Gaya Listrik Statis (Hukum Coulumb)
Dua muatan listrik sejenis tolak-menolak dan dua muatan listrik tidak sejenis tarik-menarik. Ini berarti antara dua muatan listrik timbul gaya listrik (tolak-menolak atau tarik-manarik). Bagaimana besar gaya ini terhadap besar muatan dan jarak antara kedua muatan? Hubungan gaya tarik atau tolak antara dua bola bermuatan dengan jarak kedua muatan ditentukan oleh seorang pakar fisika berkebangsaan Prancis bernama Charles Coulomb, pada 1785. Dalam eksperimennya, Coulomb menggunakan sebuah neraca puntir.
Jika bola A yang bermuatan diletakkan pada tempatnya maka bola B ditolak oleh bola A (bola B dan A keduanya bermuatan positif). Ini mengakibatkan lengan neraca terpuntir dan dalam keadaan seimbang lengan neraca mencapai kedudukan yang baru. Dari sudut puntiran ini, Coulomb mengukur besar gaya listrik. Dengan mengubah-ubah jarak antara bola B dan A, gaya listrik dapat diukur sebagai fungsi jarak. Coulomb menyimpulkan bahwa gaya tarik atau gaya tolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua bola bermuatan. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
Bagaimana muatan mempengaruhi gaya listrik tersebut? Pertama kali Coulomb mengukur gaya tolak antara bola A dan bola B pada suatu jarak tertentu. Kemudian, ia pun membagi muatan bola A menjadi dua sehingga muatan A menjadi setengah muatan awalnya. Ia mendapatkan bahwa besar gaya tolak menjadi setengah kali semula. Percobaan diulangi dengan membagi muatan bola A menjadi seperempat muatan awalnya.Ia mendapatkan bahwa besar gaya tolak menjadi seperempat kali semula. Coulomb menarik kesimpulan bahwa gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola bermuatan sebanding dengan muatan-muatannya.Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
Dengan cara menggabungkan kedua kesimpulan ini, Coulomb menyatakan hukumnya yang dinamakan hukum Coulomb, yaitu: “Gaya tarik atau tolak antara dua muatan listrik seband-ing dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.” Secara matematis hukum Colulomb dapat dinyatakan sebagai berikut.
dengan:
F = besar gaya Coulomb (N),
Q1.Q2 = muatan masing-masing partikel (coulomb, disingkat C)
R = jarak pisah antar kedua muatan (m)
ε0 = permisivitas ruang hampa = 8,85 × 10−12 C2N−1m−2
Gaya Coulomb dalam Medium/Bahan Apabila medium muatan bukan ruang hampa udara maka besar gaya Coulomb antara muatan q1 dan q2 berkurang. Jika medium memiliki permisivitas ε = εrε0 (dahulu disebut tetapan dielektrik k) maka gaya Coulomb dalam bahan dirumuskan oleh:
Dua buah muatan listrik masing-masing besarnya 3 × 10-6 C dan 6 × 10-6 C terpisah pada jarak 3 cm. Tentukan besarnya gaya listrik yang bekerja pada masing-masing
Jawab:
Tiga buah benda A, B, dan C masing-masing bermuatan listrik sebesar 3 × 10-8 C, - 6 × 10-8 C, dan 2 × 10-8 C yang terletak dalam satu garis lurus, jika jarak AB = 3 cm dan BC = 6 cm. Tentukan besarnya gaya Coulomb yang dialami oleh muatan di titik B!
Jawab:
Dua buah muatan masing-masing 20 μC dan 24 μC terpisah pada jarak 12 cm. Hitung besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut jika: a. kedua muatan diletakkan di udara; b. kedua muatan diletakkan dalam bahan yang memiliki permisivitas relatif 3
Jawab:
