Berapakah besar muatan titik yang medan listriknya?

Kekuatan Medan Elektrik: Satu Titik Cas yang Kuat

Persoalan tentang besarnya muatan titik yang menghasilkan medan elektrik tertentu seringkali menimbulkan kekeliruan. Ia bukanlah tentang mencari satu nilai muatan tunggal, sebaliknya ia bergantung kepada dua faktor utama: magnitud cas titik (Q) dan jarak dari cas tersebut (r). Semakin besar magnitud cas dan semakin dekat jarak, semakin kuat medan elektrik yang dihasilkan.

Sebagai analogi, bayangkan sebuah lampu suluh. Lampu suluh dengan kuasa yang tinggi (magnitud cas yang tinggi) akan menghasilkan cahaya yang lebih terang (medan elektrik yang kuat). Namun, jika kita berada jauh dari lampu suluh tersebut, intensiti cahayanya akan berkurangan (medan elektrik menjadi lemah). Begitu juga dengan cas titik; ia menghasilkan medan elektrik yang meruap ke semua arah.

Rumus yang tepat untuk mengira kekuatan medan elektrik (E) disebabkan oleh cas titik ialah:

E = kQ/r²

di mana:

• E ialah kekuatan medan elektrik (diukur dalam Newton per Coulomb atau N/C)
• k ialah pemalar Coulomb (kira-kira 8.98755 × 10⁹ N⋅m²/C²) – sebuah pemalar yang mewakili kekuatan interaksi elektrostatik dalam vakum.
• Q ialah magnitud cas titik (diukur dalam Coulomb atau C)
• r ialah jarak dari cas titik (diukur dalam meter atau m)

Contohnya, jika kita mempunyai cas titik sebanyak 9 Coulomb (Q = 9 C), kita masih tidak boleh menentukan kekuatan medan elektriknya tanpa mengetahui jarak (r). Jika r = 1 meter, kekuatan medan elektrik akan jauh berbeza daripada jika r = 10 meter.

Menggunakan formula di atas, jika r = 1 meter:

E = (8.98755 × 10⁹ N⋅m²/C²) × (9 C) / (1 m)² ≈ 8.09 × 10¹⁰ N/C

Ini menunjukkan medan elektrik yang sangat kuat. Namun, jika r = 10 meter:

E = (8.98755 × 10⁹ N⋅m²/C²) × (9 C) / (10 m)² ≈ 8.09 × 10⁸ N/C

Kekuatan medan elektrik telah berkurang sebanyak 100 kali ganda! Oleh itu, pernyataan “medan elektrik yang dihasilkan akan sangat kuat” hanya benar jika jarak dari cas tersebut adalah kecil.

Kesimpulannya, besarnya muatan titik bukanlah satu-satunya penentu kekuatan medan elektrik. Jarak dari cas tersebut memainkan peranan yang sama pentingnya. Penggunaan formula E = kQ/r² adalah penting untuk pengiraan yang tepat.