JURNAL FISIKA DASAR MUATAN & HUKUM COULOMB

Transkripsi

1 JURNAL FISIKA DASAR MUATAN & HUKUM COULOMB Nama Anggota : 1. Yakub Sulaiman 2. Yanwar Priadi 3. Yogi Hermawan 4. Yudi Sonjaya 5. Yudi Yustira Disusun Oleh : Kelompok 22 SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER (STMIK) KHARISMA KARAWANG (2015/2016) i

2 KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-nya lah kami dapat menyelesaikan Jurnal Fisika Dasar yang berjudul Muatan dan Hukum Coulomb ini sebatas pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Dan juga kami berterima kasih kepada Bapak Jajang Mulyana, S.T selaku Dosen mata kuliah Fisika Dasar dan penggerak mula yang telah memberikan tugas ini kepada kami. Kami sangat berharap jurnal ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan dan pengetahuan kita mengenai Fisika Dasar ini. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam tugas ini terdapat kekurangan kekurangan dan jauh dari apa yang kami harapkan. Untuk itu, kami berharap adanya kritik, saran, dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun. Semoga Jurnal sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya laporan yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan. Karawang, Desember 2015 Penyusun ii

3 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL KATA PENGANTAR DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Rumusan Penulisan... 2 C. Tujuan Penulisan... 3 D. Manfaat Penulisan... 3 BAB II PEMBAHASAN A. Muatan Listrik Sifat-Sifat dari Muatan Listrik Kuantitas Muatan listrik Muatan Listrik dan Atom Muatan Listrik dan Benda..9 B. Hukum Couloumb Pengertian Hukum Coulomb Hubungan Hukum Coulomb dengan Muatan Listrik,, Interaksi dua Benda...15 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan..17 B. Saran 17 i ii iii DAFTAR PUSTAKA iii

4 BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Fisika adalah ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan penemuan dan pemahaman mendasar hukum-hukum yang menggerakan materi, energy, ruang dan waktu. Fisika juga merupakan ilmu pengetahuan yang mepelajari benda-benda alam, gejala-gejala, kejadiankejadian di alam serta interaksi dari benda-benda di alam tersebut yang berhubungan dengan materi dan energy berdasarkan hukum-hukum yang mengatur didalamnya yang berdasarkan hasil pengamatan atau penelitian. Telah diketahui bahwa setiap benda baik benda padat, cair dan gas memiliki materi-materi atau partikel-partikel penyusun didalamnya dan kita mengakui ada materi yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat oleh mata. Partikel-partikel (bagian) terkecil suatu materi yang masih mempunyai sifat sama dengan materi itu adalah atom. Adapun dua atau lebih atom dapat bergabung membentuk suatu molekul. Molekul itu sendiri merupakan partikel yang berupa gabungan atom-atom sejenis atau berlainan. Menurut teori atom, atom dianggap terdiri atas tiga macam partkel. Ketiga macam partikel penyusun atom masing-masing dinamakan proton, neutron, dan electron. Sebuah benda dikatakan bermuatan positif jika kekurangan electron dan bemuatan negatif jika kelebihan electron. Muatan benda inilah yang dikatakan listrik statis. Benda yang bermuatan listrik statis dapat menarik atau menolak benda bemuatan listrik lainnya. Benda netral dapat dibuat dengan cara digosokkan Perlu diperhatikan, dalam hal ini kita menciptakan muatan listrik. Kita hanya memisahkan electron dari ikatamya. Ketika batang kaca digosokkan dengan kain sutra terjadi perpindahan electron dari batang kaca ke kain sutra. Tentu saja batang kaca akan makin banyak kekurangan electron jika penggosokan dilakukan lebih lama. Artinya, muatan listrik batang kaca menjadi lebih besar. Itulah sebabnya, gaya tarik batang kaca menjadi lebih besar dari sebelumnya. Gaya gravitasi itu terjadi karena suatu massa benda tarik menarik oleh massa bumi. Hal yang sama juga dapat terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik. Untuk memahami iteraksi dua benda bermuatan dapat menggunakan batang kaca dan penggaris yang sudah bermuatan. Akibat inilah coulomb mengeluarkan hukumnya yang berbunyi Besar gaya Tarik menraik atau tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. 1

