Sebuah benda dikatakan bermuatan listik jika mengalami kekurangan atau kelebihan elektron. Muatan listrik ada dua jenis yaitu muatan positif (+) dan muatan negative (-). Suatu benda disebut bermuatan positif (+) jika benda tersebut kekurangan elektron. Benda disebut bermuatan negative (-), jika benda tersebut kelebihan elektron. Setelah bermuatan listrik, muatan tersebut akan diam di dalam benda sehingga muatan listrik tersebut dinamakan muatan listrik statis.
Alat yang digunakan untuk mengetahui apakah suatu benda bermuatan listrik atau tidak adalah elektroskop. Salah satu contoh elektroskop adalah elektroskop daun emas. Prinsip kerja elektroskop daun emas dalam mendeteksi adanya muatan listrik suatu benda adalah sebagai berikut: jika suatu benda bermuatan listrik menyentuh kepala elektroskop, pelat logam dan daun emas menjadi bermuatan listrik.
Pengertian Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang mempengaruhi benda karena posisi dari objek yang merupakan kecenderungan tak terhingga dalam arah gaya yang dihasilkan dari energi potensial. Satuan SI dari ukuran usaha dan energi adalah Joule (simbol J). Istilah “energi potensial” pertama kali diusulkan oleh teknik dan fisika Skotlandia William Rankine.
Rumus Energi Potensial
Ep = m x g x h
Keterangan :
- Ep = energi potensial (Joule)
- m = massa benda (kg)
- g = percepatan gravitasi (m/s2)
- h = tinggi benda di atas permukaan tanah (meter)
Konsep Energi Potensial
Konsep energi sangat berguna dalam mekanika. Hukum kekekalan energi memungkinkan kita memecahkan persoalan-persoalan tanpa perlu mengetahui gaya secara rinci. Sebagai contoh gaya gravitasi menarik suatu benda menuju kepermukaan bumi. Baik gaya gravitasi maupun kuat medan gravitasi (percepatan gravitasi = g) berarah vertikal ke bawah.
Jika mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, itu berarti kita melakukan usaha pada benda, dan sebagai akibatnya energi potensial gravitasi benda bertambah ( gambar 1).
Konsep energi juga berguna dalam listrik. Gaya listrik F yang dikerjakan pada suatu muatan Uji positif q’ oleh suatu muatan negatif adalah mengarah kemuatan negatif. Vektor kuat medan listrik E= F/q’, juga mengarah kemuatan negatif.
Untuk menggerakkan muatan uji menjauhi muatan negatif, kita harus melakukan usaha pada muatan uji. Sebagai akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah (gambar 2).
Konsep energi potensial listrik, mirip dengan konsep energi potensial garavitasi. Untuk itu kita akan menurunkan rumus Energi Potensial Listrik sebagai berikut :
Usaha yang dilakukan gaya (Fw), untuk memindahkan muatan penguji +q’, dari titik P ke Titik Q adalah W = -Fw . S = -Fw.Δr = -F.(r2-r1)
W adalah besaran skalar, gaya F diberi tanda (-) negative karena gaya Coulomb berlawanan arah dengan arah perpindahan Fw = Fq = gaya Coulomb.
W = -k.Q q’/r1 2 x (r2-r1) = – kQ.q’/r1.r2 (r2-r1)
W = -k Q.q’(1/r1 – 1/r2)= k Q.q’(1/r2-1/r1)
W = k Q.q’(1/r2-1/r1) = Δ EP = EP2 – EP1
Jadi usaha yang dilakukan W= pertambahan energi potensial
Kesimpulannya, Energi Potensial Listrik adalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji +q’ dari suatu titik ketitik lainnya. Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga, sehingga r2 = ˜ dan 1/r2 = 0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: Energi Potensial Listrik dari dua muatan Q dan q’ adalah :
Ep = k Q.q’/r, EP termasuk besaran skalar
E = Energi Potensial Listrik satuannya Joule
k = Konstanta = 9.109 N C-2 m2, r = jarak (m)
Q + muatan sumber, q’= muatan uji (Coulomb)
Contoh Sederhana Energi Potensial
- Contoh sederhana energi ini adalah jika seseorang membawa batu ke atas bukit dan meletakkannya di sana, batu akan memiliki energi potensial gravitasi. Jika kita meregangkan pegas, kita dapat mengatakan bahwa musim semi membesar dan memanjang berarti musim semi elastis gain energi potensial.
- Berbagai jenis energi dapat diklasifikasikan sebagai energi potensial. Setiap bentuk energi dikaitkan dengan jenis tertentu dari gaya yang bekerja terhadap sifat fisik tertentu materi (seperti massa, muatan, elastisitas, suhu, dll).
- Energi potensial gravitasi dihubungkan dengan gaya gravitasi yang bekerja pada massa benda;
- energi potensial elastis kekuatan elastis yang bekerja terhadap elastisitas objek perubahan bentuk;
- energi potensial listrik dalam angkatan Coulomb;
- kuat kekuatan nuklir atau gaya nuklir lemah yang bekerja terhadap muatan listrik pada objek;
- energi potensial kimia, potensi kimia pada konfigurasi atom atau molekul karya tertentu terhadap struktur atom atau molekul zat kimia yang membentuk objek dan juga potensi energi panas untuk gaya elektromagnetik yang berhubungan dengan suhu objek.
