Bab 1 Definisi Listrik Statis

Pengertian Listrik Statis
Kalian tahu nggak listrik statis itu pa..??
Hayo ada yang tahu nggak…???
Ya benar, Listrik statis itu adalah merupakan fenomena fisika yang dapat menunjukkan adanya interaksl dari benda-benda yang bermuatan listrik. Muatan listrik yang dimiliki benda-benda itu bisa bermuatan negatif maupun positif. Kita ambil Contoh dari fenomena listrik statis yaitu batu ambar yang apabila digosok-gosokkan dengan kain sutra maka akan bermuatan listrik. Hal ini dapat diketahui apabila batu ambar itu didekatkan dengan kertas-kertas kecil maka kertas-kertas itu akan dapat tertarik oleh batu ambar.

Petir adalah suatu kejadian alam yang luar biasa, karena dalam setiap kejadiannya energi yang dilepaskan lebih besar daripada yang dihasilkan oleh seluruh pusat pembangkit tenaga listrik di Amerika. Cahaya yang dikeluarkan oleh petir lebih terang daripada cahaya 10 juta bola lampu pijar berdaya 100 watt. Hal lain yang menakjubkan bahwa molekul-molekul nitrogen, yang sangat penting untuk tumbuhan, muncul dari kekuatan ini.

Mengapa petir dapat membebaskan energi? Darimana petir mendapatkan energi listrik?

Berapa biaya listrik yang dapat kita hemat jika kita dapat mengumpulkan energi dari petir?

Saat kita merenungi semua perihal petir ini, kita dapat memahami bahwa peristiwa alam ini adalah sesuatu yang menakjubkan. Bagaimana sebuah kekuatan luar biasa semacam itu muncul dari partikel bermuatan positif (proton) dan negatif (elektron) dari dalam sebuah atom, yang tak terlihat oleh mata telanjang. Perbedaan jumlah proton dan elektron dalam sebuah atom mengakibatkan atom bermuatan listrikKarena semua benda tersusun oleh atom-atom, maka perubahan muatan listrik pada atom akan mengakibatkan perubahan listrik pada benda. Setiap benda memiliki kecenderungan untuk berada dalam keadaan netral, oleh karena itu jika benda bermuatan maka secara spontan dapat membebaskan muatannya. Salah satu contohnya adalah petir. Sifat-sifat muatan listrik antara lain: 1) listrik terdiri dari dua jenis muatan yaitu muatan positif dan negatif, 2)muatan listrik akan saling berinteraksi, muatan sejenis tolak menolak dan muatan tidak sejenis tarik-menarik. 

Para ahli berusaha memanfaatkan muatan listrik statis untuk berbagai keperluan dalam kehidupan sehari-hari.

Muatan Listrik (Q)
Di dalam ilmu fisika muatan listrik itu Ada dua macam, yaitu muatan listrik positif (+), dan muatan listrik negatif (-). Apabila kedua muatan listrik yang berbeda (positif dengan negative) itu didekatkan, maka mereka berdua akan saling tarik-menarik. Namun, apabila dua muatan listrik yang sejenis (positif dengan positif dan sebaliknya) itu didekatkan, maka mereka akan saling tolak-menolak. Muatan listrik itu dapat dinotasikan dengan menggunakan simbol Q dan memiliki satuan coulomb (C).

Proton dan Elektron
Semua zat itu pasti tersusun atas atom-atom. Setiap atomnya pun itu tersusun atas inti atom yang di dalamnya itu terdapat proton dan inti atom itu dikelilingi oleh elektron-elektron. Proton itu bermuatan listrik positif sedangkan elektron itu bermuatan listrik negatif.

Bagaimana Benda dapat Bermuatan Listrik?
Setiap zat tersusun atas atom-atom, dengan demikian muatan listrik suatu zat tergantung dari jenis muatan listrik atom-atomnya. Jika atom-atom benda lebih cenderung melepaskaan elektron, maka zat yang disusunnya 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.

Bagaimana cara membuat benda bermuatan listrik?
Suatu benda dapat dimuati listrik dengan dua cara

1. Menggosok

a. Menggosok penggaris plastik dengan kain wool

 Penggaris menjadi bermuatan listrik jenis negatif
Apa yang terjadi jika kaca digosok dengan kain sutera?

b. Menggosok kaca dengan kain sutera

 Kaca menjadi bermuatan listrik jenis positif

Menggosok.
Mengapa dengan menggosokkan benda ke benda lain dapat membuat benda bermuatan listrik? Apakah semua benda jika digosokkan akan bermuatan listrik?
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. Dari animasi di atas.
Jika kain sutera digosokkan pada kaca, maka elektron-elektron kaca akan berpindah menuju sutera, sehingga kaca menjadi bermuataan positif. sementara itu kain sutera menjadi bermuatan negatif karena mendapat tambahan elektron

Jika kain wool  digosokkan pada plastik, maka elektron-elektron kain wool akan berpindah menuju plastik, sehingga plastik menjadi bermuataan negatif. sementara itu kain wool menjadi bermuatan positif karena kehilangan elektron-elektronnya.

2. Induksi

Bagaimana proses pemuatan listrik dengan induksi?
Induksi dapat dilakukan dengan cara mendekatkan benda yang bermuatan listrik ke benda netral. Akibatnya benda netral akan terpolarisasi. Jika benda netral yang telah terpolarisasi di hubungkan dengan tanah (di ground kan), maka elektron-elektronnya akan mengalir menuju tanah. Setelah penghantar yang menuju tanah di hilangkan dan benda bermuatan listrik dijauhkan, maka benda netral akan menjadi kekurangan elektron (bermuatan positif). Induksi dalam jumlah muatan tertentu dapat mengakibatkan muatan listrik melompati gap (jarak pemisah), dalam hal ini dapat menimbulkan lintasan bunga api. Salah satu peristiwa yang besar adalah terjadinya petir.
Berikut ini adalah proses terjadinya induksi listrik.

Proses Terjadinya Induksi Listrik

Sifat muatan listrik

1. Interaksi antara benda-benda yang bermuatan listrik.
   
   • muatan sejenis tolak-menolak
   • muatan tidak sejenis tarik-menarik
2. Muatan listrik ada dua jenis
   • Muatan positif
   • Muatan negatif

 Interaksi Dua Muatan Listrik

Interaksi Dua Muatan Listrik:

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 investigasinya menemukan hubungan bahwa “besarnya gaya listrik sebanding dengan besarnya muatan listrik dua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara dua buah benda yang bermuatan listrik”.  Pernyataan ini dikenal dengan nama Hukum Coulomb. Sebagai penghargaan atas jasanya, nama coulomb digunakan sebagai satuan muatan listrik.

Bagaimana neraca puntir bekerja?

Dua bola bermuatan listrik yang digantung dengan menggunakan benang dalam sebuah tabung dapat berputar secara bebas, hal ini dapat digunakan untuk menemukan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya antara dua benda yang bermuatan listrik. Pada bagian bawah dari tabung, melingkari dinding tabung terdapat skala sudut. Jika sebuah benda yang bermuatan listrik di dekatkan pada salah satu bola, maka bola itu akan bergerak secara melingkar menjauh/mendekat (tergantung dengan jenis muatan ke dua benda yang berinteraksi). Selanjutnya dengan mengasumsikan bahwa besarnya sudut simpang sebanding dengan besarnya gaya antara dua muatan, maka dengan mengubah jarak antara dua muatan dan besarnya muatan, kita dapat menemukan hubungan antara besarnya gaya, jarak antara dua muatan, dan besarnya muatan.

Persamaan Coulomb
Hukum Coulomb secara matematis dapat dituliskan :

F = Gaya listrik (newton)
Q1 = Muatan listrik benda 1 (coulomb)
Q2 = muatan listrik benda 2 (coulomb)
r  = jarak pisah antara dua benda bermuatan listrik (meter)
k = tetapan (9 x 109  N m2 C-2) 

Induksi Listrik
Kalian tahu nggak induksi listrik itu apa…???
Induksi listrik itu adalah fenomena fisika yang apabila pada suatu benda yang tadinya netral atau (tidak bermuatan listrik) menjadi bermuatan listrik karena akibat adanya pengaruh dari gaya listrik atau dari benda yang bermuatan lain dan didekatkan padanya.

