Beda Potensial dan Energi listrik

 Beda Potensial dan Energi listrik

 Potensial listrik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang berada di dalam medan listrik. Potensial listrik dikatakan lebih tinggi jika lebih banyak muatan positif dari pada muatan negatifnya, sebaliknya benda mempunyai potensial rendah jika muatan negatifnya lebih banyak dari pada muatan positifnya.

Dari gambar, dapat dikatakan bahwa potensial benda A lebih tinggi dari benda B, potensial benda B lebih tinggi dari benda C, potensial benda C lebih tinggi dari benda D

atau :   V_A > V_B > V_C > V_D

Orang  yang pertama kali menyatakan bahwa petir terjadi  akibat  adanya gejala listrik  statis adalah Benjamin  Franklin  (1706 – 1790). Menurutnya, petir  adalah kilatan  cahaya yang muncul akibat perpindahan muatan negatif (elektron) antara awan dan awan, atau antara awan dan bumi. Petir dapat terjadi karena adanya perbedaan potensial  yang sangat besar antara dua awan yang berbeda, atau antara awan dengan  bumi,  sehingga akan terjadi  lompatan muatan listrik,  atau perpindahan elektron secara besar-besaran dari awan ke  bumi, atau dari awan ke  awan lainnya.

 Perpindahan muatan listrik (elektron) tersebut disebabkan oleh adanya perbedaan potensial listrik (beda potensial listrik). Besarnya beda potensial listrik dapat dihitung dengan membandingkan besar energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah muatan listrik. Secara matematis dituliskan sebagai berikut.

Keterangan      :

V         =          potensial listrik (volt)

W        =          energi listrik (joule)

q          =          muatan listrik (coulomb)

Arus listrik sanggup mengalir karena adanya beda potensial. Baterai sanggup mengalirkan arus listrik karena baterai mempunyai beda potensial antara kedua kutubnya yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif mempunyai potensial lebih besar daripada kutub negatif. Dengan demikian, arus listrik pada baterai akan mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.

 Contoh soal :

Soal 1

Untuk memindahkan muatan sebesar 40 C dari A ke B diperlukan energi sebesar 60 joule. Berapakah potensial AB tersebut?

Penyelesaian soal :

Diketahui   :    q   =   40 C

                        W =   60 joule

Ditanya      :    V  =   . . . ?

Jawab         :    V  =   W / q     

                            =   60 joule / 40 C

                             =   1,5 V

Jadi potensial antara titik A dan B adalah 1,5 V

Soal 2

Pada saat terjadi petir, 25 coulomb muatan listrik berpindah dari awan ke permukaan bumi, dan dihasilkan energi 1,25 x 10¹⁰ joule. Berapa beda potensial antara awan dan permukaan bumi?

Penyelesaian soal :

Diketahui   :    q   =   25 C

                        W =   1,25 x 10¹⁰  joule

Ditanya      :    V  =   . . . ?

Jawab         :    V  =   W / q     

                            =   1,25 x 10¹⁰  joule / 25 C

                             =   5 x 10⁸ V

Jadi potensial antara awan dan permukaan bumi adalah 5 x 10⁸ V

Soal 3

Beda potensial antara titik P dan Q adalah 5 volt. Usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari titik P ke titik Q adalah 40 joule. Berapa besar muatan yang dipindahkan?

Penyelesaian soal :

Diketahui   :    V  =   5 volt

                        W =   40  joule

Ditanya      :    q   =   . . . ?

Jawab         :    V  =   W / q     

                        q   =   W / V

                            =   40 joule / 5 V

                             =   8 coulomb

Jadi besar muatan yang dipindahkan 8 coulomb 

Soal 4

Sebuah baterai yang memiliki beda potensial sebesar 1,5 V. Berapakah besar energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan sebanyak 4 C?

Penyelesaian soal :

Diketahui   :    V  =   1,5 V

                        q   =   4 C

Ditanya      :    W =   . . . ?

Jawab         :    V  =   W / q     

                        W =   V x q

                            =   4 C x 1,5 V

                             =   6 J

Jadi, besar energi untuk memindahkan muatan tersebut sebesar 6 J.

 

Uji Kompetensi

 

1.      Perhatikan gambar berikut!

Urutan beda potensial yang dimiliki benda dari yang paling besar adalah ….

A.      V_A > V_B > V_C > V_D.

B.      V_B > V_C > V_D > V_A

C.      V_C > V_D > V_A > V_B

D.     V_D > V_C > V_A > V_B 

2.      Untuk memindahkan muatan listrik sebesar 20 coulomb dari titik A ke titik B diperlukan energi sebesar 50 joule. Maka beda potensial AB adalah . . . . .

A.   2,0 V   

B.   2,5 V.

C.   5,0 V

D.  10,0 V 

3.      Potensial titik A sebesar 120 volt dan titik B sebesar 30 volt. Bila muatan yang hendak dipindahkan dari titik A ke B sebesar 5 coulomb, maka usaha yang dilakukan adalah ….

            A.    45 joule

            B.    450 joule.

            C.   4.500 joule

            D.  45.000 joule

4.      Jumlah muatan yang dipindahkan pada sebuah rangkaian listrik adalah 15 C. Jika energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan tersebut dari ujung-ujung rangkaian listrik adalah 45 J, maka beda potensial antara ujung-ujung rangkaian tersebut sebesar ….

A.      1,3 V

B.      3 V.

C.      13 V

D.     30 V

5.      Beda potensial antara dua titik kawat penghantar adalah 3 V. Energi listrik yang digunakan untuk memindahkan muatan sebesar 9 C diantara dua titik tersebut adalah ….

A.      3 J

B.      12 J

C.      27 J.

D.     81 J

Share this post