Gaya Coulumb dan Medan Listrik

A. Muatan Listrik

Listrik statis itu adalah merupakan fenomena fisika yang dapat menunjukkan adanya interaksi dari benda-benda yang bermuatan listrik. Muatan listrik yang dimiliki benda-benda itu bisa bermuatan negatif maupun positif.

Kita ambil Contoh dari fenomena listrik statis yaitu batu ambar yang apabila digosok-gosokkan dengan kain sutra maka akan bermuatan listrik.

Hal ini dapat diketahui apabila batu ambar itu didekatkan dengan kertas-kertas kecil maka kertas-kertas itu akan dapat tertarik oleh batu ambar.

Proton dan Elektron

Semua zat itu pasti tersusun atas atom-atom. Setiap atomnya pun itu tersusun atas inti atom yang di dalamnya itu terdapat proton dan inti atom itu dikelilingi oleh elektron-elektron. Proton itu bermuatan listrik positif sedangkan elektron itu bermuatan listrik negatif.

Muatan Listrik (Q)
Di dalam ilmu fisika muatan listrik itu Ada dua macam, yaitu muatan listrik positif (+), dan muatan listrik negatif (-). Apabila kedua muatan listrik yang berbeda (positif dengan negative) itu didekatkan, maka mereka berdua akan saling tarik-menarik. Namun, apabila dua muatan listrik yang sejenis (positif dengan positif dan sebaliknya) itu didekatkan, maka mereka akan saling tolak-menolak. Muatan listrik itu dapat dinotasikan dengan menggunakan simbol Q dan memiliki satuan coulomb (C).

Berikut adalah pembelajaran Listrik statik dari http://www.e-dukasi.net/

B. Hukum Coulomb.

Tahun 1785 seorang fisikawan Prancis yang bernama Charles Agustin Coulomb menyelidiki besarnya gaya yang terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik. Alat yang digunakannya adalah neraca puntir (torsion balance). Hasil investigasinya menemukan hubungan bahwa “besarnya gaya listrik sebanding dengan besarnya muatan listrik dua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara dua buah benda yang bermuatan listrik”. Pernyataan ini dikenal dengan nama Hukum Coulomb. Sebagai penghargaan atas jasanya, nama coulomb digunakan sebagai satuan muatan listrik.

Bagaimana neraca puntir bekerja?

Dua bola bermuatan listrik yang digantung dengan menggunakan benang dalam sebuah tabung dapat berputar secara bebas, hal ini dapat digunakan untuk menemukan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya antara dua benda yang bermuatan listrik. Pada bagian bawah dari tabung, melingkari dinding tabung terdapat skala sudut. Jika sebuah benda yang bermuatan listrik di dekatkan pada salah satu bola, maka bola itu akan bergerak secara melingkar menjauh/mendekat (tergantung dengan jenis muatan ke dua benda yang berinteraksi). Selanjutnya dengan mengasumsikan bahwa besarnya sudut simpang sebanding dengan besarnya gaya antara dua muatan, maka dengan mengubah jarak antara dua muatan dan besarnya muatan, kita dapat menemukan hubungan antara besarnya gaya, jarak antara dua muatan, dan besarnya muatan.

Persamaan Coulomb

Hukum Coulomb secara matematis dapat dituliskan :

F = Gaya listrik (newton)
Q1 = Muatan listrik benda 1 (coulomb)
Q2 = muatan listrik benda 2 (coulomb)
r = jarak pisah antara dua benda bermuatan listrik (meter)
k = tetapan (9 x 109 N m2 C-2)

C. Medan Listrik

Medan listrik disekitar muatan positif

Adanya gaya diantara dua muatan listrik, walaupun dua benda yang bermuatan listrik tidak bersentuhan, menggambarkan bahwa disekitar muatan listrik terdapat medan listrik. Medan listrik adalah daerah disekitar muatan listrik yang masih mendapat pengaruh gaya listrik dari muatan tersebut. Berikut ini adalah visualisasi medan listrik disekitar muatan positif.

Medan Listrik disekitar muatan negatif

Bagaimanakah medan listrik di sekitar muatan negatif?
Sebgaimana muatan positif, disekitar muatan negatif terdapat medan listrik juga, hanya saja arah medan listriknya menuju ke arah muatan.
Untuk melihat arah medan listriknya klik play gambar muatan negatif

Interaksi muatan listrik

Interaksi antara dua muatan listrik baik berupa gaya tolak atau gaya tarik dapat digambarkan dengan menggunakan garis-garis gaya listrik berikut:

Soal Muatan Listrik

1. Dua buah muatan -4,0 μC dan -5,0 μC terpisah pada jarak 20 cm. Berapakah kuat medan listrik di tengah keduanya ?

2. Dua buah muatan -4,0 μC dan +9,0 μC terpisah pada jarak 30 cm. Di manakah tempat yang medan listriknya sama dengan nol ?

3.Berapakah usaha minimum yang diperlukan sebuah gaya untuk membawa muatan q = 3 μC dari jarak jauh tak terhingga ke titik 0,5 m dari muatan lain Q = 20 μC ?

4. elektron dipercepat dalam muatan listrik homogen (1000 V/m). Berapakah kecepatannya setelah menempuh jarak 0,5 cm dari keadaan diam ?