5 Kata "Listrik" bisa membangkitkan bayangan teknologi modern yang kompleks yaitu komputer, cahaya, motor, daya listrik. Tetapi gaya listrik akan tampak memainkan peranan yang lebih dalam pada kehidupan kita. Menurut teori atom, gaya yang bekerja antara atom dan molekul untuk menjaga agar mereka tetap bersatu untuk membentuk zat cair dan padat adalah gaya listrik dan gaya listrik juga terlibat pada proses metabolisme yang terjadi dalam tubuh kita. Banyak gaya yang telah kita bahas sampai saat ini, seperti gaya elastik, gaya normal, dan gaya kontak lainnya (dorongan dan tarikan dianggap merupakan akibat dari gaya listrik yang bekerja pada tingkat atomik. Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari sebuah benda bemuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak. Listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negative. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena setrum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif. Listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau baterai. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam baterai tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif baterai/aki ke kutub negatif. Melalui uraian diatas, mungkin muncul beberapa pertanyaan Bagaimanakah Hukum Coulomb itu?. Oleh karena itu dalam jurnal ini akan dibahas tentang hukum Coulomb. B. Rumusan Penulisan Rumusan penulisan dalam jurnal ini adalah sebagai berikut 1. Bagaimana muatan listrik tersebut? 2. Apa hukum Coulomb itu? 3. Bagaimana Hubungan dari muatan listrik dan hukum coulomb? 2

6 C. Tujuan Penulisan Segala sesuatu yang dilakukan pasti ada tujuannya, terlebih juga dalam karya tulis ini pasti memiliki tujuannya. Adapun tujuan yang dimaksud dalam karya tulis ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui tentang muatan listrik. 2. Untuk mengetahui tentang hukum Coulomb. 3. Untuk mengetahui tentang hubungan hukum Coulomb dengan muatan listrik. D. Manfaat Penulisan Manfaat dalam penulisan jurnal ini adalah sebagai berikut : 1. Dapat bemanfaat bagi pembaca dalam menambah wawasan tentang hukum Coulomb dan muatan listrik 2. Bemanfaat bagi para pekerja listrik tentang materi muatan listrik. 3

7 BAB II PEMBAHASAN A. Muatan Listrik Kata listrik (electricity) berasal dari kata Yunani electron, yang berarti "amber. Amber adalah dammar pohon yang membatu, dan orang zaman dulu mengetahui bahwa jika menggosok batang amber dengan kain, amber tersebut akan menarik daun-daun kecil atau debu. Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik dapat juga diartikan sebagai berikut : Listrik adalah kondisi dari partikel sub atomik tertentu, seperti elektron dan proton yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negative. Muatan listrik adalah sifat (muatan dasar yang dibawa oleh partikel dasar sehingga menyebabkan partikel dasar tersebut mengalami gaya tarik menarik dan tolak menolak. Muatan listrik dari suatu partikel dasar bisa berjenis positif dan negatif. Jika dua benda memiliki muatan yang sama akan tolak menolak dan kedua benda tersebut akan Tarik menarik jika muatannya berbeda jenis. Asalkan partikel dasar dan subatomik seperti elektron dan proton punya muatan listrik. Elektron bemuatan negatif dan proton bermuatan positif. Muatan listrik terdiri dari dua jenis yaitu 1. Elektron yang membawa muatan negatif 2. Proton yang membawa muatan positif Muatan listrik dari suatu benda ditentukan oleh jumlah proton dan elektron yang dikandung benda tersebut. Bila sebuah benda kelebihan electron = kekurangan proton ( electron > proton) maka benda tersebut bermuatan negatif. Bila benda kekurangan electron = kelebihan proton ( elektron < Proton), maka benda tersebut bermuatan positif. Jika jumlah electron = jumlah proton = elektron maka benda tersebut tidak bermuatan (muatan netral). 4

8 Ada dua jenis muatan di alam ini, hal ini dapat diperlihatkan secara sederhana menggunakan dua batang seperti gambar. Batang pertama terbuat dari kaca digantungkan dengan benang kemudian digosokkan dengan sutera. Jika ujung batang kedua terbuat dari kaca digosokkan dengan sutera, lalu didekatkan ke ujung batang pertama maka ujung batang yang digantung akan bergerak menjauh. Tetapi jika batang kedua terbuat dari plastik dan digosokkan dengan bulu, maka ujung batang yang digantung akan bergerak mendekat. Kedua kejadian di atas juga terjadi jika batang pertama terbuat dari plastik dan digosokkan pada bulu. Jika batang pertama terbuat dari plastik dan digosokkan pada bulu dan batang kedua terbuat dari plastik dan digosokkan pada bulu, maka ujung batang pertama akan bergerak menjauh. Kesimpulan yang dapat diambil adalah : 1. Muatan listrik timbul pada batang akibat penggosokkan. 2. Muatan listrik pada kaca yang digosokkan pada sutera berbeda dengan muatan listrik yang timbul pada plastik jika digosokkan pada bulu. Penamaan muatan positif dan negatif dilakukan oleh Benjamin Frankin ( ) untuk membedakan muatan yang terjadi pada kaca dan plastik. Jadi dari percobaan yang sederhana di atas dapat dikatakan bahwa muatan sejenis tolak-menolak dan muatan berlainan jenis tarik-menarik. Efek kelistrikan di atas tidak hanya terjadi pada kaca dan plastik, hal inipun terjadi pada bahan-bahan lain. Untuk menentukan jenis muatan yang timbul pada suatu bahan kaca dan plastik digunakan sebagai bahan perbandingan. Saat ini secara umum bahwa dalam keadaan normal bahan memiliki jumlah muatan positif dan negatif aman besar, adapaun penggosokkan yang dilakukan bertujuan untuk memindahkan sebagian kecil muatan. Sebagai contoh muatan pada kaca menjadi positif sedangkan muatan pada sutera menjadi negatif Selanjutnya yang menjadi bahan. 5

