Prev : Muatan Listrik dan Gaya Coulomb
Pada pembahasan sebelumnya kita membahas kasus interaksi gaya Coulomb antara dua partikel yang bermuatan. Apabila kita memperhitungkan pengaruh dari partikel yang jumlahnya lebih dari dua, kita dapat gambarkan ilustrasinya seperti berikut
Disini kita memiliki muatan uji yang dilabeli Q, serta muatan lain bertanda sembarang (entah positif atau negatif) yang akan memengaruhi Q akibat gaya Coulomb. Kita dapat mengetahui gaya yang diderita oleh Q dengan persamaan
Namun, kita dapat menyusun kembali persamaan di atas menjadi
Kita akan labeli bagian yang terkurung tersebut dengan E, sehingga kita peroleh
Sekarang kita bisa bertanya kepada diri kita sendiri makna dari vektor E ini. Kita dapat menuliskan ekspresi vektor E ini dengan
Artinya bahwa E merupakan suatu properti yang dimiliki oleh masing-masing partikel bermuatan listrik. Sehingga masing-masing partikel tersebut memiliki nilai E yang dapat diekspresikan sebagai
Dimana q adalah besar muatan partikel tersebut. Namun apakah r dan vektor r? Karena E adalah properti partikel itu sendiri, maka secara umum E tidak dipengaruhi oleh besar muatan partikel lain, sehingga definisi dari r dan r akan sedikit berbeda dari definisi yang telah kita ketahui berdasarkan pembahasan tentang gaya Coulomb sebelumnya. Apabila kita tinjau gambar di atas, ketika kita ubah posisi Q, maka r dan r akan berubah dimanapun posisi Q itu berada. Namun, kita juga dapat mengetahui bahwa berapapun nilai Q, nilai r akan tetap sama apabila kita tidak mengubah posisi Q, sehingga kita akan peroleh definisi dari r, yaitu jarak suatu titik sembarang diukur dari lokasi partikel q itu sendiri. Kita katakan “titik sembarang” karena berdasarkan analisis diatas dimanapun titik tersebut berada, nilai r akan selalu ada, sehingga secara otomatis pada tiap titik akan selalu ada nilai dan vektor dari E. Ini memberikan kesan bahwa pada tiap titik dalam ruang tersebut atau alam semesta terdapat pengaruh dari muatan q yang diakibatkan oleh adanya E dari muatan tersebut. Sehingga properti E ini dapat kita simpulkan bahwa E merupakan titik yang dipengaruhi oleh suatu muatan, atau dapat kita namakan sebagai medan listrik. Kita dapat visualisasikan medan listrik seperti pada gambar berikut.
Pada gambar diatas kita mengambil tiga titik sembarang yang letaknya berjarak r1, r2, dan r3 dari lokasi muatan q yang bertanda positif. Medan listrik pada titik-titik tersebut dapat kita tuliskan sebagai
Perhatikan bahwa ketiga titik tersebut memiliki vektor dengan arah yang berbeda-beda. Sekalipun kita asumsikan r1 = r2 = r3, ketiga vektor r belum tentu sama, karena vektor menyatakan arah. Namun, ketiga vektor tersebut masih mengarah ke masing-masing tersebut, dan karena q bernilai positif, maka ketiga arah medan listrik searah dengan arah masing-masing r. Sekarang perhatikan gambar berikut.
Ini adalah kasus ketika kita mengambil delapan titik dengan r yang sama, sehingga besar nilai medan listrik akibat muatan positif q pada tiap titik tersebut bernilai sama, namun memiliki arah yang berbeda-beda. Walaupun demikian, keenam vektor E ini memiliki sifat yang sama, yakni menjauhi muatan. Dengan demikian, kita peroleh kesimpulan bahwa arah medan listrik yang ditimbulkan akibat muatan positif akan selalu menjauhi muatan.
Bagaimana jika muatan q bernilai negatif? Karena nilai r selalu positif, maka secara otomatis kita akan mengetahui bahwa besar medan listrik akan bernilai negatif
Konsekuensinya, arah medan listrik E akan berlawanan dengan vektor r, sehingga apabila digambarkan seperti kasus delapan titik sebelumnya maka
Seperti yang telah kita lihat, arah medan listrik delapan titik tersebut masing-masing menuju ke arah muatan, sehingga dapat kita simpulkan arah medan listrik akibat muatan negatif –q akan berkumpul menuju muatan itu sendiri.
Science and Games 