LISTRIK STATIS


 LISTRIK STATIS

Standar Kompetensi  :

3. Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari

Kompetensi Dasar     :                      

3.1     Mendeskripsi-kan muatan listrik untuk memahami gejala-gejala listrik statis serta kaitannya dalam kehidupan sehari-hari.

1. Ringkasan Materi

  1. 1.       Pengertian Listrik Statis

Di dalam kehidupan kita sehari-hari kata listrik bukan merupakan hal yang asing lagi. Banyak peralatan rumah tangga yang menggunakan listrik, misalnya setrika radio, televisi, lemari es, kipas angin, mesin jahit listrik, magic jar, dan mesin cuci. Hal ini menunjukkan bahwa di dalam kehidupan kita energi listrik sudah menjadi kebutuhan pokok. Oleh karena itu penting bagi kita untuk mempelajari listrik. Dalam ilmu fisika, listrik  dibedakan menjadi dua macam, yaitu ;listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis mempelajari sifat kelistrikan suatu benda tanpa memperhatikan gerakan atau aliran muatan listrik dalam ilmu fisika disebut elektrostatika. Sebaliknya, jika memperhatikan adanya muatan listrik yang bergerak atau mengalir, maka disebut listrik dinamis atau elektrodinamika. Thales dari Milete (540 – 546 SM) adalah ahli pikir Yunani purba, yang menurut sejarahnya menyatakan bahwa gejala listrik statis terjadi pada batu ambar yang digosok dengan bulu, ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda ringan yang lain misalnya bulu ayam. Dalam  bahasa Yunani batu ambar sering disebut elektron.

  1. 2.       Pengertian Atom

Pemahaman listrik statis dan penerapannya dapat dijelaskan melalui teori atom. Teori atom dan model atom yang dikenal sekarang adalah hasil penyelidikan dan teori-teori yang dikemukakan oleh E. Rutherford (1871-1937), Niels Bohr (1885-1962) dan ahli fisika lain dari berbagai negara. Teori atom tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :

  1. Zat terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil yang disebut atom
  2. Atom terdiri atas inti atom (nucleon) yang dikelilingi oleh elektron. Elektron adalah bagian atom yang bermuatan negatif
  3. Inti atom terdiri atas proton dan netron. Proton merupakan bagian atom yang bermuatan positif dan netron bermuatan netral.
  4. Karena sesuatu hal elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom yang lain, sedangkan inti atom tetap.

Atom yang mempunyai jumlah proton sama dengan jumlah elektron dinamakan atom netral. Atom yang melepaskan elektron menyebabkan kekurangan elektron dan disebut atom bermuatan positif sedang atom yang menangkap elektron menyebabkan kelebihan elektron dan dinamakan atom bermuatan negatif. Nah sudah jelaskah kamu perbedaan elektron dan atom bermuatan negatif ? Agar lebih jelas perhatikan gambaran model atom berikut.

  1. 3.     Benda Bermuatan Listrik

Benda atau materi pada umumnya mempunyai jumlah proton sama dengan jumlah elektron, benda ini dikatakan benda dalam keadaan netral. Gaya ikat inti terhadap elektron antara bahan satu dengan lain berbeda. Karena sesuatu hal, elektron dapat lepas dari lintasannya dan berpindah ke atom lain. Perpindahan elektron tersebut menyebabkan perubahan muatan suatu atom.

Jika keseimbangan antara jumlah proton dan jumlah elektron terusik yaitu adanya pengurangan atau penambahan muatan elektron, maka benda tersebut dikatakan bermuatan listrik. Benda akan bermuatan listrik positif bila kekurangan elektron dan benda bermuatan negatif apabila kelebihan elektron. Cara paling mudah untuk memperoleh benda bermuatan listrik dapat dilakukan dengan gosokan. Jika dua benda saling digosokkan, maka elektron dari benda yang satu akan pindah ke benda yang lain, sehingga benda yang kehilangan elektron akan bermuatan positif dan benda  yang menerima pindahan elektron akan bermuatan negatif.

Sebenarnya untuk perpindahan elektron antara dua benda keduanya tidak perlu digosok-gosokkan, cukup dikontakkan atau ditempelkan saja, tetapi dengan saling digosokkan, maka perpindahan elektron akan lebih mudah. Jika ingin memperoleh logam bermuatan dengan cara gosokan, maka logam itu harus diisolasi dari tanah agar muatannya tidak dinetralkan, karena adanya aliran elektron ke tanah bila bendanya bermuatan negatif, atau sebaliknya elektron dari tanah bila benda tersebut bermuatan positif. Jika pemegang tidak pakai sepatu yang bersifat isolator maka muatan listrik bisa mengalir melalui tangan, badan, dan kaki si pembuat eksperimen.

