EKIPOTENSIAL
I. Latar Belakang
Atom dari setiap zat mempunyai inti atom berupa proton dan elektron yang mengelilinginya. Proton mempunyai energi listrik (muatan listrik) positif dan elektron mempunyai muatan listrik negatif yang dimana dapat membentuk potensial listrik. Ketika potensial listrik tidak berubah dari satu titik ke titik yang lain, maka medan listrik tidak dapat menunjukkan ke arah mana perpindahan tersebut, ini merupakan gagasan dari garis ekipotensial. Secara spesifik, garis yang menghubungkan antara titik yang berbeda pada potensial listrik yang sama disebut garis ekipotensial(Halliday,1997).
Oleh karena itu dilakukan praktikum pemetaan potensial dan medan listrik ini, untuk mengetahui bagaimana benda bermuatan mempengaruhi ruang disekitarnya.
II. Tujuan Percobaan
2.1 Untuk menyelidiki potensial listrik disekitar dua konduktor yang sama dan bermuatan listrik
2.2 Untuk mengindentifikasi permukaan/garis ekipotensial
2.3 Untuk menunjukkan keterkaitan antara medan listrik dan potensial listrik
III. Dasar Teori
Gejala kelistrikan dapat dijelaskan dengan konsep medan listrik dimana medan listrik (E) adalah daerah disekitar muatan dimana pengaruh listrik masih berpengaruh pada muatan lain. Medan listrik sebagai gaya per satuan muatan pada suatu titik dalam ruang tertentu. Pada setiap titik P dalam ruang, kita dapat mengukur gaya pada muatan uji kemudian mendefinisikan medan listrik menjadi gaya yang bekerja pada muatan uji dibagi q0(Hayt,2006) :
Dalam konsep medan listrik pengertian potensial listrik (V)
merupakan energi potensial listrik (Ep) per satuan muatan, hubungan antara gaya
dengan energi potensial dapat dijelaskan dengan persamaan :
menunjukkan bahwa medan listrik berhubungan dengan laju
potensial dari suatu titik ketitik yang lain dalam ruang, semakin besar
perubahan potensial listrik maka akan semakin besar medan listrik poynting
sepanjang perpindahan, begitu juga sebaliknya jika potensial listrik konstan
maka medan listrik tidak dapat menunjukkan arah perpindahan tersebut(Paul,1982).
Daerah diantara dua konduktor tertentu dengan potensial
listrik masing-masing permukaan diketahui sebagai syarat batas maka akan
diperoleh garis-garis medan atau juga dinamai gaya garis listrik dari
bidang-bidang ekipotensialnya. Bidang ekipotensial adalah suatu bidan yang
potensial listriknya sama disetiap titip pada bidang itu. Garis-garis medan
listrik dengan bidang ekipotensial adalah saling tegak lurus satu sama lain.
Untuk mendapatkan distribusi potensial dititik-titik yang tersebar diantara dua
permukaan konduktor menggunakan metode pemetaan(Efendi,2007).
Garis medan dan permukaan ekipotensial saling tegak lurus.
Pada sebuah medan homogen yang didalamnya terdapat garis-garis medan yang
lurus, sejajar, dan berjarak sama. Ekipotensial adalah tempat/daerah-daerah atau
titik-titik yang mempunyai potensial sama diantara dua muatan paling sedikit,
yang ditimbulkan dari interaksi antar muatan yang menimbulkan medan listrik dan
mempunyai emdan potensial listrik (V)(Griffith,1999).
Garis-garis ekipotensial untuk dua kasus partikel yang sama
tapi berlawan jenis sebagai garis terputus-putus. Garis-garis dan permukaan
ekipotensial tidak seperti garis medan selalu kontinu dan tidak berakhir dan
terus-menerus melewati batas(Giancoli,2001).
IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Catu daya 15 VAC (1 buah), sebagai sumber tegangan untuk diinjeksikan ke pasir
b.
Multimeter (1 buah), untuk mengukur tergangan
c.
Mistar (1 buah), sebagai pengukur koordinat letak elektroda
d.
Elektroda (3 buah), sebagai muatan uji
e.
Nampan berisi pasir (1 buah), sebagai medium untuk pemetaan potensial
4.2 Gambar Rangkaian Alat
4.3 Langkah Kerja
V. Data dan Analisa
5.2 Analisa Data
Percobaan ekipotensial ini
dilakukan dengan pengukuran beda potensial di 155 titik yang tersebar merata,
melalui koordinat sumbu x dan sumbu y yang berselang 2 cm. Pertama-tama adalah dengan
menempatkan dua elektroda pada koordinat tertentu, catu daya elektroda negatif
diletakkan pada posisi 15,22.10-2 m, catu daya elektroda positif dan
probe positif multimeter pada posisi 15,12.10-2 m, sementara probe negatif
dari multimeter sebagai elektroda muatan uji atau elektroda geser.
Rekomendasi Laporan lain:
Prinsip kerja percobaan ini adalah
dengan menginjeksikan arus listrik dari catu daya kedalam medium pasir yang
dibasahi air garam dengan tegangan tertentu, melintasi elekroda-elektroda yang
ditancapkan kedalam pasir dengan posisi tetap, kemudian probe negatif dari
multimeter sebagai elektroda muatan uji yang dapat dipindah-pindahkan. Ketika
elektroda muatan uji tersebut ditancapkan ke dalam pasir maka beda potensial
akan terbaca pada multimeter. Ketika elektroda muatan uji dipindahkan pada
koordinat yang lain maka akan menghasilkan beda potensial yang berbeda-beda.
