Hukum Coulomb merupakan salah satu hukum dasar dalam fisika, khususnya dalam bidang elektrostatika. Hukum ini membantu kita memahami fenomena elektrostatik dan teknologi listrik dalam dunia nyata. Yuk, ketahui lebih dalam tentang sejarah dan penerapannya berikut ini!
Daftar ISI
Pengertian dan Bunyi Hukum Coulomb
Hukum Coulomb atau Coulomb’s Law adalah hukum dasar dalam fisika yang digunakan untuk menggambarkan gaya elektrostatik antara dua benda yang bermuatan listrik. Secara sederhana, bunyi Coulomb’s Law adalah sebagai berikut:
“Gaya elektrostatik antara dua muatan listrik bermuatan berbanding lurus dengan hasil kali besar muatan keduanya. Serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara keduanya.”
Artinya, jika dua benda bermuatan listrik berada dalam jarak tertentu, maka gaya elektrostatik yang bekerja di antara keduanya adalah sebanding dengan hasil kali besar muatan keduanya. Serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara benda-benda tersebut.
Dengan demikian, semakin besar muatan dua benda dan semakin dekat jarak di antara keduanya, maka gaya antara keduanya juga akan semakin besar.
Coulomb’s Law sendiri menjadi landasan teori dalam bidang elektrostatika. Serta menjadi dasar bagi pemahaman tentang interaksi listrik dan fenomena elektrostatik dalam berbagai konteks.
Penamaan Coulomb’s Law ini berasal dari nama ahli fisika Prancis, Charles-Augustin de Coulomb yang menemukannya pada tahun 1785.
Sejarah Hukum Coulomb
Sejarah Coulomb’s Law bermula pada abad ke-18 ketika ahli fisika Prancis, Charles-Augustin de Coulomb melakukan serangkaian eksperimen untuk memahami interaksi antara dua muatan listrik bermuatan.
Dalam eksperimen ini, Coulomb menggunakan alat yang dikenal sebagai “Torsiometer Coulomb” yang terdiri dari dua bola logam yang digantungkan pada kawat tipis.
Coulomb menggunakan alat ini untuk mengukur gaya tarik-menarik antara dua bola yang bermuatan listrik. Serta untuk meneliti hubungan antara besar muatan, jarak, dan gaya yang terjadi antara keduanya.
Hasil eksperimen Coulomb menunjukkan bahwa gaya elektrostatik antara dua muatan bermuatan berbanding lurus dengan hasil kali besar muatan keduanya. Juga berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.
Pada tahun 1785, Coulomb kemudian menerbitkan hasil penelitiannya dalam sebuah makalah. Dalam makalah ini, Coulomb merumuskan hukum yang menggambarkan interaksi gaya antara dua muatan listrik yang kita kenal sebagai Coulomb’s Law.
Penemuan tersebut mendapat pengakuan dan penghargaan di kalangan ilmiah. Hukum ini menjadi dasar untuk memahami elektrostatika dan hubungan antara muatan listrik. Serta memberikan fondasi penting untuk pengembangan elektrodinamika dan teori-teori elektromagnetik yang lebih kompleks.
Proses Hukum Coulomb
Proses Coulomb’s Law merujuk pada langkah-langkah atau tahapan yang terlibat dalam penerapan dan penggunaan hukum ini untuk menghitung gaya elektrostatik antara dua muatan listrik. Berikut adalah penjelasan tahapan-tahapan prosesnya:
Langkah 1: Identifikasi Besar Muatan Listrik
Proses dimulai dengan mengidentifikasi besar muatan listrik dari kedua benda yang bermuatan. Muatan listrik dapat bersifat positif (+) atau negatif (-). Muatan positif menunjukkan kelebihan proton, sedangkan muatan negatif menunjukkan kelebihan elektron.
Penting untuk memperhatikan tanda muatan karena muatan yang sejenis akan tolak-menolak, sementara muatan yang berbeda akan tarik-menarik. Misalnya, jika kedua muatan positif, mereka akan saling tolak-menolak. Sedangkan jika salah satu muatan positif dan yang lainnya negatif, mereka akan saling tarik-menarik.
Langkah 2: Menentukan Jarak Antar Muatan
Langkah berikutnya adalah menentukan jarak antara kedua muatan. Jarak ini diukur dalam meter dan dinyatakan dengan variabel r dalam rumus Hukum Coulomb.
Jarak antara kedua muatan akan mempengaruhi besar gaya elektrostatik yang bekerja di antara keduanya. Semakin dekat jaraknya, semakin besar gayanya, dan begitu pula sebaliknya.
Langkah 3: Menghitung Gaya Elektrostatik
Setelah besar muatan dan jarak antara kedua muatan telah teridentifikasi. Maka, Anda dapat menghitung gaya elektrostatik yang bekerja di antara keduanya menggunakan rumus Coulomb.
Rumus Hukum Coulomb
Coulomb’s Law dapat Anda hitung dengan rumus matematis sebagai berikut:
F = k (q1 q2 /r²)
Di mana:
F adalah gaya elektrostatik di antara dua muatan (dalam satuan Newton)
k merupakan konstanta Coulomb (dalam satuan (dalam satuan Nm²/C² )
q1 dan 2 merupakan besarnya muatan pertama dan kedua masing-masing (dalam satuan Coulomb)
r merupakan jarak antara kedua muatan (dalam satuan meter)
Konstanta Coulomb (k) adalah angka yang digunakan untuk menghitung gaya elektrostatik antara dua muatan dalam vakum. Nilai dari konstanta ini adalah 8.9875 x 10⁹ Nm²/C²
Dengan memasukkan nilai muatan dan jarak ke dalam rumus Hukum Coulomb ini, kita dapat menghitung gaya elektrostatik yang bekerja antara dua muatan.
Contoh Soal dan Pembahasan
Berikut adalah contoh rumus Coulomb’s Law:
Misalnya, terdapat dua muatan listrik dengan besar muatan q1=2μC dan jarak antara keduanya q2=−3μC. Hitung gaya elektrostatik yang bekerja antara keduanya!
Jawab:
Masukkan ke dalam rumus Hukum Coulomb F = k (q1 q2 /r²)
Maka,
F=8.9875 x 10⁹ Nm²/C² ((2 x 10-6C) (-3 x 10-6C) /(0,5 m2) ) = −53.925 N
Setelah menghitung, kita akan mendapatkan gaya elektrostatik sebesar F = −53.925N (dengan arah negatif menunjukkan arah tolak-menolak karena muatan yang berbeda).
Contoh Hukum Coulomb dalam Kehidupan Sehari-hari
Coulomb’s Law memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, terutama dalam situasi di mana terdapat interaksi listrik antara dua muatan listrik bermuatan. Antara lain:
1. Pengisian Baterai
Coulomb’s Law berperan penting dalam proses pengisian baterai. Saat baterai dihubungkan ke sumber daya listrik seperti colokan listrik atau power bank, arus listrik mengalir ke dalam baterai untuk mengisi energi.
Interaksi antara muatan listrik di dalam baterai dan muatan dari sumber daya eksternal diatur oleh Coulomb’s Law.
2. Interaksi Antara Benda-Benda Bermuatan
Ketika Anda menggosokkan balon pada rambut atau kain, balon tersebut mendapatkan muatan listrik statis.
Muatan tersebut dapat menarik benda-benda kecil, seperti potongan kertas atau helai rambut. Sebab, ada gaya elektrostatik yang bekerja sesuai Coulomb’s Law antara muatan di balon dan muatan di benda-benda kecil tersebut.
3. Petir
Fenomena alam seperti petir merupakan salah satu contoh Coulomb’s Law. Ketika awan mengandung muatan listrik positif dan negatif yang cukup besar, terjadi pelepasan energi besar dalam bentuk kilat listrik.
Interaksi antara muatan positif di awan dan muatan negatif di tanah atau awan lainnya diatur oleh Hukum Coulomb. Sehingga terjadi pergerakan muatan listrik dan pelepasan energi yang spektakuler.
4. Sentuhan pada Layar Ponsel dan Tablet
Layar ponsel dan tablet dilapisi dengan material konduktif yang merespons sentuhan. Ketika jari Anda menyentuh layar, terjadi perpindahan muatan listrik antara layar dan jari Anda dan menghasilkan respons layar. Ini juga merupakan aplikasi praktis Coulomb’s Law dalam teknologi layar sentuh.
5. Fungsi Alat Listrik
Semua perangkat elektronik yang menggunakan listrik juga bergantung pada Coulomb’s Law.
Proses penerjemahan listrik ke dalam fungsi-fungsi perangkat, seperti menyala atau matinya lampu, berputarnya kipas angin, dan kerja sistem elektronika lainnya. Itu semua melibatkan interaksi muatan listrik sesuai dengan Coulomb’s Law.
6. Interaksi Atom dalam Materi
Hukum Coulomb berperan penting dalam menjelaskan interaksi antara atom-atom dalam materi. Muatan listrik dari inti atom yang bermuatan positif menarik elektron yang bermuatan negatif. Di mana ini membentuk ikatan kimia serta gaya antar molekul dalam benda-benda yang kita temui sehari-hari.
7. Penggunaan Generator Listrik
Generator listrik bekerja dengan mentransformasikan energi mekanik menjadi energi listrik melalui perpindahan muatan listrik. Artinya, dalam proses ini, Coulomb’s Law berperan dalam mengatur interaksi muatan listrik di dalam generator, sehingga menghasilkan arus listrik.
8. Penggunaan Kamera Digital
Kamera digital menggunakan sensor CCD (Charge-Coupled Device) atau CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) yang berisi ribuan atau jutaan elemen piksel yang dapat mengkonversi cahaya menjadi muatan listrik.
Coulomb’s Law berperan dalam interaksi muatan listrik dalam sensor untuk menghasilkan gambar digital.
Sudah Tahu Apa Itu Hukum Coulomb?
Hukum Coulomb adalah salah satu hukum fundamental yang membantu kita memahami fenomena elektrostatik. Pada dasarnya, materi ini semestinya sudah Anda pelajari di bangku sekolah, khususnya kelas 9. Namun, mendapatkan pemahaman lebih mendalam tentang interaksi ini tentu akan lebih baik.
Jadi, Anda dapat memahami berbagai fenomena listrik dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari serta teknologi modern. Anda juga bisa membagikan ilmu ini pada orang lain. Semoga bisa bermanfaat, ya!
