Konsep Muatan Listrik dan Hukum Coulomb

didalam mekanika dikenal besaran massa yang selalu dimiliki tiap benda/zarah dan selalu bernilai positif. Nilai massa ini selain menentukan sifat kelembaman (inertia) benda terhadap pengaruh gaya luar, juga menentukan kekuatan interaksi grafitasi (gravitational interaction) yang terjalin diantara zat (matter) yang mengisi alam semesta ini. Positifnya nilai massa menunjukan bahwa  :

a.       percepatan yang ditimbulkan oleh suatu gaya selalu searah dengan arah gaya itu.

b.      Gaya grafitasi yang terjalin diantara dua benda bermateri senantiasa merupakan gaya tarik-menarik.

Berdasarkan telaah terhadap gerakan- gerakan planet mengedari matahari, Newton merumuskan bahwa besar gaya tarik-menarik antara dua zarah yang masing-masing mampunyai massa m1 dan massa m2 dan berjarak R satu terhadap lainnya memenuhi hokum grafitasi:

F = Gm1

Dengan G adalah tetapan grafitasi yang bernilai 6,670 x 10^-11 Nm2/kg2.

Selain terdapat interaksi grafitasi yang kekuatannya bergantung pada massa-massa yang terlibat, beberapa zarah/benda dapat juga melakuakan interaksi dengan cara lain yang jauh lebih kuat dan dapat bersifat tarik menarik maupun tolak menolak. Sifat-sifat interaksi ini dapat dijelaskan dengan mengenalkan besaran sekalar muatan listrik yang dimiliki oleh zarah-zarah/benda tersebut. Muatan listrik ini dapat diperoleh suatu zarah/benda melalui proses gosokan, pengionan, imbas dan lain sebagainya. Terdapat dua jenis muatan yang saling meniadakan (menetralkan); jenis yang pertama disebut muatan positif, jenis yang  lain disebut muatan negative. Kedua-duanya diberi lambing q yang merupakan suatu besaran sekalar. Ini berarti bahwa penggabungan 2 muatan listrik q1 dan q2 akan menghasilkan muatan hasil q=q1+q2. Menurut kesepakatan.

Muatan positif setanda/sejenis dengan muatan yang diperoleh kaca atau di gosok dengan kain sutera; muatan negative yang dapat meniadakan muatan positifdiatas sejenis/setanda dengan muatan listrik yangdiperoleh batu ambar (amber = electron dalam bahasa yunani) kalau digosok dengan kain bulu (wool).

Sifat muatan listrik

Benda yang bermuatan listrik akan menarik benda-benda yang ringan seperti potongan-potongan kertas / daun yang ringan /kering. Muatan-muatan yang sejenis (bertanda sama) saling tolak menolak, muatan-muatan yang berlainan jenis (tandanya berbeda) saling tarik menarik.

Menurut penyelidikan Charles coulomb (1785), besar gaya interaksi F antara dua titik muatan li’trik q' dan q yang rehat dan masing-masing terletak di r dan r, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan tersebut. Gaya interaksi fq yang bekerja pada q dan fq yang bekerja pada q’ berimpit dengan garis penghubung R=r-r antara letak kedua titik muatan (lihat gambar) dan memenuhi hokum aksi = - reaksi (hokum dinamika newton III).

Hokum coulomb untuk ruang hampa. Tetapan k merupakan tetapan satuan yang nilainya bergantung pada system satuan yang digunakan untuk mengukur nilai-nilai besaran-besaran fqdan R.

Dengan mengambil muatan q’ dan jarak R bernilai tetap, sedangkan nilai q diubah-ubah dan setiap kali diadakan pengukuran terhadap besar gaya yang bekerja padanya, dapat ditentukan nisbah berbagai muatan q yang diselidiki. Denga cara ini pengukuran muatan listrik diacu terhadap suatu muatan standar dapat dilakukan. Satuan muatan pertama kali dikenal ialah esu (elektronik unit) yang dinamakan statcoulomb (statC). Ini didefiniskan sebagai muatan yang dibawa oleh masing-masing dari dua muatan titik identik yang pada jarak 1 cm didalam ruang hampa akan saling tolak menolak dengan gaya 1 dyne.