Elektroskop
Apa itu 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.

Elektroskop

Untuk mengidentifikasi muatan listrik sebuah benda dapat digunakan elektroskop. Elektroskop terdiri dari sebuah bola konduktor yang dihubungkan dengan dua buah daun logam (biasanya emas) dengan menggunakan batang konduktor. Dengan menggunakan bahan dari isolator sebagai penyekat, daun elektroskop dimasukkan ke dalam sebuah wadah yang terbuat berdinding kaca. Prinsip kerja elektroskop adalah induksi listrik. Dimana jika kepala elektroskop yang netral didekatkan dengan benda, maka daun elektroskop akan mengembang jika benda tersebut bermuatan listrik, dan tetap jika benda tersebut tidak bermuatan listrik Keterangan gambar : a = daun elektroskop b = batang konduktor c = tabung gelas d = kepala elektroskop

Medan Listrik (E)

Medan listrik itu kayak suatu daerah yang berada di sekitar muatan listrik yang ternyata masih sangat dipengaruhi oleh gaya listrik. Arah medan listrik itu adalah keluar dari muatan positif dan masuk ke muatan negatif.

 

Adanya gaya diantara dua muatan listrik, walaupun dua benda yang bermuatan listrik tidak bersentuhan, menggambarkan bahwa disekitar muatan listrik terdapat medan listrik. Medan listrik adalah daerah disekitar muatan listrik yang masih mendapat pengaruh gaya listrik dari muatan tersebut. Berikut ini adalah visualisasi medan listrik disekitar muatan positif.

Bagaimanakah medan listrik di sekitar muatan negatif?
Sebgaimana muatan positif, disekitar muatan negatif terdapat medan listrik juga, hanya saja arah medan listriknya menuju ke arah muatan.
Untuk melihat arah medan listriknya klik play gambar muatan negatif

Interaksi muatan listrik

Kuat Medan Listrik
Kuat medan listrik itu ialah besarnya medan listrik yang dimiliki oleh suatu muatan listrik dari suatu titik acuan tertentu. Kuat medan listrik itu dapat dinotasikan dengan E dan memiliki satuan N.C1.

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,  hebat ya….
2.    Catsemprot.
3.    Mesin fotokopi.
4.    Pencetak (printer) laser

Pembebasan muatan listrik (discharging)
Ketika benda bermuatan listrik, dia dapat di netralisasi dengan memindahkan muatan listriknya. Proses ini dikenal dengan nama discharging.

Discharging pada bahan isolator.
Pemanasan adalah cara yang efektif dalam pembebasan muatan listrik. Hal ini terjadi karena panas menyebabkan udara di sekitar bahan menjadi terionisasi. Ion disekitar bahan akan menetralisasi muatan listrik bahan. 

Discharging pada bahan konduktor.
Muatan listrik bahan konduktor dapat dinetralisasi dengan menghubungkan ke bumi (grounded). Konduktor yang digunakan untuk menghubungkan bahan dengan bumi, merupakan jalur lalulintas elektron. Jika bahan bermuatan positif, maka elektron mengalir dari bumi ke bahan. Sebaliknya jika bahan bermutan negatif, maka elektron mengalir dari bahan ke bumi.

Jika beda potensial antara dua benda yang bermuatan cukup besar maka netralisasi dapat terjadi secara spontan. Salah satu contoh peristiwa pembebasan muatan listrik dalam jumlah yang besar adalah petir. Besarnya muatan listrik yang di bebaskan maka petir dapat mengakibatkan kerusakan benda-benda dipermukaan bumi seperti gedung-gedung bertingkat, pohon-pohon, dan kadang-kadang manusia. Apa yang harus dilakukan manusi untuk menghindarkan kerusakan akibat petir? Mengapa petir lebih banyak kita jumpai pada saat musim hujan?

Pembebasan muatan listrik (discharging)

Discharging pada bahan konduktor

Sumber : http://klikbelajar.com
               www.edukasi.net