Pengertian Gaya Elektrostatika Beserta Penjelasannya

Gaya elektrostatik adalah fenomena yang dihasilkan dari gerakan lambat atau muatan listrik stasioner. Hal ini dipelajari dalam disiplin ilmu yang dikenal sebagai elektrostatika oleh para peneliti yang menganalisis interaksi elektromagnetik. Secara khusus, gaya elektrostatik adalah reaksi fisik yang memegang bersama medan elektromagnetik yang diciptakan oleh partikel-partikel subatomik, seperti elektron dan proton.Gaya elektrostatik, yang juga disebut gaya Coulomb atau interaksi Coulomb, didefinisikan sebagai daya tarik atau tolak partikel yang berbeda dan bahan yang didasarkan pada biaya listrik mereka. gaya elektrostatik adalah salah satu bentuk yang paling dasar dari kekuatan yang digunakan dalam ilmu fisika, dan ditemukan oleh seorang fisikawan Perancis bernama Charles-Augustin de Coulomb pada 1700-an.

Gaya elektrostatik adalah fenomena yang dihasilkan dari bergerak lambat atau muatan listrik stasioner. Hal ini dipelajari dalam disiplin ilmu yang dikenal sebagai elektrostatika oleh para peneliti menganalisis interaksi elektromagnetik.

Secara khusus, gaya elektrostatik adalah reaksi fisik yang memegang bersama medan elektromagnetik yang diciptakan oleh partikel subatomik, seperti elektron dan proton. Agar gaya elektrostatik untuk tetap kohesif, partikel-partikel ini harus independen mempertahankan biaya baik positif dan negatif dan bereaksi satu sama lain sesuai.

Menurut hukum fisika , ada empat gaya fundamental yang menggambarkan reaksi dari partikel, salah satu yang dianggap gaya elektromagnetik , yang menghasilkan gaya elektrostatik dalam kondisi tertentu.

Gaya elektrostatik antara elektron dan proton adalah salah satu kekuatan terkuat di alam semesta, bahkan lebih kuat daripada gravitasi . Sebuah hidrogen atom, yang hanya berisi satu elektron dan satu proton , memiliki kekuatan fundamental gravitasi menjaga bersama-sama. Namun, setiap partikel subatomik dapat mengembangkan gaya elektrostatik juga, yang menjadi lebih kuat. Dalam fisika, hukum menyatakan bahwa besarnya gaya harus diberikan antara partikel yang 10 24 lebih kuat dari gravitasi sederhana. Setiap atom di alam semesta dalam keadaan alami mengandung bahkan jumlah proton dan elektron, menciptakan kehadiran yang kuat dari gaya elektrostatik.

Sebagai dua permukaan bersentuhan satu sama lain, pertukaran biaya terjadi, sehingga dalam pengembangan kekuatan elektrostatik. Ketika resistensi hadir di salah satu bahan-bahan ini, biaya elektrostatik yang lebih jelas untuk pengamat. Bahan resistif mempertahankan muatan elektrostatik untuk jangka waktu yang lebih lama hingga biaya menjadi dinetralkan, seperti dengan kejutan statis.

hukum Coulomb mendefinisikan teori dasar tentang gaya elektrostatik tarik dalam ilmu elektrostatika . Didirikan pada tahun 1780-an oleh seorang Perancis fisikawan bernama Charles Augustin de Coulomb. Dia memanfaatkan teori dasar elektromagnetik untuk menentukan rumus dan persamaan yang mendefinisikan kekuatan elektromagnetik dan elektrostatik.

Hukum coloumb dapat ditulis :

“Besar Gaya Interaksi(tolak menolak/tarik menarik) antara dua buah muatan berbanding lurus dengan besar muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan”.

Dengan:

F = Gaya interaksi (N)
k = konstanta coulomb (9.10⁹Nm^2/C^2)
q = muatan listrik (C)
r = jarak antara kedua muatan listrik (m)

Hukum Coulomb

Meskipun J.C. Maxwell (1831-1879) berhasil memadukan semua hukum dan rumus kelistrikan dalam bentuk empat persamaan yang lalu dikenal sebagai persamaan maxwell sedemikian hingga semua gejala kelistrikan selalu dapat diterangkan berdasarkan atau dijabarkan dari keempat persamaan itu, pada hakikatnya keempat persamaan itu dapat dipadukan menjadi atau dapat dijabarkan dari hukum Coulomb:

''F''=k{\dfrac {q1.q2}{r^{2}}}

yakni yang menyatakan bahwa gaya antara dua muatan listrik q1 dan q2 akan sebanding dengan banyaknya muatan listrik masing–masing serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara kedua muatan listrik tersebut, serta tergantung pada medium di mana kedua muatan itu berada, yang dalam perumusannya ditetapkan oleh suatu tetapan medium k. Jadi hukum Coulomb merupakan hukum yang fundamental dalam ilmu kelistrikan, yang mendasari semua hukum dan rumus kelistrikan, seperti halnya hukum 'inisial Newton' dalam mekanika yang mendasari semua hukum dan rumus mekanika. Dalam sistem satuan m.k.s, tetapan medium k tertuliskan sebagai 1/(4 π ε ), sehingga hukum Coulomb menjadi berbentuk:

''F''={\dfrac {q1.q2}{4\pi \epsilon r^{2}}}

dan ε disebut permitivitas medium. Dengan F positif berarti gaya itu tolak-menolak dan sebaliknya F negatif berarti tarik–menarik.

Konsep-konsep dasar elektrostatika

Sejarah kelistrikan diawali dengan diamatinya bahan ambar atau resin yang dalam bahasa Yunani berarti Elektron, yang apabila bahan tersebut digosok dengan kulit binatang berambut akan dapat menarik benda–benda halus yang ringan yang setelah menempel padanya lalu ditolaknya. Sifat demikian ternyata tertularkan pada benda lain yang disinggungkan atau yang ditempelkan padanya, yang oleh karenanya benda itu lalu dikatakan bermuatan “keambaran” atau resinious. Hal yang sama ternyata terjadi pula pada kaca yang digosok dengan kain sutera, yang penularannya menjadikan benda lain yang ditempelkan padanya bermuatan “kekacaan” atau vitrious. Pada tahun 1733, Francois du Fay menemukan kenyataan bahwa di alam hanya ada dua jenis muatan saja, yaitu muatan resinious dan vitrious, dan dua benda yang muatannya sama akan tolak–menolak dan sebaliknya dua benda akan tarik–menarik jika muatannya berbeda. Kemudian Benjamin Franklin (1706–1790) menemukan kenyataan bahwa dua jenis muatan resinious dan vitrious itu kalau digabungkan akan saling meniadakan seperti halnya dengan bilangan positif dan negatif. Sejak itu muatan resinious disebut muatan listrik negatif dan vitrious disebut dengan muatan listrik positif. Melanjutkan percobaan Michelson dan Carlisle tentang elektrolisa, Michael Faraday (1791–1867) pada tahun 1883 mengemukakan terkuantisasinya muatan listrik menjadi unit–unit muatan, yang kemudian oleh Stoney pada tahun 1874, yang diperkuat oleh J.J. Thomson pada tahun 1897, dihipotesiskan adanya partikel pembawa muatan listrik yang lalu dinamakan elekron. Sebagai resin, elektron dikatakan menghasilkan muatan listrik negatif maka elektron pun akan bermuatan listrik negatif.

Contoh soal Gaya Elektrostatika:
1. Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05 μC dipisahkan pada jarak 10 cm. Carilah (a) besarnya
gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainnya dan (b) Jumlah satuan muatan dasar pada masing-masing muatan.

Jawaban :

2. Dua titik A dan B berjarak 5 meter, masing-masing bermuatan listrik +5 × 10^-4C dan -2 × 10^-4 C. Titik C terletak di antara A dan B berjarak 3 m dari A dan bermuatan listrik +4 × 10^-5 C. Hitung besar gaya elektrostatis dari C!

Penyelesaian:

Diketahui:

q A = +5 × 10^-4C

q B = -2 × 10^-4C

q C = +4 × 10^-⁵ C

Ditanya:

F C = ....?

