hukum coulomb finish

Download Hukum Coulomb Finish

Post on 09-Jul-2015

861 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

HUKUM COULOMB A. Biografi Charles-Augustin de Coulomb

Charles-Augustin de Coulomb yang lahir tahun 1736 adalah seorang ilmuwan Perancis yang diabadikan namanya untuk satuan listrik untuk menghormati penelitian penting yang telah dilakukan oleh ilmuwan ini. Coulomb berasal dari keluarga bangsawan yang berpengaruh hingga pendidikannya terjamin. Ia berbakat besar dalam bidang matematika dan belajar teknik untuk menjadi Korps Ahli Teknik Kerajaan. Setelah bertugas di Martinique selama beberapa tahun, ia kembali ke Paris dan di tahun 1779 terpilih menjadi anggota Akademi Ilmiah di tahun 1781. Dia meninggal tahun 1806. Pada waktu Revolusi Perancis pecah, ia terpaksa meninggalkan Paris tinggal di Blois dengan sahabatnya yang juga ilmuwan, Jean-Charles de Borda (1733-1799). Ia meneruskan berbagai percobaannya dan akhirnya diangkat menjadi inspektur pendidikan di tahun 1802. Percobaan awal Coulomb meliputi tekanan yang bisa memecahkan suatu benda (1773) dan ini adalah awal ilmu modern tentang kekuatan benda-benda. Karyanya di bidang listrik dan magnet yang membuatnya begitu terkenal, baru diterbitkan dalam serangkaian makalah antara tahun 1785 dan 1789.

Melakukan percobaan dengan magnet kompas, ia langsung melihat bahwa gesekan pada sumbu jarum menyebabkan kesalahan. Ia membuat kompas dengan jarum tergantung pada benang lembut. Dan ia menarik kesimpulan; besarnya puntiran pada benang haruslah sama dengan kekuatan yang mengenai jarum dari medan magnetik bumi.1

Timbangan Puntir Coulomb Ini mengawali penemuan Timbangan Puntir, untuk menimbang benda-benda yang sangat ringan. Timbangan puntir tadi membawa Coulomb ke penemuannya yang paling penting. Dengan menggerakkan dua bulatan bermuatan listrik di dekat timbangan puntir, ia menunjukkan bahwa kekuatan di antara kedua benda itu berbeda-beda jika kedua benda itu saling menjauh. Ia mempelajari akibat gesekan pada mesin-mesin dan menampilkan teori tentang pelumasan. Semua ini, bersama pandangannya tentang magnet, diterbitkan di Teori tentang Mesin Sederhana pada tahun 1779. Dari tahun 1784 sampai 1789, saat bekerja di berbagai departemen pemerintah, ia terus meneliti elektrostatika dan magnet. Tahun 1785 keluarlah hukum Coulomb; daya tarik dan daya tolak kelistrikan antara dua benda yang bermuatan listrik adalah perkalian muatannya dengan kuadrat terbalik dari jaraknya. Rumus ini sangat mirip dengan hukum gravitasi Newton. Di Blois, Coulomb meneliti sifat muatan listrik pada benda dan diketemukannya bahwa muatan tersebut hanya ada pada permukaan benda. Didapatkannya pula bahwa daya magnet juga mengikuti hukum kuadrat terbalik seperti daya listrik statis. Beberapa karyanya ditemukan juga oleh Henry Cavendish tetapi karya Cavendish baru terbit tahun pada tahun 1879. Penemuan Coulomb yang memastikan adanya hubungan antara kelistrikan dan magnetisme kelak dibuktikan oleh Hans Christian rsted serta Simon Poisson. Dan ini menjadi dasar penelitian elektrodinamika oleh Andre-Marie Ampere. Semua karyanya menunjukkan orisinalitas dan penelitian yang teliti serta tekun.

2

B. Sejarah atau Perumusan Terjadinya Hukum Coulomb

Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan besar masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Seorang fisikawan Perancis, Charles Augustin de Coulomb (1736 1806) melakukan eksperimen fisika pada tahun 1784. Hasil temuan Charles Coulomb sekarang ini dikenal dengan nama hukum Coulomb.

Timbangan Puntir Coulomb

Experimen dilakukan dengan menggunakan neraca

puntir. Alat ini mirip seperti yang digunakan Cavendish ketika mengkaji gaya gravitasi. Kalau Cevendish menggunakan bola bermassa, sedangkan Charles Coulomb menggunakan bola konduktor bermuatan listrik. Ukuran bola konduktor yang digunakan bermuatan sangat kecil sehingga bisa dianggap sebagai muatan titik. Bola konduktor yang digunakan bermuatan listrik dan untuk memvariasikan besarnya muatanCharles Coulomb melakukannya dengan cara induksi. Cara memvariasikan besarnya muatan listrik pada bola konduktor dialkukan misalnya dengan cara seperti ini, mula-mula terdapat sebuah bola konduktor yang bermuatan listrik. Agar muatan pada bola konduktor tersebut menjadi setengah dari muatannya maka bola konduktor tersebut disentuhkan dengan bola konduktor lainnya dengan dimensi sama. sehingga

3

ketika disentuhkan muatan akan terbagi merata pada kedua bola tersebut, maka muatan dibola pertama akan berkurang setengahnya. Awalnya Charles Coulomb meneliti pengaruh besarnya muatan listrik yang dimiliki oleh bola konduktor yang bermuatan listrik terhadap besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan listrik. Charles Coulomb menemukan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan, sebanding dengan muatan pada masing-masing bola konduktor tersebut. Dalam hal ini, jika muatan pada sebuah bola konduktor ditambahkan menjadi 2 kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak juga bertambah menjadi dua kali lipat. Jika muatan pada kedua bola konduktor ditambahkan menjadi dua kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak bertambah menjadi empat kali lipat. Dari hasil experimen tersebut Coulomb menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan (dua muatan titik) sebanding dengan hasil kali antara besarnya muatan pada bola konduktor pertama dengan besarnya muatan pada bola konduktor kedua. Secara matematis ditulis seperti ini :

Maka lahirlah Hukum Coulomb

C. Bunyi Hukum Coulomb

Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya.

Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding

4

terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya . Interaksi antara benda-benda bermuatan (tidak hanya titik muatan) terjadi melalui gaya tak-kontak yang bekerja melampaui jarak separasi . Adapun hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa arah gaya pada masing-masing muatan terletak selalu sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut . Gaya yang timbul dapat membuat kedua titik muatan saling tarik-menarik atau saling tolak-menolak, tergantung nilai dari masing-masing muatan. Muatan sejenis (bertanda sama) akan saling tolakmenolak, sedangkan muatan berbeda jenis akan saling tarik-menarik.

Notasi Vektor Dalam notasi vektor, hukum Coloumb dapat dituliskan sebagai

yang dibaca sebagai gaya yang dialami oleh muatan q1 akibat adanya muatan q2. Untuk gaya yang dialami oleh muatan q2 akibat adanya muatan q1 dituliskan dengan menukarkan indeks , atau melalui hukum ketiga Newton dapat dituliskan

D. Gaya Coulomb antara dua muatan titik Hukum coulomb adalah hukum yang menjelaskan gaya coulomb yang bekerja pada masing-masing muatan-muatan titik yang terpisah dengan jarak tertentu didalam medium dielektrik. Awalnya Charles Coulomb meneliti pengaruh besarnya muatan listrik yang dimiliki oleh bola konduktor yang bermuatan listrik terhadap besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan listrik. Charles Coulomb menemukan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan, sebanding dengan muatan pada masing-masing bola konduktor tersebut. Dalam hal ini, jika muatan pada sebuah bola konduktor ditambahkan menjadi 2 kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak juga bertambah menjadi dua kali lipat. Jika muatan pada kedua bola konduktor ditambahkan menjadi dua kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak bertambah menjadi empat kali lipat. Dari hasil experimen tersebut Coulomb menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan (dua muatan titik) sebanding dengan hasil kali antara besarnya muatan pada bola konduktor pertama dengan besarnya muatan pada bola konduktor kedua. Secara matematis ditulis seperti ini : F x q 1q25

Maka lahirlah Hukum Coulomb yang menyatakan bahwa Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antar dua titik bermuatan sebanding dengan besarnya muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

Secara matematik gaya tarik atau gaya tolak antar dua muatan listrik gi udara / vakum dapat dirumuskan sebagai : Keterangan:

Contoh 1: Dua muatan titik yang sejenis dan sama besar qa = qb = 10-2 c berada pada jarak 10 cm satu dari yang lain muatan tersebut ! Penyelesaian: = 9 x 109 Nm2 C2 . Tentukan gaya tolak yang dialami kedua

6

Jadi besar gaya tolak yang dialami kedua muatan adalah 9 X 10-5 N Contoh 2 : Dua buah muatan listrik berada pada jarak 4 cm satu dengan yang lainnya.kedua muatan itu kemudian saling dijauhkan hingga gaya tolak menolaknya menjadi seperempat kalinya. Tentukan jarak baru antar kedua muatan tersebut! Penyelesaian : F= KQ1 Q2 /r2 Dari persamaan tersebut menunjukkan bahwa: F ~ 1/r2 Dengan Demikian :

Jadi Jarak Baru Antar Kedua Kutub Tersebut Adalah 8 Cm

E. Gaya Coulomb oleh sejumlah muatan Gaya listrik diantara dua muatan titik bergantung juga pada kuanttitas muatan pada setiap benda, yang dinyatakan dengan q atau Q. untuk menyelidiki ketergantungan ini coulomb membagi sebuah muatan ke dalam dua bagian yang sama dengan menempatkan sebuah konduktor bola kecil yang bermuatan, bersentuhan dengan sebuah bola yang identic tetapi tidak bermuatan, berdasarkan simetri, muatan itu dibagi secara sama diantara kedua bola itu. Jadi coulomb dapat memperoleh setengah, seperempat, dan seterusnya, dari muatan yang semula. Studi tentang listrik dibagi menjadi dua bagian yaitu listrik statis (electrostatics) dan listrik dinamis (electrodynamics). Listrik statik yaitu listrik yang berada dalam keada