3. hukum coulomb

HUKUM COULOMB
1
Tri Rahajoeningroem, MT
T. Elektro - UNIKOM
LEARNING OUTCOMES

Mahasiswa dapat menjelaskan konsep dasar hukum
Coulomb dan dapat menghitung gaya Coulomb pada
sebuah muatan akibat muatan lain yang berdekatan
dengannya
OUTLINE MATERI
Listrik statis, muatan listrik dan kekekalannya
 Hukum Coulomb

2
TINJAUAN SEJARAH



(600 SM) Orang Yunani menggosok batu amber (akik)
dengan wol dan menyebabkan batu tersebut dapat
menarik bulu dan rambut, sehingga listrik (electric)
diturunkan dari amber (electron, dalam bahasa yunani)
Tahun 1600 Dr. Gilbert, menemukan bahwa antara bendabenda selain akik dapat menarik benda lain selain rambut.
Coulomb (1600 an), melakukan eksperimen dengan neraca
torsi ciptaannya untuk menghitung gaya antara 2 obyek
yang dipisahkan oleh suatu jarak
3
MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR
MATERI
Struktur atom terdiri dari :
 Elektron yang bermuatan negatif
 Proton yang bermuatan positif
 Neutron yang tak bermuatan
Proton dan neutron membentuk teras (core) yang
sangat padat dan dinamakan sebagai inti atom
(nucleus)
4
MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR
MATERI
Struktur atom terdiri dari :
 nomor atom adalah jumlah proton atau elektron
dalam suatu atom netral
 ion positif yaitu atom yang kehilangan satu atau
lebih elektron
 ion negatif yaitu atom yang kelebihan satu atau
lebih elektron
 ionisasi adalah proses perolehan dan kehilangan
elektron
5
MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR
MATERI
Prinsip Kekekalan Muatan:
“Jumlah aljabar dari semua muatan listrik dalam
setiap sistem tertutup adalah konstan”
6
SIFAT KELISTRIKAN MATERIAL
Jika
suatu bahan dapat memindahkan
muatan listrik maka bahan tersebut
dinamakan sebagai konduktor.
Jika suatu bahan tidak dapat
memindahkan muatan listrik maka
bahan tersebut dinamakan sebagai
isolator.
 Jika suatu bahan dapat bersifat sebagai
konduktor atau isolator, bergantung
pada kondisinya, dinamakan

semikonduktor
7
INDUKSI
Jika muatan suatu bahan dipengaruhi oleh benda
lain yang bermuatan dan terjadi perubahan tanda
muatan pada bahan tersebut tanpa kehilangan
muatan dalamnya maka hal ini dinamakan sebagai
induksi.
8
GAYA
PADA
TARIK
/
JARAK
GAYA TOLAK ANTAR MUATAN YANG DIPISAHKAN
TERTENTU
SEBAGAI BERIKUT
DITUNJUKKAN
DENGAN
GAMBAR
:
9
HUKUM COULOMB
Penentuan Coulomb
 Gaya tarik menarik jika muatan berbeda tanda, dan
tolak menolak jika sama tanda

Gaya sebanding dengan perkalian muatan Q1 dan Q2
sepanjang garis lurus yang menghubungkannya

Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak
Dapat dinyatakan secara matematik :
 |F12|  |Q1| |Q2| / R212
atau

|F12|= k |Q1| |Q2| / R212
10
HUKUM COULOMB
Satuan untuk konstanta ditentukan dari hukum
Coulomb
 Coulomb telah menentukan konstanta ini dalam
satuan SI
 k = 9 x109 Nm2C-2

k secara normal dinyatakan sebagai k = 1/40
 r12 = jarak antara Q1 dan Q2
 r12 =a12 vektor satuan pada arah r12

11
BENTUK VEKTOR HUKUM COULOMB
F21
r21
+
-
Q2
F21
r̂21
+
F12
F12
Q1
+
12
PIKIRKAN !!!!!
Objek A bermuatan +2 C dan Objek B
bermuatan +6 C. Pernyataan manakah yang
benar ?
FBA?
A
+2 C
FAB?
B
+6 C
A:
FAB=-3FBA
B: FAB=-FBA
C: 3FAB=-FBA
D: FAB=12FBA
13
14
Gaya Coloumb
Gaya Coulomb antara dua muatan listrik
berbanding lurus dengan besarnya masing masing muatan dan berbanding terbalik
dengan kuadrat jarak ke dua muatan.
Untuk muatan bertanda sama tolak
menolak dan berlawanan tanda tarik
menarik .
Q1Q2
FC  k 2 a
r
k = 1/4πε0 = 9 x 109 Nm2 /C2
a = vektor satuan
 0  8.854 x 10
12
9
F 10 F

