Hukum Coulomb – Pernahkah Grameds melihat fenomena ketika kita mendekatkan ujung batu baterai tetapi tidak bisa ditempelkan antara kedua ujungnya?
https://www.pexels.com
Jika pernah, Grameds berarti secara langsung sedang mengamati fenomena dari elektrostatis. Fenomena ini dapat terjadi karena ujung dari batu baterai mempunyai muatan listrik positif (+) dan negatif (-). Saat kita mendekatkan ujung yang memiliki muatan positif dengan ujung yang sama-sama memiliki muatan positif juga, kedua baterai tersebut seakan menolak untuk menempel. Meski demikian, apabila ujung yang memiliki muatan positif didekatkan dengan ujung yang memiliki muatan negatif maka akan dengan mudah saling menempel.
Fenomena elektrostatis tersebut kemudian akan dibahas lebih mendalam melalui hukum yang dinamakan hukum coulomb.
Daftar Isi
Sejarah Hukum Coulomb
Hukum Coulomb pertama kali dikemukakan oleh ilmuwan fisika yang berasal Perancis, yakni Charles Augustin de Coulomb pada tahun 1780-an. Pada awalnya pengembangan dari hukum ini sebenarnya telah dimulai sejak tahun 600 SM. Semuanya berawal dari ditemukannya teori listrik statis. Lalu, teori tersebut terus dikembangkan oleh para ilmuwan lainnya.
Pada tahun 1600, ilmuwan asal Inggris yang bernama William Gilbert melakukan sebuah penelitian tentang listrik statis yang gunanya yaitu untuk membedakan dengan efek batu magnet. Dari penelitian William Gilbert tersebut, kemudian ditemukanlah kata electric dalam istilah kelistrikan.
Kemudian pada abad 18, dua ilmuwan yang berasal dari Italia, yakni Daniel Bernoulli dan Alessandro Volta yang melakukan percobaan untuk mengukur gaya antar pelat kapasitor untuk mengetahui apakah gaya listrik berkurang seiring dengan jarak dan dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Selain itu adapun Franz Aepinus juga menemukan hukum kuadrat terbalik pada 1758.
Setelah itu ada eksperimen juga yang dilakukan ilmuwan yang berasal Inggris, yakni Joseph Priestley. Joseph Priestley melakukan eksperimen kepada bola yang memiliki muatan listrik. Ia mengajukan usul bahwa gaya listrik mengikuti hukum kuadrat terbalik, tetapi ia tidak menguraikan dengan detail dan hanya sekadar menduga bahwa gaya antar muatan bervariasi sebagai kuadrat terbalik dari jarak.
Kemudian, puncaknya ialah penelitian yang dilakukan oleh Charles Augustin de Coulomb pada tahun 1785. Dalam penelitian tersebut, Coulomb melakukan eksperimen dengan menggunakan sebuah neraca torsi yang berguna untuk mengetahui besarnya gaya yang bekerja pada dua buah objek yang mempunyai muatan listrik.
Hasilnya, Coulomb mendapatkan hasil yakni teori listrik statis yang pada akhirnya diberi nama Hukum Coulomb. Selain diabadikan menjadi nama hukum, nama Coulomb juga diabadikan sebagai satuan muatan listrik, yakni Coulomb (C).
Pengertian Hukum Coulomb
https://www.pexels.com
Hukum Coulomb pada dasarnya yakni hukum yang menjelaskan perihal hubungan yang ada di dalam muatan listrik. Seperti yang telah diketahui, bahwa muatan listrik dibagi menjadi dua jenis, yakni muatan positif dan muatan negatif.
Hukum ini menjelaskan mengenai kondisi ketika dua muatan listrik dengan jarak tertentu saling berinteraksi dan melakukan gaya Tarik menarik atau tolak menolak. Salah satu faktor yang menjadi pengaruh dari besarnya gaya hukum coulomb sendiri adalah besar dari muatan listrik benda tersebut.
Gaya tarik menarik akan terjadi apabila muatan listrik yang berlainan (+-) bertemu, sedangkan gaya tolak menolak akan muncul ketika muatan listrik sejenis (++/–) saling bertemu.
Hukum coulomb ini sebenarnya mempunyai kesamaan dengan hukum gravitasi terkemuka yang telah dikemukakan oleh Isaac Newton. Persamaan tersebut terletak pada perbandingan kuadrat yang terbalik. Sedangkan perbedaannya ialah gaya yang dihasilkan, di mana gaya gravitasi hanya terjadi tarik-menarik, sedangkan gaya listrik tak hanya sekadar gaya tarik-menarik tetapi juga terdapat gaya tolak-menolak.
Bunyi Hukum Coulomb
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Charles Auguste de Coulomb. Maka muncul kesimpulan bahwa bunyi dari Hukum Coulomb tersebut ialah:
“Apabila terdapat dua benda bermuatan listrik maka akan menimbulkan gaya di antara keduanya, yaitu tarik menarik atau tolak menolak, besarnya akan sebanding lurus dengan hasil kali nilai kedua muatan dengan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara dua benda tersebut.”
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, saat terdapat dua muatan sejenis yang didekatkan akan menimbulkan gaya saling menolak, sedangkan apabila terdapat dua buah muatan yang berbeda jika didekatkan akan menimbulkan gaya saling tarik menarik dan bisa menempel. Dua gaya tersebut dinamakan gaya elektrostatis.
Penerapan dalam Kehidupan Sehari-hari
https://www.pexels.com
Contoh sederhana yang bisa Grameds lihat dalam kehidupan sehari-hari ialah efek yang terjadi ketika dua ujung magnet saling didekatkan. Apabila sisi magnet yang memiliki muatan negatif didekatkan dengan sisi magnet lainnya yang memiliki muatan positif, atau besi yang memiliki muatan positif, maka magnet tersebut akan menempel, berlaku terbalik apabila sisi magnet yang bermuatan negatif didekatkan dengan sisi magnet yang juga bermuatan negatif maka akan terjadi penolakan.
Contoh lainnya ialah penerapan dari penangkal petir yang biasanya ada di berbagai rumah. Cara kerja penangkal petir pada umumnya memiliki muatan positif. Sehingga saat ada petir yang memiliki muatan negative, penangkal petir akan menangkap petir tersebut kemudian akan dialirkan ke tanah menggunakan kabel konduktor dan menjadikan aliran petir tersebut tidak masuk ke dalam aliran listrik yang berada di dalam rumah.
Rumus Hukum Coulomb
Dari pernyataan yang diutarakan oleh Charles Auguste de Coulomb, muncullah rumus matematis yang digunakan untuk menentukan besar gaya coulomb yaitu sebagai berikut:
Keterangan:
F : Gaya Coulomb (N)
K : Konstanta Coulomb ( 9×109 Nm2/C2)
q1 : Besar muatan benda 1 (C)
q2 : Besar muatan benda 2 (C)
r : Jarak antar muatan (m)
Besar satuan Coulomb (C)
1 micro coulomb (µC) = 1×10-6 C
1 nano coulomb (nC) = 1×10-9 C
1 coulomb = 1 coulomb (C)
Dari rumus tersebut dapat disimpulkan bahwa nilai konstanta coulomb akan bergantung menyesuaikan pada satuan yang dipilih.
Dengan demikian, dapat diartikan bahwa semakin jauh jarak antara kedua muatan akan menyebabkan gaya listrik yang ada juga semakin kecil. Sebaliknya, apabila jika jarak antara kedua muatan dekat, akan menyebabkan gaya listrik menjadi semakin besar.
Contoh Soal
Contoh soal nomor 1
Dua buah magnet diketahui masing-masing mempunyai muatan listrik sebesar 4 C dan 2 C dan kedua magnet tersebut memiliki jarak 3 meter. Maka tentukanlah berapa gaya coulomb yang terjadi dari kedua muatan tersebut!
Jawab:
Diketahui:
F : ?
K : 9×109 Nm2/C2
q1 : 4 C
q2 : 2 C
r : 3 meter
Maka gaya coulomb yang dihasilkan dari dua muatan listrik tersebut adalah 8×109 N.
Dua buah besi masing-masing mempunyai muatan listrik sebesar 4×10-6 C dan 6×10-6 C dan memiliki jarak 2 cm. Tentukanlah berapa gaya coulomb yang ditimbulkan oleh dua besi tersebut!
Jawab:
F : ?
