Materi Fisika

Hukum Coulomb

Standar Kompetensi:
3. Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Kompetensi Dasar:
3.1 Mendeskripsi-kan muatan listrik untuk memahami gejala-gejala listrik statis serta kaitannya dalam kehidupan sehari-hari.

Pernahkah anda menyaksikan peristiwa dua benda non magnetik yang saling tarik-menarik? Jika belum, lakukanlah percobaan berikut:
Sobeklah selembar kertas menjadi potongan kecil-kecil (kurang lebih ukuran 1 cm x 1 cm). Kemudian gosokkanlah sebatang penggaris plastik ke rambut kering, dan dekatkan penggaris itu ke potongan kertas tadi. Apa yang terjadi? Potongan kertas kecil akan menempel ke penggaris plastik. Mengapa demikian?

Tarik menarik antara kertas dengan penggaris plastik terjadi akibat adanya perbedaan muatan listrik yang dimiliki kedua benda itu. Pada saat itu, kertas bermuatan listrik positif sedangkan penggaris plastik bermuatan listrik negatif.Pada tahun 1786, Charles Coulomb dari Prancis mengadakan eksperimen untuk menyelidiki interaksi antara benda-benda yang bermuatan listrik. Hasil eksperimen itu kemudian dinyatakan ke dalam hukum Coulomb, yang berbunyi:
“besar gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik yang terpisah pada jarak tertentu sebanding dengan besar muatan kedua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda.”
Hukum Coulomb itu dirumuskan:

Jika muatan kedua benda sejenis, maka akan terjadi gaya tolak menolak. Jika muatan kedua benda berlawanan jenis, maka akan terjadi gaya tarik menarik.

Contoh Soal

Energi Listrik

Tanda negatif (-) menunjukkan bahwa gaya coulomb merupakan gaya tarik menarik.

Standar Kompetensi:
3. Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Kompetensi Dasar:
3.2. Mendeskripsikan hubungan energi dan daya listrik serta pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari.

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Pengertian ini berlaku pula untuk salah satu bentuk energi, yaitu energi lisrik. Menurut hukum kekekalan energi mekanik, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, yang dapat dilakukan hanyalah mengubah bentuk energi ke bentuk energi lain.
Eenergi listrik sebagaimana yang digunakan manusia, berasal dari energi lain, antara lain:
1. Dari energi gerak. Peristiwa pengubahannya terjadi pada pembangkit listrik tenaga air, tenaga disel, tenaga angin, dsb.
2. Dari energi gerak. Peristiwa pengubahannya terjadi pada pembangkit listrik tenaga panasa bumi dan tenaga uap.
3. Dari energi matahari. Peristiwa pengubahannya terjadi pada pembangkit listrik tenaga surya.
4. Dari energi kimia. Peristiwa pengubahannya terjadi batu batere dan aki.

Perhitungan Energi Listrik
Energi listrik dihitung dengan rumus:

Contoh Soal:
Sebuah lampu yang memiliki hambatan 40 ohm, dinyalakan dengan tegangan listrik 20 V selama 2 menit. Berapakah banyaknya energi listrik yang digunakan lampu itu?
Jawab:

 

Hukum Gauss

Pada pembahasan sebelumnya, Anda mengetahui cara menentukan kuat medan listrik akibat adanya partikel-partikel bermuatan. Bagaimanakah menentukan kuat medan listrik  yang tersebar dalam suatu benda, misalnya bola? Untuk menentukan kuat medan listrik akibat distribusi muatan tertentu dipergunakan hukum Gauss.

Gauss menurunkan hukumnya berdasarkan pada konsep-konsep garis-garis medan listrik. Kita bahas terlebih dulu konsep fluks listrik.

Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu bidang. Perhatikan medan listrik serba sama yang arahnya seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1.17a. Garis-garis medan menembus tegaklurus suatu bidang segiempat seluas A. Jumlah garis-garis medan per satuan luas sebanding dengan kuat medan listrik, sehingga jumlah garis medan listrik yang menembus bidang seluas A sebanding dengan EA. Hasil kali antara kuat nedan listrik tersebut dinamakan fluks listrik Φ.

Φ = E × A                                                                                        (4.1.5)

Satuan untuk E adalah N/C, sehingga satuan untuk fluks listrik (dalam SI) adalah (N/C)(m²) yang dinamakan weber (Wb).  1 weber = 1 NC^-1m²

Untuk medan listrik menembus bidang tidak tegak lurus, perhatikan Gambar 4.1.17b.

Φ = EA’

Dengan A’ = A cos θ, sehingga:

Φ = EA cos θ……………………………………………………(4.1.6)

Dengan θ adalah sudut antara arah E dan arah normal bidang n. Arah normal bidang adalah arah yang tegaklurus terhadap bidang (lihat gambar 4.1.17c).

(a)                                    (b)                                                    (c)

Gambar 4.1.17. (a) Garis-garis medan  medan antara listrik menembus bidang, (b) Garis-garis medan listrik   menembus bidang dengan sudut  θ, (c)  θ adalah sudut antara arah medan listrik dan arah normal bidang n.

Berdasarkan konsep fluks listrik ini, muncullah hukum Gauss, sebagai berikut:

Jumlah garis-garis medan listrik (fluks listrik) yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara.

Φ = EA cos θ =  ……………………………………………………(4.1.7)

dengan A=luas permukaan tertutup, θ=sudut antara E dan arah normal n, dan Σq = muatan total yang dilingkupi oleh permukaan tertutup.

Sebuah konduktor dua keping sejajar yang tiap kepingnya berbentuk persegi panjang (panjang=5 cm, lebar = 4cm) diberi muatan 1,77μC yang berlawanan jenis. Hitung :

(a)   rapat muatan listrik masing-masing keping

(b)   besar kuat medan listrik dalam ruang diantara kedua keping

Penyelesaian:

Luas keping A = 20^-4 m², muatan keping q=1,77μC= 1,77´10^-6 C, ε = 8,85´10^-12 (dalam SI).

(a)    Rapat muatan dihitung dengan :

σ ==8,85 × 10^-4 cm^-2

(b)   Besar kuat medan E di antara kedua keping, yaitu:

E = = 1,0 × 10⁸ N/m