Berapakah konstanta k dalam listrik?

Menyelami Konstanta k dalam Hukum Coulomb: Lebih Daripada Sekadar Angka

Hukum Coulomb, asas penting dalam elektromagnetisme, menerangkan daya tarikan atau tolakan antara dua cas elektrik. Hukum ini menyatakan bahawa daya (F) berkadar terus dengan hasil darab magnitud kedua-dua cas (q1 dan q2) dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak (r) antara mereka. Hubungan ini diwakili oleh persamaan:

F = k (q1 q2) / r²

Di sini, ‘k’ ialah pemalar berkadaran, sering disebut sebagai pemalar Coulomb atau pemalar daya elektrik. Persoalannya, berapakah nilai sebenar k? Jawapannya tidak semudah yang disangka, kerana nilai k bergantung kepada medium di mana cas tersebut berada.

Nilai k yang sering disebut, k ≈ 9 × 10^9 N⋅m²/C², adalah nilai k dalam vakum atau udara. Angka ini diperolehi daripada persamaan:

k = 1 / (4πε₀)

di mana ε₀ (epsilon sifar) ialah permitiviti vakum, suatu pemalar asas yang mewakili keupayaan vakum untuk membenarkan medan elektrik wujud. Nilai ε₀ ialah kira-kira 8.854 × 10⁻¹² C²/N⋅m².

Namun, apabila cas berada dalam medium selain vakum, seperti air, minyak, atau pepejal, nilai k akan berbeza. Ini kerana medium tersebut mempunyai permitiviti tersendiri (ε), yang mempengaruhi interaksi antara cas. Permitiviti relatif (εr) sesuatu medium ditakrifkan sebagai nisbah permitiviti medium tersebut kepada permitiviti vakum:

εr = ε / ε₀

Maka, pemalar k dalam medium selain vakum boleh dikira dengan:

k = 1 / (4πε₀εr)

Semakin tinggi permitiviti medium (εr yang lebih besar), semakin rendah nilai k. Ini bermakna daya antara dua cas dalam medium yang mempunyai permitiviti tinggi akan lebih lemah berbanding dalam vakum. Sebagai contoh, air mempunyai permitiviti relatif yang tinggi (kira-kira 80), maka daya elektrik antara dua cas dalam air akan jauh lebih lemah berbanding dalam udara.

Kesimpulannya, konstanta k dalam Hukum Coulomb bukanlah suatu nilai tetap yang universal, tetapi bergantung kepada permitiviti medium di mana cas tersebut berada. Memahami peranan permitiviti medium adalah penting untuk mengira daya elektrik dengan tepat dalam pelbagai situasi. Nilai k ≈ 9 × 10^9 N⋅m²/C² hanyalah nilai khusus untuk vakum atau udara, dan tidak boleh digunakan secara umum untuk semua medium.