Beda Potensial dan Energi Listrik

Penulis Abi - Monday, January 25, 2016

Beda potensial listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik. Beda potensial listrik merupakan ukuran beda potensial yang mampu membangkitkan medan listrik sehingga menyebabkan timbulnya arus listrik dalam sebuah konduktor listrik. Agar terjadi aliran muatan (arus listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka harus ada beda potensial di kedua ujung rangkaian, Beda potensial  listrik adalah energi tiap satuan muatan.

Orang yang pertama kali menyatakan bahwa petir terjadi akibat adanya gejala listrik statis adalah Benjamin Franklin (1706 – 1790). Menurutnya, petir adalah kilatan cahaya yang muncul akibat perpindahan muatan negatif (elektron) antara awan dan awan, atau antara awan dan bumi. Petir dapat terjadi karena adanya perbedaan potensial yang sangat besar antara dua awan yang berbeda, atau antara awan dengan bumi, sehingga akan terjadi lompatan muatan listrik, atau perpindahan elektron secara besar-besaran dari awan ke bumi, atau dari awan ke awan lainnya.

Perpindahan muatan listrik (elektron) tersebut disebabkan oleh adanya perbedaan potensial listrik (beda potensial listrik). Besarnya beda potensial listrik dapat dihitung dengan membandingkan besar energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah muatan listrik. Secara matematis dituliskan sebagai berikut.

ΔV =   W Q

Keterangan: ΔV = beda potensial listrik (volt) W = energi listrik (joule) Q = muatan listrik (coulomb)

Arus listrik dapat mengalir karena adanya beda potensial. Baterai dapat mengalirkan arus listrik karena baterai mempunyai beda potensial antara kedua kutubnya yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif mempunyai potensial lebih besar daripada kutub negatif. Dengan demikian, arus listrik pada baterai akan mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.

Perbedaan potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian dinamakan tegangan. Biasanya, baterai mempunyai tegangan yang tertulis pada bagian luarnya misalnya 1,5 V, artinya baterai tersebut mempunyai beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif sebesar 1,5 V.

Seperti halnya arus listrik yang dapat diukur menggunakan amperemeter, tegangan (beda potensial) dapat juga diukur. Alat untuk mengukur beda potensial disebut voltmeter. Ada perbedaan cara mengukur beda potensial dengan cara mengukur arus. Arus listrik diukur dengan merangkai amperemeter secara seri dalam suatu rangkaian, sedangkan mengukur beda potensial listrik dilakukan dengan merangkai voltmeter secara sejajar (paralel) dalam suatu rangkaian.

Beda potensial dapat diukur jika rangkaian dalam keadaan tertutup dan ada arus listrik yang mengalir dari sebuah sumber arus listrik misalnya baterai. Tapi perlu diingat, voltmeter harus dirangkai secara paralel. Angka yang ditunjukkan oleh voltmeter merupakan beda potensial antara dua buah kutub.

Benda bemuatan listrik positif apabila benda tersebut melepaskan sejumlah elektron. Benda akan bermuatan negatif apabila menerima elektron. Benda yang memiliki elektron lebih sedikit memiliki potensial lebih tinggi dari benda yang memiliki elektron banyak. Potensial listrik adalah kemampuan untuk memindahkan sebuah muatan positif. Benda yang memiliki potensial besar memiliki kemampuan besar untuk menolak muatan positif.

Contoh Soal 1

Berapakah beda potensial kutub-kutub baterai sebuah rangkaian jika baterai tersebut membutuhkan energi sebesar 60 J untuk memindahkan muatan sebesar 20 C?

Diketahui:
W = 60 J
Q = 20 C

Ditanya: beda potensial

ΔV =	W	=	60	= 3 V
	Q		20

Jadi, beda potensial kutub-kutub baterai rangkaian tersebut 3 V

Contoh Soal 2
Sebuah baterai yang memiliki beda potensial sebesar 1,5 V. Berapakah besar perpindahan energi yang diperlukan jika memindahkan muatan sebanyak 40 C?

Diketahui:
Beda potensial = 1, 5 V
Besar muatan = 40 C
Ditanya: Besar energi untuk memindahkan muatan
Jawab:
w = V . Q = 1,5 x 40 = 60 J
Jadi, besar energi untuk memindahkan muatan tersebut sebesar 60 J.

Contoh Soal 3
Beda potensial antara dua titik kawat penghantar adalah 9 V. Berapakah energi listrik yang digunakan untuk memindahkan muatan sebesar 30 C diantara dua titik tersebut?
Diketahui :
V = 9 Volt
Q = 3 C
Ditanyakn : W
Jawab :
W = Q x V = 3 x 9 = 27 J

Contoh Soal 4

Jumlah muatan yang dipindahkan pada sebuah rangkain listrik adalah 15 C. Jika energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan tersebut dari ujung-ujung rangkaian listrik adalah 45 J, berapakah beda potensial antara ujung-ujung rangkaian tersebut?

Diketahui

Q = 15 C

W = 45 J
Ditanyakan : V ?

Jawab

ΔV =	W	=	45	= 3 V
	Q		15

Agar lebih memahami konsep beda potensial, lakukan kegiatan berikut.

1. Jika ada dua benda bermuatan listrik seperti 4 gambar berikut, maka benda manakah yang memiliki beda potensial yang lebih besar? Dari benda yang berpotensial rendah ke tinggi (dari benda yang bermuatan lebih negatif )
2. Jika selisih potensial antara benda A dan B cukup besar, maka akan terjadi loncatan muatan listrik (elektron). Dari benda mana ke benda manakah loncatan elektron tersebut mengalir? Jika ada selisih beda potensial antara benda A dan benda B, maka akan terjadi loncatan muatan listrik dari benda yang potensialnya tinggi ke benda yang potensialnya rendah.
3. Apa yang terjadi apabila benda A dan B memiliki elektron yang sama? Apakah ada perpindahan elektron? Jika benda A dan benda B memiliki jumlah elektron yang sama maka tidak ada perpindahan atau loncatan elektron.