Muatan Listrik, Gaya Coulomb, dan 2 Contoh Soal

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang Muatan Listrik dan Gaya Coulomb. Apa sih itu Muatan Listrik dan Gaya Coulomb? Apa sifat-sifat muatan listrik? Apa saja rumus fisika yang ada pada Gaya Coulomb? Lalu bagaimana menjawab soal-soal terkait Muatan Listrik dan Gaya Coulomb? Untuk menjawabnya, yuk simak penjelasan berikut!

Daftar Isi

1. Pengertian Muatan Listrik

Muatan listrik merupakan muatan dasar yang dimiliki suatu benda, yang terdiri dari muatan positif dan muatan negatif. Keadaan dasar dari muatan listrik adalah selalu memiliki kuantisasi berupa kelipatan bilangan bulat dengan nilai 1,602 × 10^-19 C atau 4,77 ×10^-10 satuan elektrostatik.

Pengetahuan tentang Muatan Listrik ditemukan oleh Benjamin Frankling, seorang ilmuwan yang berasal dari AS. Muatan listrik tersebut ditemukan saat beliau melakukan percobaan dengan munggunakan batang karet dan bulu domba. Percobaan dilakukan dengan cara menggosokkan batang karet ke bulu domba, hasilnya batang karet tersebut terjadi tarik menarik dengan batang kaca.

Benjamin Franklin pun beranggapan bahwa batang karet yang telah digosokkan akan memiliki muatan listrik. Setiap muatan yang ada pada suatu benda tidak bisa disamaratakan karena sangat bergantung terhadap kelebihan atau kekurangan elektron yang ada pada benda tersebut.

Apabila muatan positif berdekatan dengan muatan negatif (beda tanda) maka akan timbul gaya tarik menarik. Namun apabila muatan postifi berdekatan dengan muatan positif, atau muatan negatif berdekatan dengan muatan negatif (sama tanda) maka akan saling tolak menolak.

2. Sifat-sifat Muatan Listrik

Muatan listrik dibedakan menjadi dua jenis yaitu muatan positif(proton) dan muatan negatif (elektron). Batang kaca yang telah digosok menggunakan kain sutra maka kaca tersebut akan memiliki muatan positif, sedangkan batang plastik yang digosok dengan wol akan memiliki muatan negatif.
Muatan listrik tidak sejenis akan saling tarik menarik.
Muatan listrik yang sejenis akan saling tolak menolak.

Muatan listrik memiliki simbol Q dengan Satuan Internasional (SI), yakni coulomb (C). Muatan listrik yang ada pada suatu benda bisa berupa muatan positif atau proton dan bisa juga muatan negatif atau elektron.

3. Gaya Coulomb

Pada tahun 1785, Charles Coulomb, seorang fisikawan asal Perancis melakukan sebuah percobaan dengan menggunakan neraca puntir seperti gambar berikut:

Bola A posisinya tetap, bola B bebas bergerak dan memiliki muatan yang sejenis yaitu muatan Positif. Charles Coulomb mengamati besar gaya listrik antara kedua muatan dengan mengukur sudut puntiran (lihat bagian kiri pada gambar di atas). Pengaruh jarak antara dua muatan diselidiki dengan mengubah jarak antara bola A dan bola B dengan menjaga muatan kedua bola tetap. Sedangkan pengaruh muatan listrik diselidiki dengan memperkecil muatan bola A dan jarak kedua bola dijaga tetap.

Dari perobaan tersebut diperoleh Hukum Coulomb. Hukum Coulomb 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

$F\,=\,\frac{1}{4\pi \epsilon}\,\frac{q_1\,q_2}{r^2}$

karena,

$\frac{1}{4\pi \epsilon}\,=\,k$

maka,

$F\,=\,k\frac{q_1\,q_2}{r^2}$

Keterangan :

F = Gaya listrik tarik menarik atau tolak menolak atau Gaya Coulomb (N)

q₁= muatan listrik 1 (C)

q₂= muatan listrik 2 (C)

Ԑ=Permitivitas bahan atau permitivitas medium (Nm²/C²)

k = konstanta ( k = 9 x 10⁹ Nm²/C²)

Contoh Soal

1. Dua buah partikel bermuatan masing-masing 12 μC dan 16 μC terpisah pada jarak 12 cm. Hitunglah besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut!

Penyelesaian

Diketahui :

q1 = 12 μC = 12 x 10^-6 C

q2 = 16 μC = 16 x 10^-6 C

r = 12 cm = 12 x 10^-2 m

k = 9 x 10⁹ Nm²/C²

Rumus :

$F\,=\,k\frac{q_1\,q_2}{r^2}$

$F\,=\,9x10^9\frac{12\,x\,10^{-6}\,x\,16\,x\,10^{-6}}{{(12\,x\,10^{-2}})^2}$

$F\,=\,\frac{1728\,x\,10^{-3}}{144\,x\,10^{-4}}$

$F\,= \,120 \,N$

2. Dua buah partikel q1 dan q2 yang masing-masing bermuatan -9 μC dan -4 μC berada pada garis lurus yang berjarak 0,05 m. Jika partikel q3 bermuatan 5 μC diletakkan pada tengah-tengah partikel q1 dan q2. Tentukan besar gaya total dan arah gaya yang dialami partikel q3!

Penyelesaian