Muatan Listrik 1.

Ilmu Alamiah Terapan 2
Sidhi Poernomo BA
Muatan Listrik, Rumus Dan Contoh Soal
Dalam bahasa inggris istilah muatan listrik disebut
dengan electric charge. Seperti apa wujud dari muatan listrik ini?
Bagaimana sifat dan rumusnya?
Apa itu muatan Listrik?
Muatan listrik adalah sifat (muatan dasar) yang dibawa oleh
partikel dasar sehingga menyebabkan partikel dasar tersebut
mengalami gaya tarik menarik dan tolak menolak. Muatan listrik
dari suatu partikel dasar bisa berjenis positif dan negatif. Jika dua
benda memiliki muatan yang sama akan tolak menolak dan kedua
benda tersebut akan tarik menarik jika muatannya berbeda jenis.
Partikel dasar dan subatomik seperti elektron dan proton punya
muatan listrik. Elektron bermuatan negatif dan proton bermuatan
positif.
Muatan listtrik terdiri dari dua jenis yaitu
1. Elektron yang membawa muatan nefgatif
2. Proton yang membawa muatan positif
Masing-masing muatan mempunyai
Muatan 1 elektron = ─1,6.10-19 coulomb
Muatan 1 proton = +1,6.10-19 coulomb
Muatan listrik dari suatau benda ditentukan oleh jumlah proton
dan elektron yang dikandung benda tersebut.



Bila sebuah benda kelebihan elektron = kekurangan proton (Σ
elektron > Σ Proton), maka benda tersebut bermuatan negatif
Bila benda kekurangan elektron = kelebihan proton (Σ elektron
< Σ Proton), maka benda tersebut bermuatan positif
Jika jumlah elektron = jumlah Σ proton = Σ elektron maka
benda tersebut tidak bermuatan (muatan netral)
Sifat-sifat dari Muatan Listrik
1. Muatan Sejenis akan tolak menolak dan muatan tidak sejenis
akan tarik menarik. Ini mirip laki-laki sama perempuan. Jika
berlawanan jenis akan punya kecenderungan untuk tarik
menarik dan jika sesama jenis akan punya kecenderungan
untuk tolak menolak.
2. Muatan Listrik adalah besaran pokok fisika yang diukur dalam
satuan coulomb disimbolkan dengan (C). Satu coulomb sama
dengan 6,24 x 1018 e (e = muatan proton). Sehingga mautan
yang dikandung oleh sebuah proton adalah 1,602 x 1019
coulomb. Elektron mempunyai muatan yang sama dengan
proton tapi berbeda jenis (-)1,602 x 10-19 coulomb.
3. Muatan Listrik mirip dengan massa. Ia punya hukum
kekekalan muatan sama seperti hukum kekekalan
massa. Gaya yang ditimbulkan oleh dua muatan itu punya
karakter yang sama seperti gaya gravitasi yang ditumbulkan
oleh dua buah benda dengan massa tertentu. Gaya antar
muatan ini juga bersifat konservatif dan terpusat.
Rumus Muatan Listrik
Rumus yang berlaku dalam muatan listrik adalah rumus yang
dimatematiskan dari hukum coulomb. Hukum coulomb
ditemukan oleh Charles Augustin de Coulomb pada akhir abad ke
18. Ilmuan dibidang fisika berkebangsaan Perancis ini
menemukan hukum yang dinamakan hukum coulomb. Hukum ini
berbunyi
“Gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak
antara dua muatan listrik sebanding dengan
muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak yang memisahkan kedua muatan
tersebut.”
secara matematis:
dengan
F = gaya tarik manarik/tolak menolak (newton)
q
=
muatan
listrik
(coulomb)
r
=
jarak
antara
kedua
muatan
k
=
konstanta
=
1/4πεo =
9
x
109 N.m2/C2
εo = permitivitas listrik dalam ruang hampa/udara = 8,85 x 10-12
C2/Nm2
Jika medium muatan bukan pada medium vakum atau udara maka
besar gaya antaran muatan q1 dan q2 akan lebih kecil
F udara / vakum < F medium
hal ini dikarenakan nilai permisivitas listrik pada medium bukan
udara lebih besar. Permisivitas εo diganti dengan ε yakni
ε= εr εo
dalam vakum nilai εr adalah 1, sedangkan dalam uara εr adalah
1,0006. Dengan demikian gaya coloumb dalam medium
rumusnya adalah
Contoh Soal
Ada sebuah benda bermassa 40 gram dan bermuatan q1 = 1 μC
digantungkan pada seutas tali ringan dengan massa diabaikan.
Tepat di sebelah kiri benda tersebut diletakkan muatan
q2 dengan muatan -2 μC yang menyebabkan posisi benda
bergeser ke kiri (amati gambar di bawah). Jika diketahui k = 9.
109Nm2/C2 dan G = 10 ms-2, tentukan berapa tegangan yang
dialami tali tersebut!
Jawab
Untuk menjawab soal tersebut sobat harus menentukan terlebih
dahulu besarnya gaya coulomb (gaya tarik menarik muatan) dan
kemudian untuk mencari tegangan kita gunakan aturan
phytagoras karena tegangan talinya merupakan resultan dari dua
gaya, gaya berat muatan q1 dan gaya coulomb.
sehingga
Setelah gaya tarik menarik antara kedua muatan listrik ketemu,
untuk mencari tegangan tali kita cari resultannya dengan gaya
berat muatan
Jadi besarnya tegangan tali yang terjadi adalah 0,28 N.