PEMETAAN MEDAN LISTRIK

Transkripsi

1 PEMETAAN MEDAN LISTRIK Khodijah Amini Abstrak Telah dilakukan percobaan mengenai pemetaan medan listrik yang bertujuan untuk menunjukkan keterkaitan antara medan listrik dan potensial listrik serta mengidentifikasi garis ekipotensial. Percobaan ini dilakukan menggunakan pasir sebagai media penghantar arus listrik yang juga akan diukur besar medan listriknya di beberapa titik pada pasir tersebut, dengan cara mengukur besar beda potensial antara dua elektroda yang divariasi jaraknya. Dari data nilai beda potensial dan jarak yang diperoleh tersebut dapat dicari nilai medan listriknya. Hasil pemetaan medan listrik menggambarkan bahwa nilai medan listrik akan semakin kecil manakala jarak titik yang diukur terhadap acuan semakin jauh. Kata Kunci : medan listrik, potensial listrik, garis ekipotensial I. Pendahuluan Kelistrikan adalah sesuatu yang biasa digunakan sehari-hari. Hal-hal mengenai kelistrikan ini biasanya tidak terlalu banyak diperhatikan. Sekitar satu abad yang lalu hanya ada sedikit lampu listrik dan belum ada peralatan yang lainnya. Hal ini membuktikan bahwa pada waktu itu telah dikembangkan konsep mengenai kelistrikan. Pada percobaan ini akan dipelajari beberapa konsep mengenai kelistrikan, dengan mengamati bagaimana bentuk pemetaan medan listrik, bagaimana hubungannya terhadap jarak dan beda potensial. Daerah diantara dua konduktor tertentu dengan potensial listrik masing-masing permukaan diketahui sebagai syarat batas maka akan diperoleh garis-garis medan atau juga dinamai garis gaya listrik dari bidang-bidang ekuipotensialnya. Bidang ekuipotensial adalah suatu bidang yang potensial listriknya sama di setiap titik pada bidang itu. Garis-garis medan listrik dengan bidang ekuipotensial adalah saling tegak lurus satu-sama lain. Untuk mendapatkan distribusi potensial di titik-titik yang tersebar diantara dua permukaan konduktor menggunakan metode pemetaan. (Rustam Efendi, 2007) Coulomb menyelediki gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua muatan titik atau partikel bermuatan yaitu gaya antara benda bermuatan yang ukurannya kecil dibandingkan dengan jarak antara keduanya. Ia menemukan bahwa gaya tersebut besarnya: F t = 1 q l q t 4πε 0 R 2 a lt... (1) lt Medan listrik merupakan daerah yang masih dipengaruhi sifat kelistrikan dari muatan tertentu. Medan listrik dapat juga didefinisikan sebagai gaya bertumpu pada muatan uji satuan pada titik yang ingin didapatkan harga medan vektornya. Bila ditulis gaya yang bertumpu pada satu satuan muatan, maka : F t = 1 q t 4πε 0 q l R lt 2 a lt... (2)

2 Sehingga: E = q a 4πε 0 R 2 R... (3) Medan listrik dapat pula dihitung apabila suatu potensial listrik V diketahui, melalui perhitungan gradiennya. V = V a x x + V a y y + V a z z... (4) sehingga E = V... (5) ( Safarul Azmi, 2007) Medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan, dan potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan. dan Dimana maka, E = F q V = U q... (6)... (7) U = F s... (8) E = V... (9) s yang menunjukkan bahwa medan listrik secara langsung berhubungan dengan laju perubahan potensial listrik dari suatu titik ke titik yang lain dalam ruang. Semakin drastis perubahan potensial listrik dari satu titik ke titik lain, maka semakin besar nilai dari medan listrik pointing sepanjang perpindahan tersebut. Sebaliknya, jika potensial listrik tidak berubah sama sekali dari satu titik ke titik lain (potensial listrik konstan) maka medan listrik tidak dapat menunjuk ke arah perpindahan tersebut. Ini merupakan gagsan garis ekuipotensial yang akan dipelajari. (Tim Eksperimen Fisika I, 2012) II. Metodologi Penelitian ini dimaksudkan untuk membuat sebuah pemetaan suatu medan listrik. Langkah yang dilakukan adalah membuat suatu rangkaian alat sebagai media pemetaan yang terdiri dari media pasir, elektroda paku tiga buah, power supply DC, multimeter digital, penggaris, dan kertas milimeter blok. Tiga buah elektroda dipasang pada media pasir homogen sebagai penghantar listrik. Elektroda I dihubungkan pada kutub negatif power supply dan elektroda II dihubungkan pada kutub positif power supply. Elektroda I juga dihubungkan pada probe negatif multimeter digital dan elektroda III dihubungkan pada probe positif multimeter. Skema susunan rangkaian adalah seperti gambar berikut.

