Ekipotensial

Ekipotensial

Ekipotensial dalam metematika dan fisika ialah mengacu pada wilayah dalam ruangan dimana setiap titik didalamnya memiliki potensial yang sama. Didalam listrik dapat didefenisikan sebagai kedudukan titik-titik yang memiliki harga potensial listrik yang sama. Ekipotensial sering disebut sebagai permukaan atau bidang Ekuipotensial, yaitu bidang yang memiliki himpunan titik-titik yang tersebar secara kontinyu dan memiliki potensial yang sama. Garis ekipotensial seperti halnya  garis kontur pada peta yang menunujukkan garis ketinggian yang sama. Dalam hal ini "ketinggian" adalah potensial listrik atau tegangan. Garis ekipotensial selalu tegak lurus terhadap medan listrik. Dalam tiga dimensi, garis membentuk permukaan ekipotensial. Gerakan sepanjang permukaan ekipotensial tidak membutuhkan usaha karena gerakan tersebut selalu tegak lurus terhadap medan listrik.

Sedangkan pada pelat paralel seperti pada sebuah kapasitor, garis ekipotensial sejajar dengan pelat sementara garis-garis medan listrik tegak lurus.

Permukaan ekuipotensial ini mengelilingi sebuah muatan inti yang terisolasi pada sebuah bola konsentris. Seperti yang ditunjukan gambar dibawah.

Potensial listrik pada titik B lebih rendah dari pada titik D karena titik B berada jauh dari muatan q. Jika muatan uji positif kecil (q0) bergerak sepanjang permukaan ekipotensial luar dari titik A ke B, maka usaha (W_AB) yang dilakukan oleh medan listrik adalah :

V_B – V_A = –W_AB/q₀

Tapi jika V_B = V_A, maka W_AB = 0 dan medan listrik tidak melakukan kerja pada muatan uji. Ini hanya mungkin terjadi jika kekuatan listrik bergerak dalam arah yang tegak lurus terhadap perpindahan muatan uji. Dapat disimpulkan bahwa garis-garis medan listrik memotong permukaan ekipotensial disudut sudut kanan. Perhatikan garis-garis medan listrik yang diarahkan dari potensial listrik tinggi ke potensial listrik yang rendah.

Ada hubungan kuantitatif antara medan listrik dan permukaan ekipotensial. bayangkan sebuah ruang di mana ada medan listrik seragam diarahkan dari kiri ke kanan (seperti gambar) dan pada ruangan ini permukaan ekipotensial adalah bidang vertikal sejajar.

Jika muatan uji positif (q0) kecil bergerak dari titik A ke titik B, maka usaha yang dilakukan medan listrik pada mutan adalah sama dengan :

W_AB  = FDs

Dimana F adalah besarnya gaya listrik pada q0,

F = q₀E

Kemudian,

W_AB = q₀EDs

Dari persamaan sebelumnya, V_B – V_A = –W_AB/q₀  maka didapat :

V_B – V_A = - EDs

                                                                        E = -DV/Ds

Dimana DV = V_B – V_A . D V / D s disebut sebagai gradien potensial yang memiliki satuan volt per meter. Gradient potensial adalah medan vektor yang menunujukan arah tingkat paling cepat dari peningkatan potensial. Dari rumus diatas kita dapat melihat unit alternative dari medan listrik adalah volt per meter (V/m).