Hukum Coulomb, Pengertian Pembahasan Contoh Soal Ujian

Pengertian Hukum Coulomb. Hukum Coloumb merupakan sebuah aturan yang mengemukakan tentang hubungan antara gaya listrik dan besar masing masing muatan listrik.

Hukum Coulomb menyatakan bahwa Gaya tarik – menarik atau tolak – menolak antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan muatan- muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut.

Secara matematis hukum Coulomb dapat dinyatakan dengan formulasi menggunakan rumus  persamaan berikut.

F = k (q1 x q2)/r2

F = gaya Coulomb, N

q = muatan listrik, Coulomb, C

r = jarak antara kedua muatan, m

k = konstanta kesebandingan, Nm2/C2

Konstanta k merupakan permitivitas listrik ruang hampa yang biasa dinotasikan dengan ε0 dan dinyatakan dengan persamaan berikut:

k = 1/(4πε0)

jika nilai ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2, dengan demikian k adalah

k = 9 x109 Nm2/C2

Gaya Coulomb

Gaya Coulomb adalah gaya elektrostatik yang merupakan gaya tolak atau tarik yang ditimbulkan oleh dua muatan listrik pada jarak tertentu.

Gaya Coulomb mirip dengan gaya gravitasi dimana keduanya merupakan  gaya yang nilainya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Gaya Coulomb dan gaya gravitasi ini merupakan gaya yang bersifat alamiah. Gaya alamiah lainnya di antaranya adalah gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya lemah, dan gaya kuat.

Gaya Gravitasi.

Gaya gravitasi merupakan gaya yang bekerja pada semua partikel dan menjaga planet- planet selalu tetap pada orbitnya selama mengitari matahari.

Gaya Elektromagnetik.

Gaya elektromagnetik adalah gaya yang bekerja di antara partikel bermuatan dan merupakan gaya yang mengikat atom- atom dan molekul- molekul.

Gaya Lemah (Weak Force).

Gaya lemah (weak force) merupakan gaya yang terjadi dalam peristiwa peluruhan radioaktif.

Gaya Kuat (Strong Force).

Gaya kuat (strong force) merupakan gaya yang berperan dalam menjaga neutron- neutron dan proton- proton bersama- sama dalam sebuah inti atom.

Ketentuan dari hukum Coulomb.

Jika gaya Coulomb F bernilai positif, maka kedua muatan akan saling tolak menolak. Sebaliknya, jika nilai gaya Coulomb F adalah negative, maka kedua muatan akan saling tarik menarik.

Contoh Soal Ujian Hukum Coulomb.

Dua buah muatan listrik masing – masing 20 mC dan -20 mC terpisah pada jarak 30 cm, tentukan besar dan arah gaya pada muatan di setiap muatannya.

Jawab.

q1 = 20 mC = 20 x 10-6 C

q2 = -20 mC = -20 x 10-6C

r = 30 cm = 0,3m

besar gaya F pada setiap muatan adalah:

F = (9 x 109 Nm2/C2) (20 x 10-6 C x – 20 x 10-6 C) / (0,3m) = -40N

Karena kedua muatan saling berlawanan yaitu q1 positif dan q2 negatif maka gaya Coulomb bertanda negative. Ini artinya gaya yang timbul adalah Tarik menarik. Arah gaya pada muatan q1 menuju ke q2, sedangkan arah gaya  q2 menuju ke q1.

Daftar Pustaka:

  1. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  2. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  3. Ardra. Biz, 2019, “Contoh Soal Jawaban dan Pembahasan Hukum Coulomb dengan Pengertian Gaya Coulomb dengan Gaya Listrik.
  4. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  7. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  8. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  9. Ardra. Biz, 2019, “Contoh Soal Jawaban dan Pembahasan Hukum Coulomb, Pengertian Gaya Coulomb dengan Gaya Listrik, Pembahasan Contoh Soal Ujian Hukum Coulomb,
  10. Ardra.Biz, 2019, Pengerian Hukum Coulomb, Pengertian Elektrostatik, Pengertian Gaya Elektromagnetik,  Pengertian Gaya Gravitasi, Pengertian Strong Force, Pengertian Weak Force, Satuan Gaya Coulomb, Satuan muatan listrik,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Rumus Persamaan Hukum Coulomb, Pengertian permitivitas listrik Hukum Coulomb, Satuan konstanta kesebandingan hukum Coulomb, Pengertian konstanta kesebandingan hukum Coulomb, Bunyi Pernyataan Hukum Coulomb, Contoh Gaya alamiah, Contoh Gaya Strong, Contoh Weak Force,

Kuat Medan Listrik: Pengertian Rumus Arah Medan Listrik Contoh Soal Perhitungan.

Pengertian Medan Listrik. Gaya yang timbul di antara dua buah partikel bermuatan yang dipisahkan pada suatu jarak tertentu tanpa kontak antara keduanya disebut action at adistance.

Medan adalah ruang di sekitar benda yang setiap titik dalam ruang tersebut akan terpengaruh oleh gaya yang ditimbulkan benda. Jika partikel menghasilkan gaya listrik, maka medan yang timbul di sekitar partikel itu disebut medan listrik.

Dengan demikian dapat dikatakan bahwa medan listrik adalah daerah di sekitar muatan listrik yang masing – masing dipengaruhi oleh gaya listrik.

Medan listrik merupakan besaran vektor yang arahnya didefinisikan sebagai arah gaya yang dialami oleh suatu benda bermuatan positif.

Medan listrik direpresentasikan dengan garis- garis khayal yang menjauhi (atau keluar) muatan positif dan mendekati (atau masuk) muatan negatif. Kerapatan garis- garis gaya lsitrik menunjukkan besarnya kuat medan listrik.

Gaya Coulomb

Di sekitar muatan sumber q terdapat medan listrik sehingga muatan q yang diletakkan dalam pengaruh medan listrik ini mendapat gaya Coulomb. Muatan lain q2 yang diletakkan dalam pengaruh medan listrik ini juga mendapat gaya Coulomb.

Gaya Coulomb yang dialami oleh partikel bermuatan bergantung pada muatan partikel dan muatan sumber q. Untuk mengetahui efek medan listrik dari muatan sumber q, maka diletakkan suatu muatan uji dalam ruang di seitar medan listrik tersebut.

Cara Menghitung Kuat Medan Listrik.

Kuat medan listri E didefinisikan sebagai hasil bagi gaya Coulomb yang bekerja pada muatan uji dengan besar muatan uji tersebut yaitu q0. Jadi kuat medan listrik menyatakan besarnya muatan listrik. Secara matematis kuat medan listrik dapat ditulis sebagai berikut.

E = F/q0

E = kuat medan listrik, N/C

F = gaya yang dialami muatan uji, N

q0 = besar muatan uji, C

Gambar a. Muatan uji positif disimpan pada jarak r dari muatan sumber positif. Muatan uji mendapat gaya tolak dari muatan sumber. Arah gaya pada muatan uji menjauhi muatan sumber. Dan Arah medan listriknya menjauhi muatan sumber.

Cara Menghiting Contoh Soal Dan Pembahasan Ujian Materi Kuat Medan Listrik
Cara Menghiting Contoh Soal Dan Pembahasan Ujian Materi Kuat Medan Listrik

Gambar b. Muatan sumber negative. Arah gaya pada muatan uji menuju muatan sumber, terjadi Tarik menarik, sehingga arah medan listriknya menuju muatan negative. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa arah medan listrik di sekitar muatan sumber positif selalu menjauhi muatan sumbernya dan sebaliknya, arah medan listrik di sekitar muatan sumber negative selalu menuju ke muatan tersebut.

1). Contoh Soal Dan Pembahasan Ujian Materi Kuat Medan Listrik

Titik P berjarak 30 cm dari sebuah muatan yang besarnya q = 25mC.

Hitung besar dan tentukan arah medan listrik di titik P

Jawab dan Pembahasan.

Diketahui:

r = 0,3m

q = 25mC = 2,5 x 10-5 C

kuat medan listrik di titik P adalah:

E = k q/(r2)

E = (9 x 109Nm2/C2) x( 2,5 x 10-5C) / (0,3m)2 = 2,5 x 106 N/C

Dan Arah medan listriknya menjauh muatan q.

2). Contoh Soal Dan Pembahasan Ujian Materi Kuat Medan Listrik

Hitung kuat medan listrik pada jarak 1 cm dari sebuah muatan positif 10-6 coulomb dan tentukan arah medan listriknya…

Jawaban dan Pembahasan:

Diketahui:

Muatan sumber q = 10-6 C

Jarak titik A ke muatan sumber r = 1 cm = 10-2 m

Tetapan k = 9×109 Nm2C-2

Besar kuat medan listrik dapat dihitung dengan persamaan berikut:

E = k q/(r2)

E = (9 x109) (10-6)/ (10-2)2

E = 9 x 107 N/C

Arah kuat medan listrik E adalah menjauhi muatan sumber q.

3). Contoh Soal Perhitungan Arah Kuat Medan Titik P

Sebuah titik P berada pada jarak 20 cm dari sebuah muatan q = 16 μC. Hitung besar dan arah medan lisrik di titik P.

Dan hitung percapatan awal jika sebuah muatan q = 5μC yang bermassa 3 gram dilepaskan dari titik P.

Diketahui:

q = 16 μC = 1,6 x 10-5 C

r = 20 cm = 0,2 m

m = 3 gram

Menghitung Kuat Medan Di Titik P

Ep = k q/(r)2

EP = 9×109(1,6×10-5)/(0,2)2

EP = 3,6 x106 N/C

Muatan q adalah positif, jadi Arah Medan Listriknya Menjauhi muatan q

Rumus Menghitung Percepatan Muatan Di Medan Listrik Titik P

Besarnya percepatan sebuah partikel yang berada dalam medan listrik di titik P dapat dihitung dengan Hukum Newton 2 seperti berikut:

F = m.a atau

a = F/m

a = percepatan awal partikel

m = massa partikel

F = Gaya  yang diterima partikel dalam medan listrik di titik P.

Menghitung Gaya Elektrostatik Partikel Dalam Medan Listrik Di Titik P

Besar gaya dalam medan listrik di titik P dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

F = q EP

q = 5 μC = 5 x10-6 C

Diketahui dari perhitungan di atas

EP = 3,6 x106 N/C

FP = (5 x10-6)(3,6 x106)

FP = 18 N

Maka Percepatan awal partikel adalah

a = F/m

m = 3 gram = 3 x 10-3 kg

a = 18/(3 x10-3)

a = 6 x10-3 m/s2

Jadi, Ketika partikel berada dalam medan listrik di titik P, maka akan bergerak dengan percepatan awal 6 x10-3  m/s2.

4). Contoh Soal Rumus Kuat Medan Listrik Antara Dua Muatan

Sebuah titik partikel P berada tepat ditengah tengah antara dua muatan yang berjarak 10 cm seperti tampak pada gambar. Muatan partikel q1 = 2×10-6 C dan muatan q2 = 5×10-6 C.

Rumus Perhitungan Kuat Medan Listrik Antara Dua Muatan
Rumus Perhitungan Kuat Medan Listrik Antara Dua Muatan

a). Hitunglah kuat medan listrik di titik P

b). Hitung gaya listrik yang terjadi pada pertikel yang bermuatan -5 x 10-8 C ketika berada di titik P

Jawab:

Muatan uji P biasanya diasumsikan sebagai muatan positif

E1 = kuat medan listrik akibat q1

E2 = kuat medan listrik akibat q2

Menghitung Kuat Medan Listrik Di Titik P Akibat Muatan Listrik q1

E1 = k (q1)/(r1)2

E1 = (9×109)(2×10-6)/(0,05)2

E1 = 7,2×106 N/C

Menghitung Kuat Medan Listrik Di Titik P Akibat Muatan Listrik q2

E2 = k (q2)/(r2)2

E2 = (9×109)(5×10-6)/(0,05)2

E2 = 18 x106 N/C

Rumus Menghitung Kuat Medan Listrik Di Titik P Antara Dua Muatan Listrik

Kuat Medan Listrik yang dialami oleh titip P yang disebabkan oleh dua muatan q1 dan q2 dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

EP = E1 + E2

EP = 7,2×106 + 18×106 N/C

EP = 25,2 x 106 N/C

Jadi kuat medan listrik yang dialami di titik P adalah EP = 25,2 x 106 N/C

Menghitung Gaya Listrik Muatan Di Titik P

Untuk Menghitung gaya listrik partikel pada titik P yang bermuatan -5 x 10-8 C dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

FP = EP x q

FP = (25,2 x 106) x (-5 x 10-8)

FP = -1,26 N

Tanda negative menunjukkan arah gaya FP adalah ke kiri.

5). Contoh Soal Perhitungan Jarak Muatan Pada Kuat Medan Listrik Nol

Dua buah muatan A dan B memiliki muatan listrik masing masing +4×10-8 C, dan +16×10-8 C yang terpisah pada jarak 6 cm. Tentukan Posisi titik P agar kuat medan listriknya = 0

Perhitungan Jarak Muatan Pada Kuat Medan Listrik Nol
Perhitungan Jarak Muatan Pada Kuat Medan Listrik Nol

Diketahui:

q1 = +4×10-8 C,

q2 =+16×10-8

r = 6 cm

r = r1 + r2

Rumus Menghitung Kuat Medan Listrik Di Titik P Antara Dua Muatan Listrik

Kuat Medan Listrik yang dialami oleh titip P yang disebabkan oleh dua muatan q1 dan q2 dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

EP = E1 + E2

Kuat medan dititik P sama dengan nol atau

EP = 0,

karena q1 dan q2 beruatan positif maka arahnya berlawanan, sehingga

E1 + (-E2) = 0 atau

E1 = E2

Jika jarak P dari q1 adalah x, maka jarak P dari q2 adalah 6 – x sehingga

r1 = x

r2 = 6 – x

Menghitung Jarak Pada Kuat Medan Nol

Besar kuat medan di titip P adalah nol akibat  E1 dan E2 dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

E1 = E2

E1 = k (q1)/(r1)2

E2 = k (q2)/(r2)2

Substitusikan semua bersaran E1 dan E2 ke dalam persamaan rumus, sehingga diperoleh seperti berikut:

k (q1)/(r1)2 = k (q2)/(r2)2

(q1)/(r1)2 = (q2)/(r2)2

(q1)(r2)2 = (q2)(r1)2

Substitusikan nilai q1, q2, r1 dan r2 ke dalam persamaan, sehingga seperti berikut

(4×10-8)(6-x)2 = (16×10-8)(x)2

4 × (6-x)2 = (16)(x)2

(6-x)2 = (4)(x)2

36 -12x+x2 = 4x2

3x2 +12x – 36= 0

(x + 6)(x – 2) = 0

Akhirnya diperoleh

x = – 6 cm

x = 2 cm

Jarak titik P dari q1 adalah r1

r1 = x

r1 = 2 cm

Jarak titik P dari q2 adalah r2

r2 = 6 – x

r2 = 6 – 2

r2 = 4 cm

Jadi letak titik P berada 2 cm di sebelah kanan q1 atau 4 cm di sebelah kiri q2.

6). Contoh Soal Perhitungan Kuat Medan Nol Antara Dua Muatan.

Dua buah muatan masing masing q1 = 9 μC da q2 = 16 μC terpisah satu dengan lainnya pada jarak 14 cm. Titik P terletak sedemikian, sehingga kuat medan pada titik P sama dengan Nol. Tentukan posisi titik P dari muatan q1.

Diketahui:

q1 = 9 μC = 9 x 10-6 C

q2 = 16 μC = 16 x 10-6 C

r = 14 cm

Catatan:

Kuat medan di titik P merupakan resultan kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh kedua muatan q1 dan q2.

Perhitungan Kuat Medan Nol Antara Dua Muatan.
Perhitungan Kuat Medan Nol Antara Dua Muatan.

Resultan kuat medan akan sama dengan nol pada titik P jika kedua kuat medan adalah sama namun berlawanan arah, dan titik P berada pada garis lurus antara q1 dan q2. pernyataan ini dapat dirumuskan seperti berikut

E1 = E2

E1 = k (q1)/(r1)2

E2 = k (q2)/(r2)2

Substitusikan semua beraran E1 dan E2 ke dalam persamaan rumus, sehingga diperoleh seperti berikut:

k (q1)/(r1)2 = k (q2)/(r2)2

(q1)/(r1)2 = (q2)/(r2)2

(q1)/(q2) = (r1)2/(r2)2

Substitusikan nilai q1 dan q2 ke dalam persamaan di atas

(9×10-8)/(16×10-8)= (r1)2/(r2)2

9/16 = (r1)2/(r2)2

(r1)/(r2) = Ö(9/16)

r1/r2 =3/4

r1: r2 = 3:4

Dengan demikian r1 adalah

r1 = 3/(3+4) x 14

r1 = 6 cm

r1 = merupakan jarak titip P dari q1

r2 = 14 – 6

r2 = 8 cm

r2 = merupakan jarak titip P dari q2

Daftar Pustaka:

  1. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  2. Ardra.Biz, 2019, “Action At Adistance, Arah medan Listrik, Contoh Cara Menghitung Kuat Medan Listrik Dan Gaya Coulomb,
  3. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  4. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  5. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  6. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  7. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  8. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  9. Ringkasan Rangkuman: Muatan yang sejenis akan tolak-menolak, muatan yang tidak sejenis akan tarik-menarik.
  10. Hukum Coulomb menyatakan bahwa gaya tarik atau tolak antara dua muatan berbanding terbalik dengan besar muatan dan berbanding lurus dengan kuadrat jarak kedua muatan.
  11. Medan listrik E di suatu titik didefinisikan sebagai gaya total pada suatu muatan uji positif qo per satuan muatan qo.
  12. Hukum Gauss menyatakan bahwa pada permukaan tertutup, fluks total yang menembus permukaan adalah 4xk kali muatan total di dalam permukaan tersebut.
  13. Potensial listrik di suatu titik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan positif di titik tersebut.
  14. Kapasitansi suatu kapasitor keping sejajar dipengaruhi oleh luas penampang keping, jarak antarkeping, dan permisivitas bahan dielektrik.
  15. Ardra.Bzi, 2019, Action At Adistance, Arah medan Listrik, Contoh Cara Menghitung Kuat Medan Listrik Dan Gaya Coulomb, Contoh Soal Ujian Jawaban dan Pembahasan Kuat Medan Listrik, Garis- Garis Gaya Listrik, Kuat Medan Listrik,
  16. Ardra.Bzi, 2019, “Pengertian Gaya Coulomb, Pengertian Gaya Listrik, Rumus kuat medan listrik, Rumus Gaya Coulomb, Satuan Gaya Coulomb, Satuan Medan Listrik, Satuan Gaya listrik, satuan gaya coulomb, rumus gaya coulomb,
  17. Contoh Soal Perhitungan Arah Kuat Medan Titik P, Menghitung Kuat Medan Di Titik P , Rumus Menghitung Percepatan Muatan Di Medan Listrik Titik P, Menghitung Gaya Elektrostatik Partikel Dalam Medan Listrik Di Titik P,
  18. Menghitung Percepatan awal partikel bermuatan, Contoh Soal Rumus Kuat Medan Listrik Antara Dua Muatan, Menghitung Kuat Medan Listrik Di Titik P Akibat Muatan Listrik, Rumus Menghitung Kuat Medan Listrik Di Titik P Antara Dua Muatan Listrik,
  19. Rumus Menghitung Gaya Listrik Muatan Di Titik P, Contoh Soal Perhitungan Jarak Muatan Pada Kuat Medan Listrik Nol, Menghitung Jarak Pada Kuat Medan Nol , Contoh Soal Perhitungan Kuat Medan Nol Antara Dua Muatan,