Seorang ahli telah menyusun deret benda-benda seperti terlihat pada tabel. Deret benda tersebut menunjukkan bahwa benda akan memperoleh muatan negatif bila digosok dengan sembarang benda di atasnya, dan akan memperoleh muatan positif bila digosok dengan benda di bawahnya. Deret semacam ini dinamakan deret tribolistrik.

                                                                        Tabel 1

                                                             Deret Tribolistrik

No.

Nama Benda

No.

Nama Benda

1.

Bulu kelinci

8.

Kayu

2.

Gelas

9.

Batu Ambar

3.

Mika

10.

Damar

4.

Wol

11.

Logam (Cu, Ni, Ag)

5.

Bulu kucing

12.

Belerang

6.

Sutra

13.

Logam (Pt, Au)

7.

Kapas

14.

Seluloid

Jika atom-atom benda lebih cenderung melepaskaan elektron, maka zat yang disusun-nya lebih cenderung bermuatan positif. Sebaliknya jika atom-atom benda lebih cenderung menangkap elektron, maka zat yang disusunnya cenderung bermuatan negatif. Dengan demikian muatan listrik sebuah benda sangat tergantung dengan muatan listrik atom-atom penyusunnya.

  1. 4.     Hukum Kekekalan Muatan

Menurut Benjamin Franklin (1706–1790), adanya perpindahan muatan dari benda satu ke benda yang lain merupakan implikasi dari hukum kekekalan muatan, artinya pada saat terjadi gosokan antara dua benda, tidak menciptakan muatan listrik baru namun prosesnya merupakan perpindahan muatan dari satu benda ke benda yang lain. Jumlah bersih muatan yang dihasilkan oleh suatu benda selama proses  penggosokan adalah nol. Contoh, ketika  penggaris plastik digosok dengan kain wol, plastik memperoleh muatan negatif dan kain wol memperoleh muatan positif 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 Jumlah bersih muatan listrik yang dihasilkan pada dua benda yang berbeda (penggaris plastik dan kain wol)  dalam  suatu  proses penggosokan adalah nol. 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.

  1. 5.     Cara membuat benda bermuatan listrik
    1. Menggosok

Benda yang netral dapat menjadi bermuatan apabila digosokkan pada benda yang lain. Hal ini disebabkan karena gosokan dapat membuat elektron berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Muatan listrik pada sebuah benda, sangat dipengaruhi olah muatan listrik atom-atom penyusunnya.  Ada atom-atom yang cenderung melepas elektron, tetapi ada juga atom-atom yang cenderung mengikat elektron. Jika dua benda tersusun dari atom-atom yang memiliki perbedaan sifat tersebut saling digosokkan maka, maka interaksi itu akan lebih mudah membuat benda bermuatan listrik.

Jika kain wool digosokkan pada plastik, maka elektron-elektron kain wool akan berpindah menuju plastik, sehingga plastik menjadi bermuatan negatif. sementara itu kain wool menjadi bermuatan positif karena kehilangan elektron-elektronnya. Penggaris plastik yang digosokkan pada rambut/ kain woll menjadi bermuatan listrik karena elektron dari rambut/ woll berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik kelebihan elektron. Akhirnya penggaris plastik tersebut menjadi bermuatan negatif. Demikian pula pada ebonite yang digosokan pada rambut/wol mengalami hal yang sama, rambut/wol akan melepaskan sebagian elektron dan ebonite akan kelebihan elektron sehingga ebonite menjadi bermuatan negatif.

Sedangkan kaca yang digosokan pada kain sutra, maka kaca menjadi bermuataan positif. sementara itu kain sutera menjadi bermuatan negatif karena mendapat tambahan elektron. Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, maka elektron-elektron dari batang kaca berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca kekurangan elektron. Dengan demikian, batang kaca menjadi bermuatan positif.

Apabila benda yang bermuatan didekatkan pada benda-benda ringan yang ada disekitarnya menyebabkan benda-benda ringan tersebut tertarik dan menempel. Penggaris plastic yang sudah digosok dengan kain woll didekatkan pada potongan kertas-kertas kecil, kertas-kertas tersebut akan menempel pada penggaris plastic. Hal ini dapat terjadi karena elektron pada penggaris akan tarik menarik dengan muatan positif (proton) kertas tersebut.

