Medan Listrik

Hukum Coulomb  menunjukkan bahwa antara dua muatan yang terpisah mengalami interaksi gaya. Bagaimana antara dua muatan yang terpisah dapat mengalami interaksi? Kita belum dapat mengetahui sesungguhnya bagaimana mekanisme terjadinya interaksi tersebut, yang pasti kehadiran sebuah muatan mengubah kondisi lingkungannya sedemikian rupa, sehingga perubahan kondisi ini memberikan reaksi setiap muatan yang berada dalam daerah tersebut. Partikel apa yang berubah tersebut, dan bagaimana mekanismenya kita belum tahu. Kondisi lingkungan yang memberikan reaksi terhadap muatan listrik tersebut kita sebut medan listrik. Medan listrik ditentukan berdasarkan gaya yang dialami suatu muatan uji yang diletakkan dalam daerah tersebut. Muatan uji dipilih sekecil mungkin, sehingga medan yang dihasilkan oleh muatan uji dapat diabaikan terhadap medan listrik yang diukur tersebut. Medan listrik adalah suatu kuantitas kontinu yang didefinisikan:

Medan listrik adalah besaran vektor dengan besar F_q/q dan arah sama dengan arah gaya listrik (muatan uji positif).

            Medan listrik disuatu titik dengan vektor posisi r yang ditimbulkan oleh satu muatan  titik di r’ adalah :

Bila sistem merupakan distribusi muatan titik: q_1, q₂, ...q_n, yang terpisah masing-masing berjarak r₁, r₂, ..., r_n dari Q ,maka:

Medan listrik E di titik P (x,y,z) yang ditempati Q:

Medan listrik E merupakan besaran vektor yang brubah dari titik ke titik dalam ruang, bergantung pada konfigurasi atau bentuk muatan sumber.

Menurut pengertian fisika, E(P) adalah gaya persatuan muatan yang timbul pada muatan uji, bila muatan uji diletakkan di titik P

Muatan listrik pada benda ternyata merupakan kelipatan bulat 1,6 .10^-19C. Ukuran muatan demikian kecilnya sehingga penyebarannya pada benda tidak lagi tampak terpisah antara muatan satu dengan lainnya atau dengan kata lain distribusi muatan pada benda dapat dianggap kontinu.

            Menurut dimensinya, muatan dapat terdistribusi dalam satu, dua, dan tiga dimensi. Oleh karena muatan terdistribusi maka diperlukan suatu definisi kuantitas rapat muatan untuk masing distribusi:

1. rapat muatan garis               : l = muatan/satuan panjang
2. rapat muatan permukaan     : s = muatan/satuan luas
3. rapat muatan volum                : r = muatan/satuan volum

Penjumlahan muatan yang terdistribusi kontinu dilakukan dengan pengintegralan, sehingga secara umum medan listrik yang dihasilkan oleh distribusi muatan  diskrit dan kontinu:

Contoh

Tentukan medan listrik di titik berjarak a dari kawat panjang bermuatan seragam dengan rapat muatan l.