Konsep Dasar Listrik Statis

Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan
diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang
telah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas.
Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan
kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik.
Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan
positif dan muatan negatif. Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat
berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron
dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan elektron dikatakan
bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik
suatu benda.
Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika
didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda
(tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik
menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk
dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.
Gaya Coulomb
Gaya coulomb atau gaya listrik yang timbul antara benda-benda yang bermuatan
listrik dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu sebanding besar muatan listrik dari
tiap-tiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda-benda
bermuatan listrik tersebut.

gaya coulomb antara dua benda

bermuatan listrik
Jika benda A memiliki muatan q1 dan benda B memiliki muatan q2 dan benda A dan
benda B berjarak r satu sama lain, gaya listrik yang timbul di antara kedua muatan
tersebut dapat dituliskan sebagai berikut

Dimana
F adalah gaya listrik atau gaya coulomb dalam satuan newton k adalah konstanta
kesebandingan yang besarnya 9 x 10 9 N m2 C2 muatan q dihitung dalam satuan
coulomb (C)
konstanta k juga dapat ditulis dalam bentuk

dengan 0 adalah permitivitas ruang hampa yang besarnya 8,85 x 10 12 C2 N1 m2

Gaya listrik merupakan besaran vektor sehingga operasi penjumlahan antara dua
gaya atau lebih harus menggunakan konsep vektor, yaitu sesuai dengan arah dari
masing-masing gaya. Secara umum, penjumlahan vektor atau resultan dari dua gaya
listrik F1 dan F2 adalah sebagai berikut.

1.

untuk dua gaya yang searah maka resultan gaya sama dengan penjumlahan
dari kedua gaya tersebut. Adapun, untuk dua gaya yang saling berlawanan, resultan
gaya sama dengan selisih dari kedua gaya
(gambar)
R = F1 + F2 dan R = F1 F2
2.untuk dua gaya yang saling tegak lurus, besar resultan gayanya adalah
(gambar)
3untuk dua gaya yang membentuk sudut satu sama lain, resultan gayanya
dituliskan sebagai berikut

(gambar)
Untuk penjumlahan lebih dari dua gaya, perhitungannya dapat menggunakan
metode analitis (lihat pembahasan tentang analisis vektor).
Medan Listrik
Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrik
adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik.
Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik,
muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak.
Arah medan listrik dari suatu benda bermuatan listrik dapat digambarkan
menggunakan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif memiliki garis gaya
listrik dengan arah keluar dari muatan tersebut. Adapun, sebuah muatan negatif
memiliki garis gaya listrik dengan arah masuk ke muatan tersebut.
Gambar
Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat
medan listrik. Jika sebuah muatan uji q diletakkan di dalam medan listrik dari

sebuah benda bermuatan, kuat medan listrik E benda tersebut adalah besar gaya
listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji. Jadi, dituliskan

dan F = E q
Adapun kuat medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik q di suatu titik yang
berjarak r dari benda tersebut dapat dituliskan sebagai berikut
Di sini kuat medan listrik dituliskan dalam satuan N/C.
Kuat medan listrik juga merupakan besaran vektor karena memiliki arah, maka
penjumlahan antara dua medan listrik atau lebih harus menggunakan penjumlahan
vektor. Arah medan listrik dari sebuah muatan positif di suatu titik adalah keluar
atau meninggalkan muatan tersebut. Adapun, arah medan listrik dari sebuah
muatan negatif di suatu titik adalah masuk atau menuju ke muatan tersebut.
Gambar
Dua plat sejajar yang bermuatan listrik dapat menyimpan energi listrik karena
medan listrik timbul di antara dua plat tersebut. Kuat medan listrik di dalam dua
plat sejajar yang bermuatan listrik adalah

Dimana
adalah rapat muatan dari plat yang memiliki satuan C/m2
0 adalah permitivitas ruang hampa
(gambar)(gambar)
Kita juga dapat menghitung kuat medan listrik dari sebuah bola konduktor
berongga yang bermuatan listrik, yaitu sebagai berikut.
Di dalam bola (r < R), E = 0
Di kulit atau di luar rongga (r > R),

Energi Potensial Listrik

Dua buah benda bermuatan listrik yang terletak berdekatan akan mengalami gaya
listrik di antara keduanya. Suatu usaha diperlukan untuk memindahkan (atau
menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula. Karena usaha merupakan
perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama dengan besar energi
yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial listrik. Besar
usaha (W) atau perubahan energi potensial listrik dari sebuah muatan uji q yang
dipindahkan dari posisi r1 ke posisi r2 adalah

(gambar)
Dengan demikian, usaha atau energi potensial untuk memindahkan sebuah muatan
uji q yang berjarak r dari sebuah muatan lain q ke jarak tak berhingga dapat
dituliskan sebagai berikut
Dimana tanda minus berarti usaha yang dilakukan selalu melawan
gaya tarik yang ada (biasanya usaha yang dilakukan adalah usaha untuk melawan
gaya tarik antara dua muatan).
Potensial Listrik
Suatu muatan uji hanya dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain yang memiliki
perbedaan potensial listrik sebagaimana benda jatuh dari tempat yang memiliki
perbedaan ketinggian. Besaran yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah
beda potensial. Beda potensial dari sebuah muatan uji q yang dipindahkan ke jarak
tak berhingga dengan usaha W adalah

Dimana V adalah potensial listrik dengan satuan volt (V).

Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut
dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja.

Potensial listrik dari suatu muatan listrik q di suatu titik berjarak r dari muatan
tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut
Dari persamaan di atas tampak bahwa potensial listrik dapat dinyatakan
dalam bentuk kuat medan listrik, yaitu
V=Er
Gambar
Berbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik, potensial listrik merupakan
besaran skalar yang tidak memiliki arah. Potensial listrik yang ditimbulkan oleh
beberapa

muatan

sumber

dihitung

menggunakan

penjumlahan

aljabar.

Untuk nmuatan, potensial listriknya dituliskan sebagai berikut.

Catatan: tanda (+) dan () dari muatan perlu

diperhitungkan dalam perhitungan potensial listrik.
Hubungan antara gaya listrik, kuat medan listrik, usaha atau energi potensial
listrik, dan potensial listrik dapat digambarkan dalam diagram berikut ini.