Titik-titik dengan nilai tegangan yang sama dapat dihubungkan sehingga dapat
membentuk garis-garis ekipotensial. Ketika elektroda uji didekatkan dengan
elektroda negatif, tegangannya cenderung lebih besar daripada dekat dengan
elektroda positif. Hal ini disebabkan oleh hubungan potensial listrik dengan
arah medan listrik, yang mengarah keluar pada muatan positif dan mengarah
kedalam pada muatan negatif. Arus mengalir dari beda potensial tinggi
(elektroda positif) ke beda potensial rendah (elektroda negatif).
Percobaan pertama dilakukan
dengan mencari koordinat titik potensial nol, hasil data percobaan ini dapat
dilihat pada tabel percobaan 1. Titik-titik ini kemudian dihubungkan dan
membentuk sebuah garis yang berbeda-beda yaitu 9,19.10-2 m dan 22,14.10-2
m. Selanjutnya titik-titik ini di plot ke dalam sebuah grafik untuk mencari
garis ekipotensialnya. Berikut
ini adalah gambar grafiknya :
Garis ekipotensial ditunjukkan pada gambar 1 grafik diatas
seperti sebuah fungsi parabola yang saling berhadapan. Garis 1 dan 2 adalah
garis acuannya. Garis berwarna merah merupakan garis-garis medan listrik yang
mengarah keluar pada muatan positif dan mengarah kedalam pada muatan negatif.
Dari grafik ini juga dapat dilihat bahwa garis ekipotensial listrik arahnya
selalu tegak lurus dengan medan listrik.
Percobaan kedua didapatkan data
berupa potensial listrik atau V disetiap titik yang tersebar pada koordinat
rentang 2 cm sebanyak 155 titik. Dari tabel percobaan 2 dapat ditentukan
pemetaan potensial listrik dan medan listriknya yaitu dengan menggunakan
aplikasi origin. Sumbu x, y, z secara berurut sebagai koordinat titik x, y, dan
V(beda potensial), maka dapat dibuah sebuat grafik contour pemetaan potensial
listrik dan medan magnet seperti pada gambar berikut :
Pada gambar
2 pemetaan potensial listrik diatas, elektroda negatif dipasang pada titik 15,22.10-2
m dan dihasilkan nilai potensial listrik yang semakin besar bila digeser ke
arah kiri karena elektroda negatif bertemu dengan probe negatif. Elektroda
positif dipasang pada titik 15,12.10-2 m dan dihasilkan nilai
potensial listrik yang semakin kecil bila digeser ke arah kanan karena probe
negatif semakin dekat dengan elektroda positif, direpresentasikan oleh grafik
contour dengan warna biru. Gambar 3 merupakan grafik contour pemetaan medan
listrik dimana medan listrik E diperoleh dari persamaan E = ΔV/ΔS. Dimana ΔV
adalah selisih beda potensial, titik dimana V elektroda akan bernilai positif
atau negatif dengan titik-titik koordinat potensial yang tersebar dan ΔS adalah
jarak elektroda acuan yang digunakan. Dari grafik contour medan listrik dapat
dilihat bahwa pada elektroda positif dihasilkan medan listrik yang bernilai lebih
kecil dibandingkan dengan elektroda negatif. Dari data grafik countour dapat diketahui bahwa
hubungan antara potensial listrik dan medan listrik adalah berbanding lurus
atau sebanding, sehingga semakin besar suatu potensial listrik maka medan
listriknya akan semakin besar juga, begitupun sebaliknya.
Pada saat dilakukan pergantigan
probe sebagai elektroda muatan uji atau geser dari negatif ke positif
dihasilkan potensial listrik yang hampir sama. Kesalahan juga terjadi dalam
melakukan percobaan ini antara lain ; medium pasir yang digunakan kurang basah
sehingga arus tidak sepenuhnya merambat, probe negatif yang ditancapkan kurang
tepat, kesalahan pengukuran atau paralaks mengukur koordinat menggunakan
mistar, dan pembacaan tegangan pada multimeter yang kurang teliti.
VI. Kesimpulan
6.1 Potensial listrik diantara dua konduktor yang sama dan bermuatan listrik akan membentuk suatu wilayah tertentu yang memiliki nilai potensial listrik yang sama
6.2 Garis ekipotensial adalah garis yang menghubungkan titik-titik berada pada potensial yang sama. Dimana garis ekipotensial tegak lurus dengan arah medan listrik yang ditentukan dari perbedaan muatan
VII. Daftar Pustaka
Efendi, Rustom.2007. Medan Elektromagnetik Terapan. Jakarta : Erlangga.6.2 Garis ekipotensial adalah garis yang menghubungkan titik-titik berada pada potensial yang sama. Dimana garis ekipotensial tegak lurus dengan arah medan listrik yang ditentukan dari perbedaan muatan
6.3 Medan listrik dan potensial listrik memiliki hubungan yang berbanding lurus atau sebanding, sehingga jika beda potensial listrik pada suatu titik semakin besar, maka medan listriknya juga semakin besar dan begitu sebaliknya. Hal ini sesuai dengan persamaan :
dimana :
E adalah medan listrik
ΔV adalah beda potensial
ΔS adalah jarak antara elektroda tetap dengan elektroda geser
VII. Daftar Pustaka
Giancoli, Douglas.2001. Fisika Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Griffith, David J.1999. Introduction to Electrodynamics. Tokyo : Prantiaw Hall.
Halliday, Resnick.1997. Fundamental Of Physics. New York : Joh Willey.
Hayt.2006. Elektromagnetika Edisi 7. Jakarta : Erlangga.
Paul, Clinton.1982. Introduction to Electromagnetic Fields. New York : Mc Graw-Hill inc.
VIII. Bagian Pengesahan
-
IX. Lampiran