Jenis Energi Potensial
Ada situasi ketika sebuah benda memiliki potensi untuk mulai bergerak dan mendapatkan energi kinetik. Sering ada gaya yang bekerja pada objek, tetapi kekuatan belum cukup untuk memindahkan objek tersebut. Jenis-jenis energi potensial adalah:
1. Energi potensial gravitasi
Misalkan sebuah benda bermassa m (dan beratnya w = mg) bergerak vertikal seperti gambar 1 (a) dari sebuah titik dimana pusat beratnya ada pada ketinggian y1 di atas suatu bidang yang dipilih sembarang menuju sebuah titik yang tingginya y2. Disini akan dibicarakan perpindahan di dekat bumi saja, sehingga perbedaan gaya gravitasi akibat perbedaan jarak benda ke pusat bumi dapat diabaikan.
Gaya gravitasi ke bawah terhadap benda nilainya konstan (sebesar w). Andaikan P adalah resultan semua gaya lainnya yang bekerja terhadap benda itu, dan andaikan pula W’ adalah usaha gaya-gaya ini. Arah gaya gravitasi w berlawanan dengan perpindahan ke atas dan usaha gaya ini adalah
Dapat dikatakan bahwa usaha gaya gravitasi adalah , tak peduli apakah benda itu bergerak naik atau turun.
2. Energi potensial kimia
Beberapa molekul tidak stabil nitrogliserin memiliki energi potensial siap dirilis di bawah kondisi yang tepat. Pelepasan energi mungkin dalam bentuk ledakan, yang melepaskan energi kinetik dalam bentuk cahaya, panas, dan partikel yang bergerak.
Campur bahan kimia tertentu dapat bereaksi, meskipun ledakan itu tidak begitu sulit untuk membuat panas dan bentuk lain dari energi kinetik.
3. Energi potensial listrik
Outlet listrik di rumah Anda memiliki potensi 110V energi atau 220V. Setelah arus rangkaian listrik, energi potensial menjadi energi kinetik dari pergerakan elektron, serta panas dan efek lainnya.
4. Energi potensial nuklir
Beberapa atom memiliki inti yang tidak stabil yang memiliki potensi untuk membagi dan melepaskan energi kinetik. Misalnya, Uranium-235 tidak stabil dan dapat dibagi dua, melepaskan kecepatan tinggi partikel subatom dan radiasi. Energi potensial berubah menjadi energi kinetik.
Contoh Energi Potensial dan Energi Kinetik
Soal No.1
Terdapat sebuah bola dengan massa 2 kg, terletak di atas lemari dengan ketinggian 3 m. Berapakah energi potensial bola? (percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2)
Pembahasan
m = 2 kg
h = 3 m
g = 10 m/s2
Ep = m . g . h
Ep = 2 . 10 . 3
Ep = 60 Joule
Soal No.2
Buah kelapa yang masih menggantung dipohon kira-kira massanya 1,5 kg. Jika ketinggian pohon kelapa tersebut 8 meter. Berapa energi potensial buah kelapa tersebut ? (percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2)
Pembahasan
m = 1,5 kg
h = 8 m
g = 10 m/s2
Ep = m . g . h
Ep = 1,5 . 10 . 8
Ep = 120 Joule
Kaprikornus energi potensial pada kelapa tersebut yaitu 120 Joule.
Soal No.3
Energi 6000 Joule dipakai untuk mengangkat sebuah benda yang mempunyai massa 50 kg. Hitunglah tinggi benda yang bisa diangkat oleh energi tersebut ? (g = 10 m/s2)
Pembahasan
Ep = 6000 Joule
m = 50 kg
g = 10 m/s2
Ep = m . g . h
6000 = 50 . 10 . h
6000 = 500h
h =
= 12 meter
Kaprikornus tinggi benda tersebut yaitu 12 meter
Soal No.4
Buah kelapa dengan massa 2 kg berada pada tangkainya setinggi 8 meter di atas tanah sedangkan buah nangka bermassa 3 kg berada 4 meter di atas tanah. Tentukan perbandingan energi potensial yang dimiliki keduanya.
Pembahasan
m(kelapa) = 2 kg
h(kelapa) = 8 m
m(nangka) = 3 kg
h(nangka) = 4 m
Perbandingan Energi Potensial Kelapa dengan Energi Potensial Nangka
=
=
=
=
=
Kaprikornus Perbandingan Energi Potensial Kelapa dengan Energi Potensial Nangka yaitu 1 : 3
Soal No.5
Sebuah pesawat yang mempunyai massa m mengudara pada ketinggian h dan mempunyai energi potensial sebesar 1400 J. Pesawat lalu mengubah ketinggiannya menjadi 2h, maka energi potensial pesawat kini yaitu sebesar …. ?
Pembahasan
Ep1 = 1400 J
h1 = h
h2 = 2h
=
=
1400 . 2h = Ep2 . h
2800h = Ep2 . h
Ep2 =
= 2800 J
Dengan demikian, Energi Potensial (Ep) pesawat kini yaitu 2800 Joule
Demikian Ulasan Tentang Energi Potensial adalah – Rumus, Konsep, Jenis dan Contoh Soal Semoga Dapat Bermanfaat Bagi Sahabat Setia DosenPendidikan.Com Amin … 😀