Bunyi. Hukum Coulomb: Sejarah, Rumus dan Contoh Soalnya

Hukum Coulomb adalah pembahasan seputar fenomena elektrostatis. Fenomena elektrostatis ialah fenomena yang ada hubungannya dengan gaya yang dikeluarkan oleh suatu medan listrik yang tidak berubah atau tidak bergerak atau statis terhadap objek yang muatannya lain.

Contoh dari fenomena ini ialah saat Anda mendekatkan ujung dua buah batu baterai tetapi kedua ujung baterai tadi tidak bisa saling ditempelkan. Hal ini bisa terjadi karena ujung baterai tadi bermuatan positif dan bermuatan negatif.

Kalau ujung positif dipertemukan dengan ujung positif, kedua baterai tidak akan saling menempel. Tetapi kalau ujung positif didekatkan dengan ujung negatif, kedua baterai akan menempel dengan lebih mudah. Penjelasan lebih lanjut soal hukum yang ditemukan Charles Augustin de Coulomb ini sebagai berikut.

Pengertian Hukum Coulomb

Hukum ini pada dasarnya ialah hukum yang memberikan penjelasan soal hubungan yang terdapat dalam muatan listrik. Seperti yang sudah bisa diketahui melalui penjelasan di atas, muatan listrik itu ada dua macam, ada muatan negatif dan ada muatan positif.

Hukum ini akan memberikan penjelasan soal kondisi pada saat dua muatan listrik saling berinteraksi dalam jarak tertentu sekaligus melakukan gaya baik tolak menolak maupun tarik menarik. Hal yang berpengaruh terhadap besarnya gaya dalam hukum ini ialah besar kecilnya muatan listrik pada benda.

Seperti yang sudah bisa diketahui dari contoh dua batu baterai di atas, jika muatan listrik yang sejenis bertemu seperti positif dan positif atau negatif dan negatif, akan terjadi gaya tolak menolak.

Sedangkan jika muatan listrik yang berlainan bertemu yaitu positif dan negatif atau sebaliknya, akan terjadi gaya tarik menarik. Bisa dikatakan bahwa hukum ini mirip dengan hukum gravitasi yang sebelumnya sudah disampaikan oleh Isaac Newton.

Kedua hukum ini memiliki kesamaan yang terletak pada perbandingkan kuadrat terbalik. Sementara untuk perbedaannya ada pada gaya yang dihasilkan. Untuk gaya gravitasi hanya akan terjadi gaya tarik menarik sementara untuk gaya listrik bisa tarik menarik dan bisa tolak menolak.

Sejarah

Seperti yang sudah dikemukakan sebelumnya, hukum ini dicetuskan pertama kalinya oleh Charles Augustin de Coulomb yang merupakan ilmuwan Fisika asal Prancis. Hukum ini dikemukakan pertama kali pada tahun 1780-an.

Pengembangan hukum ini sebenarnya telah dilakukan sejak tahun 600 SM. Awal mulanya ialah saat ditemukannya teori tentang listrik statis. Teori ini lalu dikembangkan oleh ilmuwan lainnya sehingga kemudian didapatkan data-data berikut ini.

• ● Tahun 1600 kemudian, seorang ilmuwan bernama William Gilbert yang berasal dari Inggris melakukan penelitian. Penelitian ini dilakukan terhadap listrik statis guna menemukan perbedaannya dengan efek dari batu magnet. Berangkat dari penelitian William Gilbert inilah yang kemudian ditemukan kata electric yang menjadi salah satu istilah kelistrikan.
• ● Abad 18 kemudian, Alessandro Volta dan Daniel Bernoulli yang merupakan ilmuwan asal Italia mencoba mengukur gaya antar pelat kapasitor. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui apakah gaya listrik tersebut akan berkurang seiring dengan jarak yang juga dipengaruhi oleh gaya gravitasi.
• ● Tahun 1758, Franz Aepinus kemudian menemukan hukum kuadrat terbalik dan tahun-tahun setelahnya, Joseph Priestley yang merupakan ilmuwan asal Inggris melakukan eksperimen. Eksperimen ini dilakukan pada bola yang bermuatan listrik. Hasilnya, dia kemudian mengusulkan bahwasanya gaya listrik itu mengikuti hukum kuadrat terbalik. Hanya saja, dia tidak memberikan penjelasan lebih detail.
• ● Tahun 1785, Charles Augustin de Coulomb melakukan penelitian. Dia melakukan percobaan dengan cara memanfaatkan sebuah neraca torsi guna mengetahui seberapa besar gaya yang bekerja pada dua objek yang sama-sama mempunyai muatan listrik. Hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Coulomb ini ialah ditemukannya teori listrik statis yang pada akhirnya disebut dengan Hukum Coulomb.

