BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Pada saat hujan turun,
pernahkah Anda
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?
Ledakan petir merupakan contoh nyata keberadaan listrik. Petir merupakan hasil pelepasan muatan listrik di awan. Energi yang dilepaskan petir sangat besar
sehingga menimbulkan cahaya panas dan bunyi gelegar yang sangat keras. Tahukah anda bahwa besarnya tegangan
listrik yang berasal dari petir dapat menghidupkan jutaan kendaraan? Kehidupan manusia sering terhubung
dengan listrik. Dapatkah
anda bayangkan, bagaimana kehidupan di bumi jika tidak ada listrik? Dari manakah listrik ini berasal?
B.
Rumusan Masalah
1.
Apa itu Listrik Statis?
2.
Apa perbedaan atom netral, positif dan
negatif?
3.
Apa sifat-sifat muatan listrik?
4.
Apa yang dimaksud Hk. Columb?
5.
Bagaimana arah garis gaya listrik?
6.
Bagaimana peranan Listrik Statis dalam
kehidupan sehari-hari?
C.
Tujuan
1.
Mendefenisikan Listrik Statis.
2.
Menjelaskan perbedaan atom netral,
positif dan negatif.
3.
Menjelaskan sifat-sifat muatan listrik.
4.
Menjelaskan bunyi hk. Columb.
5.
Mendeskripsikan arah garis gaya
liatrik.
6.
Menyebutkan manfaat dan penggunaan Listrik
Statis dalam kehidupan sehari-hari.
BAB 2
PEMBAHASAN
A.
Pengertian
Listrik Statis(electrostatic) membahas muatan
listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris
yang telah digosok-gosokkan ke rambut
dapat menarik potongan-potongan kecil kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris
plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan
listrik. Berdasarkan konsep muatan listrik,
ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif
dan muatan negatif.
B.
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. Untuk lebih
jelasnya mari kita pelajari susunan atomnya.
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.
Gbr. 1 susunan atom
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).
ü Suatu
atom dikatakan netral apabila di dalam intinya terdapat muatan positif(proton)
yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada kulitnya.
ü Suatu
atom dikatakan bermuatan positif apabila jumlah muatan positif(proton) pada
inti lebih banyak daripada muatan negatif(elektron) pada kulit atom yang
mengelilinginya.
ü Suatu
atom dikatakan bermuatan negatif apabila jumlah muatan positif(proton) pada
inti lebih sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom.
Gbr. 2 macam macam 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.
Gbr. 3 contoh atom hidrogen dan helium
C. Muatan
Listrik
Apakah seluruh
muatan listrik sama? Atau mungkinkah terdapat lebih dari satu jenis? Jenis
Muatan Listrik. Benjamin Franklin orang Amerika, Ia seorang saintis, seorang filosuf, (1706-1790) menyatakan ada dua muatan lisrik :
1)
Muatan
listrik positif
2)
Muatan listrik negatif
Sifat Muatan
Lisrik:
·
Dua muatan yang sejenis apabila
didekatkan maka akan tolak menolak
·
Dua muatan yang tidak sejenis apabila
didekatkan maka akan tarik menarik
Gbr 4. Sifat muatan listrik
Hukum Kekekalan Muatan
Benjamin Franklin mengusulkan bahwa “jumlah muatan yang dihasilkan oleh suatu benda melalui suatu proses
penggosokan, adalah sama dengan jumlah muatan positif dan negatif yang
dihasilkan. Jumlah bersih muatan yang dihasilkan oleh suatu benda selama proses
penggosokan adalah nol”. Contoh, ketika penggaris plastik digosok dengan
kain wol, plastik memperoleh muatan negatip dan kain wol memperoleh muatan
positip dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan tersebut dipisahkan, namun
jumlah kedua jenis muatan adalah sama. Ini adalah contoh dari suatu hukum yang
berlaku sampai sekarang, yang dikenal dengan nama hukum kekekalan muatan
listrik yang berbunyi:
Jika suatu benda
atau suatu daerah ruang memperoleh muatan positif, maka akan dihasilkan sejumlah
muatan negatif dengan jumlah yang sama pada daerah atau benda di sekitarnya.
