Gambar (a), (b), dan (c) di atas merupakan permukaan (garis penah) dan garis gaya (garis putus-putus) di gambar dekat muatan titik.
Jika sebuah permukaan digambarkan demikian rupa bentuknya, sehingga di mana-mana tegaklurus pada sebuah medan listrik, setiap lintasan yang terletak di permukaan itu tegaklurus pada medan ini. Integral garis E nol sepanjang setiap lintasan semacam ini dan beda potensial antara sembarang dua titik pada permukaan tersebut nol. Karena itu semua titik pada permukaan berada pada potensial yang sama. Permukaan itu disebut permukaan ekuipotensia atau ekuipotensial saja.
Distribusi potensial dalam sebuah medan listrik dapat dinyatakan secara grafis dengan melukisakan beberapa permukaan ekuipotensial, yang masing-masingnya bersesuaian dengan suatu harga konstan potensial yang berlainan. Garis-garis gaya dan permukaan permukaaan ekuipotensial itu membentuk suatu jaringan yang tegaklurus satu sama lain. Permukaan ekuipotensial dapat dilukiskan melalui setiap titik medan, tetapi sudah menjadi kebiasaan untuk hanya melukiskan beberapa ekuipotensial dalam diagram. Umumnya garis gaya sebuah medan merupakan garis lengkung dan ekuipotensial merupakan permukaan lengkung. Khusus dalam hal medan yang merata, di mana garis gaya itu lurus dan paralel ekuiotensial merupakan bidang yang tegaklurus pada garis gaya.
Telah dijelaskan bahwa garis gaya di permukaan sebuah konduktor bermuatan tegaklurus padanya jika muatan di dalamnya diam. Karena itu permukaan konduktor semacam ini merupaka ekuipotensial.
Muatan titik atau konduktor sferis bermuatan. Intensitas listrik dalam medan satu muatan titik ialah
Persamaan yang sama menghasilkan intensitas dalam medan sebuah bola bermuatan, di titik-titik luarnya. Beda potensial antara titik-titik tersebut adalah
Dalam banyak soal elektrostatika, untuk mudahnya tingkat referensial potensial (titik dimana V=0) di ambil pada jarak yang sangat besar (jauh tak berhingga) dari semua muatan. Karena itu mari kita ambil di titik b jauh tak berhingga, sehingga rb= dan Vb=0. Dengan demikian, karena a dapat merupakan sembarang titik dalam medan muatan itu, maka huruf a dapat kita hilangkan dari ra dan Va, dan untuk pootensial V pada jarak radial r dan relatif terhadap sebuah titik dijauhkan tak terhigga, kita tulis.
Potensial itu positif jika q positif, negatif jika q negatif. Karena potensial itu konstan bila r konstan, permukaan ekuipotensial pun konstan bila r konstan, permukaan ekuipotensial semua sferis dan oleh sebab itu tegaklurus pada garis gaya.
Medan konduktor bola bermuatan hanya bila r lebih besar daripada atau sama dengan radius r bola. Potensial pada permukaannya ialah.
Dan karena bola itu sebuah vakum elektropotensial, maka semua titik di dalamnya adalah pada potensial ini. Karena itu kita dapat mengatakan bahwa persamaan di atas menyatakan potensial bola bermuatan yang tersekat, relatif terhadap sebuah titik padu jauh tak berhingga.
Gambar di atas merupakan intensitas listrik E dan potensial V di titik-titik di dalam dan di luar sebuah konduktor sferis bermuatan.
Besar intensitas listrik E pada permukaan
Dan bila q dikeluarkan dari persamaan di atas, kita peroleh
E=V/R atau V=RE
Gambar di atas memperlihatkan sebuah bola yang radiusnya R dan muatannya positif q, berikut grafik intensitas listrik E dan potensial V di titk-titik sepanjang sebuah garis yang menembus titik pusat bola itu.
Potensial maksimum yang dapat di timbulkan pada sebuah konduktor dalam udara adalah terbatas berhubung molekul udara terionisasi, dan karena itu udara menjadi konduktor pada intensitas listrik kira-kira 3x106 NC-1. Umumnya, jika Em adalah limit tertinggi intensitas listrik, yang dikenal sebagai kuat dielektrik (dielectric strength), potensial maksimum yang dapat timbul dalam konduktor bola adalah
Untuk bola yang radiusnya 1 cm, dalam udara
Dan berapa besarpun “permuatan”, takan dapat menaikan potensial bola seukuran demikian, dalam udara, lebih tinggi dari kira-kira 30.000 V. Hal inilah yang mengahruskan kita menggunakan terminal berbentuk bola yang besar ukurannya pada mesin-mesin tegangan tinggi. Jika kita buat R=2m, maka
Karena potensial maksimum itu sebanding dengan radius, potensial yang relatif kecil sekalipun, bila dikenakan pada titik runcing dalam udara, akan membangkitkan medan yang cukup tinggi tepat di luar titik itu, yang dapat menyebabkan udara sekelilingnya terionisasi. (“Titik” runcing juga dapat di anggap merupakan permukaan yang radius kelengkungannya sangat kecil).
Muatan garis dan silinder mengantar yang bermuatan. Medan sebuah muatan garis, dan medan di luar sebuah silinder menghantar yang bermuatan, keduanya di tentukan berdasarkan
Beda potensial antara sembarang dua titik a dan b pada jarak radial ra dan rb adalah
Jika titik b terletak jauh tak berhigga dan Vb=0, maka untuk potensial vb kita peroleh
Karena itu, titik referensial yang terletak jauh tak berhingga tidak cocok untuk medan ini. Tetapi, V=0 dapat kita tempatkan pada radius sembarang ro. Maka pada sembarang radius r.
Persamaan-persamaan di atas menentukan potensial dalam medan sebuah silinder hanya untuk harga r sama dengan atau lebih besar dari radius R silinder itu. Jika ro diumpamakan radius silinder R, demikian rupa sehingga potensial silinder dianggap nol, maka potensial dis embarang titik luar, relatif terhadap potensial silnder ialah.
| 