Listrik
Konsep > Medan listrik

Artikel utama: Medan listrik
Lihat pula: Elektrostatis
Konsep medan listrik pertama kali diperkenalkan oleh Michael Faraday. Medan listrik tercipta dari benda bermuatan di ruang yang mengelilinginya, dan menghasilkan gaya yang diberikan pada muatan manapun yang berada pada cakupan medan tersebut. Medan listrik bekerja di antara 2 muatan dengan perilaku yang serupa dengan medan gravitasi bekerja di antara 2 massa, dan akan berbanding kuadrat terbalik dengan jarak. Namun, ada perbedaan di antara keduanya. Gravitasi selalu bekerja tarik menarik, menarik kedua massa bersama, sedangkan medan listrik bisa menghasilkan tarikan atau tolakan. Ketika objek besar seperti planet umumnya tidak membawa muatan bersih, medan listrik pada jarak tertentu nilainya nol. Oleh karena itu gravitasi menjadi dominan di alam semesta, meskipun jauh lebih lemah.
Sebuah medan listrik umumnya beragam pada suatu ruang, dan kekuatannya pada satu titik didefiniskan sebagai gaya (per satuan muatan) yang mengenai muatan diam imajiner jika diletakkan pada titik tersebut.:469–470 Konsep ini, dinamai 'muatan tes', haruslah sangat kecil untuk menghindari medan listriknya sendiri menganggu medan utama dan juga harus diam untuk menghindari efek medan magnet. Karena medan listrik didefiniskan dalam gaya, dan gaya adalah vektor, maka medan listrik juga vektor, memiliki besaran dan arah. Secara spesifik, medan listrik adalah medan vektor.:469–470
Studi mengenai medan listrik diciptakan oleh muatan diam yang disebut elektrostatis. Medan dapat divisualisasikan dengan set garis imajiner yang arahnya pada semua titik adalah sama dengan medan tersebut. Konsep ini pertama kali diperkenalkan Faraday, di mana kata 'garis gaya' terkadang masih digunakan. Garis medan adalah jalur-jalur titik tempat muatan positif akan terlihat seperti dipaksa untuk berpindah di dalam medan tersebut; namun ini hanyalah konsep imajiner tanpa keberadaan yang sesungguhnya. Medan menembus semua ruang di antara garis-garis tersebut. Garis gaya terpancar dari muatan diam memiliki beberapa sifat: pertama, mereka berawal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif. Kedua, mereka harus masuk ke konduktor manapun pada sudut yang benar, ketiga, mereka tidak boleh memotong atau berdekatan antara satu sama lain.:479
Objek berkonduksi berongga membawa semua muatannya pada permukaan. Maka medan di dalam objek bernilai nol.:88 Ini merupakan prinsip operasi sangkar Faraday, kerangka logam berkonduksi yang mengisolasi dalamnya dari efek listrik dari luar.
Prinsip elektrostatis sangat penting ketika mendesain peralatan dengan voltase tinggi. Ada batas medan listrik tertentu yang dapat ditahan oleh medium apapun. Diatas titik ini, akan terjadi kegagalan listrik dan percikan api dan terjadi flashover di antara bagian yang bermuatan. Udara, misalnya, cenderung akan muncul percikan di sepanjang celah kecil pada medan listrik diatas 30 kV per sentimeter. Jika celahnya diperbesar, maka kekuatan breakdown juga melemah, sekitar 1 kV per sentimeter. Paling mudah bisa dilihat pada kilat, terjadi ketika muatan menjadi terpisah di awan dengan naiknya kolom udara dan menaikkan medan listrik di udara hingga lebih besar dari yang bisa ditahan. Voltase dari awan kilat yang besar bisa mencapai 100 KV dan bisa mengeluarkan energi hingga 250 kWh.
Kekuatan medan sangat dipengaruhi oleh objek berkonduksi di dekatnya, terutama menjadi besar ketika dipaksa untuk melekuk disekitar titik objek. Asas ini kemudian dipelajari pada konduktor kilat, ujung tajam yang di mana mendorong kilat untuk terarah kesitu, dan bukan ke gedung yang dilindunginya.:155