Listrik Statis: Muatan, Gaya Coulomb, Medan, dan Potensial Listrik
Tuesday, May 6, 2025
Pernah merasa rambut berdiri setelah menggosok balon ke kepala? Atau kaget kecil saat menyentuh gagang pintu setelah menyapu karpet? Itu adalah contoh dari listrik statis, muatan listrik yang diam, tapi menyimpan energi dan menghasilkan gaya.
.png)
Yuk kita pelajari konsep dasar listrik statis berikut ini, dilengkapi dengan contoh soal yang mudah dipahami.
Konsep Muatan Listrik
Muatan listrik adalah sifat dasar partikel seperti elektron dan proton yang menyebabkan mereka saling tarik atau tolak.
Jenis muatan:
- Positif (proton)
- Negatif (elektron)
Aturan dasar:
Muatan sejenis tolak-menolak, muatan tak sejenis tarik-menarik.
Satuan:
\[e = 1{,}6 \times 10^{-19} \, \text{C}\]
Contoh Soal:
Sebuah benda memperoleh 2 juta elektron tambahan. Berapa besar muatan listrik total yang dimiliki benda tersebut?
Penyelesaian:
\[q = n \times e = (-2{,}000{,}000) \times (1{,}6 \times 10^{-19}) = -3{,}2 \times 10^{-13} \, \text{C}\]
Jawaban: \( -3{,}2 \times 10^{-13} \, \text{C} \)
Jenis muatan:
- Positif (proton)
- Negatif (elektron)
Aturan dasar:
Muatan sejenis tolak-menolak, muatan tak sejenis tarik-menarik.
Satuan:
\[e = 1{,}6 \times 10^{-19} \, \text{C}\]
Contoh Soal:
Sebuah benda memperoleh 2 juta elektron tambahan. Berapa besar muatan listrik total yang dimiliki benda tersebut?
Penyelesaian:
\[q = n \times e = (-2{,}000{,}000) \times (1{,}6 \times 10^{-19}) = -3{,}2 \times 10^{-13} \, \text{C}\]
Jawaban: \( -3{,}2 \times 10^{-13} \, \text{C} \)
Hukum Coulomb
Menghitung besar gaya listrik antara dua muatan:
\[F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}\]
dengan \( k = 9 \times 10^9 \, \text{Nm}^2/\text{C}^2 \)
\[F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}\]
dengan \( k = 9 \times 10^9 \, \text{Nm}^2/\text{C}^2 \)
Contoh Soal:
Dua muatan masing-masing \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) dan \( q_2 = 3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) terpisah sejauh 0,1 m. Hitung gaya listrik antara keduanya!
Dua muatan masing-masing \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) dan \( q_2 = 3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) terpisah sejauh 0,1 m. Hitung gaya listrik antara keduanya!
Penyelesaian:
\[F = 9 \times 10^9 \cdot \frac{(2 \times 10^{-6})(3 \times 10^{-6})}{(0{,}1)^2}\]
\[F = 9 \times 10^9 \cdot \frac{6 \times 10^{-12}}{0{,}01} = 9 \times 10^9 \cdot 6 \times 10^{-10} = 5{,}4 \, \text{N}\]
Jawaban: \( 5{,}4 \, \text{N} \)
3. Medan Listrik
Medan listrik (\( E \)) pada jarak \( r \) dari muatan \( Q \):
\[E = k \cdot \frac{|Q|}{r^2}\]
Contoh Soal 3:
Sebuah muatan \( Q = 4 \times 10^{-6} \, \text{C} \). Hitung medan listrik pada jarak 0,2 m dari muatan tersebut!
Penyelesaian:
\[E = 9 \times 10^9 \cdot \frac{4 \times 10^{-6}}{(0{,}2)^2}\]
\[ = 9 \times 10^9 \cdot \frac{4 \times 10^{-6}}{0{,}04}\]
\[E = 9 \times 10^9 \cdot 1 \times 10^{-4} = 9 \times 10^5 \, \text{N/C}\]
Jawaban: \( 9 \times 10^5 \, \text{N/C} \)
Potensial Listrik
Potensial listrik di titik \( r \) dari muatan \( Q \):
\[V = k \cdot \frac{Q}{r}\]
Contoh Soal:
Sebuah muatan \( Q = 2 \times 10^{-6} \, \text{C} \). Hitung potensial listrik pada jarak 0,5 m dari muatan tersebut.
Penyelesaian:
\[V = 9 \times 10^9 \cdot \frac{2 \times 10^{-6}}{0{,}5}\]
\[= 9 \times 10^9 \cdot 4 \times 10^{-6} = 36{,}000 \, \text{V}\]
Jawaban: \( 36{,}000 \, \text{V} \)
Listrik statis bukan sekadar percikan kecil saat cuaca kering. Ia melibatkan konsep penting: muatan, gaya antar muatan (Hukum Coulomb), medan listrik, dan potensial listrik. Pemahaman ini penting dalam dunia teknologi, dari mesin fotokopi hingga sensor gerak dan pelindung petir.