Apa Itu Medan Listrik?

Medan listrik dapat dianggap sebagai bidang pengaruh benda bermuatan listrik. Apa pun yang memiliki muatan listrik akan mempengaruhi, dan dipengaruhi oleh, benda bermuatan lainnya. Jika dua benda bermuatan ditempatkan cukup dekat satu sama lain, masing-masing akan mengalami gaya yang dapat diukur yang bekerja padanya. Medan secara teoritis luasnya tidak terbatas, tetapi besarnya berkurang dengan jarak dari sumber sesuai dengan hukum kuadrat terbalik. Artinya jika jarak digandakan, kekuatan medan dibagi empat, dan pada jarak tiga kali, kekuatan dibagi sembilan, dan seterusnya; lapangan karena itu menjadi diabaikan pada jarak yang jauh.

Karena muatan listrik bisa positif atau negatif, medan listrik adalah medan vektor, yang berarti memiliki arah dan juga besaran. Dua benda bermuatan listrik akan mengalami gaya tolak menolak jika memiliki jenis muatan yang sama dan gaya tarik menarik jika memiliki jenis muatan yang berbeda. Gaya yang dialami benda bermuatan dalam medan listrik dapat dihitung sebagai F = Persamaan, dimana F adalah gaya dalam Newton, E adalah medan listrik dalam volt per meter (v/m) dan q adalah muatan dalam Coulomb. Persamaan ini dapat disusun kembali untuk memberikan kekuatan medan, E, dalam volt per meter: E = F/q. Contoh-contoh ini berlaku untuk objek kecil, seperti titik; untuk benda bermuatan yang lebih kompleks, atau multipel, perhitungannya lebih rumit.

Arah medan listrik didefinisikan sebagai arah di mana gaya listrik akan dirasakan oleh benda bermuatan positif yang ditempatkan di dalam medan. Dengan demikian, medan akan menjauhi muatan positif dan menuju muatan negatif, karena muatan yang sejenis akan tolak-menolak dan muatan yang tidak sejenis akan tarik menarik. Dalam kasus dua benda dengan jenis muatan yang sama, masing-masing akan mengalami gaya — dapat dihitung dengan persamaan F = Persamaan — yang diarahkan menjauh dari benda lain. Sebaliknya, untuk dua benda yang bermuatan berlawanan, masing-masing akan mengalami gaya yang diarahkan ke benda lain.

Garis medan listrik dapat digambar dengan panah yang menjauhi muatan positif dan menuju muatan negatif. Jadi, sebuah benda bermuatan positif akan digambarkan dengan garis-garis medan yang menjauhinya ke segala arah, dan sebuah benda bermuatan negatif dengan garis-garis medan yang konvergen padanya. Namun, ini hanyalah kesepakatan dan tidak menunjukkan bahwa ada sesuatu yang secara fisik menunjuk ke arah tertentu.

Konsep medan listrik seperti yang dijelaskan di atas merupakan bagian dari fisika “klasik”. Deskripsi klasik bekerja dengan baik untuk aplikasi sehari-hari, tetapi tidak menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi ketika benda bermuatan menarik atau menolak satu sama lain. Cabang teori kuantum yang dikenal sebagai elektrodinamika kuantum (QED), mencoba melakukan ini dalam hal pertukaran foton, pembawa gaya elektromagnetik.