Medan Listrik

Medan Listrik (Hukum Coulomb)

Asal Usul dan Formulasi Hukum Coulomb
Dua muatan listrik yang sejenis tolak-menolak dan yang tidak sejenis tarik-menarik yang berarti antara dua muatan terjadi gaya listrik.
Hubungan gaya listrik antara dua bola bermuatan terhadap jarak antara keduanya, pertama kali diselidiki oleh fisikawan perancis bernama Charles Coulomb pada tahun 1785. Dalam percobaannya, dia menggunakan sebuah neraca puntir.
Jika bola A bermuatan diletakkan pada tempatnya, maka bola B ditolak oleh bola A (bola B dan Bola A keduanya bermuatan positif). Ini mengakibatkan lengan neraca terpuntir, dan dalam keadaan seimbang lengan neraca mencapai kedudukan yang baru.
1
r2 Dari sudut puntiran inilah 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, F µ

Secara matematis, F µ q1 q2 Coulomb membuktikan bahwa muatan mempengaruhi gaya listrik. Mula-mula Coulomb mengukur gaya tolak antara bola A dan bola B pada suatu jarak tertentu (dijaga tetap dalam percobaan). Kemudian dia membagi muatan bola A menjadi dua sehingga muatan A menjadi setengah muatan awalnya. Dia 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.

Dengan menggabung kedua kesimpulan tersebut, Coulomb menyatakan hukumnya yang dinamakan hukum Coulomb, yaitu :
Besar gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.
q1 q2
r2Secara matematis hukum Coulomb dinyatakan sebagai berikut.
F = k

1
4pe0Jika medium di mana muatan-muatan berada adalah vakum atau udara, maka
k = = 9 x 109 N m2 C-2

Tentu saja e0 = 1 = 8,85 x 10-12 C2 N-1 m2.
4p k
Gaya Coulomb atau gaya listrik mirip dengan gaya gravitasi. Jika sumber medan gravitasi adalah massa maka sumber medan listrik adalah muatan. Mirip dengan medan gravitasi, medan listrik didefinisikan sebagai ruang di sekitar suatu muatan listrik sumber di mana muatan listrik lainnya dalam ruang ini akan mengalami gaya Coulomb atau gaya listrik (tarik atau tolak).
Benda bermuatan yang menghasilkan medan listrik dinamakan muatan sumber. Muatan lain yang ditaruh dalam pengaruh medan listrik muatan sumber tersebut dinamakan muatan uji. Kuat medan listrik pada lokasi di mana muatan uji berada didefinisikan sebagai besar gaya Coulomb (gaya listrik) yang bekerja pada muatan uji itu dibagi dengan besar muatan uji :
F
q0
E =

Untuk muatan sumber positif, arah E menjauhi muatan sumber. Untuk muatan sumber negatif, arah E mendekati muatan sumber.
Besar kuat medan listrik pada suatu titik P akibat sebuah muatan titik tunggal q dinyatakan oleh dengan r adalah jarak titik ke muatan sumber q. Jika sebuah titik dipengaruhi oleh medan listrik dari dua atau lebih muatan sumber, maka resultan medan listrik dihitung dengan prinsip superposisi.
Contoh soal dan penyelesaian :
ù Sebuah muatan uji +3,0 x 10-5 C diletakkan dalam suatu medan listrik. Gaya yang bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,45 N pada sudut 20° terhadap sumbu X positif. Berapa besar kuat medan listrik dan arahnya pada lokasi muatan uji? Bagaimana jika muatan uji adalah negatif?
Penyelesaian :
Muatan uji q0 = +3,0 x 10-5 C.
F = 0,45 N pada 20°.
F
q0
0,45 N
+3,0 x 10-5 C
E = 1,5 x 104 N/C membentuk sudut 20° terhadap X+
Jika muatan uji negatif, kuat medan listrik akan memiliki arah yang berlawanan, yaitu E = 1,5 x 104 N/C membentuk sudut 20° terhadap X+.
E =

Charles Coulomb (1736 - 1806)
Sumbangan terbesar Coulomb bagi ilmu pengetahuan adalah dalam bidang elektrostatis dan magnetik. Selama masa hidupnya, ia juga melakukan penelitian tentang kekuatan material-material dan menentukan gaya-gaya yang mempengaruhi benda-benda pada tiang. Dengan demikian ia juga memberikan sumbangan dalam bidang mekanika struktur.
Latar belakang & sejarah tokoh