; F  farad
m 36 m
Q1 = muatan listrik di titik 1
Q2 = muatan listrik di titik 2
r = jarak antara ke dua muatan
- Notasi arah gaya Coulomb
r2 – r1
Q2
Q1
Q1 = muatan di 1
Q2 = muatan di 2
r1
r2
r1 dan r2 vektor posisi
di titik 1 dan 2
15
O
Besarnya gaya yang dialami oleh
muatan 2 akibat muatan 1 adalah :
F2 = (k Q1 Q2 / r122 ) a12
a12 = r12 / ιr12 ι
• Gaya Coulomb oleh beberapa muatan
titik.
Gaya pada muatan q1 oleh muatan –
muatan q2 , q3 , . . . . qn .
n
F1  F12  F13  F14  ....Fn   F1 j
j 2
16
GAYA DARI BANYAK MUATAN
Q2
F14
Q1
-
F12
+
F13
Prinsip
superposisi
-
+
Q4
Q3
Gaya pada muatan
adalah jumlah vektor
gaya dari semua muatan
F1  F12  F13  F14
17
RELASI GAYA GAYA PADA MUATAN ADALAH BERSIFAT BILINIER.
KONSEKUENSINYA BERLAKU SIFAT SUPERPOSISI DAN GAYA PADA
MUATAN Q1 YANG DISEBABKAN OLEH N-1 MUATAN LAIN Q2,……Q1
ADALAH PENJUMLAHAN VEKTOR
F1 =
Q1Q3
Q1Q2
Q1
a

a



21
31
2
2
4 0
4 0 R21
4 0 R21
n
Q1
a k1

2
k  2 Rk 1
Jika muatan tersebut terdistribusi secara kontinyu
pada suatu daerah, penjumlahan vektor di atas diganti
dengan integral vektor.
18
HUKUM COULOMB VS HUKUM GRAVITASI
NEWTON
Elektrostatika
Gaya Gravitasi
Terdapat 2 tipe muatan : positif dan Satu tipe massa yaitu positif
negatif
Tarik menarik pada muatan yang
berlawanan dan tolak menolak pada
muatan yang sejenis
q1q2 
q1q2 
F k 2
F2 on1  k 2 r21
r
r
k  8.99 109 N  m 2 / C 2
Gaya merupakan besaran vektor baik
arah dan besar
Tarik menarik (Semua massa)
m1m 2
r2
G  6.67 10 11 N  m 2 / kg 2
FG
Gaya merupakan besaran vektor
baik arah dan besar
19
RINGKASAN

Hukum Coulomb

Gaya elektrostatik diantara muatan

Bentuk vektor hukum Coulomb

Gaya Coulomb vs Gravitasi


Gaya Elektrostatik lebih kuat
Superposisi
F1  F12  F13  F14
20
Contoh Soal 1
CARILAH GAYA PADA MUATAN Q1, 20 ΜC, YANG DIAKIBATKAN OLEH MUATAN Q2, -300
ΜC, DI MANA Q1 BERADA PADA (0, 1, 2) M SEMENTARA Q2 PADA (2,0,0) M!
Penyelesaian:
vektor posisi adalah
R21
= (x1 - x2)ax + (yl - y2)ay + (z1 - z2)az
= (0 - 2)ax + (1 - 0)ay + (2 - 0)aZ = -2ax + ay + 2aZ
R21
=
(2) 2  12  2 2  3
Dengan menggunakan persamaan (1), gaya yang bekerja adalah
F1 =
(20 106 )(300 106 )
(2ax  a y  2az ) / 3
4 (109 / 36 )(3) 2
Magnituda gaya total adalah sebesar 6 N dengan arah sedemikian hingga
Q1 ditarik oleh Q2.
21
Contoh Soal 2
Tentukanlah besar gaya pada muatan Q2
F 21
F23
F24
kq 1 q 2
kq 2 q
2 kq 2



d 2
d 2
d 2
kq 2 q 3
k 2q3q
6 kq 2



d 2
d 2
d 2
kq 2 q 4
k 2q4q
4 kq



2
2
2d
d 2
2d
(
2
)




Fnet  F21  F23  F24
22