9 pertanyaan secara kuantitas apakah sama muatan yang timbul pada kaca setiap kali terjadi penggosokkan? Pada awalnya muatan listrik itu dianggap seperti fluida kontinu, tetapi seiring dengan perkembangan penelitian tentang fluida yang menunjukkan bahwa fluida itu tidaklah kontinu tetapi terdiri dari atom-atom, maka pemikiran di atas berubah. Beberapa percobaan menunjukkan bahwa mautan listrik pada kaca belum tentu sama setiap kali penggosokkan, dan jumlahnya merupakan kelipatan dari suatu muatan elementer e. Salah satu percobaan yang menunjukkan hal tersebut dikenal dengan percobaan Tetes Millikan. Dan besar muatan elementer e = 1,6 x C (C adalah satuan internasional untuk muatan yang merupakan singkatan dari Coulomb, Charles Agustin Coulomb adalah orang yang dianggap paling bejasa dalam melakukan penelitian tertang muatan listrik. Jadi muatan listrik (q) terkuantisasi (merupakan kelipatan bilangan bulat dari muatan elementer e), q = ne dimana n = -2,-1,0, 1, 2, 1. Sifat-sifat dari Muatan Listrik Muatan Sejenis akan tolak menolak dan muatan tidak sejenis akan tarik menarik. Ini mirip laki-laki dengan perempuan. Jika berlawanan jenis akan punya kecenderungan untuk tarik menanik dan jika sesama jenis akan punya kecenderungan untuk tolak menolak. Muatan Listrik adalah besaran pokok fisika yang diukur dalam satuan coulomb disimbolkan dengan (C). Satu coulomb sama dengan 6,24 x e e = muatan proton). Sehingga muatan yang dikandung oleh sebuah proton adalah 1,602 x coulomb. Elektron mempunyai muatan yang sama dengan proton tapi berbeda jenis (-)1,602 x coulomb. Muatan Listrik mirip dengan massa. Ia punya hukum kekekalan muatan sama seperti hukum kekekalan massa. Gaya yang ditimbulkan oleh dua muatan itu punya karakter yang sama seperti gaya gravitasi yang ditimbulkan oleh dua buah benda dengan massa tertentu. Gaya antar muatan ini juga bersifat konservatif dan terpusat. 2. Kuantitas Muatan Listrik Elektron bermuatan listrik negatif, proton bermuatan listrik positif dan neutron netral secara kelistrikan. Proton atau neutron pembentuk inti atom tersusun dari quark yang bemuatan +1/3 dan +2/3 kali muatan elektron. Quark adalah partikel terkecil penyusun atom tetapi sejauh ini quark belum ditemukan berdiri sendiri sebagai paritkel tunggal. 6

10 Besarnya muatan elektron atau muatan proton merupakan satuan dasar muatan. Besarnya muatan listrik suatu benda merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Hal ini disebut muatan terkuantisasi. Sebagai contoh, jika pecahan mata uang terkecil yang kita gunakan adalah 100 rupiah maka banyaknya uang seseorang dinyatakan dalam kelipatan dari mata uang terkecil yakni 100 rupiah. Misalnya banyaknya uang saya adalah dan ini bisa habis dibagi dengan 100. Aneh jika banyaknya uang saya adalah karena tidak ada pecahan uang sebesar 2 rupiah. Demikian juga halnya dengan banyaknya muatan suatu benda. Besarnya muatan sebuah elektron adalah -e dan besarnya muatan sebuah proton +e. Banyaknya muatan suatu benda merupakan kelipatan dari e atau 1,60 x Coulomb dan bisa dinyatakan melalui Q = +Ne. Q = banyaknya muatan, mewakili jenis muatan, N = bilangan bulat, e = 1,60 x Coulomb. 3. Muatan Listrik dalam Atom Adanya sifat kelistrikan pada suatu benda, perlu dipahami adanya konsep atom yang dimunculkan oleh para ahli di antaranya, teori atom Dalton Thomson, Rutherford dan Bohr. Secara umum dapat dijelaskan bahwa: 1. Benda terdiri atas atom-atom sejenis. 2. Setiap atom terdiri atas sebuah inti yang dikelilingi oleh satu atau lebih electron. 3. Inti atom bemuatan positif, elektron bermuatan negatif. 4. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan listrik. Partikel zat yang ukuramya paling kecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi disebut atom. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya, atom ternyata masih dapat dibagibagi lagi. Tiap atom tersusun dari inti atom dan elektron. Inti atom (nekleus) terdiri atas proton dan neutron. Adapun, elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya dan mendapat gaya tarik inti atom. Partikel yang bermuatan negatif disebut elektron. Partikel yang bermuatan positif disebut proton. Massa proton dan elektron lebih besar dibandingkan dengan massa elektron. Gaya ikat inti terhadap elektron antara bahan satu dengan lain berbeda. Karena sesuatu hal, elektron dapat lepas dari lintasannya dan berpindah ke atom lain. Perpindahan elektron tersebut menyebabkan perubahan muatan suatu atom. Berdasarkan hal itu atom dikelompokkan menjadi tiga yaitu bermuatan negatif, bermuatan positif dan netral. 7

11 Atom dikatakan bermuatan negatif jika kelebihan electron, sedangkan atom dikatakan bemuatan positif jika kekurangan elektron. Adapun yang dikatakan atom netral jika jumlah proton dan elektronnya sama. Muatan listrik tidak dapat dilihat oleh mata tetapi efeknya dapat dirasakan dan diamati gejalanya. Besar muatan listrik proton dan elektron adalah sama, tetapi jenisnya yang berbeda. Muatan positif (proton) ditandai dengan + sedangkan muatan negative (elektron) ditandai -. Keterangan gambar : (a) Benda netral (b) benda bermuatan positif, dan (c) benda bermuatan negatif. Gambar (a) : benda memiliki masing-masing 4 muatan positif dan muatan negatif. Karena jumlah proton (+) sama dengan jumlah elektron (-) maka benda tersebut termasuk benda netral. Gambar (b) : benda memiliki 8 muatan positif dan 3 muatan negative. Karena jumlah proton (+) lebih banyak daripada electron (-) atau benda kekurangan electron maka benda tersebut termasuk bermuatan positif. Gambar (c) : benda memiliki 3 muatan positif dan 7 muatan negative. Karena jumlah Proton (+) lebih sedikit daripada jumlah electron (-) atau benda kelebihan elektron, maka benda tersebut termasuk bermuatan negatif. Muatan listrik dilambangkan dengan huruf Q. Satuannya dalam SI adalah coulomb (C). Benda bermuatan listrik, partikel yang bermuatan listrik, benda bermuatan negatif apabila jumlah proton partikel listrik benda dikatakan bemuatan positif jika suatu benda menjadi bermuatan positif apabila benda itu, sebutkan benda benda yang 8

12 bemuatan listrik. Suatu atom dikatakan tidak bermuatan atau bemuatan netral apabila sebuah benda bermuatan positif jika perbedaan antara benda bemuatan listrik dan benda netral 4. Muatan Listrik dalam Benda Jika suatu atom mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka jumlah muatan listrik total dalam atom itu sama dengan nol dan atom ini netral alias tidak bermuatan listrik. Jumlah proton atau elektron pada sebuah atom netral dinamakan nomor atom (Z). Apabila elektron lebih banyak daripada proton maka atom itu bermuatan negative, Sebaliknya bila elektron lebih sedikit daripada proton maka atom itu bermuatan positif. Atom bermuatan negatif dinamakan ion negatif. sedangkan atom bermuatan positif dinamakan ion positif. Proses penyerapan atau pelepasan elektron dari suatu atom dinamakan ionisasi. Ketika kita mengatakan suatu atom bemuatan maka yang dimaksudkan adalah muatan total atau muatan neto. Sebagai contoh sebuah atom mempunyai elektron sebanyak 10 dan proton sebanyak 7. Atom ini bemuatan negatif karera mempunyai kelebhan 3 elektron yang bermuatan negatif. Jadi muatan neto atom ini adalah 3 dan jenis muatan atom ini adalah negatif. Angka hanya merupakan contoh untuk mempermudah pemahaman. Dalam kenyataannya, banyaknya muatan listrik suatu benda merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Apabila suatu benda mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka benda itu netral atau tidak bermuatan listrik. Jika suatu benda mempunyai elektron lebih banyak daripada proton maka benda iu bermuatan negatif. sebaliknya bila suatu benda mempunyai elektron lebih sedikit daripada proton maka benda itu bemuatan positif. Benda yang pada mulanya netral dapat dijadikan bermuatan negatif dengan cara menambah elektron pada benda itu, sebaliknya benda dapat dijadikan bermuatan positif dengan cara mengurangi elektron pada benda itu. B. Hukum Coulomb Charles Augustin de Coulomb ( ) merupakan fisikawan asal Perancis yang merumuskan gaya tarik menarik antara benda bermuatan listrik yang dinamai sesuai namanya, yaitu Hukum Coulomb. Ia dilahirkan di Angouleme, Perancis pada tanggal 14 Juni Ia berprofesi sebagai insinyur militer selama tiga tahun di pelabuhan Bourbon Martinique. Disini Coulomb ditugaskan untuk menyelesaikan sebuah bangunan yang menghabiskan biaya yang sangat besar. Semua pengalaman disini mengiringnya untuk 9

