Muatan Listrik dan Hukum Coulomb Apakah itu listrik? Listrik adalah salah satu bentuk energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan Usaha. Apakah itu Statis? Statis berarti diam, jadi listrik statis diartikan sebagai listrik yang diam. Listrik ada pada setiap benda. Mengapa Listrik ada pada setiap benda? Listrik ada pada setiap benda sebab setiap benda terdiri atas atom-atom. Inti atom Partikel-partikel penyusun suatu atom: Elektron bermuatan negatif Proton bermuatan positif Neutron tidak bermuatan Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu. 1. Interaksi Muatan-Muatan Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus) Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus).
Muatan Bahan-Bahan Apa yang terjadi ketika sisir digosok-gosokkan ke rambut lalu didekatkan pada potongan-potongan kecil pada kertas? Elektroskop Berikut ilustrasi saat sebuah elektroskop netral di dekati oleh benda bermuatan negatif. Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki (bawah).
Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop. Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh jalan-jalan ke bawah/kaki. Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya, sekarang menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop. Bagamana jika elektroskop kondisi awalnya tidak netral, tapi sudah bermuatan positif atau negatif terlebih dahulu?
B. Hukum Coulomb Hukum Coulomb mempunyai kesamaan dengan hukum gravitasi Newton. Persamaannya terletak pada perbandingan kuadrat yang terbalik dalam hukum gravitasi Newton. Perbedaannya adalah gaya gravitasi selalu tarik-menarik, sedangkan gaya listrik dapat bersifat tarik-menarik maupun tolak-menolak. Pada dasarnya hukum coulomb menyatakan muatan listrik yang sejenis tolak-menolak, sedangkan muatan listrik tak sejenis tarik-menarik. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh seorang ahli Fisika Prancis, Charles Augustin Coulomb (1736-1806) disimpulkan bahwa: besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik (yang kemudian disebut gaya Coulomb) berbanding lurus dengan muatan masingmasing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut. Neraca Puntir Alat Percobaan Coulomb Besarnya gaya oleh suatu muatan terhadap muatan lain telah dipelajari oleh Charles Augustin Coulomb. Peralatan yang digunakan pada eksperimennya
adalah neraca puntir yang mirip dengan neraca puntir yang digunakan oleh Cavendish pada percobaan gravitasi. Bedanya, pada neraca puntir Coulomb massa benda digantikan oleh bola kecil bermuatan. Untuk memperoleh muatan yang bervariasi, Coulomb menggunakan cara induksi. Sebagai contoh, mula-mula muatan pada setiap bola adalah q 0, besarnya muatan tersebut dapat dikurangi hingga menjadi q 0 dengan cara membumikan salah satu bola agar muatan terlepas kemudian kedua bola dikontakkan kembali. Hasil eksperimen Coulomb menyangkut gaya yang dilakukan muatan titik terhadap muatan titik lainnya. Gaya Coulomb Jika kedua muatan merupakan muatan sejenis maka gaya yang bekerja bersifat tolak-menolak. Jika kedua muatan mempunyai tanda yang berlawanan, gaya yang bekerja bersifat tarik-menarik. Gaya coulomb menyatakan bahwa muatan listrik yang sejenis tolak-menolak, sedangkan muatan listrik tak sejenis tarik-menarik seperti terlihat pada gambar diatas.
Perhatikan gambar diatas yang menggambarkan dua buah benda bermuatan listrik q 1 dan q 2 terpisah pada jarak r. Apabila kedua benda bermuatan listrik yang sejenis, kedua benda tersebut akan saling tolak-menolak dengan gaya sebesar F dan jika muatan listrik pada benda berlainan jenis, akan tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Pernyataan Charles Augustin Coulomb (1736-1806) yang kemudian dikenal dengan Hukum Coulomb yang dinyatakan dalam persamaan : di mana : F = gaya tarik-menarik atau tolak-menolak/gaya Coulomb (Newton) k = bilangan konstanta = = 9. 10 9 N m 2 /C 2 q 1,q 2 = muatan listrik pada benda 1 dan benda 2 (Coulomb/C) r = jarak pisah antara kedua benda (m) Gaya Coulomb termasuk besaran vektor. Apabila pada sebuah benda bermuatan dipengaruhi oleh benda bermuatan listrik lebih dari satu, maka
besarnya gaya Coulomb yang bekerja pada benda itu sama dengan jumlah vektor dari masing-masing gaya Coulomb yang ditimbulkan oleh masing-masing benda bermuatan tersebut. Misalnya untuk tiga buah muatan listrik. Gaya Coulomb termasuk besaran vektor. Apabila pada sebuah benda bermuatan dipengaruhi oleh benda bermuatan listrik lebih dari satu, maka besarnya gaya Coulomb yang bekerja pada benda itu sama dengan jumlah vektor dari masingmasing gaya Coulomb yang ditimbulkan oleh masing-masing benda bermuatan tersebut. Misalnya untuk tiga buah muatan listrik. Besarnya Gaya Coulomb yang dialami oleh q3 pada F = F1 + F2 di mana : F 1 = gaya Coulomb pada q 3 akibat yang ditimbulkan oleh q 1 F 2 = gaya Coulomb pada q 3 akibat yang ditimbulkan oleh q 2 F = gaya Coulomb pada q 3 akibat muatan q 1 dan q 2 Gaya Coulomb pada muatan q 3 adalah F = F 1 +F 2
Karena letak ketiga muatan tidak dalam satu garis lurus, maka besarnya nilai F dihitung dengan : dengan α adalah sudut yang diapit antara F 1 dan F 2.