LISTRIK STATIS – Hukum Coulomb

A. Hukum Coulomb

Pada tahun 1736 – 1806, ilmuwan Prancis, Charles Augustin Coulomb menyelidiki hubungan gaya tolak menolak atau gaya tarik menarik dua benda bermuatan listrik terhadap besar muatan listrik dan jaraknya menggunakan alat yang disebut neraca puntir. Dari hasil percobaan, Coulomb menyimpulkan interaksi dua benda yang bermuatan sebagai berikut:

1. Semakin besar jarak kedua benda yang bermuatan, semakin kecil gaya listrik antara benda tersebut dan sebaliknya.
2. Semakin besar muatan kedua benda, semakin besar gaya listrik antara benda tersebut.

Secara matematis, rumusan gaya Coulomb (F_c) dapat dituliskan sebagai berikut:

Dengan:

F_c = gaya coulomb (Newton)

k = konstanta = 9 x 10⁹ Nm^2/C2

r = jarak antara dua muatan (meter)

q₁ = besar muatan listrik benda pertama (coulomb)

q₂ = besar muatan listrik benda kedua (Coulomb)

Contoh:

Dua buah muatan lsitrik positif yang ada dalam membran sel saraf masing-masing sebesar q dan 2q terletak pada jarak 2 cm. hitung berapakah gaya Coulomb yang dialami kedua muatan tersebut jika q = 1,6 x 10 ^-19 C. (besar konstanta (k) = 9 x 10⁹ Nm²/C²)

Diketahui:

Muatan 1 (q₁) = +q = 1,6 x 10^-19 C

Muatan 2 (q₂) = + 2q = 3,2 x 10^-19 C

Jarak kedua muatan (r) = 2 cm = 2 x 10^-2 m

Ditanyakan: gaya Coulomb kedua muatan (F_c)

Jawab:

F = 11,52 x 10^-25 Nm²C²/C²m²

F = 1,152 x 10^-24 N

B. Medan Listrik

Di sekitar muatan-muatan listrik ada medan lsitrik yang dapat memengaruhi muatan lain yang berada tidak jauh darinya. Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang dapat menimbulkan gaya lsitrik terhadap muatan lain.

Medan lsitrik dapat digambarkan oleh serangkaian garis gaya listrik yang arahnya keluar atau ke dalam muatan. Medan listrik sebuah muatan positif arahnya menjauhi muatan tersebut sedangkan pada muatan negatif arahnya menuju muatan tersebut.Medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya dari kutub positif ke kutub negatif. Perhatikan gambar berikut!

Sumber: Dok. Kemendikbud

Kuat medan lsitrik didefinisikan sebagai besarnya gaya listrik (F) yang bekerja pada suatu muatan uji (q₀). Kuat medan listrik bergantung pada kerapatan garis-garis gaya listrik. Besar kuat medan listrik dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut:

Dengan:

E = medan lsitrik (N/C)

F = gaya coulomb (N)

Q = besar muatan listrik (C)

C. Beda Potensian dan Energi Listrik

Suatu benda dikatakan mempunyai potensial lebih tinggi dari benda lain jika jumlah muatan positif benda ( kekurangan elektronnya) lebih banyak. Energi potensial listrik adalah energi yang dimiliki oleh benda bermuatan listrik yang berada didalam suatu medan listrik.   Potensial listrik ( tegangan listrik ) adalah energi potensial listrik persatuan muatan listrik .

Besarnya beda potensial listrik dapat dihitung dengan membandingkan besar energi lsitrik yang diperlukan dengan jumlah muatan listrik yang dipindahkan, yaitu:

Dengan:

∆V = beda potensial listrik (volt)

W = energi listrik (Joule)

Q = muatan listrik (Coulomb)

Contoh:

Berapakah beda potensial kutub-kutub baterai sebuah rangkaian jika baterai tersebut membutuhkan energi sebesar 60 J untuk memindahkan muatan sebesar 20 C?

Diketahui:

W = 60 J

Q = 20 C

Ditanyakan: beda potensial (V)

Jawab: