LISTRIK STATIS

LISTRIK STATIS

4:45 PM Agus Dwianto

Pada saat hujan turun, pernahkah kamu melihat petir? Petir adalah peristiwa alam yang sangat berbahaya dan ditakuti semua orang, karena petir menimbulkan kilatan cahaya yang diikuti dengan suara dahsyat di udara. Apabila seseorang tersambar petir, maka tubuh orang tersebut akan terbakar. Akibat berbahayanya petir, maka gedung-gedung bertingkat yang cukup tinggi dilengkapi dengan penangkal petir. Apa yang menyebabkan terjadinya petir? Mengapa gedung-gedung bertingkat yang tinggi dilengkapi dengan penangkal petir? Temukan jawabannya dengan mempelajari materi ini.

A.     Susunan Atom

Thales Militus, seorang ilmuwan Yunani, menemukan gejala listrik yang diperoleh dengan menggosok batu ambar, yang dalam bahasa Yunani disebut elektron.

Setelah digosok ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda kecil yang berada di dekatnya. Sifat seperti ini dalam ilmu listrik disebut elektrifikasi. Listrik yang terjadi pada batu ambar yang digosok disebut listrik statis yaitu listrik yang tidak mengalir.

Teori Atom

Suatu zat terdiri atas partikel-partikel kecil yang disebut atom. Atom berasal dari kata atomos, yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Tetapi, dalam perkembangannya ternyata atom ini masih dapat diuraikan lagi.

Atom terdiri atas dua bagian, yaitu inti atom dan kulit atom. Inti atom bermuatan positif, sedangkan kulit atom terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif yang disebut elektron.

Inti atom tersusun dari dua macam partikel, yaitu proton yang bermuatan positif dan netron yang tidak bermuatan(netral).

Suatu atom dikatakan netral apabila di dalam intinya terdapat muatan positif(proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada kulitnya.

Suatu atom dikatakan bermuatan positif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih banyak daripada muatan negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya.

Suatu atom dikatakan bermuatan negatif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom.

Atom yang paling sederhana adalah atom hidrogen yang hanya tersusun atas 1 proton dan 1 elektron. Karena jumlah proton dan elektronnya sama, maka atom hidrogen dikatakan sebagai atom netral.

Atom helium terdiri atas 2 proton, 2 netron dan 2 elektron. Karena jumlah proton dan jumlah elektronnya sama, maka atom helium juga dikatakan sebagai atom netral.

B.     Muatan Listrik

Menurut Benyamin Franklin, ada dua muatan lisrik :

1.      Muatan listrik positif

2.      Muatan listrik negatif

Sifat Muatan Lisrik 

1. Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak
2. Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik

C.     Interaksi Benda Bermuatan Listrik

1.      Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif.

2.      Ketika ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif.

3.      Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan positif

D.     Hukum Coulomb

Pada tahun 1785, Charles Agustin Coulomb menemukan hukum dasar tentang gaya listrik antara dua partikel yang bermuatan.

Hasil penelitiannya dikenal dengan Hukum coulomb, yang berbunyi :

“Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda”.

Secara matematis Hukum Newton dituliskan :

Keterangan :

F                    = Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N)

k                     = Konstanta (9.10⁹ N.m²/C²)

Q₁, Q₂            = muatan listrik (C)

r                     = jarak antara dua muatan (m)

E.      Induksi Listrik

Induksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan pada suatu benda karena pada benda tersebut didekati benda lain yang bermuatan listrik.

Contoh :

Benda netral didekati benda bermuatan negatif, maka muatan-muatan negatif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan positif mendekati benda yang menginduksi.

Benda netral didekati benda bermuatan positif, maka muatan-muatan positif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan negatif mendekati benda yang menginduksi.

F.      Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda.

Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang sejenis dengan benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka)

G.     Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah di sekitar benda  bermuatan listrik yang masih dipengaruhi oleh

gaya listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik.

Sifat-sifat garis gaya listrik 

1. Garis gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif
2. Garis gaya listrik tidak pernah berpotongan
3. Semakin rapat garis gaya listrik,  semakin kuat medan listriknya

Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan persamaan : 

E    = Kuat medan listrik (N/C)

F    = Gaya coulomb (N)

Q    = muatan listrik (C)



Listrik statis (elektrostatic) adalah kumpulan muatan listrik dalam jumlah besar, yang statis (tidak mengalir), namun apabila terjadi pengosongan muatan tersebut waktunya sangat singkat.

A.    Cara Menimbulkan Benda Bermuatan Listrik
Benda bermuatan listrik adalah sebuah benda yang mengalami kelebihan atau kekurangan elektron. Beberapa cara sederhana untuk menimbulkan listrik statis adalah:
1.    Penggaris plastik yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan listrik negatif.
2.    Kaca yang telah digosok dengan bulu akan bermuatan listrik positif.

B.    Jenis-jenis Muatan Listrik                  
Dalam atom terdiri dari inti atom dan elektron. Inti atom terdiri dari proton dan neutron, proton bermuatan positif dan neutron tidak bermuatan (netral). Atom disebut netral jika jumlah proton di dalam inti atom sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti. Atom positif adalah atom yang memiliki muatan positif lebih banyak dari muatan negatifnya.

C.    Hukum Coulomb
Charles Augustin de Coulomb adalah orang yang pertama kali meneliti hubungan gaya listrik dengan dua muatan dan jarak antara keduanya dengan menggunakan sebuah neraca puntir. Dalam penelitian tersebut akhirnya Coulumb menyimpulkan dalam sebuah hukum yang disebut hukum Coulumb:
    besar gaya tolak-menolak ataugaya tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat  jarak antara kedua benda bermuatan.
Secara matematis, Hukum Coulomb dapat dirumuskan:



Keterangan:
F     = gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak (Newton)
k     = konstanta = 9 × 109 N m2 C-2
q1, q2    = muatan masing-masing benda (Coulomb)
 r    = jarak antara kedua benda (meter)

D.    Induksi Listrik                      
Induksi listrik atau influensi imbas listrik adalah peristiwa pemisahan muatan listrik (perpindahan elektron) karena didekati oleh benda bermuatan listrik.

E.    Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi gaya listrik. Besarnya kuat medan listrik dapat ditentukan dengan rumus:
                       Keterangan:   

       E    = Kuat medan listrik (N/C)
       F    = Gaya Coulomb (N)
       q    = Muatan listrik (C)
       
F.    Potensial Listrik
Potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik  dari satu tempat ke tempat lain per jumlah muatannya. Potensial listrik dirumuskan:
                         Keterangan:

       W = Usaha, satuan Joule (J)
       q = Muatan listrik, satuan Coulomb (C)
       V = Potensial listrik, satuan volt (V)

G.    Pemanfaatan Listrik Statis
Pemanfaatan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari antara lain:
1.    Penangkal Petir           
2.    Generator Van de Graaff       
3.    Alat penggumpal asap
4.    Pengecatan mobil
5.    Mesin fotokopi