3 Multimeter Elektroda III Elektroda I Media pasir Elektroda II Power supply Gambar 1. Susunan Rangkaian Selanjutnya tegangan pada sistem diberikan dengan menghidupkan power supply sebesar 2 Volt. Jarak antara elektroda I dan III diukur dengan penggaris dan dicatat sebagai nilai R, lalu beda potensial yang terbaca pada multimeter antara elektroda I dan III dicatat hasilnya sebagai V. Posisi titik-titik pemetaannya digambar pada kertas multimeter blok. Posisi elektroda I dan II diposisikan tetap, sedangkan elektroda III divariasikan jaraknya terhadap elektroda I sehingga diperoleh 42 variasi jarak. Setelah memperolah 42 variasi data kemudian dihitung besarnya medan listrik E di masing-masing titik, berdasarkan data jarak dan beda potensial antara elektroda I dan III. Titik-titik yang memiliki medan listrik sama atau selisihnya kurang dari 0,1 dihubungkan dengan garis sehingga terbentuk pemetaan medan listrik. III. Hasil dan Pembahasan Tabel 1. Medan Listrik pada Ruas Kiri Baris 1 Baris 2 R (m) V (volt) E (V/m) R (m) V (volt) E (V/m) 0,06 1,05 17,50 0,10 1,11 11,1 0,07 1,17 16,71 0,11 1,16 10,55 0,08 1,18 14,75 0,12 1,20 10,00 0,11 1,24 11,27 0,13 1,26 9,69 0,14 1,35 9,64 0,14 1,28 9,14 0,16 1,41 8,81 0,17 1,32 7,76 0,19 1,42 7,47 0,19 1,34 7,05 0,22 1,49 6,77 0,22 1,37 6,23 0,26 1,49 5,73 0,24 1,43 5,96 0,29 1,52 5,24 0,26 1,43 5,50 0,29 1,44 4,97

4 Tabel 2. Medan Listrik pada Ruas Kanan Baris 1 Baris 2 R (m) V (volt) E (V/m) R (m) V (volt) E (V/m) 0,05 1,00 20,00 0,09 1,16 12,89 0,06 1,09 18,17 0,10 1,16 11,60 0,07 1,16 16,57 0,11 1,17 10,64 0,09 1,30 14,44 0,12 1,29 10,75 0,11 1,34 12,18 0,15 1,41 9,40 0,12 1,44 12,00 0,17 1,45 8,53 0,14 1,49 10,64 0,19 1,52 8,00 0,17 1,62 9,53 0,21 1,53 7,29 0,19 1,63 8,58 0,23 1,54 6,70 0,21 1,65 7,86 0,26 1,55 5,96 0,23 1,67 7,26 Gambar 2. Pemetaan medan listrik Perhitungan nilai medan listrik ini dibuat mengacu pada persamaan 9, yang menyatakan bahwa besarnya medan magnet E berbanding lurus dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan jarak (E~V~ 1 s ). Dalam percobaan ini besarnya medan listrik dapat diketahui jika besarnya beda potensial pada jarak tertentu juga diketahui. Pemetaan medan magnet sebagai hasil dari percobaan ini diperlihatkan oleh gambar 2. Pemetaan pada gambar 2 tersebut terbentuk menggunakan tiga buah elektroda, elektroda I dan II sebagai penghantar arus listrik dari power supply ke dalam media penghantar (pasir). Sedangkan elektroda III difungsikan sebagai elektroda variabel yang ditempatkan di beberapa titik yang dibuat tersebut. Penempatan elektroda III untuk mengukur beda potensial ini jaraknya mengacu pada elektroda I. Dari gambar 2 tersebut dapat dilihat bahwa nilai medan listrik akan semakin turun jika jarak pengukuran semakin jauh dari elektroda I sebagai acuan. Sedangkan untuk posisi penyebaran garis ekipotensial bergantung pada besarnya medan listrik di titik-titik

5 yang diukur. Garis-garis tersebut menghubungkan titik-titik dengan medan listrik yang sama dengan asumsi bahwa beda potensialnya bernilai sama sekitar 2 volt. Sehingga pada saat medan listrik bernilai sama untuk jarak yang sama, akan menghasilkan nilai potensial yang sama dan dapat dihubungkan dengan garis ekipotensial. IV. Kesimpulan Medan listrik di sekitar dua konduktor yang sama dan bermuatan listrik nilainya akan bergantung pada jarak titik yang diukur beda potensialnya terhadap salah satu konduktor yang menjadi titik acuan. Untuk beda potensial yang sama, maka semakin jauh jarak titik uji terhadap acuan, maka medan listriknya listriknya akan semakin kecil. Garis ekuipotensial adalah garis yang menghubungkan titik-titik yang memiliki potensial listrik yang sama. Pada medan listrik yang sama dengan jarak yang sama, maka potensial listrik juga bernilai sama. V. Daftar Pustaka Anonim. -. Penulisan Sitasi Pada Karya Ilmiah. (diakses pada 21 Desember 2012, ) Azmi, Safarul Penggunaan FEM (Finite Element Method) Dalam Memetakan Medan Listrik Pada Permukaan Isolator Jenis Pin Dan Post 20 kv Dan Udara Disekitarnya. Semarang: Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Efendi, Rustam Medan Elektromagnetik Terapan. Jakarta: Erlangga Hayt, William H; Buck, A John Elektromagnetika, Edisi 7. Jakarta: Erlangga Saris, Harri Bensu, dkk Simulasi Distribusi Tegangan Dan Medan Listrik Pada Isolator Suspensi 20 KV 3 Sirip Dengan 4 Tipe Ukuran Sirip. Semarang: Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Transient: Vol. 1, No. 4, ISSN: , 219 Tim Eksperimen Fisika Buku Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika I. Surakarta: MIPA Fisika Universitas Sebelas Maret Tipler FISIKA untuk Sains dan Teknik, Jilid 2, Edisi 3. Jakarta: Erlangga