Apa itu k dalam rumus Coulomb?

Mengenali Pemalar Coulomb (k) dalam Hukum Coulomb

Hukum Coulomb, asas kepada pemahaman kita tentang daya elektrostatik, menggambarkan daya tarikan atau tolakan antara dua cas elektrik. Rumus yang sering kita jumpa ialah:

F = k |q₁q₂| / r²

Di mana:

• F mewakili magnitud daya elektrostatik (dalam Newton)
• q₁ dan q₂ mewakili magnitud cas elektrik bagi kedua-dua objek (dalam Coulomb)
• r mewakili jarak di antara pusat kedua-dua cas (dalam meter)

Namun, apa sebenarnya maksud simbol ‘k’ dalam rumus ini? ‘k’ ini bukanlah sebarang pemalar biasa, sebaliknya ia dikenali sebagai pemalar Coulomb. Peranannya begitu penting, kerana ia menentukan kekuatan daya elektrostatik yang wujud antara dua cas.

Berbeza dengan pemalar-pemalar lain yang bernilai tetap, nilai ‘k’ sebenarnya bergantung kepada medium yang memisahkan kedua-dua cas tersebut. Dalam ruang vakum, nilai k adalah paling tepat dan dianggap sebagai pemalar fizik asas:

k ≈ 8.98755 × 10⁹ N⋅m²/C²

Namun, apabila medium di antara kedua-dua cas bukan vakum, nilai k akan berubah. Medium-medium seperti udara, air, atau bahan penebat lain akan mempengaruhi daya elektrostatik. Ini kerana medium-medium ini mempunyai keupayaan untuk mengurangkan daya tarikan atau tolakan antara cas-cas, satu fenomena yang dipengaruhi oleh pemalar dielektrik (ε) medium tersebut. Hubungan antara k dan ε adalah songsang, iaitu:

k = 1/(4πε₀)

di mana ε₀ mewakili pemalar permittiviti elektrik vakum. Dalam medium lain selain vakum, k akan digantikan dengan k/ε, di mana ε merupakan pemalar dielektrik relatif medium tersebut. Nilai ε sentiasa lebih besar daripada 1, menyebabkan nilai k yang efektif berkurang. Ini bermaksud, daya elektrostatik akan lebih lemah dalam medium selain vakum.

Kesimpulannya, pemalar Coulomb (k) bukan sekadar nombor, tetapi suatu kuantiti penting yang mencerminkan sifat medium di antara cas-cas elektrik dan seterusnya menentukan magnitud daya elektrostatik. Memahami peranan ‘k’ adalah kunci kepada pengiraan yang tepat dan pemahaman yang mendalam terhadap fenomena elektrostatik. Nilai k yang lebih besar menunjukkan daya elektrostatik yang lebih kuat, manakala nilai k yang lebih kecil menunjukkan daya yang lebih lemah. Penggunaan nilai k yang tepat, berdasarkan medium yang terlibat, adalah krusial dalam aplikasi-aplikasi yang melibatkan interaksi cas elektrik seperti dalam reka bentuk litar elektronik dan teknologi berkaitan.