Charles-Augustin de Coulomb, seorang fisikawan Prancis, terkenal dengan eksperimennya yang mengungkap hukum Coulomb, yang menjelaskan gaya antara dua muatan listrik. Eksperimennya menjadi dasar dari teori kelistrikan modern. Berikut adalah kisah eksperimen dan penemuan Coulomb:
Latar Belakang
Pada abad ke-18, para ilmuwan mulai memahami bahwa muatan listrik memengaruhi benda satu sama lain. Namun, hubungan matematis antara gaya, jarak, dan jumlah muatan belum diketahui. Coulomb tertarik untuk menyelidiki hal ini secara sistematis.
Coulomb memanfaatkan neraca puntir (torsion balance), alat yang sangat sensitif untuk mengukur gaya kecil, untuk melakukan eksperimennya.
Eksperimen Coulomb
Tujuan:
Menyelidiki bagaimana gaya antara dua muatan listrik bergantung pada jarak dan besarnya muatan.
Langkah-Langkah Eksperimen:
- Neraca Puntir:
Coulomb menggunakan neraca puntir yang terdiri dari:- Sebuah batang ringan yang digantung dengan kawat tipis.
- Dua bola kecil bermuatan listrik di ujung batang.
- Sebuah bola bermuatan lain yang dapat didekatkan ke bola pada batang.
- Mengukur Gaya Listrik:
Coulomb memberikan muatan listrik pada dua bola kecil dan mencatat bagaimana bola bermuatan saling menarik atau menolak. Ketika bola-bola tersebut bergerak, batang memutar kawat puntir. Derajat puntiran kawat digunakan untuk menghitung gaya listrik antara bola-bola. - Mengamati Hubungan dengan Jarak:
- Coulomb mengubah jarak antara dua bola bermuatan.
- Ia mencatat bahwa gaya listrik berkurang sebanding dengan kuadrat jarak antara bola-bola tersebut. F∝1r2F \propto \frac{1}{r^2}F∝r21
- Mengamati Hubungan dengan Muatan:
- Ia juga mengukur bagaimana gaya berubah ketika jumlah muatan pada bola ditingkatkan atau dikurangi.
- Coulomb menemukan bahwa gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatan kedua bola. F∝q1⋅q2F \propto q_1 \cdot q_2F∝q1⋅q2
Hasil dan Hukum Coulomb
Coulomb menyimpulkan bahwa gaya listrik antara dua muatan diberikan oleh:F=k⋅q1⋅q2r2F = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2}F=k⋅r2q1⋅q2
- F: Gaya listrik (Newton).
- q₁ dan q₂: Muatan listrik pada kedua benda (Coulomb).
- r: Jarak antara kedua muatan (meter).
- k: Konstanta Coulomb (8.99×109 Nm2/C28.99 \times 10^9 \, \mathrm{Nm^2/C^2}8.99×109Nm2/C2).
Hukum ini mirip dengan hukum gravitasi Newton, tetapi gravitasi selalu menarik, sedangkan gaya listrik bisa menarik atau menolak, tergantung pada jenis muatan (positif atau negatif).
Pentingnya Eksperimen Coulomb
- Dasar Elektrostatis: Eksperimennya menjadi dasar elektrostatis dan membantu menjelaskan bagaimana muatan listrik berinteraksi.
- Teori Kelistrikan Modern: Hukum Coulomb adalah dasar dari teori kelistrikan dan magnetisme, termasuk persamaan Maxwell.
- Teknik Eksperimen Akurat: Penggunaan neraca puntir oleh Coulomb membuka jalan untuk pengukuran gaya kecil lainnya, termasuk gaya dalam fenomena molekuler dan atom.
Warisan
Eksperimen Coulomb tidak hanya memvalidasi konsep gaya listrik tetapi juga memberikan alat matematis untuk mengembangkan teknologi kelistrikan, seperti sirkuit elektronik, telekomunikasi, dan sensor.
