Hukum Coulomb

HUKUM COULOMB

Kita sudah tahu, bahwa dua muatan yang sejenis akan tarik-menarik dan dua muatan yang tidak sejenis akan tolak-menolak. Ketika sudah kelas IX SMP, pengetahuan itu belum cukup. Kita juga harus tahu berapa besar gaya tarik-menariknya dan berapa gaya tolak-menolaknya. 

Charles Augustin de Coulomb, menemukan hubungan antara gaya listrik dengan besar muatan-muatan dan jarak antara kedua muatan tersebut. Hubungan ini disebut sebagai Hukum Coulomb.

“Besarnya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan”.

Gaya tarik-menarik atau tolak menolak ini disebut dengan gaya Coulomb atau gaya listrik.

Sekarang mari kita kupas hukum Coulomb ini dengan seksama :

a. Besarnya gaya tarik menarik atau tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing

Contoh :

Dua muatan masing-masing + 2Q dan + Q terpisah sejauh d mengalami gaya listrik sebesar F. Berapa besar gayanya jika muatan masing-masing menjadi +3Q dan +4Q?

Penyelesaian

Dari soal di atas dapat dibuat diagram sebagai berikut.

Karena besarnya gaya Coulomb F sebanding dengan muatan-muatannya maka dapat dituliskan

Perhatikan diagram berikut.

Nampak bahwa, ketika muatan-muatannya menjadi lebih besar maka besar gaya Coulomb-nya juga lebih besar.

b. Besarnya gaya Coulomb berbanding terbalik kuadrat jarak kedua muatan

Ketika dua buah muatan terpisah makin jauh, tentunya pengaruh keduanya akan semakin kecil. Lebih kecilnya, bukan sekedar berbanding terbalik tetapi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya.

Contoh :

Dua muatan masing-masing +Q C dan +Q C terpisah sejauh d mengalami gaya Coulomb sebesar F. Berapa gaya tolak-menolaknya, ketika jarak muatan-muatannya menjadi 2d?

Penyelesaian

Besarnya gaya Coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan, sehingga besar gaya Couomb F’ nya menjadi :

Perhatikan diagram berikut

 

Jadi, ketika jarak kedua muatan menjadi 2 kali lebih besar, maka gaya Coulombnya ¼ kali gaya semula, ketika jaraknya menjadi 3 kali, maka gaya Coulombnya menjadi 1/9 kali gaya semula dan seterusnya.

Latihan :

1. Dua muatan masing-masing + 2Q dan + 3Q terpisah sejauh d mengalami gaya listrik sebesar F. Jika muatan masing-masing menjadi +6Q dan +4Q,

a. Gambarkan diagramnya?

b. Berapa gaya Coulombnya sekarang?

2. Dua muatan masing-masing +Q C dan +Q C terpisah sejauh d mengalami gaya Coulomb sebesar F. Ketika jarak kedua muatannya menjadi ½ d,

a. Gambarkan diagramnya?

b. Berapa gaya Coulombnya sekarang?

Rumus Hukum Coulomb

Dari bunyi hukum Coulomb, yaitu “besarnya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan”, maka dapat dirumuskan :

F = besarnya gaya Coulomb (N)

Q_1,2 = muatan 1 dan 2 (C)

r = jarak kedua muatan (m)

k = 9.10⁹ N m²/C²

Contoh :

Dua buah muatan masing-masing + 2µ C dan + 3µ C, terpisah sejauh 2 cm. Jika k = 9.10⁹ N m²/C², berapa besar gaya tolak-menolaknya?

Penyelesaian

Diketahui :

k = = 9.10⁹ N m²/C²

Q₁ = + 2µ C = 2.10⁶ C

Q₂ = + 3µ C = 3.10⁶ C

r = 2 cm = 2.10^-2 m

Ditanya : F ?

Jawab :

=

=

= 13,5. 10^9-6-6-(-4)

= 13,5. 10¹

= 135 N

Latihan :

1. Dua buah muatan masing-masing + 2µ C dan + 6µ C, terpisah sejauh 3 cm. Jika k = 9.10⁹ N m²/C², berapa besar gaya tolak-menolaknya?

2. Dua buah muatan masing-masing + 4.10^-5 C dan + 8.10^-5 C, terpisah sejauh 4 cm. Jika k = 9.10⁹ N m²/C², berapa besar gaya tolak-menolaknya?

Rangkaian Resistor

Rangkaian hambatan atau resistor ada 3 jenis, yaitu rangkaian seri, rangkaian paralel dan rangkaian campuran (seri dan paralel). Beberapa resistor tersebut dirangkai dan selanjutnya dicari hambatan penggantinya.

Pada prinsipnya, ketika dua resistor (hambatan) atau lebih dirangkai secara seri maka hambatan penggantinya merupakan hasil penjumlahan hambatan-hambatan yang ada. Pada rangkaian  seri ini akan diperoleh hambatan pengganti yang lebih besar dari pada hambatan penyusunnya.

Sedangkan dalam rangkaian paralel, hambatan penggantinya akan diperoleh harga yang lebih kecil dibanding hambatan-hambatan penyusunnya.

Untuk lebih jelasnya, pelajari materi rangkaian resistor berikut ini. Dan kerjakan soal-soal latihannya.

Download : Rangkaian resistor (57,7 KB)

Induksi Elektromagnetik

Induksi Elektromagnetik

Terjadinya Induksi Elektromagnetik

Ketika kutub utara magnet digerakkan memasuki kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke salah satu arah (misalnya ke kanan). Jarum galvanometer segera kembali menunjuk ke nol (tidak menyimpang) ketika magnet tersebut didiamkan sejenak  di dalam kumparan. Ketika magnet batang dikeluarkan, maka jarum galvanometer akan menyimpang dengan arah yang berlawanan (misalnya ke kiri).

Jarum galvanometer menyimpang disebabkan adanya arus yang mengalir dalam kumparan. Arus listrik timbul karena pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial ketika magnet batang digerakkan masuk atau keluar dari kumparan.
Beda potensial yang timbul ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi).

Ketika magnet batang digerakkan masuk, terjadi penambahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan (galvanometer menyimpang atau ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet diam sejenak maka jarum galvanometer kembali ke nol (tidak ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet dikeluarkan terjadi pengurangan jumlah garis gaya magnetik yang memtong kumparan (galvanometer menyimpang dengan arah berlawanan).

Jadi, akibat perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan, maka pada kedua ujung kumparan timbul beda potensial atau ggl induksi. Arus listrik yang disebabkan oleh perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan disebut arus induksi.

Faktor-Faktor yang  Menentukan Besar GGL
Besarnya ggl induksi tergantung pada tiga faktor, yaitu ;
1) banyaknya lilitan kumparan
2) kecepatan keluar-masuk magnet dari dan keluar kumparan
3) kuat magnet batang yang digunakan

Alat-Alat yang Bekerja Berdasar Prinsip Induksi Elektromagnetik
1. Generator
Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik.
Ada dua jenis generator, yaitu :
a. Generator arus bolak-balik (AC) atau alternator
b. Generator arus searah (DC)
Perbedaan antara generator arus bolak-balik dengan arus searah hanya terletak pada bentuk cincin luncur yang berhubungan dengan kedua ujung kumparan. Pada generator arus bolak-balik terdapat dua buah cincin luncur, sedangkan pada generator arus searah terdapat sebuay cincin yang terbelah di tengahnya (cincin belah atau komutator).

Ggl  atau arus induksi pada alternator dapat diperbesar dengan empat cara :
1) memakai kumparan dengan lilitan lebih banyak\
2) memakai magnet yang lebih kuat
3) melilit kumparan pada inti besi lunak
4) memutar kumparan lebih cepat

Contoh generator arus bolak-balik :
- dinamo sepeda
- generator AC pembangkit listrik

2. Transformator
Transformator atau trafo adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari suatu nilai ke nilai tertentu. Trafo terdiri dari pasangan kumparan primer dan sekunder yang terpisah dan dililitkan pada inti besi lunak.
Ada dua jenis trafo, yaitu
1) Trafo step up (penaik tegangan)
2) Trafo step down (penurun tegangan)

Memberi Muatan Listrik

Memberi Muatan Listrik

Ada tiga cara memberi muatan listrik :
1. Cara menggosok
2. Cara konduksi
3. Cara induksi


1. Memberi Muatan Listrik Dengan Cara Menggosok

Gosokan memisahkan muatan, menyebabkan balon bermuatan negatif dan kain wol bermuatan positif

 Mula-mula, balon dan kain wol keduanya memiliki muatan netral. Setelah digosok, elektron mengalir dari kain wol menuju balon. Balon menjadi bermuatan listrik negatif, karena mendapat tambahan elektron.(jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah protonnya). Kain wol menjadi bermuatan listrik positif karena jumlah elektronnya lebih sedikit daripada jumlah protonnya.

Jenis muatan listrik yang diperoleh dengan menggosokkan dua jenis benda yang berbeda jenis.
- Plastik dan ebonit akan bermuatan listrik negatif jika digosok dengan kain wol
- Kaca akan bermuatan listrik positif jika digosok dengan kain sutra

2. Memberi Muatan Listrik Dengan Cara Konduksi
Pada peristiwa konduksi ini, terjadi kontak langsung dari kedua benda sehingga elektron mengalir melalui satu benda ke benda lainnya.

Sebuah logam dapat diberi muatan listrik negatif (a) atau positif (b) dengan cara konduksi

Beberapa bahan yang tergolong konduktor dan isolator
a. Konduktor
- Konduktor baik : berbagai jenis logam (perak, tembaga, logam)
- Konduktor jelek : air, tanah, badan manusia
b. Isolator : karet, berbagai plastik (PVC, politen, perspeks)
Pada bahan-bahan yang tergolong isolator, elektron-elektron pada setiap atom diikat dengan kuat, sehingga dalam keadaan normal, elektron-elektron tidak bebas bergerak.  Akibatnya bahan isolator sukar menghantarkan muatan listrik.

2. Memberi Muatan Listrik Dengan Cara Induksi
Induksi  listrik adalah pemisahan muatan listrik di dalam suatu penghantar karena penghantar itu didekati oleh (tanpa menyentuh) benda bermuatan listrik.

Contoh :
Sebuah balon yang telah digosokkan pada rambut seseorang disentuhkan ke suatu dinding netral dan ternyata balon tetap menempel pada dinding.
Bagaimana prosesnya?
Perhatikan gambar berikut.

Balon yang telah digosok menempel pada dinding

Balon yang telah digosokkan pada rambut seseorang akan bermuatan negatif, sedangkan dinding mula-mula netral [gambar (a)]. Ketika balon mendekati dinding, maka elektron-elektron dinding ditolak menjauhi muatan negatif balon. Akibatnya dinding yang bersentuhan dengan balon berpolaritas positif. Hal ini menyebabkan balon dapat menempel cukup lama di dinding [gambar (b)].

Prinsip kerja induksi listrik ini, menjadi dasar bagi pembuatan elektroskop. Elektroskop adalah suatu alat yang digunakan untuk mengetahui suatu benda bermuatan listrik atau tidak.