Hukum Coulomb

Pada tulisan mengenai muatan listrik dan jenis-jenis muatan listrik diterangkan bahwa muatan listrik sejenis saling tolak menolak sedangkan muatan listrik tak sejenis saling tarik menarik. Dengan kata lain benda bermuatan positif tarik menarik dengan benda bermuatan negatif, benda bermuatan positif tolak menolak dengan benda bermuatan positif, dan benda bermuatan negatif tolak menolak dengan benda bermuatan negatif. Peristiwa ini menunjukkan adanya gaya listrik yang bekerja pada benda bermuatan positif dan benda bermuatan negatif. Faktor-faktor apa yang mempengaruhi besar gaya listrik antara benda bermuatan listrik ?

Fisikawan berkebangsaan Perancis bernama Charles Coulomb (1736-1806) melakukan serangkaian eksperimen pada tahun 1780-an untuk menyelidiki faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya listrik antara benda bermuatan listrik. Alat yang digunakan oleh Coulomb menyerupai alat yang digunakan Cavendish untuk menyelidiki konstanta gravitasi, dinamakan timbangan torsi. Coulomb menyelidiki gaya listrik karenanya Ia menggunakan dua bola logam bermuatan listrik sedangkan Cavendish menyelidiki gaya gravitasi karenanya Ia menggunakan dua bola bermassa yang tidak bermuatan listrik.

Cara kerja timbangan torsi  
 
Timbangan torsiCara kerja timbangan torsi berkaitan dengan pokok bahasan torsi atau momen gaya pada bab dinamika rotasi.
Ruang dalam timbangan torsi hampa udara untuk menghindari muatan listrik pada bola pejal berpindah ke udara. Penentuan jumlah muatan listrik pada bola pejal dilakukan menggunakan cara berikut. Pada mulanya bola pejal A dijadikan bermuatan listrik melalui konduksi atau gesekan. Bola pejal A yang telah bermuatan listrik dihubungkan dengan bola pejal B yang masih netral menggunakan konduktor listrik hingga muatan listrik bola pejal A terbagi merata dengan bola pejal B. Jika jumlah muatan listrik bola pejal A adalah ½ maka jumlah muatan listrik bola pejal B adalah ½ . Selanjutnya bola pejal B dan bola pejal C dihubungkan dengan konduktor listrik hingga muatan listrik bola pejal B terbagi merata dengan bola pejal C. Jika jumlah muatan listrik bola pejal B adalah ¼ maka jumlah muatan listrik bola pejal C adalah ¼ . Jumlah muatan listrik dan jenis muatan listrik yang dimiliki bola pejal 1 dan bola pejal 2 diperoleh dengan cara seperti ini.

Bola pejal 1 dan bola pejal 2 bermuatan listrik sehingga kedua bola pejal saling tolak menolak jika kedua bola bermuatan listrik sejenis atau saling tarik menarik bila kedua bola bermuatan listrik tak sejenis. Adanya gaya tarik atau gaya tolak antara kedua bola pejal bermuatan listrik menyebabkan bola pejal 2 berotasi. Sudut tempuh bola pejal 2 diukur untuk mengetahui gaya listrik yang bekerja pada kedua bola pejal.

Faktor-faktor yang mempengaruhi gaya listrik

Berdasarkan eksperimen yang dilakukan menggunakan timbangan torsi, Coulomb menemukan beberapa hal.
– Pada percobaan ini, jarak antara kedua bola pejal selalu sama. Ketika jumlah muatan listrik pada bola pejal 1 adalah 1 dan jumlah muatan listrik pada bola pejal 2 adalah 1 maka gaya listrik yang bekerja pada kedua bola pejal adalah 1. Ketika jumlah muatan listrik pada bola pejal 1 adalah 2 dan jumlah muatan listrik pada bola pejal 2 adalah 2 maka gaya listrik yang bekerja pada kedua bola pejal adalah 4. Coulomb menyimpulkan bahwa besar gaya listrik yang bekerja pada kedua bola pejal sebanding dengan hasil kali jumlah muatan kedua bola pejal (F ≈ q1 q2).
– Pada percobaan ini, jumlah muatan kedua bola pejal selalu sama. Jika jarak antara kedua bola pejal adalah 1 maka gaya listrik yang bekerja pada kedua bola pejal adalah 1. Bila jarak jarak antara kedua bola pejal adalah 2 maka gaya listrik yang bekerja pada kedua bola pejal adalah ¼. Coulomb menyimpulkan bahwa besar gaya listrik yang bekerja pada kedua bola pejal berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (F ≈ 1 / r2)

Hukum Coulomb

Hukum Coulomb adalah salah satu hukum fisika yang menjelaskan hubungan antara gaya listrik, muatan listrik dan jarak antara muatan listrik. Hukum ini dirumuskan berdasarkan eksperimen yang dilakukan Coulomb sebagaimana telah dijelaskan pada tulisan sebelumnya.

Hukum Coulomb menyatakan bahwa besar gaya yang dikerjakan oleh suatu partikel bermuatan listrik pada partikel bermuatan listrik lainnya berbanding lurus dengan hasil kali jumlah muatan kedua partikel dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua partikel bermuatan listrik. Gaya ini bekerja sepanjang garis lurus yang menghubungkan kedua partikel. Gaya listrik bersifat tolak menolak jika muatan listrik kedua partikel sejenis dan gaya listrik bersifat tarik menarik jika muatan listrik kedua partikel tak sejenis.

Hukum Coulumb dapat dinyatakan dalam persamaan matematis :
Rumus hukum CoulombKeterangan rumus :
F12 = gaya listrik antara partikel 1 dan partikel 2
q1 = jumlah muatan partikel 1
q2 = jumlah muatan listrik partikel 2
r12 = jarak antara partikel 1 dan partikel 2
(baca : epsilon nol) = 8,854 x 10-12 C2/N.m2
k = (konstanta Coulomb) = 9 x 109 N.m2/C2
Gambar hukum CoulombF21 adalah gaya yang dikerjakan muatan q2 pada muatan q1, sedangkan F12 adalah gaya yang dikerjakan muatan q1 pada muatan q2. F21 dan F12 saling tolak menolak ketika muatan q1 dan q2 sejenis dan saling tarik menarik ketika muatan q1 dan q2 tak sejenis.
F21 dan F12 mempunyai nilai yang sama, berlawanan arah dan bekerja pada benda yang berbeda, karenanya kedua gaya ini merupakan pasangan gaya aksi reaksi.

(Ukuran kertas : F4, Jumlah halaman : 36)

Materi Pembelajaran :

  1. Muatan Listrik
  2. Hukum Coulomb
  3. Medan Listrik
  4. Fluks Listrik
  5. Hukum Gauss
  6. Energi Potensial Listrik
  7. Potensial Listrik
  8. Kapasitor
Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung

error: