MULIONO: Penerapan Listrik Statis

Analisis listrik statis

Hukum Coulomb

Gambar 11. Interaksi dua benda bermuatan

(sumber: physics principle and problems)

Dua benda bermuatan saling didekatkan seperti gambar di atas, akan saling berinteraksi. Gambar 11(a) menunjukkan interaksi antara dua benda bermuatan positif akan saling menjauhi (tolak menolak), begitu pula jika dua benda yang sama-sama bermuatan negatif (gambar 11b) jika didekatkan akan saling menjauhi (tolak-menolak), akan tetapi benda bermuatan negatif didekatkan ke benda bermuatan positif (gambar 11c) maka akan saling mendekat (tarik-menarik).

Gaya interaksi antara dua benda bermuatan (atau dua muatan) disebut dengan gaya listrik atau gaya Coulomb sesuai dengan nama penemunya. Gaya listrik ini pertama kali diteliti oleh ilmuan yang bernama Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) berdasarkan eksperimennya mengemukakan hukum coulomb yakni “besarnya gaya listrik antara dua muatan sebanding dengan besar muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya” secara matematis dapat dituliskan

Keterangan :

F_C : gaya coulomb (N)

k : tetapan (9 x 10⁹ Nm²/C²)

q₁& q₂ : besar muatan (C)

r : jarak kedua muatan (m)

Jurus jitu:

Dalam banyak kasus atau soal terkait dengan materi gaya Coulomb, sering kali kita dihadapkan pada masalah perbandingan antara gaya listrik dengan besar muatan, gaya listrik dengan kuadrat jarak antar muatan atau bahkan keduanya. Untuk menyelesaikan permasalahan ini hal penting yang perlu dipahami adalah

· Besar gaya Coulomb sebanding dengan besar muatan

Konsep sebanding:

“Perhatikan letak indeks (a dan b)masing-masing variabel yang sama antara ruas kiri dan ruas kanan”

· Besar gaya Coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak

Konsep berbanding terbalik

“Perhatikan letak indeks (a dan b)masing-masing variabel yang berlawanan antara ruas kiri dan ruas kanan”

Indeks “a” untuk keadaan awal dan indeks “b” untuk keadaan akhir.

Sehingga persamaan perbandingan untuk hukum Coulomb adalah

Contoh soal:
Gambar berikut menunjukkan gaya tolak-menolak antara dua benda titik bermuatan listrik

Besar gaya tolak menolak antara kedua benda tersebut jika muatan listrik diganti menjadi +2Q dan +Q, dan jarak kedua benda menjadi 2d adalah…

a. ½ F b. 2F c. 4F d. 8F

Pembahasan:

Keadaan awal

q_1a= +Q

q_2a= +Q

r_a= d

F_a= F

Keadaan akhir

q_1b= +2Q

q_2b= +Q

r_b= 2d

F_b= ..... ?

Soal merupakan perbandingan antara gaya listrik, muatan pertama dan jarak. Persamaan perbandingannya adalah.

Kunci jawaban : “D”

perlu diingat bahwa gaya termasuk besaran vektor sehingga selain besarnya gaya juga harus diperhatikan arahnya juga seperti gambar berikut.

Gambar 12. (a) gaya interaksi dua muatan berbeda jenis, (b) gaya interaksi dua muatan sejenis

(sumber: physics principle and problems)

Dua muatan sejenis yang didekatkan akan saling menjauhi dengan arah gaya seperti yang ditunjukkan oleh gambar 12a, sedangkan dua muatan yang berbeda jenis didekatkan akan saling mendekati seperti yang ditunjukkan oleh gambar 12b. Berdasarkan gambar terlihat baik muatan A dan muatan B keduanya saling memberikan gaya kepada kedua muatan (F_B on A maupun F_A on B), kedua gaya ini adalah pasangan gaya aksi dan reaksi (hukum III Newton)

Salah satu penerapan dari hukum Coulomb ini adalah pada penggunaan elektroskop. Elektroskop merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi suatu benda bermuatan atau tidak

Prinsip kerja dari elektroskop dapat dilihat dari gambar berikut:

Gambar 13. Prinsip kerja elektroskop

Pada mula-mula elektroskop bermuatan netral sehingga muatan positif (proton) dan negatif (elektron) tersebar merata di seluruh elektroskop (gambar 12a) dan daun elektroskop dalam keadaan tertutup, kemudian benda bermuatan listrik negatif di dekatkan (tanpa bersentuhan) ke kepala elektroskop (gambar 12b), muatan negatif benda tersebut akan membuat muatan positif elektroskop tertarik ke kepala elektroskop dan muatan negatifnya tertolak hingga menuju daun elektroskop. Kedua bilah daun elektroskop akan bermuatan negatif, hal ini akan menimbulkan gaya interaksi (gaya listrik) saling tolak menolak sehingga membuat daun elektroskop terbuka (gambar 12c)

Medan Listrik

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa dua muatan yang didekatkan akan saling berinteraksi satu Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik (gaya coulomb). Medan listrik pada sebuah muatan digambarkan oleh garis-garis gaya listrik dengan Arah medan listrik adalah keluar dari muatan positif dan masuk ke dalam muatan negatif, seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut.