Gaya Coulomb, Medan Listrik, Hukum Gauss dan 3 Contoh Soalnya

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang gaya coulomb, medan listrik dan hukum gauss. Apa sih itu gaya coulomb, medan listrik, dan hukum gauss? Lalu bagaimana cara menjawab soal-soal fisika terkait gaya coulomb, medan listrik dan hukum gauss? Untuk menjawabnya, yuk simak penjelasan berikut!

1. Gaya Listrik

Gaya listrik merupakan suatu gaya yang ditimbulkan oleh benda yang memiliki muatan listrik. Listrik sendiri memiliki dua jenis muatan yaitu muatan negatif dan muatan positif. Jika suatu benda berdekatan memiliki muatan listrik yang sejenis, maka muatan listrik akan saling menolak satu sama lain. Sebaliknya, jika muatan listrik dalam benda berdekatan berbeda, maka akan saling tarik menarik.

Satuan muatan listrik dalam sistem Satuan Internasional (SI) diukur dalam coulomb. Satu Coulomb adalah jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang kawat dalam satu sekon ketika arus satu amper melalui kawat itu.

Besar gaya listrik antara dua benda yang bermuatan diselidiki oleh fisikawan Perancis bernama Charles Coulomb pada tahun 1785. Penyelidikan tersebut dilakukan dengan menggunakan neraca puntir seperti yang ditunjukkan gambar berikut:

Bola A dibuat tetap, sedangkan bola B dibuat bergerak bebas dengan muatan yang sejenis yaitu muatan positif. Charles Coulomb mengamati besarnya gaya listrik antara dua muatan dengan mengukur sudut puntir (lihat sisi kiri gambar di atas). Pengaruh jarak antara dua muatan diselidiki dengan mengatur jarak antara bola A dan bola B sambil menjaga muatan pada kedua bola tetap konstan. Sedangkan pengaruh muatan listrik diselidiki dengan mengurangi muatan listrik pada bola A dan menjaga jarak antara kedua bola tetap sama.

Melalui proses penyelidikan tersebut, Charles Coulomb menemukan Hukum Coulomb yang berbunyi :

Besar gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan listrik adalah sebanding dengan perkalian kedua muatan  dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut.

Hukum Coulomb

Adapun persamaan matematisnya dapat dilihat seperti berikut:

karena,

maka,

Konsultasikan tugas kamu secara gratis melalui tombol berikut :

2. Medan Listrik

Medan listrik didefinisikan sebagai ruang disekitar suatu muatan listrik sumber dengan muatan lainnya, ruang ini mengalami gaya listrik atau gaya coulomb. Benda bermuatan yang menghasilkan medan listrik disebut muatan sumber. Muatan yang lain yang berada dalam pengaruh medan listrik muatan sumber disebut muatan uji. Perhatikan gambar berikut:

Gambat diatas menunjukkan bahwa ruang disekitar muatan sumber A bermuatan positif dan menghasilkan medan listrik, pada muatan P yang bernilai positif mengalami gaya tolak, sedangkan muatan Q yang bernilai negatif mengalami gaya tarik.

Kuat medan listrik pada lokasi muatan uji didefinisikan sebagai besar gaya coulomb yang bekerja pada muatan uji itu dibagi dengan besar muatan uji. Secara matematis dapat ditulis:

dengan adalah besar muatan uji. Variabel F dapat kita ganti dengan rumus gaya listrik/gaya coulomb, sehingga diperoleh persamaan baru :

3. Hukum Gauss

Hukum Gauss adalah hukum yang menyatakan bahwa jumlah garis medan yang melalui sebuah permukaan sebanding dengan jumlah muatan yang ada di permukaan tersebut. Garis-garis medan yang sangat rapat di dekat muatan-muatan menunjukkan bahwa medan listrik di daerah tersebut sangat kuat. Hukum gauss dikemukakan oleh Carl Friedirich Gauss pada tahun 1835.

Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu bidang dan dapat dinyatakan sebagai berikut:

Berdasarkan konsep fluks listrik, Gauss menemukan hukumnya yang berbunyi:

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

Hukum Gauss

Contoh Soal

1. Dua buah partikel bermuatan masing-masing 24 μC dan 20 μC terpisah sejauh 12 cm. Hitunglah besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut!

3. Medan listrik sebesar 3.000 N/C melewati suatu bidang persegi dengan luas sisi . Jika vektor medan listrik tersebut membentuk sudut 60^o terhadap garis normal, besar fluks listrik yang melalui permukaan bidang tersebut adalah… Nm²/C.

Demikianlan pembahasan kita tentang Gaya Coulomb, Medan Listrik, Hukum Gauss dan 3 Contoh Soalnya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Untuk memahami fisika lebih dalam, yuk baca berbagai materi fisika SMA pada halaman website ini dengan mengklik: Materi Fisika SMA