Hukum Coulomb

Tujuan Kegiatan Pembelajaran

Setelah mempelajari kegiatan belajar 2, diharapkan anda dapat:

  • menjelaskan hubungan antara gaya interaksi dua muatan listrik, besar muatan-muatan, dan jarak pisah kedua muatan, apabila ada dua buah benda bermuatan listrik yang diletakkan terpisah pada jarak tertentu.
  • menghitung besarnya gaya interaksi dua buah benda bermuatan listrik dengan menggunakan hukum Coulomb.
  1. Uraian Materi

HUKUM COULOMB

Anda telah melihat bahwa muatan tak sejenis tarik-menarik dan muatan sejenis tolak-menolak, dengan kata lain ada gaya yang bekerja antara dua atau lebih benda yang bermuatan. Besar gaya ini bergantung pada besar muatan dan jarak antara muatan tersebut. Pada tahun 1785 seorang ahli fisika bangsa Perancis yang bernama Charles Coulomb (1736-1806) telah menyelidiki hubungan antara besaran-besaran tersebut di atas. Jenis peralatan yang digunakan oleh Coulomb tampak pada Gambar 14. Batang yang diisolasi dengan bola-bola konduktor kecil A dan A’, digantungkan melalui kawat tipis. Bola yang sama yaitu B, ditempatkan didekat bola A. Ketika bola A dan bola B bersama-sama disentuh dengan benda yang bermuatan, maka muatan menyebar ke kedua bola (bola A dan B) secara merata. Karena kedua bola A dan B memiliki ukuran yang sama, maka kedua bola tersebut menerima muatan dengan jumlah yang sama. Simbol untuk muatan adalah q. Oleh karena itu, besarnya muatan pada bola-bola A dan B dapat disimbolkan dengan notasi qA dan qB. Coulomb menemukan bagaimana gaya antara kedua bola yang bermuatan, A dan B tergantung pada jarak tertentu. Pertama ia dengan hati-hati mengukur besarnya gaya yang diperlukan untuk memutar kawat yang digantung melalui sudut yang diberikan. Dia kemudian menempatkan muatan yang sama pada bola A dan B dan mengubah jarak keduanya d, antara keduanya. Gaya menggerakkan A dari posisi diamnya, memutar kawat yang digantung. Dengan mengukur pembelokan A, Coulomb dapat menghitung gaya penolakan. Coulomb menunjukkan bahwa gaya F berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua pusat bola.



Untuk menyelidiki bagaimana gaya bergantung pada besarnya muatan, Coulomb harus mengubah muatan bola. Pertama-tama Coulomb memberi muatan A dan B sama seperti sebelumnya. Kemudian Coulomb menambahkan bola lain yang tidak bermuatan, dengan ukuran yang sama dengan B. Ketika bola tersebut disentuhkan ke bola B, maka kedua bola membagi muatan yang telah ada dengan bola B. Karena keduanya memiliki ukuran yang sama, maka bola B sekarang hanya memiliki separuh muatan semula. Oleh karena itu, muatan pada bola B hanya separuh muatan bola A. Setelah bola lain yang disentuhkan ke bola B tersebut dijauhkan dari bola B, maka Coulomb menemukan bahwa gaya antara A dan B menjadi separuh dari gaya antara A dan B semula (gaya antara A dan B sebelum adanya bola yang tidak bermuatan). Ia menyimpulkan bahwa besar gaya F, berbanding langsung dengan muatan-muatannya.

F = qAq B

Setelah melakukan pengukuran yang sama, Coulomb menyimpulkan hasilnya dalam suatu hukum yang disebut Hukum Coulomb : Besarnya gaya antara muatan qA dan muatan qB, yang dipisahkan oleh jarak d, adalah berbanding lurus dengan besarnya kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan-muatan tersebut.


SATUAN MUATAN

Muatan suatu benda sangat sulit diukur secara langsung. Akan tetapi Coulomb menunjukkan bahwa besarnya muatan dapat dikaitkan dengan besarnya gaya. Dengan demikian, ia dapat menentukan besarnya muatan yang terkait dengan besarnya gaya yang dihasilkan. Satuan muatan dalam SI adalah coulomb (C). Satu coulomb adalah muatan dari 6,25 x 1018 elektron atau proton. Ingat bahwa muatan proton dan elektron adalah sama. Muatan yang dihasilkan ledakan petir besarnya sekitar 10 coulomb. Muatan pada satu

elektron hanya 1,60 x10-19 C. Besarnya muatan suatu elektron disebut muatan elementer. Dengan demikian, benda sekecil apapun seperti uang logam pada saku anda mengandung lebih dari satu juta coulomb muatan negatip. Muatan yang dihasilkan dengan jumlah yang sangat besar ini hampir tidak ada efek eksternalnya sebab diimbangi dengan jumlah muatan positip yang sama. Akan tetapi jika muatan tidak seimbang, muatan yang kecilpun seperti 109 C dapat mengakibatkan gaya yang besar.

