Interaksi antara benda-benda bermuatan listrik dapat berupa interaksi tarik-menarik atau tolak-menolak. Interaksi ini dinamakan interaksi elektrostatis. Dari interaksi inilah para fisikawan mengetahui adanya dua jenis muatan listrik. Guna mempermudah kita dalam membedakan jenis muatan listrik, maka digunakanlah istilah muatan positif dan muatan negatif. Ilmuwan yang pertama kali mengenalkan istilah ini adalah Benjamin Franklin (1706 – 1790). Muatan listrik ialah suatu muatan dasar yg dimiliki oleh suatu benda, dan muatan dasar tersebut mampu membuatnya mengalami gaya pada benda lainnya yang berdekatan dan juga mempunyai muatan listrik. Tahukah kamu bahwa simbol Q yang sering digunakan untuk menggambarkan muatan listrik tersebut memiliki Satuan Internasional coulomb. Yuk kita simak bersama selengkapnya mengenai Hukum Coulomb dibawah ini!

Muatan Listrik

Setiap benda tersusun dari atom-atom. Muatan dari suatu benda ditentukan oleh struktur atom penyusunnya. Atom terdiri atas elektron yang bermuatan negatif, proton yang bermuatan positif, dan neutron yang netral. Jika jumlah proton dalam suatu atom atau partikel lebih banyak daripada jumlah elektronnya, atom atau partikel tersebut akan bermuatan positif. Sebaliknya, jika jumlah elektron dalam suatu atom atau partikel lebih banyak daripada jumlah protonnya, atom atau partikel tersebut akan bermuatan negatif. Satuan muatan listrik adalah coulomb (C) atau ampere-detik. Satu elektron akan membawa muatan sebesar -1,6 × 10^-19 C dan satu proton akan membawa muatan sebesar 1,6 × 10^-19 C.

Gaya Listrik – Rumus Hukum Coulomb

Jika terdapat dua atau lebih partikel bermuatan, antara partikel tersebut akan terjadi gaya tarik-menarik atau tolak-menolak yang besarnya sebanding dengan masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antarmuatan. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut:

F = gaya Coulomb (N)
K = 9 x 10⁹ Nm²/C²
q₁ = muatan partikel 1
q₂ = muatan partikel 2
r = jarak antara q₁ dan q₂

Medan Listrik dan Kuat Medan

Medan listrik adalah ruang di sekitar benda bermuatan listrik di mana benda lain yang berada di sekitarnya masih mendapatkan gaya Coulomb. Medan listrik merupakan besaran vektor. Besaran yang menyatakan vektor medan listrik ini disebut kuat medan listrik. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:
E = kuat medan listrik (N/C)
q = muatan uji (C)
r = jarak muatan uji ke sumber muatan (m)
K = 9 x 10⁹ Nm²/C²
F = gaya Coulomb (N)
Q = muatan sumber (C)

Kuat medan listrik di sekitar muatan listrik dilukiskan oleh garis-garis gaya yang arahnya keluar dari muatan positif dan masuk ke muatan negatif. Jika sumber muatannya (+), arah kuat medannya menjauhi muatan.

Jika sumber muatannya (–), arah kuat medannya mendekati muatan:

Potensial Listrik

Potensial listrik adalah perubahan energi potensial per satuan muatan listrik ketika sebuah muatan uji dipindahkan di antara dua titik. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut:

V = potensial listrik (volt)
K = 9 x 10⁹ Nm²/C²
Q = muatan sumber (Coulomb)
r = jarak muatan uji ke sumber muatan (m)

Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik sebanding dengan usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q dari suatu ruang tak berhingga ke suatu titik yang potensial absolutnya V. Untuk memindahkan muatan listrik tersebut, dibutuhkan usaha sebesar qV. Jika muatan q dipindahkan dari titik A ke titik B, besar usaha yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

Keterangan:
W = usaha (J)
EP_B = energi potensial di titik B (J)

EP_A = energi potensial di titk A (J)
q = muatan sumber pada titik tertentu (C)
q_o = muatan uji (C)
V_B = potensial di titik B (V)
V_A = potensial di titik A (V)
r_B = jarak titik B dari titik A (m)
r_A = jarak titik acuan (lokasi muatan berasal) ke titik A (m)