Berbagai muatan antara Konduktor

10 Berbagai muatan antara Konduktor
Bila sebuah konduktor bermuatan disinggungkan ada sebuah konduktor yang tidak bermuatan, muatan asalnya akan terbagi antara kedua konduktor. Hal ini tentulah terjadi akibat gaya tolak – menolak antara komponen muatan asal tersebut. Pertanyaan berapa banyak teatnya muatan yang berpindah itu masih menunggu jawaban yang sekarang dapat kita ketahui barulah bahwa semua titik pada kedua konduktor itu menjadi sama potensialnya. Jadi, bila luar benda bermuatan positif bersentuhan dengan luas benda tak bermuatan yang disebut pertama akan kehilangan sebagian muatannya, dan potensialnyapun akan berkurang, sedangkan yang kedua akan memperoleh muatan dan bertambah potensialnya. Arus muatan akan terhenti bila potensial pada kedua buah benda itu tidak sama, akan tetapi pada benda pertama masih tersisa muatan sedikit.
Bila sebuah benda bermuatan bersentuhan dengan bagian dalam (interior) sebuah konduktor, keadaan akan sangat berbeda, seperti diterangkan dalam bagian 25-5. Dalam bagian ini telah dipelajari bahwa sebagai konsekuensi rumus, pada bagian dalam permukaan sebuah konduktor rongga akan timbul muatan induksi yang tandanya berlawanan, dan muatan ini tidak bergantung kepada posisi benda bermuatan itu dalam konduktor rongga tersebut. Dengan menyentuh benda bermuatan pada dinding rongga, benda pertama memindahkan seluruh muatannya ke konduktor rongga tersebut, sekalipun yang disebut belakangan ini sudah bermuatan sebelumnya.
Untuk memahami eksperimen ini lebih mendalam, perhatikanlah bola logam besar dan rongga B dalam gambar 26-10 (a), yang muatan positif asalnya qB (ditandai dengan sejumlah tanda positif dalam lingkaran di sekelilingnya) dan radius dalamnya rB. pada dinding bola besar ini ada lobang yang besarnya cukup untuk memasukkan sebuah bola logam kecil yang radiusnya rA dan bermuatan qA.
Bila A berada di tengah B dan efek kecil akibat lubang sempit pada B diabaikan, maka muatan positif pada A serta muatan negatif terdistribusi merata, dan medan listrik antara kedua muatan ini simetris dan radial, menurut hukum Gauss, meda antara A dan B timbul hanya karena muatan pada A, dan pada jarak r dari pusat A, ditentukan berdasarkan
Beda potensial antara A dan B karena itu ialah
Persamaan ini menyingkapkan dua hal penting:
VA – VB positif, atau potensial A lebih tinggi dari potensial B
VA – VB bergantung hanya kepada qA, jadi, tak bergantung kepada muatan asal yang ada pada B.
Jika A dan B dihubungkan oleh sebuah konduktor, listrik akan mengalir dari A ke B sampai VA – VB = O, atau berdasarkan persamaan (26-22), sampai qA = O. Hal ini membawa kita kepada kesimpulan bahwa seluruh muatan pada A berpindah ke B, tak perduli harga awal muatan dan potensial B. inilah yang menjadi prinsip generator Van de Graaff, yang akan dibicarakan dalam bagian berikut ini.
Bila posisi benda A bukan di tengah-tengah, seperti dalam gambar 26-10(b), muatan positif pada A dan muatan negatif sama besar yang terinduk pada permukaan dalam B tidak merata distribusinya. Medan listrik antara A dan B sama sekali tidak simestris dan tidak dapat diungkapkan dalam bentuk rumus matematika sederhana. Tetapi, perbedaan potensial VA – VB tetap positif, hanya saja lebih kecil dari pada bila A berada di tengah-tengah ; lagi pula VA – VB tetap bergantung hanya kepada qA, tak perduli muatan asal dan potensial B.
11 Generator Van de Graff
Telah diterapkan bahwa bila sebuah konduktor bermuatan disisipkan kedalam sebuah konduktor rongga, lalu disentuhka pada dinding dalamnya, maka seluruh muatan pada konduktor pertama berpinda ke konduktor kedua, tak perduli apakah konduktor kedua ini telah bermuatan sebelumnya. Sekiranya tak ada kesulitan akibat faktor isolasi, muatan (dana karena itu juga potensial) konduktor rongga itu bisa saja ditambah tanpa batas dengan cara mengulang-ulang proses tadi. ( tentu saja, dengan naiknya potensial konduktor ini, maka makin besar gaya tolak yang bekerja terhadapnya tiap kali muatan ditambahkan padanya. Pada suatu saat kita tidak akan cukup kuat lagi untuk memberikan muatan! ).
Generator yang diciptakan oleh Robert J. Van de Graaff menerapkan asas tersebut di atas, tetapi caranya bukan dengan berkali-kali memasukan benda bermuatan kedalam sebuah konduuktor, melainkan muata n dimasukan secara terus menerus dengan pita atau ban berjalan ( belt conveyor) .
Gambar 26-11 adalah sebuah diagram skematik generator van de graaff kecil yang dirancang untuk peragaaan. Konduktor rongga A, terbuat dari logam dan hampir bulat seperti bola bentuknya, ditopang oleh tabung B dari bahan penyekat. Tabung ini terpasang pada alas C dari logam yang biasanya “ diardekan” (grounded). Sebuah sabuk D tak berujung pangkal yang bersifat tak menghantar melingkar dua buah katrol E dan F yang juga tak menghantar katrol F dapat diputar dengan tangan atau dengan motor listrik kecil. Katrol E dan F dilapis dengan bahan yang berlainan, dipilih demikian rupa sehingga bila sabuk D bersentuhan dengan F, pita ini akan memperoleh muatan positif, sedangkan bila bersentuhan dengan E, akan mendapat muatan negatif.
Unjung runcing G dan H disambung secara listrik pada konduktor A disebelah atas dan pada alas C.
Muatan yang timbul pada sabuk ketika bersentuhan dengan katrol, tidak “lepas” lagi dan diangkut oleh sabuk tersebut. Sisi kiri sabuk yang terus menerus bergerak ke atas mengangkut muatan positif kedalam konduktor sebelah atas (A). waktu melewati G, sabuk itu menginduksikan muatan pada konduktor ini yang, karena ujung runcingnya, menimbulkan intensitas medan yang tingginya cukup untuk mengionisasi udara antara ujung runcing dan sabuk. Maka udara yang terionisasi ini menjadi “jembatan” penghantaran bagi muatan positif pada sabuk guna dapat mengalir ke konduktor A.
Ketika meninggalkan katrol E, sabuk itu menjadi bermuatan negatif dan sisi kanannya mengangkut muatan negatif ini keluar dari terminal atas. Pengambilan muatan negatif ekuivalen dengan penambahan muatan positif, sehingga kedua sisi pita berperanmenaikkan muatan netto positif terminal A. muatan negatif terambil dari sabuk pada ujung runcing H, lalu mengalir ke tanah.
BAB III
PENUTUP
1 Kesimpulan
Perubahan dalam energi potensial listrik dari muatan titik ketika muatan bergerak dari ririk awal ke titik akhir dalam suatu medan listrik adalaj usaha yang dilakukan oleh medan listrik pada muatan titik selama bergerak dari titik awal ke titik akhir. Apabila energi potensial didefinisikan sama dengan nol pada jarak tak hingga, energi potensial listrik dari muatan titik pada titik tertentu adalah usaha yang dilakukan oleh medan listrik pada muatan titik ketika muatan bergerak dari tak hingga ke titik khusus.
Semua titik pada permukaan ekuipotensial memiliki potensial yang sama. Usaha yang dilakukan pada muatan uji untuk menggerakannya dari satu permukaan tersebut ke permukaan yang lain tidak bergantung pada lokasi dari titik awal dan akhir pada permukaan ini dan lintasan yang menghubungkan titik-titik tersebut. Medan listrik E selalu di arahkan tegak lurus terhadap permukaan ekuipotensial.
|