Menurut Hukum Coulomb besarnya gaya pada muatan qA yang disebabkan oleh muatan qB yang terpisah pada jarak d, dapat ditulis sebagai berikut:



Tetapan k sering dinyatakan dengan konstanta lain yang disebut permitivitas ruang hampa . Hubungan antara k dengan dinyatakan

dalam persamaan: :

sehingga persamaan di atas menjadi:



Dengan


= 8,85 X /N

Ketika muatan diukur dalam satuan coulomb, jarak diukur dalam satuan meter dan gaya dalam satuan newton, maka konstata k dinyatakan

k = 9,0 x N.m/

Persamaan di atas memberi pengertian bahwa besarnya gaya pada muatan qA menolak gaya pada qB dan juga gaya pada muatan qB menolak gaya pada muatan qA. Kedua gaya sama besar, tetapi berlawanan arah. Anda dapat mengamati contoh dari Hukum Newton yang ketiga tentang gerak, yang bekerja ketika anda membawa dua lembar pita dengan muatan sejenis bersama-sama. Yang satu menolak gaya yang lain. Jika anda membawa sisir yang bermuatan mendekati pita, pita dengan masa yang kecil, bergerak dengan mudah. Percepatan sisir dan Anda tentu saja sangat kecil karena memiliki massa yang jauh lebih besar.

Gaya listrik, seperti gaya-gaya yang lain, adalah vektor. Vektor mengandung besar dan arah. Akan tetapi hukum Coulomb hanya akan menyediakan besarnya gaya. Untuk menentukan arah, Anda perlu menggambar diagram dan menginterprestasikan hubungan dengan muatan secara hati-hati. Perhatikan arah gaya pada suatu benda bermuatan positip A. Jika benda lain yang bermuatan positip B, dibawa mendekat, gaya pada A akan menolak. Gaya FB pada A bekerja dengan arah dari B ke A, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 15a. Jika sebaliknya, B bermuatan negatip, maka gaya pada A tarik-menarik dengan gaya pada B dan bergerak searah dengan arah dari A ke B seperti terlihat pada Gambar 15b.


Gb. 15. Kaidah untuk menentukan interaksi muatan, (a) Tak sejenis tarik menarik, (b) sejenis tolak menolak

c. Rangkuman

  • Hukum Coulomb berbunyi: Besarnya gaya antara muatan qA dan muatan qB, yang dipisahkan oleh jarak d, adalah berbanding lurus dengan besarnya kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan-muatan tersebut.
  • Secara matematis hukum Coulomb dinyatakan dalam persamaan:



dengan k adalah suatu konstante yang besarnya
atau

k = 9,0 x N.m/

  • Hukum Coulomb secara matematis juga dapat dinyatakan dalam persamaan:



Dengan
adalah permitivitas ruang hampa yang besarnya


= 8,85 X /N

d. Tugas

  • Dua buah muatan qA dan qB masing-masing besarnya +5 μC dan -10μ dile-takkan terpisah pada jarak 5 cm. Tentukan besar dan arah gaya pada masing-masing muatan.
  • Tiga buah muatan qA , qB , dan qC , masing-masing terletak pada titiktitik sudut segitiga sama sisi ABC dengan panjang sisi 5 cm. Apabila muatan-muatan qA , qB , dan qC masing-masing besarnya +5 μ
    C, – 5 μ
    C, dan -10 μ
    C. Tentukan besar dan arah gaya pada muatan -10 μ
    C yang berada pada titik C.


e. Tes Formatif

  1. Dua buah muatan dipisahkan pada jarak 3 cm. Benda A memiliki mutan +6 μC dan benda B memiliki muatan +3μC. Berapa gaya pada benda A?
  2. Sebuah bola A dengan muatan 6 μC diletakkan dekat dengan dua bola bermuatan lainnya. Bola B dengan -3 μC diletakkan 4 cm di sebelah kanan bola A dan bola C dengan muatan 1,5 μC diletakkan 3 cm lurus di bawah bola A. Tentukan gaya bersih pada muatan 6 μC!

bahan dapat di unduh di Presentasi

Materi dapat di unduh di Materi Belajar

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s