Beda Potensial di dalam Medan Listrik Seragam

Beda Potensial di dalam Medan Listrik Seragam. Persamaan 25.1 dan 25.3 berlaku dalam semua medan listrik, seragam atau bervariasi, tetapi kedua persamaan itu dapat dibuat sederhana untuk medan seragam. Pertama-tama, andaikan terdapat sebuah medan listrik seragam dengan arah sejajar sumbu y negatif, seperti gambar berikut.

Akan ditentukan beda potensial antara dua titik A dan B yang terpisah pada jarak s = d dan s sejajar dengan garis-garis medan. Persamaan 25.3 memberikan 

Karena E konstan, maka E dapat dikeluarkan dari tanda integral, sehingga :

Tanda negatif menunjukkan bahwa potensial listrik di titik B lebih rendah dari di titik A, V_B < V_A, Garis-garis medan listrik selalu menunjuk ke arah menurunnya beda potensial listrik.

Misalkan sebuah muatan uji q_o bergeak dari A ke B. Perubahan energi potensial sistem meda-muatan tersebut dengan menggunakan persamaan 25.3 dan 25.6. 

Dari hasil ini, tampak bahwa q_o positif, sehingga DU negatif. Dapat disimpulkan bahwa sebuah sistem yang terdiri dari muatan positif dan sebuah medan listrik akan kehilangan energi potensialnya jika muatan tersebut bergerak searah dengan medan. Ini berarti bahwa sebuah medan listrik melakukan usaha pada sebuah muatan positif jika muatan tersebut bergerak searah dengan medan listrik. Jika sebuah muatan uji positif dilepaskan dari keadaan diam dalam medan listirk ini, muatan uji tersebut akan mengalami gaya q_oE yang searah dengan E. Dengan demikian, muatan uji tersebut mengalami percepatan ke atas dan memperoleh energi kinetik. Pada saat partikel bermuatan memperoleh energi kinetik, sistem medan-muatan kehilangan sejumlah energi potensial.

 

Jika q_o negatif, maka DU dalam persamaan 25.7 positif dan keadaannya berbalik : sebuah sistem yang terdiri dari muatan negatif dan sebuah medan listrik akan memperoleh energi potensial listrik jika muatan tersebut bergerak searah dengan medan tersebut. Jika sebuah muatan negatif dilepaskan dari keadaan diam dalam medan listrik, muatan tersebut mengalami percepatan dalam arah berlawanan dengan arah medan. Agar muatan negatif tersebut bergerak searah dengan medan, sebuah pengaruh luar harus memberikan gaya dan melakukan usaha positif terhadap muatan tersebut.

Selanjutnya tinjau kasus yang lebih umum, yaitu partikel bermuatan yang bergerak di antara A dan B dalam medan listrik seragam sedemikian sehingga s tidak sejajar dengan garis-garis medan seperti pada gambar.

Persamaan 25.3 memberikan Perubahan energy potensial sistem medan-muatan tersebut adalah 

Akhirnya, dapat disimpulkan dari persamaan 25.8 bahwa semua titik dalm bidang yang tegak lurus dengan medan listrik seragam memiliki potensial yang sama. Dari sini didefenisikan permukaan ekipotensial, yaitu permukaan yang mengandung distribusi seragam dari titik-titik muatan yang memiliki potensial listrik yang sama. Permukaan ekipotensial dari medan listrik seragam terdiri dari sejumlah bidang yang sejajar dengan medan tersebut.