Listrik Statis

Listrik Statis

Listrik statis adalah listrik yang muatanmuatannya tidak mengalir atau ada dalam keadaan diam. Sebenarnya, pengetahuan tentang listrik dimulai dari teori atom, yaitu dengan ditemukannya atom dan teori-teori yang menjelaskan tentang perkiraan-perkiraan struktur atom.

A.  Struktur Atom

      Pernahkah kamu mendengar istilah atom? Atom dalam bahasa Yunani atomos yang berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi. Tetapi teori tersebut runtuh setelah seorang ahli fisika asal inggris bernama J.J Thomson.  Dari hasil penelitian Niels Bohr disimpulkan bahwa atom terdiri atas inti atom dan kulit atom.Inti atom terdiri atas muatan positif atau proton dan muatannetral atau neutron. Inti atom ini dikelilingi oleh elektron yang menempati kulit atom. Struktur atom yang terdiri atas inti atom kulit atom ditunjukkan pada gambar di bawah.  

                 

    

       Penelitian lebih jauh dapat diketahui bahwa massa inti atom lebih besar daripada massa elektron. Massa inti hampir sama dengan massa atomnya sendiri. Hampir semua massa atom berpusat pada inti atom.

B. Muatan Listrik      

     Sisir yang telah digosok dengan kain wol dapat menarik sobekan-sobekan kertas. Mengapa hal ini terjadi? Pada awalnya, kain wol dan sisir keduanya tidak bermuatan. Tidak bermuatan berarti jumlah elektron dan proton dalam atom plastik dan wol tersebut adalah sama. Gosokan kain wol pada sisir mengakibatkan elektron-elektron yang terdapat pada kain wol berpindah ke sisir. Dengan demikian, sisir tersebut akan menerima elektron dari kain wol sehingga jumlah elektronnya lebih banyak daripada

protonnya. Sisir tersebut menjadi bermuatan negatif. Ketika didekatkan dengan sobekan-sobekan kertas, sobekansobekan kertas ini akan tertarik oleh sisir tersebut. Dengan menggosok-gosokkan dua benda (sisir dan kain wol) dapat membuat benda bermuatan listrik. Metode ini disebut metode gesekan.

       Jika suatu materi mempunyai jumlah proton sama dengan jumlah elektron, materi tersebut dikatakan tidak bermuatan atau netral. Jika jumlah proton lebih banyak daripada jumlah elektron, sehingga atom-atomnya kekurangan elektron, maka atom tersebut dikatakan bermuatan positif. Adapun atom dikatakan bermuatan negatif jika jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton, sehingga atom-atomnya kelebihan elektron.  

a. Muatan Listrik Elementer

  Besarnya muatan listrik bergantung pada seberapa banyak atom-atom tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Semakin banyak atom-atomnya kekurangan atau kelebihan elektron, maka semakin besar muatannya. Dalam sistem satuan internasional (SI), satuan muatan adalah Coulomb (C). Berapakah muatan listrik sebuah elektron, proton, dan neutron?

 Muatan elektron= –1,6 × 10-19 Coulomb 

 Muatan proton = +1,6 × 10-19 Coulomb

 Muatan neutron = 0 (tidak bermuatan)

b. Interaksi Muatan Listrik

Kamu telah mengetahui bahwa suatu benda dapat bermuatan dengan cara digosok. Ketika kamu menggosokkan kain wol ke mistar plastik, maka terjadi perpindahan elektron dari wol ke mistar plastik sehingga mistar plastik tersebut bermuatan listrik negatif. Penggosokan batang kaca dengan kain sutra menyebabkan elektron pindah dari kaca ke sutra sehingga batang kaca bermuatan positif. Ketika didekatkan, antara mistar plastik dan batang kaca terjadi gaya tarik-menarik. Mengapa hal ini terjadi? Sesuai dengan yang disimpulkan oleh Coulomb bahwa muatan tidak sejenis akan tarik-menarik. Mistar dan batang kaca pada kegiatan ini mempunyai muatan yang tidak sejenis, sehingga antara keduanya terjadi gaya tarikmenarik. Contoh benda-benda yang bermuatan listrik karena digosok dengan benda lain ditunjukkan pada tabel di bawah.

Benda Digosok dengan	Digosok dengan	Muatan Listrik
Plastik	kain wol	negatif
Ebonit	kain wol	negatif
Kaca	kain sutera	positif
Sisir	rambut	negatif

c. Hukum Coulomb

Ketika dua buah muatan sejenis didekatkan satu sama lain, terdapat sebuah gaya yang saling menolak yang mencegah kedua muatan tersebut bersatu. Sebaliknya, jika dua buah muatan yang berlainan jenis didekatkan, akan timbul gaya saling menarik. Gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik ini disebut gaya elektrostatis.

   Coulomb berhasil menghitung besarnya gaya antarmuatan ini. Sebagai penghargaan atas penemuannya, gaya antarmuatan ini dinamakan gaya Coulomb. Dalam penelitiannya, Coulomb menggunakan alat yang dinamakan neraca puntir, seperti terlihat pada gambar.

r

A

B

Serabut penggantung

Penggantung dilengkapi pegas

 

Dari hasil penelitiannya, Charles Coulomb menyimpulkan sebagai berikut.

 Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak

antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding

dengan hasil kali kedua muatan tersebut dan

berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara

kedua muatan tersebut.

Besarnya gaya Coulomb dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

Selain dipengaruhi oleh muatan dan jarak antarmuatan, gaya Coulomb juga dipengaruhi oleh medium di antara kedua muatan tersebut. Gaya Coulomb antara dua muatan yang terletak di dalam medium air akan berbeda ketika kedua muatan tersebut terletak di udara.

d. Elektroskop

 Elektroskop itu adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi muatan listrik statis. Elektroskop itu bekerja berdasarkan prinsip induksi listrik. Elektrometer adalah elektroskop yang selain dapat mendeteksi muatan, dia juga dapat mengukur jumlah muatan listrik yang ada pada suatu benda. Sifat elektroskop itu seperti berikut.

 1. Jika benda bermuatan positif didekatkan pada sebuah elektroskop netral

maka di bagian kepala elektroskop itu berkumpul muatan negatif dan di bagian

daunnya berkumpul muatan positif. Ini menyebabkan daun elektroskop akan

mengembang.

2. Jika benda bermuatan positif didekatkan pada sebuah negatif maka di bagian kepala elektroskop berkumpul muatan negatif dan di bagian daunnya itu tidak ada muatan. Ini menyebabkan daun elektroskop akan menguncup.

3. Jika.benda bermuatan positif didekatkan pada sebuah elektroskop positif maka di bagian kepala elektroskop tidak ada muatan dan di bagian daunnya berkumpul muatan positif. Ini menyebabkan daun elektroskop akan mengembang.

C. Induksi Listrik

Induksi listrik adalah fenomena fisika yang terjadi apabila pada suatu benda yang netral (tidak bermuatan listrik) menjadi bermuatan listrik karena akibat adanya pengaruh dari gaya listrik atau dari benda yang bermuatan lain dan didekatkan padanya.

D. Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik. Benda bermuatan listrik mempunyai garis-garis, seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

      

Garis-garis gaya listrik pada muatan positif bergerak ke luar. Sedangkan pada muatan negatif garis-garis gayanya menuju pusat. Garis-garis gaya berasal dari muatan positif menuju muatan negatif seperti ditunjukkan pada gambar di bawah.

Kuat medan listrik didefinisikan sebagai berikut.

Besarnya gaya Coulomb yang dialami oleh sebuah muatan

uji q akibat adanya muatan Q dibagi dengan besarnya

muatan uji q.

Dalam bentuk matematis, definisi tersebut dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

kuat medan listrik= gaya Coulomb

                               muatan uji

E. Penerapan Listrik Statis

Listrik statis juga dapat dihasilkan dengan menggunakan generator listrik statis. Contoh generator listrik statis adalah generator Van de Graaff. Generator Van de Graaff menghasilkan listrik statis yang besar dengan metode gesekan.

       Contoh penerapan listrik statis antara lain sebagai berikut.

a. Pengendap elektrostatis pada cerobong asap, fungsinya membersihkan gas buang yang keluar melalui cerobong asap agar tidak mengandung partikel-partikel pencemar.

b. Pengecatan mobil, penggunaan penyemprot cat elektrostatis. Sebelum dicat, biasanya mobil diamplas terlebih dahulu, sehingga bergesekan dan akan menghasilkan muatan listrik. Sedangkan alat semprot cat elektrostatis saat akan disemprotkan, maka butiran-butiran cat dari aerosol akan bergesekan dengan mulut pipa semprot dan udara sehingga butiran cat akan bermuatan listrik. Akibatnya muatan tersebut akan ditarik ke badan mobil. cara ini sangat efektif, efisien, dan murah biayanya.

c. Mesin fotokopi (selain menerapkan konsep optik). Cara kerja mesin ini berdasarkan konsep listrik statis dan optik. di dalam mesin ini terdapat logam selenium (merupakan konduktor foto), yang menghantarkan arus listrik saat terkena cahaya dan merupakan isolator listrik saat dalam kegelapan.

d. Printer laser

Alat ini terdiri dari drum photoreceptor, fuser, corona wire, laser, dan toner. Prinsip kerja alat ini adalah penyinaran laser dan proses pemanasan.

e. Petir

Petir merupakan fenomena listrik statis yang sering terjadi pada waktu hujan badai. Awan badai terbentuk oleh uap air, debu, garam dari lautan, dan bahan-bahan lainnya. Di

dalamnya arus udara mengalir dengan kencang sehingga menyebabkan partikel-partikel di dalam awan tersebut tersebut saling bertabrakan. Pada peristiwa tabrakan itu terjadi pelepasan elektron antara partikel yang satu dengan partikel yang lain. Partikel yang kehilangan elektron akan bermuatan positif sedangkan partikel yang menerima elektron akan bermuatan negatif. Para ilmuwan belum mengetahui secara pasti mengapa partikel yang relatif lebih berat cenderung bermuatan negatif dan partikel yang lebih ringan cenderung bermuatan positif. Hal inilah yang menyebabkan pada bagian bawah awan berkumpul partikel bermuatan negatif dan pada bagian atas awan berkumpul partikel bermuatan positif.