Fluks listrik

Banyaknya garis gaya listrik yang menembus bidang permukaanTemplat:SHORTDESC:Banyaknya garis gaya listrik yang menembus bidang permukaan

Dalam kajian elektromagnetik, fluks listrik merupakan jumlah banyaknya garis gaya dari medan listrik yang menembus suatu permukaan,^[1] walaupun medan listrik dalam suatu penghantar tidak bergerak (statis). Fluks listrik digunakan untuk mendeskripsikan dan mengukur seberapa besar medan listrik pada jarak tertentu dari muatan uji.

Medan listrik E dapat memberikan gaya terhadap muatan listrik pada sembarang titik dalam suatu ruang. Medan listrik merupakan gradien dari potensial listrik.

Ringkasan

Muatan listrik, misalnya elektron tunggal pada suatu ruang, memiliki medan listrik yang mengelilinginya. Jika digambarkan, medan listrik ini diibaratkan sebagai titik muatan yang memancarkan "garis fluks". Garis fluks ini disebut juga sebagai garis Gauss.^[2] Perlu diperhatikan bahwa garis medan hanyalah merupakan ilustrasi dari kekuatan dan arah medan listrik serta tidak memiliki arti fisik. Kerapatan garis-garis ini sesuai dengan kuat medan listrik, yang juga bisa disebut kerapatan fluks listrik: jumlah "garis" per satuan luas. Fluks listrik sebanding dengan jumlah total garis medan listrik yang melalui suatu permukaan^[3] Untuk mempermudah dalam perhitungan, sering kali dibuat bahwa arah fluks listrik tegak lurus terhadap permukaan yang ditembus oleh fluks listrik. Jika medan listrik seragam, fluks listrik yang melewati permukaan bidang vektor S adalah: Φ E = E ⋅ S = E S cos ⁡ θ , {\displaystyle \Phi _{E}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {S} =ES\cos \theta ,} $\Phi _{E}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {S} =ES\cos \theta ,$ di mana E merupakan medan listrik (dengan satuan V/m), E merupakan besar medannya, S merupakan luas permukaan, dan θ merupakan sudut antara garis gaya medan listrik dan normal bidang (tegak lurus) terhadap permukaan S.

Untuk medan listrik tak seragam, fluks listrik dΦ_E yang menembus suatu permukaan kecil dengan luas dS diberikan sebagai berikut: d Φ E = E ⋅ d S {\displaystyle {\textrm {d}}\Phi _{E}=\mathbf {E} \cdot {\textrm {d}}\mathbf {S} } ${\textrm {d}}\Phi _{E}=\mathbf {E} \cdot {\textrm {d}}\mathbf {S}$ (medan listrik E dikali dengan luasan bidang yang tegak lurus garis gaya medan listrik). Fluks listrik yang menembus suatu permukaan S dapat dihitung dengan integral luasan sebagai berikut: Φ E = ∬ S E ⋅ d S {\displaystyle \Phi _{E}=\iint _{S}\mathbf {E} \cdot {\textrm {d}}\mathbf {S} } $\Phi _{E}=\iint _{S}\mathbf {E} \cdot {\textrm {d}}\mathbf {S}$ di mana E merupakan kuat medan listrik, dS merupakan turunan luas pada suatu permukaan tertutup S dengan arah ke luar tegak lurus bidang normal permukaan yang menunjukkan arah fluks listrik.

Untuk Permukaan Gauss tertutup, fluks listrik diberikan oleh:

Φ E = {\displaystyle \Phi _{E}=\,\!} $\Phi _{E}=\,\!$ $\oiint$ S {\displaystyle \scriptstyle S} $\scriptstyle S$ E ⋅ d S = Q ε 0 {\displaystyle \mathbf {E} \cdot {\textrm {d}}\mathbf {S} ={\frac {Q}{\varepsilon _{0}}}\,\!} $\mathbf {E} \cdot {\textrm {d}}\mathbf {S} ={\frac {Q}{\varepsilon _{0}}}\,\!$

di mana

E merupakan medan listrik,
S merupakan permukaan tertutup,
Q merupakan keseluruhan muatan listrik yang ada dalam suatu permukaan tertutup S,
ε₀ merupakan konstanta listrik (suatu konstanta universal yang disebut juga dengan "permitivitas ruang hampa") (ε₀ ≈ 8,854187817×10⁻¹² F/m)

Rumus ini dikenal juga sebagai Hukum Gauss untuk medan listrik dalam bentuk integral yang termasuk dalam salah satu dari Persamaan Maxwell.

Fluks listrik tidak dipengaruhi oleh muatan yang tidak berada di dalam permukaan tertutup. Medan listrik E pada persamaan hukum Gauss dapat dipengaruhi oleh muatan yang berada di luar permukaan tertutup. Sementara Hukum Gauss berlaku untuk semua keadaan, sebaiknya perhitungan mengenai medan listrik dilakukan secara "manual" pada bangun ruang yan melibatkan simetrisitas tingkat tinggi seperti bola dan silinder.

Satuan SI untuk fluks listrik adalah volt meters (V m), atau, dapat pula, newton meter kuadrat per coulomb (N m² C⁻¹). Satuan SI untuk besaran pokok pada fluks listrik adalah kg·m³·s⁻³·A⁻¹. Rumus dimensi dari fluks listrik adalah L 3 M T − 3 I − 1 {\displaystyle {\mathsf {L}}^{3}{\mathsf {MT}}^{-3}{\mathsf {I}}^{-1}} ${\mathsf {L}}^{3}{\mathsf {MT}}^{-3}{\mathsf {I}}^{-1}$ .

Lihat pula

Bacaan lebih lanjut

Purcell, Edward, Morin, David; Electricity and Magnetism, 3rd Edition; Cambridge University Press, New York. 2013 ISBN 9781107014022.
Griffith, David J.; Introduction to Electrodynamics, 3rd Edition; Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey; 1999. ISBN 013805326X
Browne, Michael, PhD; Physics for Engineering and Science, 2nd Edition; McGraw Hill/Schaum, New York; 2010. ISBN 0071613994