K : 9×109 Nm2/C2
q1 : 4×10-6 C
q2 : 6×10-6 C
r : 2 cm = 0,02 m
109
Maka gaya coulomb yang terdapat pada dua benda tersebut adalah 540 N.
Contoh soal nomor 2
Dua buah besi mempunyai muatan listrik masing-masing 10 mikro coulomb (µC)dan 50 mikro coulomb (µC). Apabila jarak antara kedua besi bermuatan itu adalah 10 cm. Berapakah gaya coulomb yang timbul dari dua besi bermuatan listrik tersebut?
Jawab:
F : ?
K : 9×109 Nm2/C2
q1 : 10 µC = 10×10-6 C
q2 : 50 µç = 50×10-6 C
r : 10 cm = 0,1 m
Maka gaya coulomb yang ditimbulkan dari kedua besi tersebut adalah 450 N.
Contoh soal nomor 3
Dua benda mempunyai besar muatan 3×10-6 C dan 6 x 10-6C. Jarak diantara keduanya ialah 3 cm. berapakah besar gaya listrik yang ada pada masing-masing muatan?
Diketahui
Q1 = 3×10-6 C
Q2 = 6 x 10-6C
r = 3 cm = 3 x 10-2 m
k = 9 x 109 Nm2/C2
Penyelesaian
Fc = k(q1q2/r2)
Fc = 9 x 109 (3×10-6 C x 6 x 10-6C)/9 x 10-4
Fc = 9 x 109 ( 18 x 10-12)/ 9 x 10-4
Fc = 1,8 x 102 N
Contoh soal nomor 4
Ketika 2 muatan sejenis memiliki besar muatan 5 x 10-4C dan 5 x10-4C. 2 muatan tersebut dipisahkan dengan jarak 5 cm. maka berapakah besar gaya coulomb yang ditimbulkan? (k = 9 x 109Nm2/C2)
Diketahui
Q1 = 5 x 10-4C
Q2 = 5 x 10-4C
r = 5 cm = 5 x 10-2 m
k = 9 x 109 Nm2/C2
Penyelesaian
Fc = k(q1q2/r2)
Fc = 9 x 109 (5 x 10-4C x 5 x 10-4C)/25 x 10-4
Fc = 9 x 109 (25 x 110-8)/ 25 x 10-4
Fc = 9 x 105 N
Contoh soal nomor 5
Perhatikanlah gambar dibawah. Besar Gaya Listrik yang bekerja pada muatan sebesar 27 Newton. Apabila diketahui muatan pada B adalah +6 mikro Coulomb, hitunglah berapa mikro Coulomb muatan pada titik C.( k = 9 x 109N m2/C2 dan 1 mikro Coulomb = 10−6 C)?
Pembahasan
Diketahui:
q1= Muatan di Titik B = +6 µC = +6×10−6 Coulomb
k = 9 x 109N m2/C2
r = 10 cm = 0,1 m
F=27 Newton
Ditanya:
q2= Muatan di Titik C
Jawaban:
Maka:
27= (9🗙 109 ) 🗙 (6×10−6) 🗙 (q2 🗙10−6 )
______________________________
(0,1)²
(q2) =27 🗙 (0,1)²
__________
(9 🗙109) 🗙 (6🗙10-12)
(q2 )=Muatan di Titik C= – 5 mikro Coulomb
Muatan di Titik C adalah – 5 mikro Coulomb
Contoh soal nomor 6
Besar muatan pada benda A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di benda B adalah -10 mikro Coulomb. Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah 18 Newton bila diketahui 9 x 109N m2/C2 dan 1 mikro Coulomb = 10−6 C hitunglah jarak antar muatan!
Pembahasan
Diketahui:
q1= Muatan di Titik A = +8 µC = +8×10−6 Coulomb
q2= Muatan di Titik B = -10 µC = -10×10−6 Coulomb
k = 9 x 109N m2/C2
F= 18 Newton
Ditanya:
Jarak antara muatan (r) ?
Jawaban:
18= (9 🗙 109 ) 🗙 (8🗙10−6 ) 🗙 (10🗙10−6 )
______________________________
r²
r²=(9 🗙 109 ) 🗙 (8🗙10−6 ) 🗙 (10🗙10−6 )
______________________________
18
r²=0,04
r= 0,2 m= 20 cm
Jadi, jarak antara muatan adalah 20 cm
Contoh soal nomor 7
Diketahui dua buah memiliki muatan listrik A = +15 micro Coulomb dan muatan listrik B = +10 micro coloumb dipisahkan oleh jarak sebagaimana gambar dibawah. Tentukan besar gaya coloumb yang bekerja pada kedua muatan?( k = 9 x 109N m2/C2 dan 1 mikro Coulomb = 10−6 C)
Pembahasan
Diketahui:
q1= Muatan di Titik A = +15 µC = +15×10−6 Coulomb
q2= Muatan di Titik B = +10 µC = +10×10−6 Coulomb
k = 9 x 109N m2/C2
r = 10 cm = 0,1 m
Ditanya:
Besar Gaya Listrik (F) yang bekerja pada muatan
Jawaban:
F= (9 🗙 109) 🗙 (15🗙10−6 ) 🗙 (10🗙10−6 )
______________________________
0,1²
F= 135 Newton
Besar Gaya Listrik (F) yang bekerja pada muatan adalah 135 Newton
Contoh soal nomor 8
Diketahui dua buah Muatan listrik E = -10 micro Coulomb dan muatan listrik F = -15 micro coloumb dipisahkan oleh jarak sebagaimana gambar dibawah. Tentukan besar gaya coloumb yang bekerja pada kedua muatan( k = 9 x 109N m2/C2 dan 1 mikro Coulomb = 10−6 C)
Pembahasan
Diketahui:
q1= Muatan di Titik E = -10 µC = +10×10−6 Coulomb
q2= Muatan di Titik F = -15 µC = -15×10−6 Coulomb
k = 9 x 109N m2/C2
r = 10 cm = 0,1 m
Ditanya:
Besar Gaya Listrik (F) yang bekerja pada muatan
Jawaban:
F= (9 🗙 109 ) 🗙 (10🗙10−6 ) 🗙 (15🗙10−6 )
______________________________
0,1²
F= 135 Newton
Besar Gaya Listrik (F) yang bekerja pada muatan adalah 135 Newton
Contoh soal nomor 9
Diketahui terdapat tiga buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar! Besar muatan P adalah = -4 mikro Coulomb, besar muatan Q adalah = +10 mikro Coulomb dan muatan R = -12 mikro Coulomb. Tentukan besar dan arah gaya listrik pada muatan Q bila ( k = 9 x 109N m2/C2 dan 1 mikro Coulomb = 10−6 C) ?
Pembahasan
Diketahui:
qP= Muatan di Titik P = -4 µC = -4× 10−6 Coulomb
qQ= Muatan di Titik Q = +10 µC = +10× 10−6 Coulomb
qR= Muatan di Titik R = -12 µC = -12× 10−6 Coulomb
k = 9 x 109N m2/C2
rPQ = 6 cm = 0,06 m
rQR = 4 cm = 0,04 m
Ditanya:
besar dan arah gaya listrik pada muatan Q
Jawaban:
Perlu di ingat bahwa Gaya listrik pada muatan Q merupakan resultan gaya listrik antara muatan P dan Q dengan gaya listrik antara muatan Q dan R
Besar Gaya Listrik (FPQ ) muatan P dan Q :
F= (9 🗙 109 ) 🗙 (4🗙10−6 ) 🗙 (10🗙10−6 )
______________________________
0,06²
F= 100 Newton
(Arah muatan keluar dari + dan masuk ke -)
Sehingga, muatan P negatif dan muatan Q positif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan P dan menjauhi muatan Q (ke kiri).
Besar Gaya Listrik (FQR ) muatan Q dan R :
F= (9 🗙 109 ) 🗙 (10🗙10−6 ) 🗙 (12🗙10−6 )
______________________________
0,04²
F= 675 Newton
(Arah muatan keluar dari + dan masuk ke -)
Muatan Q positif dan muatan R negatif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan R dan menjauhi muatan Q (ke kanan).
Resultan gaya listrik pada muatan Q :
Arah FPQ ke kiri dan arah FQR ke kanan.
FQ= FQR– FPQ = 675 N – 100 N = 575 Newton.
Arah resultan gaya listrik pada muatan Q (FQ) = arah gaya listrik FQR, yakni menuju muatan R (ke kanan) dengan nilai 575 Newton
Baca Juga :