  1. Induksi

Benda bermuatan positif maupun negatif dapat menarik benda netral. Benda yang bermuatan listrik berusaha mempengaruhi muatan yang tidak sejenis pada benda netral dan berupaya menarik ke arahnya. Akibatnya pada benda netral tersebut terjadi pemisahan muatan. Peristiwa pemisahan muatan listrik pada benda netral akibat benda bermuatan listrik yang didekatkan disebut induksi listrik. Induksi (pengaruh) listrik ini dapat digunakan untuk membuat benda netral menjadi bermuatan listrik. Benda bermuatan negatif jika didekatkan benda netral akan menarik semua muatan positif benda netral ke salah satu ujung, akibatnya ujung yang lain bermuatan negatif. Jika muatan negatif dihubungkan dengan bumi kemudian diputus, benda netral tadi akan berubah menjadi benda bermuatan positif.

  1. 6.     Sifat Muatan Listrik

Benda-benda yang bermuatan listrik apabila saling didekatkan akan terjadi interaksi. Benda-benda yang bermuatan sejenis akan tolak menolak sedangkan benda-benda yang bermuatan tidak sejenis akan tarik menarik. Perhatikan gambar berikut ini.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. 7.    Elektroskop

Elektroskop  adalah suatu piranti/alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi muatan listrik. Seperti yang terlihat pada gambar, di dalam sebuah  peti kaca terdapat dua buah daun elektroskop/foil yang dapat bergerak. Daun-daun elektroskop ini dihubungkan ke sebuah bola logam yang berada di luar peti kaca melalui suatu konduktor yang terisolasi dari peti.

Selain elektroskop dapat digunakan untuk menyelidiki suatu benda bermuatan listrik atau tidak, elektroskop juga dapat untuk mengetahui jenis muatan listrik pada  suatu benda.

Berdasarkan prinsip induksi dan sifat muatan listrik, maka dapat dijelaskan cara kerja elektroskop sebagai berikut.

  • Jika benda yang bermuatan positip didekatkan ke bola logam (kepala elektroskop), maka pemisahan muatan terjadi secara induksi, elektron-elektron mendapat gaya tarik sehingga naik menuju bola, sehingga kedua daun (foil) elektroskop bermuatan positip dan saling menolak sehingga daun akan membuka.
  • Jika benda bermuatan negatif didekatkan ke bola logam (kepala elektroskop), maka elektron-elektron mendapat gaya tolak sehingga berpindah menuju ke foil.

 

  1. 8.     Satuan muatan listrik

Muatan suatu benda sangat sulit untuk diukur secara langsung. Tetapi Coulomb menunjukkan bahwa besarnya muatan listrik dapat ditentukan dengan cara mengukur gaya listrik yang dihasilkannya. Di dalam sains, setiap besaran memiliki satuan. Satuan muatan listrik dalam sistem SI adalah coulomb (C). Muatan listrik 1 elektron  adalah 1,6 × 10−19 coulomb, dan jenisnya negatif, sedangkan muatan listrik 1 proton besarnya sama dengan muatan 1 elektron, namun jenisnya positif. Besar muatan 1 elektron disebut muatan elementer, dan merupakan besar muatan terkecil di alam.

  1. 9.    Medan Listrik

Medan listrik adalah ruang disekitar benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Jika suatu benda yang bermuatan listrik diletakkan di suatu ruangan, maka dalam ruangan tersebut terdapat medan listrik. Jika benda lain yang bermuatan listrik diletakkan di ruang tersebut, maka kedua benda akan mengalami gaya. Jika muatan kedua benda sejenis, maka gaya yang terjadi adalah gaya tolak-menolak dan jika kedua benda mempunyai muatan yang tidak sejenis, maka gaya yang terjadi adalah gaya tarik-menarik.

.

  • Medan listrik sebuah muatan positif arahnya menjauhi muatan tersebut sedangkan pada muatan negatif arahnya menuju muatan tersebut.Medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya dari kutub positif ke kutub negatif.
  • Medan listrik pada pasangan muatan listrik selalu menuju ke muatan negatif  dari muatan positif.
  • Muatan listrijk pada keping sejajar berlawanan berupa garis sejajar dari positif ke negatif.

Kuat medan listrik bergantung pada kerapatan garis-garis gaya listrik. Besar kuat medan listrik dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut:

dimana    E  =   kuat medan listrik (N/C)

F   =   gaya Coulomb (N)

                                              q   =   besar muatan listrik (C)

  1. 10.  Hukum Coulomb

Tahun 1785 seorang fisikawan Prancis yang bernama Charles Agustin Coulomb menyelidiki besarnya gaya yang terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik. Alat yang digunakannya adalah neraca puntir (torsion balance).

