7
BAB II LANDASAN TEORI
A. Hukum Coulomb
Pada dasarnya semua zat yang ada di bumi tersusun atas atom. Pada mulanya atom dipandang sebagai unsur terkecil. Setelah melalui beberapa penelitian lebih
lanjut maka akhirnya diketahui bahwa atom juga disusun oleh sesuatu yang lebih kecil lagi yaitu inti atom dan elektron yang mengelilingi inti atom tersebut. Inti atom
sendiri terdiri atas proton yang bermuatan positif + e dan neutron yang tak bermuatan atau netral. Inti atom mempunyai muatan positif yaitu sebesar + Ze
sedangkan elektron mempunyai muatan – Ze. Dimana Z adalah nomor atom. Dari percobaan Robert A. Milikan 1865 – 1953 dengan menggunakan
model tetes minyak telah diketahui bahwa ternyata muatan listrik terkuantisasi diskrit . Muatan listrik terkecil adalah sama dengan jumlah muatan yang dimiliki
oleh sebuah elektron yaitu – 1,6 x 10
-19
Coulomb . Muatan terkecil ini biasanya dinamakan sebagai muatan elementer. Proton mempunyai muatan yang sama dengan
elektron, hanya saja tandanya berlawanan. Muatan proton sebesar + 1,6 x 10
-19
Coulomb . Hukum Coulomb menyatakan bagaimana dua muatan yang diam saling
mempengaruhi berinteraksi, yang dinyatakan dalam gaya yang dilakukannya satu terhadap yang lainnya
http:www.fi.itb.ac.idcoursesfi112DiktatGaya_ Elektrostatikindex.html
. Gaya yang dilakukan oleh suatu muatan terhadap
8
muatan lain yang bekerja sepanjang sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut telah dipelajari oleh Charles Coulomb 1736 – 1806. Besarnya
gaya Coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan dan berbanding lurus dengan hasil kali muatan. Gaya bersifat tolak menolak jika
kedua muatan mempunyai muatan sama dan tarik menarik jika jenis muatannya berbeda Tipler, Paul A, 2001: 9-10.
Satuan SI dari muatan adalah coulomb. Satu coulomb didefinisikan sebagai banyaknya muatan yang mengalir melalui setiap penampang kawat di
dalam 1 detik jika sebuah arus tetap sebesar 1 ampere terdapat di dalam kawat tersebut. Jika dituliskan sebagai berikut :
q =
i .t
.....1 dimana q adalah coulomb, jika i dalam ampere dan t dalam detik.
Hukum Coulomb dapat dituliskan dalam bentuk vektor sebagai berikut :
Gambar 1. Interaksi elektrostatik Coulomb dua muatan titik Tipler, Paul A,
2001: 10 Muatan q
1
terletak pada r
1
dan muatan q
2
terletak pada r
2
relatif terhadap titik asal O. Gaya yang dilakukan q
1
dan pada q
2
berada pada arah vektor r
12
= r
2 2
1 12
r r
r r
r r
− =
q
1
1
r r
2
r r
12
F
2
q y
x
9
– r
1
jika kedua muatan bertanda sama dan mempunyai arah yang berlawanan jika kedua muatan berlawanan tanda Tipler, Paul A, 2001: 10.
Arah gaya pada masing-masing muatan selalu sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut. Jika kedua muatan tersebut sejenis maka
muatan tersebut akan tolak-menolak dimana muatan q
1
ditolak oleh muatan q
2
dengan gaya
12
F seperti pada Gambar 2. Begitu pula muatan q
2
ditolak oleh muatan q
1
dengan gaya
21
F
.
Jika kedua muatan tersebut berlainan jenis maka muatan-muatan tersebut akan tarik-menarik. Muatan q
1
ditarik oleh muatan q
2
dengan gaya
12
F dan muatan q
2
ditarik oleh muatan q
1
dengan gaya
21
F
http:www.fi.itb.ac.idcoursesfi112DiktatGaya_Elektrostatikindex.html:2007
Gambar 2. a muatan yang sejenis tolak menolak b muatan yang tidak sejenis
tarik menarik Giancoli, 1998: 8 .
Coulomb menyelediki gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua muatan titik atau partikel bermuatan yaitu gaya antara benda bermuatan yang
ukurannya kecil dibandingkan dengan jarak antara keduanya. Ia menemukan
bahwa gaya tersebut besarnya :
+ +
q1 a
q2
q1 b
q2 +
-
F
12
F
21
F
12
F
21
F
12
= gaya pada q1 yang F
12
= gaya pada q2 yang disebabkan oleh q2
disebakan oleh q1
10
F
~ q
1
… 2
F
~ q
2
… 3
2
1 r
r ≈
F
… 4 Jadi gaya interaksi antara kedua muatan titik tersebut adalah :
2 2
1
r q
q k r
= F
… 5 Keterangan:
r r
= Jarak antara kedua muatan meter q
1
= Muatan pertama coulomb q
2
= Muatan kedua coulomb
2 2
9 2
7
10 9
10 4
1 C
Nm c
k ×
= =
=
−
πε c = laju cahaya dalam hampa = 3 x 10
8
ms ε
= permitivitas ruang hampa vakum = 8,854 x 10
12
C
2
N
-1
m
-2
Dari persamaan 5, gaya interaksi sebanding dengan besarnya kedua muatan. Semakin besar muatannya maka gaya interaksinya semakin besar dan
sebaliknya. Setiap sel biologis mempunyai besar dan jumlah kandungan muatan yang berbeda, salah satu penyebabnya karena faktor ukuran sel dan lingkungan.
Semakin dekat jarak antara kedua muatan maka gaya interaksinya semakin besar. Sebaliknya semakin jauh jarak antara elektroda maka maka gaya interaksinya
semakin kecil. Pada sel biologis, sel yang paling dekat dengan sumber medan listrik maka gaya interaksinya paling kuat. Jadi jika ada dua sel biolgis, sel yang
11
pertama menempel pada elektroda dan sel yang kedua menempel pada sel pertama maka kemungkinan gaya interaksinya lebih kuat sel partama sehingga ada
kecenderungan sel tersebut diam dan sel yang kedua karena mengalami gaya interaksi yang lebih lemah dari sel pertama maka akan bergerak rotasi. Begitu
pula dengan sel telur ikan Lele, karena sel telur ikan Lele merupakan sel biologis yang mempunyai sejumlah muatan maka gaya interaksi ini, berlaku pada sel telur
ikan Lele. Gaya interaksi antar muatan akan menimbulkan medan listrik.
B. Medan Listrik
Kategori