Rangkuman Listrik Statis: Muatan-Medan Listrik & Hukum Coulomb

tirto.id - Listrik statis atau electrostatic adalah kumpulan muatan listrik dalam jumlah yang tetap (statis) atau disebut juga ketidakseimbangan muatan listrik pada benda. Ia jadi suatu fenomena kelistrikan yang sering terjadi di mana partikel bermuatan berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain.

Contoh fenomena dalam kehidupan sehari-hari mengenai fenomena listrik statis adalah ketika menggosokkan penggaris plastik ke rambut.

Hal tersebut terjadi karena ketika kita menggosokkan penggaris plastik ke rambut, penggaris tersebut menjadi bermuatan negatif, sedangkan rambut menjadi bermuatan positif. Pelepasan muatan saat menggosokkan kedua bahan tersebut membuat bahan-bahan dialiri atau bermuatan listrik.

Muatan listrik sendiri merupakan adalah kuantitas fisika yang berkaitan dengan efek listrik dan hal lainnya yang terkait dalam material. Penetralan muatan yang diperoleh karena penggosokan menunjukkan bahwa muatan seperti tidak menghilangkan efek satu sama lain.

Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Konsep sifat muatan listrik tersebut, dapat dinyatakan dengan hukum sebagai berikut:

• Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak
• Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik

Selain penggaris plastik yang digosokkan ke rambut, contoh lain fenomena listrik statis dalam kehidupan sehari-hari antara lain:

• Gosokan kain sutra dengan kaca
• Gosokan batang plastik dengan kain wol
• Tangan didekatkan dengan layar televisi
• Percikan api pada ban truk dengan jalan raya
• Terbentuknya petir saat hujan

Hukum Coloumb

Terkait dengan sifat muatan listrik, ahli fisika asal Prancis, Charles Augustin de Coulomb, melakukan penelitan mengenai gaya yang ditimbulkan oleh dua benda yang diberi muatan listrik dan dipisahkan oleh jarak tertentu.

Konsep, yang selanjutnya disebut “Hukum Coulomb” itu pada dasarnya menyatakan bahwa interaksi muatan listrik yang sejenis akan tolak-menolak, sedangkan muatan yang berlainan jenis akan tarik-menarik. Dari hasil percobaan Coulomb, dapat dinyatakan bunyi Hukum Coulomb sebagai berikut:

“Besarnya gaya tarik menarik (muatan listrik sejenis) atau tolak menolak (muatan listrik tak sejenis) antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda”.

Secara matematis, Hukum Coloumb dapat dituliskan dengan rumus:

Dengan:

F: Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N)

k: Konstanta Coloumb (Nm2/C2)

Q1: Besar muatan 1 (C)

Q2: Besar muatan 2 (C)

r: Jarak antarmuatan

Beberapa catatan penting tentang persamaan Hukum Coulomb adalah bahwa persamaan tersebut:

• Hanya berlaku untuk muatan titik (artinya dimensi volume tidak diperhatikan).
• Nilai konstanta 9 x 109 N m2 C-2 hanya berlaku untuk muatan dalam vakum atau udara, untuk medium lain harganya akan berbeda.
• Bila q dan q’ bertanda sama maka F akan bertanda positif. Tanda F positif menunjukan bahwa kedua muatan tolak menolak. Sebaliknya tanda negatif menunjukkan gaya yang saling menarik.
• Gaya elektrostatik F merupakan besaran vektor, sehingga operasi padanya harus memenuhi ketentuan operasi pada besaran vektor. Artinya jika terdapat beberapa muatan, maka gaya total yang dialami satu muatan merupakan resultan dari superposisi gaya-gaya oleh muatan-muatan lain.

Medan Listrik

Sementara medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik. Apabila suatu benda bermuatan listrik berada di daerah tersebut, maka akan mendapatkan gaya listrik.

Medan listrik merupakan efek yang ditimbulkan oleh adanya muatan listrik (elektron, ion, atau proton) pada ruangan yang ada di sekitarnya.

Medan listrik sendiri memiliki tiga sifat sebagai berikut:

• Garis gaya medan listrik tidak pernah berpotongan satu dengan yang lainnya.
• Garis-garis gaya medan listrik selalu mengarah radial ke luar menjauhi muatan positif dan radial ke dalam menuju muatan negatif.
• Tempat dimana garis-garis gaya medan listrik rapat menunjukkan medan listrik yang kuat; sebaliknya tempat dimana garis-garis gaya medan listrik merenggang menunjukkan medan listrik yang lemah.

Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Kuat medan listrik pada suatu titik dalam medan listrik merupakan gaya per satuan muatan listrik pada titik tersebut.

Secara matematis, rumus kuat medan listrik adalah sebagai berikut:

E = F/q

Dengan:

E: Kuat medan listrik (N/C)

F: Gaya Coloumb (F)

q: muatan listrik benda (C)