Prev : Usaha Total pada Sistem Banyak Muatan
Konduktor merupakan suatu jenis bahan yang dapat menghantarkan listrik dengan mudah. Di dalam konduktor, elektron-elektron bebas bergerak di wilayah konduktor tersebut. Apabila kita ukur hambatannya, maka nilai yang akan kita peroleh sangat kecil, akibat dari sifat konduktor tersebut.
Namun, di artikel ini kita akan membahas konduktor bukan dari segi bahan yang terdapat di dalamnya, melainkan dari segi elektrostatik, berdasarkan hukum Gauss yang kita peroleh sebelumnya. Artinya, kita akan meninjau suatu konduktor yang tidak terhubung pada potensial apapun, seperti baterai, sehingga elektron-elektron di dalamnya tidak terpengaruh oleh medan apapun kecuali oleh medan listrik luar.
Secara elektrostatik, berikut karakteristik dari suatu konduktor.
- Medan listrik di dalamnya bernilai nol (E = 0), ini sesuai dengan batasan masalah yang telah kita buat, yaitu dimana konduktor tidak terhubung oleh apapun, sehingga tidak ada medan listrik di dalamnya. Apabila medan listrik di dalam tidak nol, tentu muatan-muatan yang di dalamnya akan bergerak, sehingga tidak bisa kita tinjau secara elektrostatik.
- Rapat muatan di dalam konduktor bernilai nol (ρ = 0). Ini adalah konsekuensi dari hukum Gauss, dimana
artinya apabila kita pilih E = 0, maka pada ruas kanan juga harus ada yang memberikan angka nol. Karena permisivitas ruang hampa memiliki nilai berhingga, maka otomatis ρ harus bernilai nol. Ini memberikan kita makna bahwa dalam konduktor jumlah total muatan akan bernilai nol, dimana muatan positif dan negatif akan saling meniadakan. Dengan kata lain, apabila kita letakkan satu elektron saja ke dalam konduktor, maka secara otomatis ρ akan memiliki nilai, dan begitu pula dengan E. Dalam kondisi ini, konduktor menjadi tidak stabil karena muatan-muatan akan bergerak. - Potensial di dalam konduktor akan bernilai sama di tiap titik dalam konduktor, atau ekipotensial. Ini juga merupakan konsekuensi dari E = 0, dimana apabila kita gunakan hubungan
maka
- Medan listrik akibat muatan-muatan di permukaan konduktor tegak lurus terhadap permukaan. Ini juga sebagai konsekuensi dari nomor 3 sebelumnya, dimana arah medan listrik akan selalu tegak lurus terhadap bidang ekipotensial. Selain itu, memang sudah seharusnya medan listrik mengarah demikian, karena muatan-muatan di daerah permukaan akan menolak satu sama lain akibat kesamaan kutubnya, sehingga muatan-muatan tersebut akan menyesuaikan tempatnya, serta apabila medan listrik tidak tegak lurus, muatan akan mengalir di sekitar konduktor, sehingga elektrostatiknya akan hilang. Apabila tegak lurus, maka muatan-muatan secara otomatis terdorong tepat ke luar permukaan, namun muatan-muatan tersebut tidak dapat keluar karena adanya tameng potensial (potential barrier) dalam konduktor yang mengikat muatan-muatan tersebut.
Sekarang, katakanlah bahwa kita akan meletakkan konduktor tersebut pada daerah yang dipengaruhi medan listrik.
Dalam kondisi tersebut, medan listrik luar akan mengubah orientasi dari muatan-muatan dalam konduktor, dimana muatan negatif (elektron) akan tertarik menuju sumber, sedangkan muatan positif (hole) akan terdorong menjauhi sumber. Yang menarik dalam kasus ini adalah akibat perubahan orientasi yang dihasilkan oleh medan listrik luar, maka akan timbul pula medan listrik akibat orientasi muatan dalam konduktor seperti pada gambar di atas. Muatan-muatan yang tertarik dan terdorong oleh medan listrik luar ini disebut sebagai muatan terinduksi. Muatan-muatan ini akan terus terdorong hingga mencapai jumlah muatan tertentu, sehingga medan listrik terinduksi akan melawan medan listrik luar, dan total medan listrik di dalam konduktor akan tetap nol.
Namun, di luar konduktor, tentunya medan listriknya tidaklah bernilai nol, dan tidak juga bernilai Eext, karena muatan-muatan terinduksi ini akan menghasilkan medan listrik pula ke arah luar konduktor. Untuk menentukan medan listrik atau potensial di luar konduktor ini, diperlukan metode khusus, salah satunya yaitu metode bayangan, yang belum akan kita bahas saat ini.
Science and Games 