Dokumen ini membahas tentang hukum Coulomb yang menjelaskan gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua buah muatan listrik. Hukum ini menyatakan bahwa gaya proporsional dengan kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan. Dokumen ini juga menjelaskan konsep muatan listrik, kekekalan muatan, dan sifat konduktivitas bahan terhadap listrik. Beberapa contoh penerapan ele

1. khbasar2017
Slide Kuliah Fisika Dasar
Listrik Statik: Muatan Listrik & Hukum
Coulomb
Khairul Basar
khairulbasar@itb.ac.id

2. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Fenomena elektrostatik

3. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Secara empirik telah dikenal lama
bahwa ada beberapa bahan seperti
karet dan kain yang dapat menarik
objek-objek ringan
• Sifat bahan yang seperti itu
kemudian diistilahkan sebagai
“electric charge” atau “muatan
listrik”
• Ada dua jenis, dibedakan sebagai (+)
dan (-)

4. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Pengamatan lebih jauh menunjukkan bahwa
bahan yang yang berbeda jenis ( (+) dan (-)
atau (-) dan (+) ) saling tarik menarik
sedangkan bahan yang sejenis ( (+) dan (+)
atau (-) dan (-) ) tolak menolak
• Satuan muatan dinyatakan dengan
“coulomb”

5. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Coulomb memformulasikan gaya tarik/ tolak
antara benda yang bermuatan
– Sebanding dengan besar muatan masing-masing
benda
– Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar
benda
– Ada pengaruh medium
tempat benda berada
Representasi pengaruh
medium

6. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Konstanta k yang menyatakan pengaruh medium (lingkungan
tempat muatan berada) dikaitkan dengan besaran fisis yang
disebut permitivitas (permitivity)
• Jika medium berupa ruang bebas (free-space, biasa dipahami
secara sederhana sebagai ruang hampa) maka permitivitasnya
disimbolkan dengan .
• Konstanta k di ruang hampa:

7. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Ungkapan hukum Coulomb akan lebih praktis bila dinyatakan
dalam bentuk simbol vektor. Ingat bahwa gaya adalah besaran
vektor
• Dengan notasi vektor, arah dan besar gaya dapat diungkapkan
sekaligus
• Vektor posisi masing-
masing muatan (q1) dan
(q2)
Gaya pada muatan q2
akibat muatan q1
Gaya pada muatan q1
akibat muatan q2

8. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Bagaimana jika kedua muatan sejenis (keduanya (+) atau
keduanya (-))?
• Bagaimana jika kedua muatan berbeda jenis?

9. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Dengan notasi vektor, resultan gaya pada suatu muatan (yang
diakibatkan banyak muatan) dapat diperoleh dengan
penjumlahan (superposisi) vektor
Vektor satuan
Gaya total pada muatan q1
akibat muatan lainnya

10. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Satuan-satuan (SI)
• Catatan penting: notasi indeks pada gaya Coulomb dapat
berbeda antara satu buku referensi dengan yang lain.
Perhatikan baik-baik pengertiannya, bukan sekedar simbolnya
Simbol Besaran Satuan (SI)
Gaya Coulomb
Permitivitas medium (vakum)
muatan
jarak

11. khbasar2017
Contoh
• Tiga buah muatan q1 = +Q di (1,0,1), q2 = -Q di (0,3,-1) dan q3 =
+2Q di (-1,2,0).
Tentukan gaya Coulomb yang dialami oleh muatan q3 akibat
kedua muatan lainnya
• Tentukan gaya yang dialami muatan -3Q berikut ini

12. khbasar2017
Contoh
• Pada model atom hydrogen
menurut Bohr, elektron
mengorbit mengelilingi inti
(proton) dengan lintasan yang
dianggap lingkaran berjejari 5.29
x 10-11 m. Berapakah laju gerak
elektron mengelilingi proton
(inti)?

13. khbasar2017

14. khbasar2017
Hukum Coulomb
• Penggunaan notasi vektor terkesan rumit, namun praktis
terutama jika muatan-muatan berada pada posisi sembarang
dengan muatan yang berbeda-beda
• Untuk persoalan satu dimensi atau dua dimensi dengan
kesimetrian, maka (mungkin) akan lebih mudah jika
menggunakan bantuan gambar untuk merepresentasikan
vektor
Gaya yang dialami oleh
muatan yang berwarna
hitam?

15. khbasar2017
Kuantisasi Muatan
• Sifat penting muatan listrik (electric chrages)
– Muatan yang berbeda jenis tarik menarik, muatan yang sejenis
tolak menolak
– Muatan total yang berada dalam suatu sistem terisolasi tetap
(kekekalan muatan)
– Muatan terkuantisasi, muatan elementer adalah e (1 e  1,602 
10-19 C)
• Muatan total suatu benda
Muatan total suatu atom/
ion ditentukan oleh
jumlah proton dan
elektron

16. khbasar2017
Kekekalan Muatan
• Dalam sistem fisis yang terisolasi, muatan
total sistem tidak berubah (kekekalan
muatan)
• Contoh penting kekekalan muatan misalnya
pada peristiwa reaksi nuklir: muatan total
sebelum dan sesudah reaksi sama
Inti Uranium
memp. 92 proton
Inti Thorium
memp. 90 proton
Inti Helium
memp. 2 proton
Proses anihilasi Proses produksi pasangan
(pair production)

17. khbasar2017
Sifat Listrik Bahan
• Klasifikasi material berdasarkan sifat listrik (kemampuan
muatan listrik untuk bergerak dalamnya):
– Konduktor : muatan dapat bergerak bebas
– Non-konduktor/ insulator : muatan tidak dapat bergerak bebas
– Semikonduktor : keadaan antara konduktor dan isolator

18. khbasar2017
Pemanfaatan sifat/ fenomena elektrostatik
• Electrostatic paint spraying
• Powder coating
• Ink-jet printing
• Photocopy

19. khbasar2017
Latihan
1. Tentukan gaya Coulomb (besar dan arah) pada muatan q1
2. Jika a = 0,1 m, tentukanlah
gaya pada muatan q3

20. khbasar2017
Latihan
3. Jika L = 1,5 m dan m = 10 gram serta q =
0,75 C, berapakah sudut  ?
4. Jika L = 1,5 m, m = 10 gram, muatan
sebelah kiri 0,5 C sedangkan muatan
sebelah kanan 1,0 C, berapakah sudut
kiri dan kanan?