Hukum Coulomb

Penulis : Ditheosvi Alvira Gusti – Teknik Elektro PNJ

Ditinjau dan edit kembali oleh Deyan Prashna, Departemen Fisika, FMIPA, Universitas Indonesia, 5 Agustus 2020

Pengertian Hukum Coulomb

Hukum Coulomb merupakan salah satu dari sekian banyak hukum dasar ilmu fisika. Hukum ini berkaitan dengan kelistrikan dan istilah Coulomb ini berasal dari si penemu yang bernama Charles Augustin de Coulomb, seorang ahli fisika asal Perancis yang berhasil menemukan dan mengemukakan pendapatnya mengenai interaksi dari dua jenis muatan listrik yaitu muatan positif (+) dan muatan negatif (-).

Muatan listrik merupakan sifat dari suatu muatan dasar yang terdapat pada partikel subatomik. Muatan listrik dapat dibedakan menjadi muatan positif (terdapat pada proton) dan muatan negatif (terdapat pada elektron).

Interaksi antar muatan listrik diatur dalam hukum Coulomb.  Interaksi antar sesama muatan listrik yang sejenis akan menghasilkan gaya tolak-menolak.

Sedangkan interaksi antar muatan listrik yang berbeda jenis akan menghasilkan gaya tarik-menarik. Muatan proton dan elektron memiliki besar yang sama, namun tandanya saling

berlawanan.

Muatan proton sebesar . Sedangkan pada muatan elektron sebesar .

Bunyi Hukum Coulomb

Tahun 1785 Charles Augustin de Coulomb mengemukakan pendapatnya yang merupakan hasil eksperimen dari gaya interaksi antara dua partikel dengan menggunakan neraca puntir yang terdiri dari dua bola kecil bermuatan seperti pada gambar yang bisa kalian lihat dibawah ini.

Sekadar informasi, Neraca putir yang dipakai oleh Coulomb ini mirip loh dengan neraca puntir Cavendish yang digunakannya untuk melakukan percobaan gravitasi eits tapi kita tidak akan membahas ini guys jadi yuk back to the topic.

Seperti orang kebanyakan yang melakukan percobaan, Coulomb pun menyimpulkan hasil dari percobaan yang beliau lakukan dan berbunyi:

“Besarnya gaya tarik menarik maupun tolak menolak yang ditimbulkan oleh dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan listrik tiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda.”

Kesimpulan yang diberikan oleh Charles Augustin de Coulomb ini kemudian dikenal sebagai hukum Coulomb yang dipublikasikan pada tahun 1784.

Baca tulisan lain dari bacaboy

• Hukum boyle
• Teori kinetik gas

Rumus Hukum Coulomb

Berdasarkan pernyataan Coulomb apabila terdapat dua benda yang bermuatan dan memiliki jarak. Ketika kedua muatan itu sama jenis dan didekatkan satu sama lain akan menimbulkan gaya saling tolak menolak tetapi apabila kedua muatan berbeda jenis dan saling didekatkan maka gaya yang akan timbul adalah gaya saling tarik-menarik. Sebutan untuk kedua gaya yang timbul entah itu tarik menarik maupun tolak menolak adalah gaya elektrostatis.

Besar gaya elektrostatis itu sebanding dengan besar kedua muatannya dan berbanding terbalik terhadap jarak kuadrat antar muatan tersebut.

Secara matematis rumus hukum Coulomb dapat dituliskan sebagai berikut:

Keterangan:

F = Gaya yang terjadi, tolak-menolak ataupun tarik menarik (N)

q1 = Besarnya nilai muatan pertama (C)

q2 = Besarnya nilai muatan kedua (C)

r = Jarak antara dua benda bermuatan (m)

Hubungan Antara Kuat Arus dengan Muatan Listrik

Kuat arus merupakan jumlah muatan listrik yang mengalir per satuan waktu. Satuan kuat arus dalam sistem SI adalah Ampere (A).

Kuat arus dapat diartikan sebagai muatan listrik yang bergerak. Hubungan kuat arus terhadap muatan listrik dinyatakan dengan rumus sbb:

Keterangan:

I = Kuat arus listrik (A)

q = muatan listrik (C)

t = waktu (s)

Berdasarkan pers. (2) dapat diketahui bahwa besar kuat arus sebanding dengan muatan listrik. Jadi, semakin besar kuat arus maka akan semakin banyak muatan listrik yang mengalir per satuan waktu.

Contoh Penerapan Hukum Coulomb

Seperti hukum fisika lainnya, Hukum Coulomb juga telah diterapkan pada alat dan kehidupan sehari-hari loh, berikut ini contoh penerapannya.

Sisir dan Rambut

Ketika sisir dan rambut digosokkan (menyisir) maka muatan negatif dari sisir dan muatan positif dari rambut akan membuat gaya elektrostatis atau tarik-menarik dikarenakan ke dua benda ini memiliki muatan yang berbeda jenis. Tetapi, muatan elektrostatis tersebut hanya bersifat sementara saja.

Generator Van De Graff

Generator Van De Graff ini biasanya berada di laboratorium penelitian dan digunakan sebagai mesin pembangkit listrik. Apabila memegang atau berada didekat alat ini rambut akan berdiri loh dan cara kerja alat ini menggunakan metode gesekan yaitu dengan menggosokan silinder bagian bawah generator dengan sabuk karet sehingga terdapat muatan listrik negatif.

Generator ini menggunakan prinsip listrik statis. Listrik statis tidak akan bertahan lama dan akan menghilang apabila muatan listriknya telah menghilang.

Elektroskop

Contoh penerapan selanjutnya adalah elektroskop yang merupaka alat pendeteksi ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda. Gaya tarik-menarik dan tolak-menolak dari muatan benda lah yang memicu pita logam pada elektroskop ini bekerja sehingga dapat terbuka ataupun tertutup.

Filter elektrostatik

Filter elektrostatik ini digunakan untuk menyaring debu sehingga tidak mengganggu pernapasan. Jadi pada tabung filter elektrostatik ini terdapat alat yang bisa mengionisasikan partikel gas dan jika partikel gas tersebut bermuatan berbeda dengan dinding tabung maka partikel gas tersebut akan menempel di dinding tabung.

Printer Laser

Printer laser memiliki cara kerja yaitu memanfatkan prinsip gaya tarik-menarik antar muatan benda yang berbeda jenis. Sinar laser pada alat ini yang membuat Photoreceptor Drum pada printer bila terkena cahaya, bagian tersebut akan menjadi muatan negatif padahal sebelumnya bermuatan positif.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa muatan listrik merupakan sifat dasar dari suatu muatan partikel subatomik yang dapat dibedakan menjadi muatan litrik positif dan negatif. Interaksi dari muatan listrik diatur dalam hukum Coulomb.

Jika interaksinya antar muatan yang sejenis maka akan menimbulkan gaya tolak-menolak. Sedangkan, untuk interaksi antar muatan yang berbeda jenis maka akan menimbulkan gaya tarik-menarik.

Besar gaya Coulomb sebanding dengan muatan benda dan berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak antar mutan tersebut. Hukum Coulomb dapat diaplikasikan pada gaya elektrostatis (dihasilkan dari gesekan sisir dengan rambut), generator Van de Graff, elektroskop, filter elektrostatik, dan printer laser.

Contoh Soal dan Pembahasan

Agar lebih memahami perihal Hukum Coulomb, kerjakan juga soal-soal dibawah ini ya karena akan bisa bila terbiasa. ?

1. Apabila terdapat dua benda dengan muatan

yang memiliki jarak 4cm. Berapakah besar gaya Coulomb diantara kedua benda tersebut?

A. 27 N

B. 270 N

C. 135 N

D. 1350 N

Pembahasan:

Dik:

Dit:

Besar gaya coulomb (F) ?

Jawab:

F = 270N.

Karena q1 dan q2 keduanya bermuatan positif, maka gaya yang timbul adalah gaya tolak-menolak dengan besar gaya 270 N (B)

2. Apabila terdapat dua benda bermuatan berbeda jenis dengan besar muatan

yang memiliki jarak 6cm.

Berapakah besar gaya Coulomb diantara kedua benda tersebut?

A. 1,8 N

B. 18 N

C. 180 N

D. 1800 N

Pembahasan:

Dik :

Dit:

Besar gaya coulomb (F) ?

Jawab:

Jadi, besar gaya Coulomb diantara kedua benda tersebut adalah 180 N dan karena muatan berbeda jenis maka gaya yang timbul adalah tarik menarik (C)

3. Perhatikan gambar di bawah ini!

Ketiga muatan listrik q1, q, dan q2 adalah segaris. Bila q = 4µC dan d = 20cm hitungah besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q …

A. 27 N ke arah kanan

B. 13,5 N ke arah kanan

C. 27 N ke arah kiri

D. 13,5 N ke arah kiri

Pembahasan

Dik:

Dit: Besar dan arah gaya listrik yang bekerja di muatan q?

Jawab:

Karena q1 muatannya lebih besar dari q dan gaya yang timbul ada tolak menolak maka arah gaya di q adalah kearah kanan (F2). Selain itu, antara q dengan q2 yang muatannya lebih besar juga menimbulkan gaya tolak menolak sehingga arah gaya di q ke kiri (F1)

Maka besar gaya F1 dan F2 adalah

Nah, kalau sudah begini kita misalkan. Bi la gaya ke arah kanan bernilai positif dan gaya yang ke arah kiri bernilai negatif, maka resultan gaya Coulomb yang bekerja pada muatan q adalah

F = F1 + F2

F = (+ 27 N ) + (– 13,5N)

F = + 13,5 N atau 13,5 N ke arah kanan.

Jadi, besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q adalah 13,5 N ke arah kanan (B)

Pertanyaan Umum

Daftar Pustaka

• Giancoli DC, Fisika Jilid 1 Edisi Kelima, Jakarta: Elangga, 2001.
• Halliday, David; Resnick, Robert; and Walker, Jearl.2001. Fundamental of Physics. New York: John Wiley & Sons
• Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga

Baca juga

• Hukum hooke
• Usaha dan energi
• Suhu dan kalor
• Teori relativitas