitu:
WAB = F’d
dengan F’ = F = qE
jadi WAB = qEd
Maka, hubungan antara potensial listrik dan medan listrik bisa dirumuskan sebagai berikut:
WAB = 𝛥EPAB = q 𝛥VAB = q (VB – VA) 𝛥EPAB = Ed E = 𝛥EPAB / d
Keterangan Rumus
𝛥VAB = beda potensial antara kedua keping (volt)
E = kuat medan listrik homogen (volt/m)
d = jarak antara dua keping (m)
Pada konduktor bola berongga
Muatan pada bola logam berongga tersebut di permukaannya. Hal tersebut karena di dalam bola tidak ada muatan. Sehingga, potensial listrik pada bola berongga bermuatan bisa dirumuskan sebagai berikut:
Gambar bola logam berongga dengan muatan q di permukaan dan jari-jari R (Sumber: Modul Pembelajaran Fisika SMA Kemdikbud)
Rumus didalam dan di kulit bola berongga
VD = VC =k q/R
Rumus diluar bola (r > R)
Vb = k q/r
Perbedaan antara potensial listrik dan medan listrik
Setelah mempelajari tentang hubungan potensial listrik dan medan listrik, kamu juga harus tahu perbedaan antara potensial listrik dan medan listrik. Medan listrik dan potensial listrik adalah dua kondisi yang berbeda di mana terdapat dua muatan listrik yang saling berdekatan.
Medan listrik merupakan daerah di sekitar benda bermuatan listrik. Medan listrik umumnya berbentuk seperti garis-garis, disebut garis-garis gaya listrik, di mana pada muatan positif bergerak keluar dan pada muatan negatif bergerak ke dalam.
Sementara, potensial listrik adalah usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik lain per muatan.
Contoh aplikasi potensial listrik di kehidupan sehari-hari
Contoh aplikasi potensial listrik di kehidupan sehari-hari bisa dijumpai pada akumulator atau yang biasa disebut dengan aki. Pada aki, terdapat lempeng timbal dioksida dan timbal murni yang disusun saling bersisipan atau sejajar dan membentuk satu pasang sel akumulator yang berdekatan serta dipisahkan oleh bahan isolator sebagai penyekat.
Apabila dalam satu sel akumulator memiliki beda potensial sebesar 2 volt, lalu untuk menghidupkan lampu sein depan dan belakang mobil membutuhkan akumulator 12 volt, maka harus tersusun dari 6 sel akumulator secara seri.
Dari contoh tersebut, bisa disimpulkan bahwa potensial listrik berkaitan dengan medan listrik. Titik-titik muatan yang terdapat pada medan listrik akan mengalami potensial listrik.
Contoh soal potensial listrik
Agar kamu lebih mudah memahami tentang materi potensial listrik, berikut ini akan diberikan beberapa contoh soal potensial listrik lengkap dengan penjelasannya.
Soal 1
Sebuah bola dengan muatan + 4,00 x 10-6 μC. Hitung:
- Potensial pada titik yang berjarak 0,2 meter dari muatan (titik A), dan titik yang berjarak 0,4 meter dari muatan (titik B).
- Beda potensial antara titik A dan B.
- Usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan +1,6×10-19 C dari A ke B.
Diketahui :
K = 9 x 109 Nm2C-2
q = +4,00 x 10-6 C
Pembahasan
Potensial listrik di titik A, diketahui rA = 0,2 meter.
VA = k q/rA = (9 ×109) (4 x 10-6)/(0,2) = 1,8 x 105 volt
Potensial listrik di titik B, diketahui rB = 0,4 meter.
VB = k q/rB = (9 ×109) (4 x 10-6)/(0,4) = 0,9 x 105 volt
Beda potensial antara A dan B
VAB = VA – VB = 0,9 x 105 – 1,8 x 105 = -900 x 104 volt
Usaha oleh gaya konservatif medan listrik berkaitan dengan beda energi potensial listrik yang digunakan untuk memindahkan muatan +1,6×10-19 C dari A ke B.
WAB = 𝛥EPAB = q 𝛥VAB = q (VB – VA) = (1,6×10-19) (-900 x 104) = +1,44 x 10-14 J
W luar = – W konservatif, sehingga -WAB = -1,44 x 10-14 J
Demikian sedikit penjelasan tentang potensial listrik dalam pelajaran Fisika SMA, lengkap dengan contoh soal dan pembahasannya.
Apabila kamu masih membutuhkan penjelasan lebih lanjut terkait materi ini atau pelajaran sekolah lainnya, bisa bergabung bersama Bimbel Online Quipper Video