13 mempelajari sifat-sifat mekanis bahan-bahan dan bermacam-macam struktur tehnik. Selama dipulau ini dia menulis sebuah paper terkenalnya "sur une application des Regles de maximis et minimis a quelques ploblemes de staliques relative a l'architecture" yang dipresentasikan pada 1773 di Akademik Sains Prancis. Laporan ilmiah ini menjelaskan sejauh mana gabungan matematika dan fisika itu akan mempengaruhi gesekan dalam beberapa persoalan statistika. Pada tahun 1780-an, Charles Coulomb menyelidiki gaya listrik dengan menggunakan pengimbang torsi. Peralatan yang digunakan Coulomb hampir sama dengan peralatan Cavendish yaitu peralatan yang digunakan untuk gaya gravitasi. Pemilihan Coulomb menjadi anggota akademik paris 1781 memungkinkan dia untuk melakukan penelitian dalam bidang fisika. Pada 9 september 1784 Coulomb menulis laporan ilmiahnya tentang puntiran. Ketika bola bermuatan didekatkan ke bola pada batang yang tergantung, batang tersebut berotasi sedikit. Serat tempat batang bergantung menahan gerak berputarnya batang tersebut dan sudut putaran sebanding dengan gaya yang diberikan. Dengan menggunakan peralatan ini, Coulomb menyelidki bagaimana gaya listrik bervariasi sebagai fungsi besar muatan dan jarak di antaranya. Alat Uji Coba Coulomb (Neraca Puntir) Coulomb berpendapat bahwa : 1. Gaya yang diberikan pada satu benda bermuatan dengan benda bermuatan lainnya berbanding lurus dengan muatan pada masing-masing benda tersebut. Artinya, jika muatan pada salah satu benda digandakan gaya akan naik menjadi empat kali lipat dari nilai awalnya. Hal ini berlaku jika jarak antara kedua muatan tersebut tetap sama. 2. Jika jarak antara kedua muatan bertambah maka gaya akan berkurang terhadap kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut. Artinya, jika jarak digandakan gaya akan berkurang menjadi seperempat nilai awalnya. Dengan demikian, Coulomb menyimpulkan bahwa gaya yang diberikan satu benda kecil bermuatan pada benda bermuatan kedua sebanding dengan hasil kali besar muatan benda pertama Q1 dengan besar muatan benda kedua Q2, dan berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak r di antaranya. Pada tahun 1781, ia menetap di Paris. Setelah revolusi berakhir pada tahun 1789, ia mengundurkan diri dari jabatannya sebagai intendant des eaux et fontaines, kemudian pindah dan tinggal di sebuah rumah di Blois. Pada tahun 1802, ia dipanggil ke Paris dan kemudian diangkat menjadi inspektur. Oleh karena kesehatannya yang semakin memburuk, empat tahun kemudian, tepatnya tanggal 23 Agustus 1806, ia meninggal dunia di Paris, Perancis. 10