Hasil percobaannya diperoleh hubungan sebagai berikut :

  1. Besarnya gaya listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara dua buah benda yang bermuatan listrik

Jika jarak antara muatan listrik menjadi  2 kalinya, gaya listrik yang terjadi menjadi  atau dari gaya semula. Jika jarak antara muatan listrik dijadikan 3 kalinya, maka gaya listrik yang terjadi tinggal   atau  dari gaya semula.

2.  Besarnya gaya listrik berbanding lurus dengan besar muatan kedua benda yang berdekatan

Jika sebuah muatan dijadikan 2 kali semula dan muatan yang lain dijadikan 3 kali semula, maka gaya listrik yang terjadi menjadi 2 × 3 atau 6 kali semula.

Berdasarkan hasil-hasil di atas, akhirnya Coulomb menyimpulkan besar gaya listrik antara dua muatan listrik yang terpisah pada jarak tertentu berbanding lurus dengan besar kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan tersebut.

Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Coulomb, secara matematika dapat dituliskan sebagai berikut.

 

Keterangan :

Fc = gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik dalam satuan newton (N)

q1 = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C)

q2 = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)

r   = jarak antara dua benda bermuatan dalam satuan meter (m)

= konstanta pembanding besarnya 9 x 109 Nm2/C2

Contoh :

Dua buah muatan ya ng sejenis masing-masing q1 = 4 x  dan q2 = 3 x . Jika jarak kedua muatan 2 cm, maka gaya Coulomb yang dialami kedua benda ada

Penyelesaian

Diketahui    :

q1 = 4 x

q2 = 3 x

r = 2 cm = 2 x 10-2 m

Ditanya :     Fc=?

Jawab   :

=  2,7 x 103 N

  1. 11.    Potensial listrik 

Suatu benda dikatakan mempunyai potensial lebih tinggi dari benda lain jika jumlah muatan positif benda ( kekurangan elektronnya) lebih banyak  Energi potensial listrik adalah energi yang dimiliki oleh benda bermuatan listrik yang berada didalam suatu medan listrik.   Potensial listrik ( tegangan listrik ) adalah energi potensial listrik persatuan muatan listrik .

Satuan potensial listrik adalah J/C atau Volt (V)

 

 

Keterangan :

V =  potensial listrik, satuannya volt ( V )

W =  energi potensial listrik satuannya joule ( J )

q  =  muatan listrik, satuannya coulomb ( C )

Contoh soal :

Untuk memindahkan suatu muatan listrik dari titik A ke titik B diperlukan energi listrik sebesar 6600 joule. Ternyata besar muatan listrik yang dapat dipindahkan sebesar 30 coloumb. Tentukanlah besarnya beda potensial antara titik A dan B tersebut !

Diketahui :

W   = 6600 joule

q    = 30 coloumb

Ditanya  :

V    = ….?

Jawab :

V    =

=

= 220 volt

  1. 12.    PETIR

Peristiwa gesekan di alam terjadi antara partikel-partikel awan dengan udara sehingga menyebabkan awan bermuatan listrik. Perbedaan muatan listrik antara awan dengan awan atau dengan bumi akan menyebabkan medan listrik. Semakin bertambahnya muatan listrik, gaya elektrostatis akan memaksa elektron untuk berpindah dari satu awan ke awan lain, dari awan ke bumi atau dari bumi ke awan. Perpindahan muatan listrik statis dari satu benda ke benda lain disebut penetralan atau pengosongan. Loncatan muatan listrik melalui udara akan menghasilkan cahaya sangat kuat dan panas yang menyebabkan udara memuai mendadak. Pemuaian udara yang mendadak menghasilkan bunyi ledakan menggelegar yang disebut guntur. Peristiwa ini dinamakan dengan petir.

.

Untuk menghindari sambaran petir, biasanya dipasang penangkal petir. Penangkal petir berupa logam runcing dipasang diatap rumah  dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam. Logam dipilih karena bersifat menghantarkan arus listrik dan ujung yang runcing membuat muatan lebih banyak mengumpul.. Arus listrik petir mengalir masuk ke dalam tanah melalui penangkal petir, sehingga rumah atau bangunan aman dari sambaran petir. Sambaran petir dapat menyebabkan kerusakan alat elektronik. secara drastis. Jika di dekat  rumah berpenangkal petir terdapat pohon yang lebih tinggi  dari ketingian penangkal petir maka petir akan menyambar pohon yang lebih tinggi dari penangkal petir. Ini terjadi karena petir akan mencapai pohon lebih dahulu daripada rumah berpenangkal petir. Untuk itu dengan logam yang runcing akan memiliki muatan listrik lebih banyak sehingga lebih kuat menangkap petir.

Posted on 24/08/2013, in Materi. Bookmark the permalink. Tinggalkan komentar.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: