Materi Kuliah Fisika Dasar II  
                                                         (Pokok Bahasan 1) 
                                 MUATAN LISTRIK DAN HUKUM COULOMB 
                                                           Drs. Ishafit, M.Si. 
                                       Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Ahmad Dahlan 
                                                                     
                     
                       Muatan Listrik 
                        Muatan listrik diketahui ada dua jenis, yaitu (dinamai) muatan listrik positif dan 
                        muatan listrik negatif. Benda dikatakan bermuatan listrik positif apabila benda itu 
                        kekurangan  elektron,  sedangkan  benda  yang  kelebihan  elektron  dikatakan 
                        bermuatan  listrik  negatif.  Benda  dikatakan  netral  apabila  jumlah  muatan  listrik 
                        positif  dan  negatif  yang  dikandungnya  sama  (benda  dapat  dikatakan  tidak 
                        bermuatan).  Muatan  listrik  diberi  simbol  q  dan  satuan  muatan  dalam  SI  adalah 
                        coulomb (C).  
                       Kuantisasi Muatan Listrik  
                        Dari eksperimen diketahui bahwa muatan yang dikandung suatu benda merupakan 
                        kelipatan bulat dari muatan elementer (yang diberi simbol e). Jadi, muatan listrik 
                        yang dikandung benda dapat dinyatakan dengan q=ne (dalam hal ini n merupakan 
                        bilangan bulat). Besar muatan elementer (muatan elektron atau proton) adalah: 
                                            e=1,60 x 10-19 C  
                        Nilai  ini  1  C  ekivalen  dengan  kuantitas  muatan  yang  dibawa  oleh  6,25  x  1018 
                        elektron. 
                     
                       Interaksi antara Dua Benda Bermuatan Listrik  
                     
                     
                     
                     
                     
                     
                     
                                                                            +                             + 
                     
                                                                            Interaksi Dua Benda Bermuatan 
                             Interaksi Dua Benda Netral                          Sejenis (positif-positif) 
                     
                     
                                                                     
                                                                     
                                                                     
                                                                     
                                                                     
                                                                     
                            -                            -                            +            - 
                                                                     
                          Interaksi Dua Benda Bermuatan                      Interaksi Dua Benda Bermuatan 
                              Sejenis (negatif-negatif)                        Tak Sejenis (positif-negatif) 
                                                                     
                                                              Gambar 1. 
                                                                   1 
                     
                        Dua benda yang bermuatan listrik sama (keduanya positif atau negatif) saling tolak-
                        menolak,  akan  tetapi  apabila  kedua  benda  bermuatan  listrik  tidak  sejenis  (satu 
                        positif dan lainya negatif) saling tarik-menarik.  
                     
                     
                       Gaya Interaksi Elektrostatik (Hukum Coulomb) 
                     
                        Pernyataaan kuantitatif tentang gaya interaksi listrik antara dua benda bermuatan 
                        listrik pertama kali dinyatakan oleh Charles A. de Coulomb (1736-1806), yaitu: 
                             
                            Interaksi elektrostatik antara dua partikel bermuatan sebanding dengan muatan 
                            keduanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya, dan 
                            arahnya segaris dengan garis hubungan kedua muatan. 
                     
                                                               r 
                                                                                             F  
                                  q                                              q’            q'
                                             ˆ
                                            r 
                                             
                                                                Gambar 2. 
                                                                       
                        Misalkan q dan q’ dua muatan listrik berada di dua titik yang terpisah sejauh r, dan 
                        misal  r  adalah  vektor  satuan  yang  arahnya  dari  q  menuju  q’  (diandaikan  kedua 
                        muatan diam), maka rumusan matematis dari hukum Coulomb adalah: 
                         
                                                qq'
                                                      ˆ
                                     F k            r
                                       q'       r2                                                            (1) 
                          dalam hal ini, k adalah tetapan kesebandingan yang telah diukur sebesar: 
                     
                                     k  9,0109Nm2C-2 
                        Tetapan k dihubungkan dengan tetapan lain  , yaitu: 
                                                                         0
                                     k         1
                                             4                                                              (2) 
                                                    0
                        dengan   disebut permitivitas ruang hampa yang bernilai: 
                                  0
                     
                                                        12   2   -1   -2
                                     0 8,8510           C N m   
                     
                        Sehingga F  menjadi: 
                                    q’
                                               1 qq'
                                                          ˆ
                                     F                  r
                                       q'    4 r2                                                           (3) 
                                                  0
                        Gaya listrik yang dialami muatan  q’ oleh distribusi muatan diskret (misalnya n buah 
                        muatan q) adalah: 
                                                                   1     n q q'
                                                                             i
                                                                                 ˆ
                                     F F F F                              r                             (4) 
                                      q'    1     2          n   4  r2 i
                                                                      0 i1  i
                         
                                                                   2 
                     
                    Gaya listrik yang dialami muatan  q’ oleh distribusi muatan kontinyu  adalah: 
                                
                                        q'     dq
                                                   ˆ
                               F                  r
                                 q'              2
                                      4  r                                         (5) 
                                           0
                                       
                  
                                                     dq               r 
                                                                                q’ 
                  
                  
                  
                  
                  
                  
                  
                                                     Gambar 3. 
                  
                 1. Gaya Elektrostatik oleh Muatan Positif pada Kawat Semi-Infinite 
                    dF 
                  
                                   dF dFcos 
                                     y
                                  q 
                   dF dFsin  
                     x
                                               r 
                              D 
                  
                                                              dQdx 
                  
                                               x 
                                                             dx 
                                                                    Gambar 4. 
                                qdQ
                                     ˆ
                        dFk r2 r                                                            (6) 
                        dF dFsin kqdxsin
                           x                          r2                                     (7) 
                        dF dFcos kqdxcos
                           y                        r2                                       (8) 
                        F kq sindx
                          x                   2                                              (9) 
                                      
                                       0    r
                        F kq cosdx
                          y                 2                                                   (10) 
                                    
                                     0     r
                                                         3 
              Dengan menggunakan geometri gambar di atas, maka diperoleh: 
               
                    xDtan               dxDsec2d                      (11) 
                    r  Dsec             r2  D2sec2                     (12) 
               
                                / 2 sinDsec2d      kq /2
                    F kq                                  sind
                     x                  2   2                              (13) 
                                                          
                               0      D sec            D 0
               
                    F kq
                      x        D                                           (14) 
                    F  kq /2cosd  kq
                      y                                                    (15) 
                                 
                             D 0                   D
               
                               kq                   kq         0
                                       ˆ   ˆ
                         F D (ij) 2 D 135                             (16) 
                  
              2.  Gaya Elektrostatik oleh Cincin Bermuatan Kontinyu 
               
               
                                                   dF 
               
               
                                           q 
               
               
                                              
                                                d
                                          r 
                                                z 
               
                                           +       +  Q 
               
                                    +                    + 
               
                                                 R 
                                  +                       + 
                                   ds 
                                         +          + 
                    
                    
                                             Gambar 5. 
                                              4