Beda Potensial dan Energi Listrik Lengkap Contoh Beserta Pembahasan

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

Orang yang pertama kali menyatakan bahwa petir terjadi akhir adanya tanda-tanda listrik statis ialah Benjamin Franklin (1706 – 1790). Menurutnya, petir ialah kilatan cahaya yang muncul akhir perpindahan muatan negatif (elektron) antara awan dan awan, atau antara awan dan bumi. Petir sanggup terjadi lantaran 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 sanggup dihitung dengan membandingkan besar energi listrik yang diharapkan untuk memindahkan sejumlah muatan listrik. Secara matematis dituliskan sebagai berikut.

Arus listrik sanggup mengalir lantaran adanya beda potensial. Baterai sanggup mengalirkan arus listrik lantaran 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 pecahan luarnya contohnya 1,5 V, artinya baterai tersebut mempunyai beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif sebesar 1,5 V.

Seperti halnya arus listrik yang sanggup diukur memakai amperemeter, tegangan (beda potensial) sanggup 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 sanggup diukur kalau rangkaian dalam keadaan tertutup dan ada arus listrik yang mengalir dari sebuah sumber arus listrik contohnya 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 mendapatkan elektron. Benda yang mempunyai elektron lebih sedikit mempunyai potensial lebih tinggi dari benda yang mempunyai elektron banyak. Potensial listrik ialah kemampuan untuk memindahkan sebuah muatan positif. Benda yang mempunyai potensial besar mempunyai kemampuan besar untuk menolak muatan positif.

Contoh Soal 1

Berapakah beda potensial kutub-kutub baterai sebuah rangkaian kalau baterai tersebut membutuhkan energi sebesar 80 J untuk memindahkan muatan sebesar 10 C?

Diketahui:
W = 80 J
Q = 10 C

Ditanya: beda potensial ?

Jawab :

V = W / Q = 80 / 10 = 8 Volt

2. Untuk memindahkan 40 C muatan listrik dalam sebuah penghantar dari titik A ke titik B, diperlukan energi sebanyak 120 Joule. Berapa beda potensial antara titik A dengan titik B ?

Diketahui : Q = 40 C
                  W = 120 J
Ditanya : V (AB) = … ?

Jawab : V (AB) = W/Q = 120 J/40C = 3 Volt

3. Sebuah baterai yang mempunyai beda potensial sebesar 1,5 V. Berapakah besar perpindahan energi yang diharapkan kalau 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.

Agar lebih memahami konsep beda potensial, lakukan acara berikut.

1. Jika ada dua benda bermuatan listrik menyerupai 4 gambar berikut, maka benda manakah yang mempunyai 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 mempunyai elektron yang sama? Apakah ada perpindahan elektron? Jika benda A dan benda B mempunyai jumlah elektron yang sama maka tidak ada perpindahan atau loncatan elektron.