Hukum Coulomb

Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan di antara dua muatan listrik. Hubungan yang dibahas oleh hukum Coulomb berkaitan dengan pengaruh ukuran muatan listrik terhadap gaya yang timbul pada jarak tertentu.^[1]

${\displaystyle F=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}}$

Artikel ini merupakan bagain dari seri
Listrik dan Magnet
Michael Faraday, bapak kelistrikan dunia dan sosok penting pada ilmu kemagnetan. Buku rujukan
Statika listrik Muatan listrik Medan listrik Insulator Konduktor Ketribolistrikan Induksi Listrik Statis Hukum Coulomb Hukum Gauss Fluks listrik / energi potensial Momen polaritas listirk
Statika magnet Hukum Ampere Medan magnet Magnetisasi Fluks magnetik Kaidah tangan kanan Kaidah tangan kiri Hukum Biot–Savart Hukum magnet Gauss Momen polaritas magnetik Gaya gerak magnet
Dinamika listrik Gaya Lorentz Hukum Faraday Hukum Lenz Persamaan Maxwell Medan magnetik listrik Radiasi magnetik listrik
Rangkaian listrik Arus listrik Potensi listirk Tegangan listrik Hambatan Hukum Ohm Hukum Kirchoff Rangkaian seri Rangkaian paralel Arus searah Arus bolak-balik Jembatan Wheatstone Daya listrik Energi listrik Gaya gerak listrik Kapasitansi Induktansi Impedansi
Ilmuwan Ampère Biot Coulomb Davy Einstein Faraday Fizeau Gauss Henry Hertz Joule Lenz Lorentz Maxwell Neumann Ørsted Ohm Tesla Kelvin Volta Weber Poisson Wheatstone
l b s

Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya.^[2] Interaksi antara benda-benda bermuatan (tidak hanya titik muatan) terjadi melalui gaya tak-kontak yang bekerja melampaui jarak separasi.^[3] Adapun hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa arah gaya pada masing-masing muatan terletak selalu sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut.^[4] Gaya yang timbul dapat membuat kedua titik muatan saling tarik-menarik atau saling tolak-menolak, tergantung nilai dari masing-masing muatan. Muatan sejenis (bertanda sama) akan saling tolak-menolak, sedangkan muatan berbeda jenis akan saling tarik-menarik.^[5]

Notasi vektor

Dalam notasi vektor, hukum Coloumb dapat dituliskan sebagai

${\displaystyle {\vec {F_{12}}}=k\ {\frac {q_{1}q_{2}}{\left|{\vec {r_{1}}}-{\vec {r_{2}}}\right|^{3}}}\ \left({\vec {r_{1}}}-{\vec {r_{2}}}\right)}$

yang dibaca sebagai gaya yang dialami oleh muatan ${\displaystyle q_{1}}$ akibat adanya muatan ${\displaystyle q_{2}}$. Untuk gaya yang dialami oleh muatan ${\displaystyle q_{2}}$ akibat adanya muatan ${\displaystyle q_{1}}$ dituliskan dengan menukarkan indeks ${\displaystyle 1\leftrightarrow 2}$, atau melalui hukum ketiga Newton dapat dituliskan

${\displaystyle {\vec {F_{21}}}=-{\vec {F_{12}}}}$ hukum Coulomb ditemukan oleh Charles Coulomb seorang ilmuan Prancis (1736-1806). Pada tahun 1785, C. Coulomb menyelidiki hubungan antar besar muatan dan jarak antara muatan dengan besar gaya listrik yang dihasilkan

Sejarah

Charles Coulomb

Budaya kuno di sekitar semenanjung Mediterania telah mengetahui bahwa benda-benda tertentu, seperti batang ambar, ketika digosok dengan bulu kucing dapat menarik benda-benda ringan seperti bulu dan kertas.^[6] Thales dari Miletus membuat catatan pertama tentang listrik statis sekitar 600 SM,^[7] ketika ia menyadari bahwa gesekan dapat membuat magnet dari sepotong batang ambar.^[8]

Pada tahun 1600, ilmuwan Inggris William Gilbert melakukan penelitian yang cermat tentang listrik dan magnet, membedakan efek batu magnet dari listrik statis yang dihasilkan dengan menggosok amber.^[6] Dia menciptakan kata Latin Baru electricus ("dari ambar" atau "seperti ambar", dari ἤλεκτρον [elektron], kata Yunani untuk "ambar") untuk merujuk pada sifat menarik benda-benda kecil setelah digosok.^[9] hal ini memunculkan kata Inggris "electric" dan "electric", yang muncul pertama kali di media cetak dalam Pseudodoxia Epidemica of Thomas Browne tahun 1646.^[10]

Penyelidik awal abad ke-18 menduga bahwa gaya listrik berkurang seiring jarak dipengaruhi gaya gravitasi (yaitu, sebagai kuadrat terbalik dari jarak) diantara penyelidik tersebut termasuk Daniel Bernoulli^[11] dan Alessandro Volta, keduanya mengukur gaya antar pelat dari sebuah kapasitor, juga Franz Aepinus yang menganggap hukum kuadrat terbalik pada tahun 1758.^[12]

Berdasarkan eksperimen dengan bola bermuatan listrik, Joseph Priestley dari Inggris adalah di antara orang pertama yang mengusulkan bahwa gaya listrik mengikuti hukum kuadrat terbalik, mirip dengan hukum gravitasi universal Newton. Namun, dia tidak menggeneralisasi atau menguraikan hal ini.^[13] Pada tahun 1767, ia menduga bahwa gaya antar muatan bervariasi sebagai kuadrat terbalik dari jarak.^[14]

Akhirnya, pada 1785, fisikawan Prancis Charles-Augustin de Coulomb menerbitkan tiga laporan pertamanya tentang listrik dan magnet di mana dia menetapkan hukumnya yang kemudian kita kenal dengan Hukum Coulomb. Publikasi ini penting dalam perkembangan teori elektromagnetik.^[15] Dia menggunakan keseimbangan torsi untuk mempelajari gaya tolak dan gaya tarik-menarik partikel bermuatan, dan menyimpulkan bahwa besarnya gaya listrik antara dua muatan titik sebanding dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka.

Catatan

1. Putra, V. G. V. (2017). Pengantar Fisika Dasar (PDF). Sleman: CV. Mulia Jaya Publisher. hlm. 159. ISBN 978-602-72713-6-4. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
2. Andrew Duffy, Electric charge and Coulomb's law, Physics lecture demonstrations at Boston University, PY106/Charge.html, 7-6-99, 13:49:00 28.06.1999.
3. Tom Henderson, Lesson 3: Electric Force, The Physics Classroom, estatics/u8l3b.html Diarsipkan 2006-12-08 di Wayback Machine., 20:11:49 18.11.2004.
4. Para pengajar FI-112, Gaya Elektrostatik, Departemen Fisika FMIPA ITB, courses/fi112/Diktat/Gaya_Elektrostatik Diarsipkan 2007-03-12 di Wayback Machine., 08:18:14 23.01.2005.
5. R. Nave, Coulomb's Law: Like charges repel, unlike charges attract, HyperPhysics, electric/elefor.html, 23:10:07 28.06.2005.
6. Stewart, Joseph V. (2001). Intermediate electromagnetic theory. Singapore: World Scientific. hlm. 50. ISBN 981-02-4470-3. OCLC 47127179. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
7. Cork, C.R. (2015). "Conductive fibres for electronic textiles". Electronic Textiles: hal 3–20. doi:10.1016/B978-0-08-100201-8.00002-3. ISBN 9780081002018.
8. Simpson, Brian (2003). "Electrical Stimulation and the Relief of Pain". Elsevier Health Sciences. hal 6–7. ISBN 978-0-444-51258-1.
9. Baigrie, Brian (2007). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. hal. 7–8. ISBN 978-0-313-33358-3
10. Chalmers, Gordon (1937). "The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England". Philosophy of Science. 4 (1): 75–95. doi:10.1086/286445. S2CID 121067746.
11. Socin, Abel (1760). Acta Helvetica Physico-Mathematico-Anatomico-Botanico-Medica (dalam bahasa latin). 4. Basileaee. hal. 224-25.
12. Heilbron, J.L. (1979). Electricity in the 17th and 18th Centuries: A Study of Early Modern Physics. Los Angeles, California: University of California Press. hal. 460–462 and 464 (termasuk catatan kaki no 44). ISBN 978-0486406886.
13. Schofield, Robert E. (1997). The Enlightenment of Joseph Priestley: A Study of his Life and Work from 1733 to 1773. University Park: Pennsylvania State University Press. hal 144–56. ISBN 978-0-271-01662-7
14. Priestley, Joseph (1767). The History and Present State of Electricity, with Original Experiments. London, England. hal. 732.
15. Coulomb (1785) "Premier mémoire sur l’électricité et le magnétisme," Histoire de l’Académie Royale des Sciences, hal. 569–577 — Coulomb mempelajari gaya tolak-menolak antara benda yang memiliki muatan listrik yang sama:

    Il résulte donc de ces trois essais, que l'action répulsive que les deux balles électrifées de la même nature d'électricité exercent l'une sur l'autre, suit la raison inverse du carré des distances. Terjemahan: Oleh karena itu, berikut dari ketiga tes ini, bahwa gaya tolak kedua bola— [yang] dialiri listrik dengan jenis listrik yang sama — bekerja sama, mengikuti proporsi kebalikan dari kuadrat jarak. — Coulomb (1785b) "Second memoire sur l’électricité et le magnétisme," Histoire de l'Academie Royale des Sciences, pages 578-661

    Coulomb juga menunjukkan bahwa benda-benda yang bermuatan berlawanan mematuhi hukum tarik-menarik kuadrat terbalik.