Hukum Coulomb adalah salah satu hukum fundamental dalam fisika yang menjelaskan gaya antara dua muatan listrik. Hukum ini ditemukan oleh Charles-Augustin de Coulomb pada tahun 1785 melalui eksperimen menggunakan neraca puntir.
Pernyataan Hukum Coulomb
Hukum ini menyatakan:
“Gaya listrik antara dua muatan titik berbanding lurus dengan hasil kali besar kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.”
Secara matematis, hukum Coulomb dirumuskan sebagai:F=k⋅q1⋅q2r2F = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2}F=k⋅r2q1⋅q2
Keterangan Rumus
- F: Gaya listrik (Newton, N).
- q₁ dan q₂: Besar muatan listrik masing-masing (Coulomb, C).
- r: Jarak antara dua muatan titik (meter, m).
- k: Konstanta Coulomb, bernilai: k=14πε0≈8,99×109 Nm2/C2k = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \approx 8,99 \times 10^9 \, \mathrm{Nm^2/C^2}k=4πε01≈8,99×109Nm2/C2
- ε0\varepsilon_0ε0: Permitivitasi vakum (8,85×10−12 C2/Nm28,85 \times 10^{-12} \, \mathrm{C^2/Nm^2}8,85×10−12C2/Nm2).
Jenis Gaya Coulomb
- Gaya Tarik: Jika kedua muatan memiliki jenis yang berlawanan (positif dan negatif).
Contoh: Proton (positif) menarik elektron (negatif). - Gaya Tolak: Jika kedua muatan memiliki jenis yang sama (positif dengan positif atau negatif dengan negatif).
Ciri-Ciri Gaya Coulomb
- Aksi Sejajar: Gaya ini bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan.
- Simetris: Gaya yang dirasakan oleh q1q_1q1 sama besar dengan gaya yang dirasakan oleh q2q_2q2, tetapi arahnya berlawanan.
- Dipengaruhi Medium: Besarnya gaya bergantung pada medium di mana muatan berada. Jika muatan ada di vakum, gaya lebih besar dibandingkan dalam medium lain karena permitivitas (ε\varepsilonε) medium memengaruhi kkk.
Contoh Soal Hukum Coulomb
Soal:
Dua muatan q1=2 Cq_1 = 2 \, \mathrm{C}q1=2C dan q2=−3 Cq_2 = -3 \, \mathrm{C}q2=−3C terpisah sejauh r=0,5 mr = 0,5 \, \mathrm{m}r=0,5m. Berapa gaya listrik antara keduanya di udara (vakum)?
Penyelesaian:
Gunakan rumus:F=k⋅q1⋅q2r2F = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2}F=k⋅r2q1⋅q2
Substitusi nilai:F=(8,99×109)⋅(2)(−3)(0,5)2F = (8,99 \times 10^9) \cdot \frac{(2)(-3)}{(0,5)^2}F=(8,99×109)⋅(0,5)2(2)(−3) F=(8,99×109)⋅−60,25F = (8,99 \times 10^9) \cdot \frac{-6}{0,25}F=(8,99×109)⋅0,25−6 F=−2,16×1011 NF = -2,16 \times 10^{11} \, \mathrm{N}F=−2,16×1011N
Hasil:
Gaya adalah 2,16×1011 N2,16 \times 10^{11} \, \mathrm{N}2,16×1011N, dengan arah gaya adalah tarik-menarik karena q1q_1q1 dan q2q_2q2 memiliki muatan yang berlawanan.
Aplikasi Hukum Coulomb
Hukum ini digunakan dalam:
- Desain kapasitor dan alat listrik.
- Penjelasan interaksi antara ion dalam kimia dan biologi.
- Analisis medan listrik di sekitar muatan titik.