Jawab:

Muatan q_C ditolak q_A ke kanan karena sejenis, misal, F_AC = F₁ dan ditarik muatan q_B ke kanan karena berlawanan F_CB = F₂ Jadi, gaya elektrostatis total di C adalah:

= 20 + 18 = 34 N ke kanan

3. Diketahui segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 3 dm. Pada titik sudut A dan B masing-masing terdapat muatan +4 μ C dan -1,5 μ C, pada puncak C terdapat muatan +2 × 10^-5 C. Hitunglah gaya elektrostatis total di puncak C!

Penyelesaian:

Diketahui:

q A = 4 μ C = 4 × 10^-6 C

q B = -1,5 μ C = -1,5 × 10^-6 C

q C = 2 × 10^-5C

a = 3 dm = 3 × 10^-1m

Ditanya:

F C = ... ?

Jawab:

q_A dan q_C tolak-menolak dengan gaya F₁

q_Bdan q_C tarik-menarik dengan gaya F₂

Aplikasi Elektrostatis

1. Silinder politilen
Dibagian lain, gesekan diantara silinder politilen bagian atas dan sabuk karet akan menimbulkan muatan listrik positif disabuk karet lainnya tersebut. Kemudian gerakan dari sabuk karet menuju atas akan membawa muatan negatif yang dihasilkan mengalir melalui bagian ujung yang lancip dibagian atas kekubah .
Sampai sini elektron disebar kepermukaan kubah, namun kubah dibagian dalam tidak mengandung elektron. Bersamaan dengan itu, terjadi gerakan dari sabuk karet kebawah dengan membawa muatan listrik positif. Muatan listrik postif ini akan mengalir ketanah untuk dinetralkan melalui ujung lancipnya.
Proses terakhirnya adalah, silinder logan bagian bawah berjalan memakan motor listrik hingga sabuk karetnya bergerak terus dan hasilnya adalah muatan listrik negatif yang mengalir kekubah. Proses ini bisa menghasilkan muatan listrik yang sangat besar di kubah generator Van de Graff, yakni bisa berjumlah 200.000.000 volt.

4. Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda.Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang sejenis dengan benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka).

5. Mesin fotocopy elektrostatik
Mesin fotocopy bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik menarik antar muatan yang tidak sejenis. Muatan positif di berikan pada silinder almumunium (Al) berlapis selenium (Se). selanjutnya silinder di sinari dengan proyeksi gambar/naskah yang akan di kopi. Selenium merupakanFotokonduktor, yaitu materi yang bersifat isolator dalam keadaan gelap dan bersifat konduktor jika mendapat cahaya. Bagian Se yang terkena sinar akan bersifat konduktif dan akan menghantarkan elektron dari Al untuk menetralkan muatan positif di bagian tersebut. Bagian Se yang tidak mendapat sinar tetap bermuatan positif. Partikel toner akan menempel pada lapisan Se yang bermuatan positif. Selembar kertas di beri muatan positif di lewatkan pada silinder itu sehingga partikel toner yang bermuatan negatif akan di tarik menuju kertas yang bermuatan positif. Pola partikel toner pada kertas akan membentuk bayangan naskah/gambar yang di kopi. Toner akan melekat pada kertas yang selanjutnya di lewatkan di antara pelat penggulung yang panas. Prinsip ini juga berlaku padaprinter laser.

6. Filter elektrostatik
Filter (pengendap atau penyaring) elektrostatik banyak digunakan
dalam industri untuk menyaring partikel-partikel gas yang tidak di inginkan sebelum di buang ke atmosfer melalui cerobong asap.Di rumah-rumah, filter elektrostatik di gunakan untuk menyaring debu agar tidak mengganggu pernapasan penghuninya. Gas yang akan di saring di masukkan ke dalam tabung dengan peralatan yang dapat mengionisasi partikel gas. Partike yang bermuatan akan menempel pada dinding tabung yang bermuatan berlawanan dengannya.

Penelusuran yang terkait dengan Pengertian Gaya Elektrostatika