Hukum coulomb dan medan listrik pada

muatan titik

LISTRIK STATIS

LISTRIK STATIS

Listrik statis adalah listrik yang diam untuk sementara pada suatu benda

Orang pertama yang melakukan percobaan tentang listrik statis adalah Thales of Miletus.Ia menggosokkan batu ambar dengan kain wol, kemudian ia dekatkan ke bulu ayam. Ternyata bulu ayam terbang dan menempel pada batu ambar beberapa saat kemudian jatuh lagi.

•Penemuan Muatan Listrik

Pada tahun 1600-an, William Gilbert meneliti batu ambar tersebut secara alamiah kemudian menamai gejala batu ambar tersebut ataupun gejala lain yang serupa sebagai electric / listrik. Sekarang istilah electric / listrik dipakai untuk menamai semua gejala yang berhubungan dengan ion (elektron dan proton).

Tahun 1700-an, seorang ilmuwan bernama Du Fay menunjukkan bahwa ada 2 jenis gejala kelistrikan statik, yaitu dapat menimbulkan efek tarik-menarik dan tolak-menolak. Sehingga disimpulkan ada 2 jenis muatan listrik, yaitu resinous(-) dan vitreous(+)

Benjamin Franklin pada tahun 1752kemudian menyatakan bahwa fenomena kilat dan batu ambar merupakan gejala yang sama dan menamakan (memberi tanda) kedua jenis listrik (muatan listrik) ini sebagai positif (+) dan negatif (-). Penamaan ini dipakai hingga saat ini dan amat membantu dalam menjelaskan gaya elektrostatik

Gaya tolak menolak atau gaya tarik menarik antara dua buah benda bermuatan listrik disebut gaya Coulomb sebagai penghargaan atas jasa Charles Augustin de Coulomb, ahli fisika berkebangsaan Prancis yang merupakan orang pertama yang meneliti gaya listrik dan merumuskannya secara matematis.

•Hukum Coulomb

Coulomb mendapatkan bahwamuatan-muatan sejenis akan menimbulkan efek tarik-menarik (atraktif) dan benda yang berlainan jenis akan saling menolak (repulsif). Gaya tarik/tolak ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar benda/muatan dan sebanding dengan besarnya muatan benda tersebut.

1 212 2

14 o

q qF

r

q1q2

r

dimana : k = 1/(4πε0) = 9 x 109

F = Gaya Coulomb (Newton)Qa = Muatan pertama (coulomb)Qb = Muatan kedua (coulomb)

rab = jarak antar muatan 1 dan 2 (meter)

Contoh Soal

1. Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar berikut!

Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B !

Pembahasan :

Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka untuk mencari resultan gaya cukup dengan mengurangkan kedua gaya , F total = FBC – FBA F total = 72 X 10 - 3 – 18 x 10 -3 = 54 x 10 -3 N Arah sesuai dengan FBC yaitu ke kanan .

2. Misalkan tiga buah muatan listrik sebagai berikut :Qa = -1 μCQb = 2 μCQc = 4 μC

dengan konfigurasi posisi sebagai berikut :

Qb

Fbc

Qa Qc

Fba

300

300

Hitunglah gaya elektrostatik total di Qb !

Pembahasan:hitung dahulu besar gayanya Fbc =  Fba =

=

Fbc

Qa Qc

Fba

300

300

Qb

Komponen X Komponen Y

Fbc 720 cos 1200 = -360 N 720 sin 1200 = 360 √3N

Fba 180 cos 2400 = - 90 N 180 cos 2400 = -90 √3 N

∑ Rx = -450 N Ry = 270√3 N

Gaya total F = = = 450,2 N

arahnya :

namun dari gambar kita lihat bahwa sudut yang benar adalah (180o+(-46,10o)=133,90o

karena sifat kesamaan trigonometri : tan(180o+θ)=tan(θ)

Medan listrik adalah daerah di sekitar muatan di mana pengaruh listrik masih berpengaruh pada muatan lain.

Medan digambarkan dengan garis-garis gaya, bersumber dari muatan positif dan menuju/masuk ke muatan negatif.

Rapat garis gaya disekitar muatan sumber menunjukkan besar/kuantitas medan tersebut.

•Medan Listrik

Visualisasi Medan Listrik di sekitar muatan

Muatan (+) Muatan (-)

Muatan (+) dan (+)Muatan (+) dan (-) /dipole

Rumus : E =

sehingga

2 21 1 1

4 4o o

qQ QE

qr r

Contoh Soal

3. Dua buah muatan tersusun seperti gambar berikut!

Jika Q1 = + 1 μC, Q2 = − 2 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah kuat medan listrik pada titik P yang terletak 4 cm di kanan Q1 !

Pembahasan :E =

Arahnya ke arah kanan.

Jika dua buah muatan berlawanan ”diposisikan” sejauh d seperti padagambar maka terbentuk sebuah sistem sumber listrik statis yang disebut dipol listrik.

•Dipol Listrik

d

Q+

Q-

Dipol listrik ini diukur oleh sebuah besaran bernama momen dipol p yang didefinisikan sebagai perkalian muatan q dengan jarak

antar muatannya (d)p = qd

jika berada dalam medan magnet E, momen dipol ini akan berputar hingga

sejajar dengan medan megnetnya. Torsi dari putaran ini dapat dihitung melalui :

Contoh Soal

4. Sebuah dipol listrik memiliki momen dipol sebesar 1 e nm dikenakan padanya medan listrik 5x103 N/C ⋅dengan arah 30o terhadap dipol. Hitunglah besarnya torsi yang timbul

Pembahasan :Momen dipol 1 e nm = 1(1,6 x 10-19 C)(10-9 m) = 1,6 x 10-28 Cm⋅Ʈ = p x E

= p E sin ǿ

= (1,6x10-28 )(5x103 N/C)sin 30o = 4x10-23 Nm