14 1. Pengertian Hukum Coulomb Hukum Coulomb merupakan hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya akibat yang dihasilkan dua muatan tanpa kontak secara langsung. Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya. Yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya. Interaksi antara benda-benda bemuatan (tidak hanya titik muatan) terjadi melalui gaya tak-kontak yang bekerja melampaui jarak separasi. Adapun hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa arah gaya pada masing-masing muatan terletak selalu sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut. Gaya yang timbul dapat membuat kedua titik muatan saling tarik-menarik atau saling tolak-menolak, tergantung nilai dari masingmasing muatan. Muatan sejenis bertanda sama akan saling tolak-menolak, sedangkan muatan berbeda jenis akan saing tarik-menarik. Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan. yang terpisahkan jarak tertentu dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya. Muatan listrik merupakan entitas dasar dan menjadi primadona dalam elektrostatika. Muatan listrik dapat dipindah dari suatu benda ke benda lainnya dengan cara menggosok atau cara lainnya, akan tetapi muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Ada dua jenis muatan yaitu positif dan negatif. Muatan yang sejenis bersifat tolak menolak, dan muatan yang tak sejenis akan tarik-menarik. Ketika batang kaca digosokkan dengan kain sutera terjadi perpindahan elektron dari batang kaca ke kain sutera. Hal itu terjadi karena gaya tarik menarik inti atom kain terhadap elektron yang lebih kuat daripada gaya tarik menarik inti atom kaca. Tentu saja batang kaca akan makin banyak kekurangan elektron jika penggosokan dilakukan lebih lama. Artinya, muatan listrik batang kaca menjadi lebih besar. Itulah sebabnya, gaya tarik batang kaca menjadi lebih besar dari sebelumnya. Sebenarnya, ketika terjadi perpindahan electron dari kain wool ke penggaris plastic. Kain wool menjadi kekurangan electron (bermuatan positif. Namun pada saat yang hampir bersamaan, terjadinya perpindahan electron tangan kita ke kain wol. Akibatnya. kain wol menjadi netral. Demikian juga halnya dengan kain sutera. Sebenamya, ketika terjadinya perpindahan electron dari kaca ke kain sutera, kain sutera menjadi kelebihan electron bemutan negatif). Namun, electron tersebut tidak berhenti di kain sutera. tetapi terus mengalir ke tangan kita. Akibatnya, kain sutera menjadi netral. Adapun pada penggaris listrik Plastic dan batang kaca aliran elektron seperti itu tidak terjadi. Dengan demikian, kita dapat membedakan benda menjadi dua macam yaitu benda yang mudah di aliri electron dan benda yang tidak mudah dialiri electron. Benda yang mudah dialiri disebut konduktor, contohnya tubuh manusia dan benda logam. sedangkan yang tidak mudah dialiri electron disebut isolator, contohnya plastic, karet dan kaca. 11

15 Gaya gravitasi itu terjadi karena suatu massa benda tarik menarik oleh massa bumi. Hal yang sama juga dapat terjadi pada dua benda yang bemuatan listrik. Untuk memahami interaksi dua benda bermuatan dapat menggunakan batang kaca dan penggaris yang sudah bermuatan. Muatan listrik itu tersimpan dalam benda-benda yang berada di sekeliling kita. seperti misalnya pada plastik yang digosok dengan wool, gelas yang digosok dengan sutera pada kilat, dan masih banyak yang lainnya lagi. Benda-benda yang bemuatan akan mengerjakan gaya terhadap benda bermuatan lainnya. Gaya ini dinamakan gaya elektrostatik. Gaya ini bergantung pada besarnya muatan masing-masing benda dan bergantung pada jarak ke dua benda. 2. Hubungan Hukum Coulomb dengan Muatan Listrik Interaksi atau gaya di antara benda-benda yang bermuatan. Gaya itu benupa Tarik menarik antara dua muatan berbeda jenis atau tolak menolak antara dua muatan yang sejenis. Berdasarkan penelitian diperoleh bahwa besar gaya ini bergantung pada besar muatan dan jarak antara kedua muatan tersebut. Dari eksperimennya. Coulomb menunjukkan bahwa gaya F berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara kedua pusat bola. Gaya F juga berbanding lurus dengan muatanmuatannya. Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan oleh Coulomb dapat dinyatakan dengan Pernyataan berikut ini. Pernyataan ini yang sekarang dikenal sebagai hukum coulomb yang berbunyi Besarnya gaya antara muatan qa dan muatan qb, yang dipisahkan oleh jarak r. berbanding lurus dengan besar kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan muatan tersebut. Dengan menggunakan neraca puntir. Coulomb menyelidiki hubungan gaya dan muatan ini dengan menggunakan 2 bola konduktor (bola A dan C) yang digantungkan melalui kawat tipis, satu bola lagi (bola B dengan ukuran dan bentuk yang sama. diletakan di dekat salah satu bola konduktor tersebut (bola A) Kedua bola A dan B yang berdekatan ini disentuhkan pada benda bermuatan, sehingga mendapatkan muatan yang sama. Karena ukuran bola tersebut sama, maka ketika bola B di letakkan pada jarak tertentu dari bola batang penghubung bola A dan C akan berputar sedikit. Dengan mengukur sudut putaran tersebut, Charles Coulomb dapat menentukan gaya yang diperlukan untuk memutarnya. (Neraca Puntir) 12

16 Dengan penyelidikkannya tersebut Coulomb menyimpulkan bahwa gaya listrik (F) yang terjadi berbanding terbalik dengan kuadrat dari jarak antara kedua pusat bola A dan B. Persamaan tersebut secara matematis, yaitu : Selanjutnya, Charles Coulomb melanjutkan penyelidikkannya dengan mengubah-ubah muatan listrik pada bola. A dan bola B, dengan cara menyentuhkan bola A dan bola B pada bola netral sehingga muatan bola A dan B menjadi tinggal separuhnya. Hasil tersebut menunjukan bahwa gaya listrik berbanding hurus dengan besar muatan di bola A (qa) dan besar muatan di bola B (qb), secara matematis, yaitu Berdasarkan hasil-hasil yang didapatkan, Charles Coulomb menyimpulkan bahwa gaya listrik antara dua muatan listrik yang terpisah pada jarak tertentu berbanding lurus dengan besar kedua muatan tersebut dan berbanding tebalik dengan kuadrat dari jarak kedua muatan tersebut. Pernyataan Charles Coulomb ini dikenalkan sebagai Hukum Coulomb, dengan persamaan secara matematis, yaitu : F = Gaya tarik menarik / tolak menolak (Newton) Q = Muatan listrik (Coulomb) R = Jarak antara kedua muatan K = Konstanta 1/4 πε0 9 x 10 9 N.m 2 /C 2 Gaya Coulomb juga berlaku pada partikel-partikel bermuatan listrik. Berdasarkan hukum Coulomb, gaya listrik pada dua benda makin besar bila muatan listrik keduanya makin besar atau jarak keduanya makin kecil. Sebaliknya gaya listrik pada dua benda makin kecil bila muatan listriknya makin kecil atau jarak keduanya makin besar. Bila dua benda yang muatannya tertentu didekatkan sehingga jarak keduanya menjadi ½ kali jaraknya semula, maka gaya istrik menjadi 4 kali gaya semula, dan begitu pula sebaliknya. 13

17 Interaksi antara dua muatan, bila muatannya sejenis akan tolak menolak, bila berbeda muatannya akan tarik menarik. Dan arah gaya tolak menolak atau tarik menarik seperti pada gambar ini : Konstanta pembanding ( k ) harganya tergantung pada tempat dimana muatan tersebut berada. Bila pengamatan dilakukan diruang hampa udara; besar k dalam sistem SI adalah k = 9 x 10 9 Nm 2 /Coulomb 2 Harga pastinya ε0 permitivitas udara atau ruang hampa = 8,85 x C 2 / Nm 2 Untuk medium selain udara, maka harga k juga lain sebab tergantung dari permitivitasnya. Jika medium muatan bukan pada medium vakum atau udara maka besar gaya antaran muatan Q1 dan Q2 akan lebih kecil. F udara / vakum <F medium Hal ini dikarenakan nilai permisivitas listrik pada medium bukan udara lebih besar. Permisivitas ε0 diganti dengan ε yakni ε= ε0. Dalam vakum nilai adalah 1, sedangkan dalam udara εr adalah 1,0006. Dengan demikian gaya Coulomb dalam medium rumusan adalah : Dalam bentuk vektor hukum Coulomb dapat dinyatakan dalam bentuk : Misalkan dua muatan q1 dan q2 berada pada jarak r seperti pada Giambar. Vektor satuan digunakan untuk menyatakan arah F1 dan F2 pada muatan tersebut. 14

18 Jika dua muatan mengerjakan gaya secara serentak pada muatan ketiga, maka gaya total yang dilami oleh muatan ketiga itu di dapat dengan cara penjumlahan vector. 3. Interaksi dua benda Benda yang bermuatan listrik statis dapat menarik atau menolak benda bermuatan listrik lainnya. Ada beberapa percobaan sederhana untuk menunjukkan listrik statis. Salah satu percobaan yang mudah dilakukan adalah percobaan dengan sisir plastik. Mula mula sisir plastik tidak dapat menarik sobekan- sobekan kertas. Setelah sisir Anda gosokkan pada rambut kering kira-kira 20 kali, sisir sekarang dapat menarik sobekan-sobekan kertas. Mengapa sisir yang semula tidak dapat menarik kertas lalu dapat menarik kertas setelah sebelumnya digosokgosokkan pada rambut? Sebelum sisir digosok-gosokkan pada rambut, sisir adalah netral (tidak bermuatan istrik) sehingga tidak dapat menarik sobekan-sobekan kertas. Setelah sisir digosok- gosokkan pada rambut, sisir menjadi bermuatan listrik, sehingga dapat menarik sobekan-sobekan kertas. Prosesnya sisir yang bermuatan listrik dapat menarik sobekan-sobekan kertas dapat dijelaskan sebagai berikut. Dalam kebanyakan atom atau molekul netral, pusat muatan positif berimpit dengan pusat muatan negatif. Ketika isolator itu (misalnya sobekan-sobekan kertas didekati oleh benda bermuatan listrik (misalnya, sisir yang bemuatan listrik positif), pusat muatan negatif ditarik mendekati benda bermuatan positif. Hal ini akan menghasilkan muatan positif. Dengan demikian akan dihasilkan muatan lebih negatif pada sisi yang berdekatan dengan benda pemberi muatan. Ini menghasilkan muatan lebih negatif pada sisi yang berdekatan dengan benda pemberi muatan. Muatan yang berbeda jenis ini menghasilkan gaya tarik menarik sehingga isolator dapat menempel pada benda bermuatan listrik. Muatan listrik merupakan entitas dasar dan menjadi primadona dalam elektrostatika. Muatan listrik dapat dipindah dari suatu benda ke benda lainnya dengan cara menggosok atau cara lainnya, akan tetapi muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan Ada dua jenis muatan yaitu positif dan negatif. Muatan yang sejenis bersifat tolak menolak, dan muatan yang tak sejenis akan tarik-menarik. Muatan listrik itu tersimpan dalam benda-benda yang berada di sekeliling kita. seperti misalnya pada plastik 15

19 yang digosok dengan wool, gelas yang digosok dengan sutera pada kilat, dan masih banyak yang lainnya lagi. Sebagaimana yang telah dijelaskan diatas penggaris plastic, batang kaca akan dapat menarik benda-benda kecil disekiarnya (potongan-potongan kertas kecil jika telah digosokkan dengan kain sutera. Selanjutnya, jika anda ulangi penggosokan tersebut dalam waktu yang lebih lama dan lebih keras, akan anda dapatkan gaya tarik penggaris plastic dan batang kaca terhadap potongan-potongan kertas kecil akan makin kuat. Artinya, muatan yang ada pada penggaris plastic dan batang kaca makin besar. Alat yang digunakan Coulomb untuk membuktikan Hukumya adalah Elektroskop. Elektroskop adalah alat untuk mengetahui apakah suatu benda bermuatan listrik atau tidak. Dengan kita menggunakan alat Elektroskop kita dapat mengetahui bahwa penggaris bola logam plastic yang digosokkan dengan kain wool bermuatan listrik negative. Batang kaca yang digosokkan dengan kain sutera akan bermuatan listrik positif. Karena perpindahan electron dari kain wool ke penggaris plastic. Hal itu terjadi karena gaya tarik inti atom terhadap electron lebih kuat dari pada gaya tarik inti atom kain. Tentu saja perpindahan tersebut akan lebih banyak jika penggosokan yang dilakukan lebih lama. Artinya. muatan listrik penggaris plastic menjadi lebih besar. Itulah sebabnya, gaya tarik penggaris plastic menjadi lebh kuat jika digosokkan lebih lama. 16

20 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan. Dari uraian diatas, maka dapat ditarik kesimpulan yaitu sebagai berkut : 1. Listrik adalah kondisi dari partikel sub atomik tertentu dan listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Muatan listrik adalah sifat (muatan dasar) yang dibawa oleh partikel dasar sehingga menyebabkan partikel dasar tersebut mengalami gaya tarik menarik dan tolak menolak. 2. Hukum Coulomb merupakan hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya akibat yang dihasilkan dua muatan tanpa kontak secara langsung. Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya. yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya. Pernyataan Charles Coulomb ini dikenalkan sebagai Hukum Coulomb, dengan persamaan secara matematis, yaitu : 3. Hubungan antara hukum Coulomb dengan muatan listrik adalah gaya Coulomb berlaku pada partikel-partikel bermuatan listrik. Berdasarkan hukum Coulomb, gaya listrik pada dua benda makin besar bila muatan listrik keduanya makin besar atau jarak keduanya makin kecil. Sebaliknya gaya listrik pada dua benda makin kecil bila muatan listriknya makin kecil atau jarak keduanya makin besar. B. Saran 1. Jurnal ini dapat dijadikan rujukan pada materi Muatan dan Hukum Coulomb. 2. Bagi para pembaca yang ingin mengetahui lebih jauh mengenai Muatan dan hukum Coulomb penulis mengharapkan agar para pembaca membaca buku-buku lainnya yang berkaitan dengan judul Muatan listrik serta hukum coulomb. 17

21 Daftar Pustaka :