Bunyi Hukum Coulomb

Berdasarkan apa yang sudah ditemukan oleh Charles Augustin de Coulomb ini didapatkan kesimpulan bahwasanya:

‘Apabila ada dua benda yang memiliki muatan listrik, akan menimbulkan gaya tolak menolak atau tarik menarik. Besarnya akan berbanding lurus dengan hasil kali nilai kedua muatan dengan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara dua benda tersebut.’

Berdasarkan dari bunyi hukum di atas, bisa ditemukan contoh sederhana dalam kehidupan sehari-hari terkait dengan hukum ini. Misalnya magnet. Saat kedua sisi magnet saling didekatkan di mana yang satunya bermuatan negatif dan yang satunya positif, maka kedua magnet akan saling menempel.

Sedangkan kalau muatan kedua magnet sama, magnet akan saling menolak. Ambil contoh lainnya tentang penangkal petir. Alat ini umumnya akan bermuatan positif. Jadi, ketika nanti ada petir yang muatannya negatif, petir tersebut akan ditangkap.

Selanjutnya petir akan dialirkan ke tanah melalui perantara kabel konduktor. Dengan begini, petir tadi tidak akan masuk ke dalam aliran listrik yang ada di dalam rumah.

Rumus

Dari hukum yang dikemukakan oleh Charles Augustin de Coulomb ini, muncul rumus untuk menentukan besar kecilnya gaya Coulomb. Rumus tersebut sebagai berikut:

Keterangan:

F = Gaya Coulomb

K = Konstanta yaitu 9 x 10⁹ Nm²/C²

q1 = Besar muatan pada benda 1 (C)

q2 = Besar muatan pada benda 2 (C)

r = jarak antar muatan (m)

Besar satuan Coulomb (C)

1 micro coulomb (µC) = 1×10-6 C

1 nano coulomb (nC) = 1×10-9 C

Berdasarkan rumus di atas, bisa dikatakan bahwasanya nilai konstanta atau nilai k akan tergantung pada satuan yang nanti dipilih. Dengan begini, bisa dikatakan juga bahwasanya jika jarak kedua muatan semakin jauh, gaya listrik akan semakin kecil dan begitu pula sebaliknya.

Contoh Soal Hukum Coulomb

Dari rumus di atas, mari ambil contoh soal sebagai berikut:

Contoh Soal 1

Ada dua magnet yang sama-sama bermuatan listrik 5 x 10^-4 C. Jarak antara kedua magnet ini sejauh 5 cm. Berapa gaya coulomb yang terjadi pada kedua muatan tersebut:

Diketahui: k = 9 x 10⁹ Nm²/C², q1 = 5 x 10^-4 C, q2 = 5 x 10^-4 C dan r = 5 cm atau 5 x 10^-2 m

Ditanya: F?

Jawab: F =9 x 10⁹ ( 5 x 10^-4 C . 5 x 10^-4 C) / 25 x 10^-4

= 9 x 10⁹ (25 x 110^-8 C) / 25 x 10^-4

= 9 x 10⁵ N

Contoh Soal 2

Ada jarak sejauh 3 cm antara muatan A dan muatan B. Kalau muatan A dan B itu sama dan menghasilkan gaya tarik menarik sebesar 360 N, maka berapa besar masing-masing muatan?

Diketahui: k = 9 x 10⁹ Nm²/C², F = 360 N dan r = 3 cm atau 3 x 10^-2 m

Ditanya: q?

Jawab:

Karena nilai kedua muatan sama, maka bisa dirumuskan bahwa q_a = q_b = q

Dengan menggunakan rumus di atas , bisa dihitung sebagai berikut:

360 = 9 x 10⁹

360 = (9 x 10⁹ x q²)/ 9 x 10^-4

q² = 360 x 10^-13

q = 6 x 10^-6 C

Perlu diperhatikan, karena dalam soal sudah tertulis bahwasanya ada gaya tarik menarik antar muatan, ini menandakan bahwasanya muatan A dengan B itu beda jenisnya.

Bagaimana? Sudah lebih paham dengan hukum Coulomb? Meskipun mirip dengan hukum gravitasi, kedua hukum ini tetaplah berbeda. Untuk contohnya pun sangat mudah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari.