DIPOL LISTRIK PADA AWAN BERMUATAN Julius

DIPOL LISTRIK PADA AWAN BERMUATAN
Julius Indra Kusuma
M0211041
Jurusan Fisika FMIPA UNS
I.
Latar Belakang
Petir merupakan fenomena alam yang terjadi karena adanya lonjakan muatan yang
berada di awan. Hal ini tentunya dipengaruhi oleh andanya interaksi muatan baik yang ada di
awan itu sendiri dan juga muatan yang ada di dalam bumi. Fenomena terjadinya petir diawali
dengan penumpukan muatan di awan. Muatan yang ada kemudian mengalami interaksi
dengan muatan positif yang ada di permukaan maupun di dalam bumi. Karena adanya
interaksi tarik menarik antara muatan negatif di awan dan muatan positif di bumi maka mulai
terjadi penumpukan muatan sehingga terbentuk dipol listrik pada awan bermuatan. Dipol
listrik ini memiliki energi medan magnet maupun listrik yang sangat besar yang dapat
mempengaruhi daerah sekitar. Ketika gaya tarik antara muatan positif di bumi dengan muatan
negatif di awan semakin kuat maka terjadi lonjakan muatan yang dikenal sebagai petir.
II. Rasiasi Dipol Listrik
Gambar 1
Gambar 1, dua bola logam kecil dipisahkan oleh jarak d dan dihubungkan oleh sebuah
kawat halus, pada waktu t muatan di atas bola adalah q (t), dan muatan di bawah bola adalah q (t). Misalkan kita menggerakkan muatan bolak-balik melaluikawat, dari ujung yang satu ke
ujung lainnya, dengan frekuensi sudut ω:
( )
( )
(1)
Osilator sebuah dipol listrik menghasilkan:
( )
( )̂
(2)
Dimana:
nilai maksimum momen dipol
Dengan demikian, persamaan potensial tertunda:
Menjadi:
(3)
Dimana:
(4)
pendekatan 1, untuk nilai r d
Maka jika d bernilai nol artinya tidak ada potensial dimanapun. Sehingga kita ekspansikan
nilai d ke bentuk pertama.
dan
Sehingga dengan aturan cosinus diperoleh
Kemudian dengan pendekatan 2,
panjang gelombang λ=2πc/
(5)
dengan
atau dapat dikatakan
(6)
adalah frekuensi gelombang dan
λ maka dalam kondisi ini:
(7)
Dengan memasukan persamaan (5) dan (7) ke persamaan (3) maka diperoleh sebuah
potensial osilasi dipol sempurna
Pada keadaan limit statis
dari dipol stasionary:
(8)
maka bentuk kedua menghasilkan formula untuk potensial
(9)
Sekarang bila kita tarik bidang yang jaraknya cukup jauh dari sumber, yang disebut zona
radiasi dengan pendekatan 3,
atau
λ
(10)
Sementara itu vektor potensial ditentukan oleh aliran arus pada kawat
(11)
Mengacu pada Gambar 2, dapat dituliskan:
(12)
Karena pada intergral terdapat faktor d, maka dapat mengganti bentuk pertama integand
dengan nilai pada titik tengah:
(13)
Gambar 2
Dari potensial yang diperoleh maka dapat ditentukan medan yang ada
Untuk nilai I drop pada bentuk pertama dan terakhir, sesuai dengan pendekatan 3, maka
diperoleh:
Sehingga diperoleh
(14)
Sementara itu
Dengan mengeliminasi bentuk kedua dengan pendekatan 3 maka diperoleh
(15)
III. Dipol Listrik Pada Awan Bermuatan
Model untuk penumpukan muatan pada awan yang menyebabkan terjadinya petir
ditunjukan pada Gambar 3. Lapisan muatan negatif yang cukup kuat berada pada bagian
bawah awan sementar muatan positif tertumpuk pada bagian atas. Pada kondisi ini terbentuk
struktur dipol muatan seperti diyunjukan Gambar 3. Adanya muatan positif pada permukaan
bumi yang berfungsi sebagai ground, menyebabkan adanya interaksi antara muatan negatif
pada awan dengan ground sehingga terjadi pengutuban muatan. Pada kondisi ini diasumsikan
jarak antara awan bermuatan dan bumi sangat jauh sehingga digunakan pendekatan
atau
.
sumber: hyperphysics
Gambar 3. Dipol Models Pada Awan Bermuatan
Sehingga dari model pada Gambar 2 yang diperoleh, untuk pengamat yang berada jauh di
permukaan bumi, dapat diperkirakan vektor potensial pada titik di permukaan bumi
Sehingga diperoleh medan listrik:
Dan medan magnet:
IV. Kesimpulan
Pada dasarnya dipol listrik merupakan tumpukan muatan listrik yang sama besar
namun terpisah oleh jarak tertentu. Salah satu bentuk dipol yang ada di alam adalah pada
awan bermuatan. Awan bermuatan memiliki energi berupa medan listrik dan medan magnet
yang sangat besar. Ketika energi ini dilepaskan maka terjadi petir yang merupakan lonjakan
muatan yang sangat besar. Terjadinya lonjakan energi ini ditandai dengan adanya kilatan
cahaya dan suara gemuruh yang bergatung pada besarnya energi yang dilepaskan oleh dipol
listrik.
V. Daftar Pustaka
[1]. Griffiths, D, J,. 1999. Introduction to Electrodynamics. Prentice-Hall.
[2]. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.