1. Pengertian Hukum Coulomb

Hukum Coulomb merupakan salah satu hukum dasar dalam Ilmu Fisika khususnya yang berkaitan dengan kelistrikan. Hukum ini berbicara tentang gaya yang muncul diantara dua partikel bermuatan. Seiring dengan peningkatan jarak, medan dan gaya listrik akan mengecil. Gagasan dasar ini kemudian diformulasikan oleh Coulomb menjadi persamaan matematis. Gaya antara partikel bermuatan ini dapat bernilai postif ataupun negatif, bergantung pada apakah kedua partikel tersebut saling tarik menarik atau tolak menolak.

A. Bunyi hukum Coulomb dan Rumusnya

Bunyi hukum Coulomb yaitu “besarnya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan.” Gaya tarik-menarik atau tolak menolak ini disebut dengan gaya Coulomb atau gaya listrik. Hukum Coulomb dirumuskan melalui persamaan:

Rumus Hukum Coulomb dirumuskan pertama kali oleh Charles Augustin de Coulomb. Beliau adalah seorang ilmuwan Perancis yang bekerja pada 1700-an. Meskipun sebelumnya, seorang ilmuwan Inggris bernama Henry Cavendish juga mengusulkan ide yang hampir sama. Tetapi, Coulomb lebih dikenal sebagai penemu dari gaya partikel bermuatan ini, karena Cavendish hampir tidak pernah mempublikasikan karyanya. Dunia tidak pernah tahu tentang pekerjaan Cavendish hingga satu dekade setelah ia meninggal.

Dalam hukum Gravitasi, telah dipahami bahwa jika kita meningkatkan massa benda maka akan membuat gaya semakin besar. Hampir sama dengan yang terjadi pada hukum Coulomb, gaya yang bekerja diantara dua partikel bermuatan, bergantung pada besarnya muatan yang dimiliki oleh masing-masing partikel tersebut. Selain itu, tentu saja jarak antara partikel juga berpengaruh pada besarnya gaya.

B. Contoh percobaan dari Hukum Coulomb

Pernahkah anda menyaksikan peristiwa dua benda non magnetik yang saling tarik-menarik? Jika belum, lakukanlah percobaan berikut:

Sobeklah selembar kertas menjadi potongan kecil-kecil (kurang lebih ukuran 1 cm x 1 cm). Kemudian gosokkanlah sebatang penggaris plastik ke rambut kering, dan dekatkan penggaris itu ke potongan kertas tadi. Apa yang terjadi? Potongan kertas kecil akan menempel ke penggaris plastik. Mengapa demikian?

Tarik menarik antara kertas dengan penggaris plastik terjadi akibat adanya perbedaan muatan listrik yang dimiliki kedua benda itu. Prosesnya penggaris yang bermuatan listrik dapat menarik sobekan-sobekan kertas dapat dijelaskan sebagai berikut:
Dalam kebanyakan atom atau molekul netral, pusat muatan positif berimpit dengan pusat muatan negatif. Ketika isolator misalnya sobekan-sobekan kertas yang bermuatan netral didekati oleh benda bermuatan listrik positif misalnya penggaris, pusat muatan negatif kertas ditarik mendekati benda bermuatan positif penggaris. Dengan demikian, akan dihasilkan muatan yang lebih negatif pada sisi kertas yang berdekatan dengan benda pemberi muatan (penggaris). Muatan yang berbeda jenis ini menghasilkan gaya tarik menarik sehingga isolator dapat menempel pada benda bermuatan listrik.

Muatan listrik merupakan entitas dasar dan menjadi primadona dalam elektrostatika. Muatan listrik dapat dipindah dari suatu benda ke benda lainnya dengan cara menggosok atau cara lainnya, akan tetapi muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Ada tiga jenis muatan yaitu positif, negatif dan netral. Muatan yang sejenis bersifat tolak-menolak, dan muatan yang tak sejenis akan tarik-menarik.

Muatan listrik itu tersimpan dalam benda-benda yang berada di sekeliling kita, seperti misalnya pada plastik yang digosok dengan wool, gelas yang digosok dengan sutera pada kilat, dan masih banyak yang lainnya lagi.

Benda-benda yang bermuatan akan mengerjakan gaya terhadap benda bermuatan lainnya. Gaya ini dinamakan gaya elektrostatik. Gaya ini bergantung pada besarnya muatan masing-masing benda dan bergantung pada jarak ke dua benda.

2. Pengertian Kapasitor

Pengertian kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan arus listrik di dalam medan listrik sampai batas waktu tertentu dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan arus listrik. Kapasitor ditemukan pertama kali oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9×1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut. Kapasitor disebut juga kondensator. Kata “kondensator” pertama kali disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Italia “condensatore”), yaitu kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik.

Seperti halnya resistor, kapasitor juga tergolong ke dalam komponen pasif elektronika. Adapun cara kerja kapasitor dalam sebuah rangkaian elektronika adalah dengan cara mengalirkan arus listrik menuju kapasitor. Apabila kapasitor sudah penuh terisi arus listrik, maka kapasitor akan mengeluarkan muatannya dan kembali mengisi lagi. Begitu seterusnya.

Kapasitor biasanya terbuat dari dua buah lempengan logamyang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umumnya dikenal misalnya adalah ruang hampa udara, keramik, gelas, dan lain-lain. Jika kedua ujung pelat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif, dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.

A. Kapasitas Kapasitor

Kapasitas Kapasitor

Di dalam kapasitor bila dihubungkan dengan sumber tegangan listrik maka dalam kapasitor itu akan menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi listrik disebut kapasitas kapasitor yang diberi lambang C yang nilainya dapat dinyatakan dengan perbandingan antara banyaknya muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor dengan beda potensial yang timbul pada ujung-ujung kapasitor tersebut dan dirumuskan :

dengan :

C = kapasitas kapasitor (farad diberi lambang F)
Q = muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor (Coulomb diberi lambang C)
V = beda potensial antara keping kapasitor (volt)

Besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar yang memiliki luas penampang keping yang sama berbanding lurus dengan luas penampang keping dan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua keping dan tergantung pada bahan dielektrikum yang diselipkan di antara kedua keping tersebut, yang dapat dinyatakan dalam persamaan :

  atau 

di mana ε = ε_r ε_o

dengan :

C = kapasitas kapasitor
A = luas penampang keping kapasitor
d = jarak antara kedua keping kapasitor
ε_o = konstanta permitivitas ruang hampa = 8,85 × 10-12 C2N-1m-2
ε_r = permitivitas relatif bahan
ε = permitivitas bahan

B. Energi dalam Kapasitor

Energi Dalam Kapasitor

Kapasitor yang dihubungkan dengan sumber tegangan akan menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Besarnya energi listrik yang tersimpan dalam kapasitor sama dengan usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik dari sumber tegangan ke dalam kapasitor tersebut. Perhatikan gambar dibawah menggambarkan grafik pengisian kapasitor dari keadaan kosong.

Grafik hubungan muatan kapasitor dan tegangan

Usaha yang diperlukan untuk mengisi muatan listrik dalam kapasitor dapat dinyatakan dalam grafik hubungan antara Q dan V yaitu W =  QV. Dari persamaan diperoleh bahwa Q = CV maka :

dengan :

W = energi yang tersimpan di dalam kapasitor (joule)
C = kapasitas kapasitor (F)
V = beda potensial antara kedua keping kapasitor (volt)

3. SUSUNAN KAPASITOR

Kapasitor atau kondensator adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik.Dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik), Tiap konduktor disebut keping. Simbol yang digunakan untuk menampilkan sebuah kapasitor dalam suatu rangkaian listrik adalah

Dalam pemakaian normal, satu keping diberi muatan positifdan keping lainnya diberi muatan negatif yang besarnya sama. Antara kedua keping tercipta suatau medan listrik yang berarah ke keping positif menuju keping negatif

Kapasitor berguna untuk :

1. memilih frekuensi pada radio penerima

2. filter dalam catu daya (power suply).

3. memadamkan bunga api pada sistim pengapian mobil

4. menyimpan energi dalam rangkaian penyala elektronik.