Cara Memperoleh Muatan Listrik
Bila sebuah benda
logam bermuatan positif disentuhkan dengan benda logam lain yang tidak
bermuatan (netral), maka elektron-elektron bebas dalam logam yang netral akan
ditarik menuju logam yang bermuatan positif tersebut sebagaimana diperlihatkan
pada Gambar 6. Karena sekarang logam kedua tersebut kehilangan beberapa
elektronnya, maka logam ini akan bermuatan
Gambar 6 Batang logam netral memperoleh muatan ketika
disentuh dengan benda logam lain yang bermuatan.
positif. Proses demikian disebut memuati dengan cara konduksi atau dengan cara kontak, dan kedua benda
tersebut akhirnya memiliki muatan dengan tanda yang sama. Bila benda yang
bermuatan positip didekatkan pada batang logam yang netral, tetapi tidak
disentuhkan, maka elektron-elektron batang logam tidak meninggalkan batang,
namun elektron-elektron tersebut bergerak dalam logam menuju benda yang
bermuatan, dan meninggalkan muatan positip pada ujung yang berlawanan, seperti
diperlihatkan pada Gambar 7.
Gambar 7 Memberi muatan dengan jalan induksi
Muatan tersebut
dikatakan telah diinduksikan pada kedua ujung batang logam. Proses demikian
disebut memuati dengan cara induksi.
Tentu saja tidak ada muatan yang dihasilkan dalam batang; muatan
hanya dipisahkan. Jumlah muatan
pada batang logam masih sama dengan nol. Meskipun demikian, jika dipotong
menjadi dua bagian, kita akan memiliki dua benda yang bermuatan, satu bermuatan
positip dan yang lain bermuatan negatip.
Cara lain untuk menginduksi muatan pada benda logam
adalah dengan jalan menghubungkan logam tersebut menuju ground melalui kawat konduktor
sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 8a ( berarti ground). Selanjutnya
benda dikatakan di “ground-kan” atau “dibumikan”. Karena bumi sangat besar dan
dapat menyalurkan elektron, maka bumi dengan mudah dapat menerima ataupun
memberi elektron-elektron; karena itu dapat bertindak sebagai penampung
(reservoir) untuk muatan. Jika suatu benda bermuatan negatip didekatkan ke
sebuah logam, maka electron-elektron bebas dalam logam akan menolak dan
beberapa electron akan bergerak menuju bumi melalui kabel (Gambar 6b).
Gambar 8. Induksi muatan pada suatu benda yang
dihubungkan ke bumi.
Ini menyebabkan logam bermuatan positif. Jika sekarang
kabel dipotong, maka logam akan memiliki muatan induksi positif (Gambar 8c).
D.
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
Sesuai dengan hasil percobaan dua jenis muatan listrik.
Ketika penggaris plastik kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama
didekatkan pada penggaris plastik pertama, penggaris pertama bergerak menjauhi
penggaris kedua. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 9a. Ketika batang
kaca kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama didekatkan pada batang kaca
pertama, batang kaca kedua juga bergerak menjauhi batang kaca pertama.
Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 9b. Tetapi, jika batang kaca yang
bermuatan didekatkan pada penggaris plastik yang bermuatan, akan didapatkan
bahwa keduanya akan saling menarik, Gambar 9c.
Gbr
9. Interaksi benda nermuatan listrik
E.
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”.
|
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)
SATUAN MUATAN
Muatan suatu benda
sangat sulit diukur secara langsung. Akan tetapi, Coulomb menunjukkan bahwa
besarnya muatan dapat dikaitkan dengan besarnya gaya. Dengan demikian, ia dapat
menentukan besarnya muatan yang terkait dengan besarnya gaya yang dihasilkan. Satuan
muatan dalam SI adalah coulomb (C). Satu coulomb adalah muatan dari 6,25
x 1018 elektron atau proton. Ingat bahwa muatan proton dan elektron adalah
sama. Muatan yang dihasilkan ledakan petir besarnya sekitar 10 coulomb. Muatan
pada satu elektron hanya 1,60 x10-19 C. Besarnya muatan suatu elektron disebut
muatan elementer. Dengan demikian, benda sekecil apapun seperti uang logam pada
saku anda mengandung lebih dari satu juta coulomb muatan negatip. Muatan yang
dihasilkan dengan jumlah yang sangat besar ini hampir tidak ada efek
eksternalnya sebab diimbangi dengan jumlah muatan positip yang sama. Akan
tetapi jika muatan tidak seimbang, muatan yang kecilpun seperti 109 C dapat
mengakibatkan gaya yang besar.
Tetapan k sering dinyatakan dengan konstanta lain yang
disebut permitivitas ruang hampa o. Hubungan antara k dengan o
dinyatakan dalam persamaan: k= sehingga persamaan di atas menjadi:
F= x
Contoh soal :
Berapakah gaya listrik yang bekerja pada elektron
hidrogen oleh proton (+1,6x10-19 C) bila elektron (-1,6x10-19
C) mengelilingi proton padda jarak rata-rata 0,53x10-10m ?
Penyelesaian:
Dik : muatan
proton, q1= +1,6x10-19 C
Muatan
elektron, q1= -1,6x10-19 C
Jarak, r
= 0,53x10-10m
Dit : F=. . .. ?
Jawab :
F=k
F=(9x109)
F=82x10-9 N
F=8,2x10-8 N
F.
Induksi
Listrik
Induksi
listrik adalah peristiwa pemisahan muatan pada suatu benda karena pada benda
tersebut didekati benda lain yang bermuatan listrik.
Benda
netral didekati benda bermuatan negatif, maka muatan-muatan negatif benda
netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan positif mendekati benda yang
menginduksi.
Gbr 10. (a) Benda netral dan negatif
Benda
netral didekati benda bermuatan positif, maka muatan-muatan positif benda
netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan negatif mendekati benda yang
menginduksi.
Gbr 10 (b) benda netral dan positif
G.
Elektroskop
Elektroskop adalah alat/piranti yang dapat digunakan untuk
mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda. Di dalam sebuah peti kaca terdapat dua buah daun
elektroskop yang dapat bergerak (kadangkadang yang dapat bergerak hanya satu
daun saja), biasanya dibuat dari emas. Daun-daun elektroskop ini dihubungkan ke
sebuah bola logam yang berada di luar peti kaca melalui suatu konduktor yang
terisolasi dari peti.
Gambar 11 Elektroskop
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)
Apabila benda yang
bermuatan positip didekatkan ke bola logam, maka pemisahan muatan terjadi
melalui induksi, elektron-elektron ditarik naik menuju bola, sehingga kedua
daun elektroskop bermuatan positip dan saling menolak (Gambar 12a).
Proses demikian disebut memuati dengan cara induksi. Sedangkan, jika
bola dimuati dengan cara konduksi, maka bola logam konduktor, dan kedua daun
elektroskop memperoleh muatan positip, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar
12b. Pada setiap kasus, makin besar muatan, maka makin lebar pemisahan
daun-daun elektroskop. Meskipun demikian, perlu dicatat bahwa dengan cara ini,
anda tidak dapat menentukan tanda muatan, karena dalam setiap kasus, kedua daun
elektroskop saling menolak satu dengan yang lain. Meskipun demikian, suatu
elektroskop dapat digunakan untuk menentukan “tanda muatan” jika
Gambar 12 Elektroskop dimuati (a) dengan cara induksi,
(b) dengan cara konduksi
pertama-tama pemisahan muatan dilakukan dengan cara
konduksi, misalnya secara negatip, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 13a. Sekarang,
jika benda bermuatan negatip didekatkan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar
13b, maka lebih banyak elektron diinduksi untuk bergerak ke bawah menuju
daun-daun elektroskop sehingga kedua daun ini terpisah lebih lebar. Di sisi
lain, jika muatan positip didekatkan, maka elektron-elektron akan diinduksi
untuk bergerak ke atas, sehingga menjadi lebih negatip dan jarak pisah kedua
daun ini menjadi berkurang (menjadi lebih sempit), seperti pada Gambar 13c.
Gambar 13 Elektroskop yang pertama-tama dimuati dapat digunakan untuk
menentukan
tanda dari suatu muatan yang diberikan.
H.
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.
Gbr
14. 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 :
Keterangan :
E = Kuat medan listrik (N/C)
F = Gaya coulomb (N)
Q = muatan listrik (C)
PENANGKAL
PETIR
Batang logam
penangkal petir sering dipasang di atas atap rumah bertingkat atau di atas
bangunan tinggi, dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam. Penangkal
petir, melindungi rumah dan bangunan tinggi tersebut dari kerusakan oleh energi
listrik yang besar di dalam petir. Penangkal petir ini menyediakan suatu jalan
aman, atau pentanahan, agar arus listrik petir mengalir masuk ke dalam tanah, bukan
melewati rumah atau bangunan lain. Pernahkah anda melihat penangkal petir?
Pernahkah anda melihat bangunan tinggi yang dilengkapi dengan penangkal petir
seperti Gambar 15. Penangkal petir itu merupakan contoh pengosongan muatan
statis yang tidak menimbulkan kerusakan.
|
I.
Manfaat
Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari
Gejala
listrik statis dimanfaatkan dalam aplikasi sebagai berikut.
1.
Generator Van de Graff
Generator
Van de Graff menggunakan prinsip listrik statis yang mampu menghasilkan
tegangan sangat tinggi, yakni sekitar 20.000.000 volt, dengan gesekan yang ditimbulkan karet dapat menggerakkan
generator.
2.
Cat semprot.
Agar
mobil dapat dicat dengan rata, maka badan mobil diberi muatan listrik yang
berbeda dengan muatan listrik pada cat. Dengan demikian cat dapat menempel kuat
dan merata pada mobil.
BAB
3
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari makalah pembahasan listrik statis dapat ditarik
kesimpulan diantaranya :
1.
Listrik
statis (electro static) merupakan keadaan suatu benda yang mengandung muatan
listrik dalam keadaan statis (diam)/tidak mengalir.
2. Perbedaan atom netral, positif, dan negatif :
a) Bila di dalam intinya terdapat muatan
positif(proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada
kulitnya maka disebut atom
netral.
b)
Bila
jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih banyak daripada muatan
negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya maka disebut atom positif.
c) Bila jumlah muatan positif(proton) pada
inti lebih sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom maka disebut atom negatif.
3.
Benjamin
franklin mengatakan muatan listrik ada dua yaitu muatan positif dan negatif.
Adapun sifat-sifat muatan listrik yaitu :
a)
Dua muatan yang sejenis apabila
didekatkan maka akan tolak menolak
b) Dua
muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik
4.
Pada
tahun 1785 Charles Agustin Coulomb melakukan percobaan dan ia menyimpulkan bahwa: “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 dituliskan : F = k.
5.
Gaya
listrik dapa mempengaruhi muatan listrik pada sekitar medan listrik.
Garis-garis gaya listrik selalu berasal dari muatan positif menuju muatan
negatif. Garis-garisnya tidak pernah berpotongan serta semakin rapat garis gaya
maka semakin kuat medan listriknya.
6.
Ada
pun manfaat dan penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari antara
lain :
a)
Pada
Generator van de Gaff
b)
Pada
cat semprot
c)
Mesin
Foto Kopi, dll.
B.
Saran
Geen opmerkings nie:
Plaas 'n opmerking