Medan listrik merupakan konsep fundamental dalam ilmu fisika yang mengilustrasikan interaksi antara objek bermuatan listrik. Dalam praktiknya, medan listrik pada pelat paralel merupakan salah satu contoh medan listrik yang sering dijumpai dalam ilmu fisika.
Baca Juga: Penjelasan hingga Contoh Proses Pemuaian Zat Gas
Lantas, bagaimanakah cara menghitung serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari? Berikut penjelasan terkait materi fisika ini.
Memahami Konsep dan Penerapan Medan Listrik pada Pelat Paralel
Umumnya, pelat paralel memiliki aplikasi yang sangat luas. Hal ini mencakup kapasitor, peralatan medis, hingga berbagai instrumen elektronik. Pengaplikasian pelat paralel dalam instrumen elektronik mencakup osiloskop dan mikroskop yang membutuhkan kestabilan presisi tinggi dalam pengoperasiannya.
Konsep Dasar Medan Listrik Pelat
Secara umum, pelat paralel terdiri dari dua pelat logam yang terpasang secara sejajar dengan jarak tertentu. Ketika pelat tersebut bermuatan listrik, maka medan listrik akan muncul di antara keduanya.
Biasanya, satu pelat memiliki muatan positif, sedangkan pelat lainnya bermuatan negatif yang memiliki besaran sama. Hal ini menciptakan medan listrik yang teratur dan serasi di antara kedua pelat.
Salah satu karakteristik penting dari pelat paralel adalah medan listrik di antara pelat tetap seragam atau konstan. Namun, hal ini berlaku jika jarak antara pelat lebih kecil daripada ukuran pelat. Artinya, besar dan arah medan listrik dinyatakan sama di antara pelat.
Contoh Aplikasinya
Dalam praktiknya, medan listrik pada pelat paralel memiliki berbagai aplikasi penting dalam teknologi dan sains. Salah satunya adalah kapasitor yang menyimpan energi antara dua pelat konduktor. Aplikasi ini berguna dalam penyimpanan energi, filter, dan sirkuit resonansi.
Prinsip medan listrik antara pelat paralel juga berlangsung dalam sensor dan aktuator. Hal ini bertujuan untuk mendeteksi perubahan posisi ataupun tekanan.
Di samping itu, medan listrik pelat paralel berguna dalam teknologi transmisi data seperti konektor kapasitor dan sirkuit terintegrasi. Bahkan, medan listrik juga berguna dalam penelitian material dielektrik yang berada di antara pelat untuk mempelajari bagaimana sifat-sifatnya.
Menghitung Kerapatan Muatan Permukaan
Medan listrik pada pelat paralel merupakan dua pelat konduktor yang bermuatan listrik dan saling berlawanan jenis. Kondisi ini diatur secara sejajar dengan jarak tertentu. Pada pelat paralel, muatan cenderung tersebar secara merata terhadap permukaan pelat.
Dalam praktiknya, medan listrik di antara pelat paralel yang bermuatan dapat dithing dengan kerapatan muatan permukaan (σ). Berikut rumus medan listrik bermuatan satu pelat seragam.
Jika terdapat dua pelat paralel bermuatan dengan muatan berlawanan, rumusnya adalah sebagai berikut.
Keterangan:
E adalah medan listrik (dalam N/C)
σ adalah kerapatan muatan permukaan (C/m²)
ε0 adalah permitivitas vakum (ε0≈ 8.854×10 −12C²/N·m²)
Baca Juga: Kegunaan Magnet Ladam dalam Kehidupan Sehari-Hari
Sebagai catatan, medan listrik (E) merupakan besaran vektor yang menggambarkan gaya per satuan muatan dalam sebuah ruang. Satuan medan listrik ini adalah Newton per Coulomb (N/C) atau Volt per meter (V/m).
Selanjutnya, kerapatan muatan permukaan (σ) merupakan besaran yang menunjukkan jumlah muatan listrik per satuan luas pada permukaan pelat. Besaran ini terukur dalam Coulomb per meter persegi (C/m2).
Terakhir, permitivitas vakum (ϵ) merupakan konstanta yang menggambarkan ruang hampa untuk mendukung medan listrik. Nilai besaran ini adalah 8.854×10 −12C²/N•m²)
Contoh Penerapan Soal dan Pembahasan
Dua pelat paralel dengan luas A yang sangat besar, dibandingkan dengan jarak antara kedua pelat yang telah diatur sedemikian rupa. Berdasarkan hal tersebut, pelat atas bermuatan +Q. Sementara itu, pelat bawah bermuatan -Q. Jika jarak antara kedua pelat adalah 2 mm, luas masing-masing pelat adalah 1m2, dan muatan Q sebesar 1µC, tentukan medan listrik di antara pelat paralel.
Pembahasan:
Tentukan densitas muatan permukaan
Rumus:
-Q : 1µC = 1 X 10-6C
-A: 1 m2
Maka:
Mencari medan listrik E
Berdasarkan soal, medan listrik pada pelat paralel yang saling bermuatan adalah sebagai berikut.
Rumus:
ε0: 8.85 x 10-12 F/m
maka:
Jadi, medan listrik di antara kedua pelat tersebut adalah 1.13 x 105 N/C.
Baca Juga: Induksi Magnet pada Toroida, Berikut Penjelasannya
Medan listrik pada pelat paralel merupakan konsep fundamental dalam elektrostatis yang menggambarkan bagaimana medan listrik terbentuk di antara dua pelat konduktor. Dalam hal ini, medan listrik memiliki peran yang sangat krusial di beberapa aplikasi. (R10/HR-Online)
