LISTRIK STATIS

 Listrik Statis, Atom, Medan Listrik, dan Prinsip Kerja Elektroskop

Amongguru.com. Di dalam kehidupan, tanpa kita sadari, banyak contoh-contoh kehidupan yang berhubungan dengan materi listrik statis.

Listrik statis dapat diartikan sebagai peristiwa berkumpulnya muatan-muatan listrik pada suatu benda.

Pada listrik statis tidak membahas tentang aliran arus listrik, karena listrik statis tidak dapat mengalir dari satu tempat ke tempat lainnya.

Efek listrik statis dapat terjadi karena adanya perpindahan elektron. Saat kita menyisir rambut yang kering, maka rambut akan menempel dan tertarik oleh sisir.

Pada awalnya, rambut dan sisir tidak bermuatan atau netral. Suatu atom yang netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama.

Pada saat menggosokkan sisir ke rambut, maka elektron dari rambut akan berpindah ke sisir, sehingga sisir akan mendapatkan tambahan elektron.

Sisir yang mendapatkan tambahan elektron akan menjadi bermuatan negatif, sedangkan rambut yang melepaskan elektron, akan menjadi bermuatan positif. Peristiwa tersebut adalah contoh dari mendapatkan muatan elektron dengan cara digosok.

Contoh gejala listrik statis lainnya adalah saat penggaris plastik bemuatan menarik serpihan kertas.

Penggaris plastik yang sudah digosok dengan kain wol akan menjadi bermuatan negatif, karena mendapatkan tambahan elektron dari wol. Penggaris yang bermuatan tersebut dapat menarik serpihan kertas yang ada.

Terjadinya petir juga merupakan contoh dari listrik statis yang sering kita jumpai pada saat cuaca mendung.

Pada peristiwa terjadinya petir, terdapat pengosongan listrik statis. Pengosongan tersebut ditunjukkan oleh sambaran petir.

Peristiwa pengosongan terjadi apabila adanya jalan bagi elektron untuk mengalir dari suatu benda ke benda lain.

Pengosongan pada petir ini biasanya disebut pentanahan, karena muatan dikosongkan dengan cara menyalurkan ke tanah.

Pengosongan muatan statis ini terjadi di udara, sehingga menimbulkan suara dahsyat yang disebut petir.

Atom

Atom adalah bagian paling kecil dari benda yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Partikel penyusun atom terdiri dari proton, elektron, dan neutron.

Proton merupakan bagian penyusun atom yang memiliki muatan positif. Elektron adalah bagian penyusun atom yang bermuatan negatif. Sedangkan neutron merupakan bagian penyusun atom yang netral atau tidak bermuatan.

Susunan atom netral

Benda dikatakan bermuatan positif, jika jumlah proton lebih besar dari jumlah elektron. Benda bermuatan negatif, jika jumlah elektron lebih besar dari jumlah proton. Sedangkan benda netral, jika jumlah proton sama dengan jumlah elektron.

Sifat Benda Bermuatan

Benda-benda yang memiliki muatan listrik sejenis akan tolak menolak, sedangkan benda-benda dengan muatan listrik tidak sejenis akan tarik menarik.

Medan Listrik

Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik.

Jika sebuah partikel menghasilkan gaya listrik, maka medan yang ditimbulkan di sekitar partikelt tersebut dinamakan medan listrik.

Medan listrik digambarkan direpresentasikan dengan garis-garis khayal yang keluar (untuk muatan positif) dan garis khayal yang mendekat atau masuk (untuk muatan negatif).

Kerapatan garis gaya listrik menunjukkan besarnya kuat medan listrik.

Hukum Coulomb

Besarnya gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak dua benda bermuatan listrik dapat dirumuskan dengan hukum Coulomb sebagai berikut.

dengan :

F = gaya tarik menarik atau tolak menolak (Newton)

k = konstanta

q1, q2 = besar muatan 1 dan muatan 2

r = jarak dua benda bermuatan (m)

Contoh Soal :

Dua benda bermuatan listrik saling berdekatan seperti gambar berikut!

Benda K dengan L tolak-menolak dengan gaya 3 N. Jika muatan K diperkecil menjadi +lQ dan muatan L diperbesar menjadi 8Q, sedangkan jarak K dengan L diperpanjang menjadi 10 cm, gaya tolak-menolak antara K dengan L menjadi ….
A. 3 N
B. 6 N
C. 12 N
D. 24 N

Kunci jawaban : A

Pembahasan :

F2 = 3 Newton

Elektroskop

Elektroskop merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi adanya muatan listrik pada benda.

Pendeteksi muatan pada elektroskop ini terdiri dari kepala (bagian atas) yang terbuat dari metal dan dua daun kaki (bagian bawah) yang terbuat dari emas.

Pada saat elektroskop dalam keadaan netral, jumlah muatan positif sama dengan muatan negatif, baik di kepala maupun di daun kaki.

Sebuah elektroskop netral

Prinsip Kerja elektroskop

Apabila elektroskop netral didekati benda bermuatan negatif. maka muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif pada kepala elektroskop.

Akibatnya, muatan negatif di kepala elektroskop akan bergerak ke bawah menuju daun-daun kaki.

Karena sekarang daun kaki bermuatan negatif karena kelebihan elektron, maka kedua daun kaki pada elektroskop akan terbuka ke kiri dan ke kanan.

Semakin besar muatannya, maka semakin jauh jarak antar kedua daun kaki elektroskop. Jika yang didekatkan pada kepala elektroskop adalah benda bermuatan positif, maka elektron akan tertarik dari daun kaki menuju kepala elektroskop.

Hal ini akan mengakibatkan muatan negatif pada daun kaki berkurang, sehingga jarak antar kedua daun makin merapat.

10 Bentuk Penerapan Listrik Statis Dalam Kehidupan Sehari-hari

Amongguru.com. Listrik statis dapat diartikan sebagai berkumpulnya muatan-muatan listrik pada suatu benda. Efek listrik statis dapat terjadi karena adanya perpindahan elektron.

Terjadinya petir merupakan contoh dari listrik statis yang sering kita jumpai pada saat cuaca mendung.

Pada peristiwa terjadinya petir, terdapat pengosongan listrik statis. Pengosongan tersebut ditunjukkan oleh sambaran petir.

Peristiwa pengosongan terjadi apabila adanya jalan bagi elektron untuk mengalir dari suatu benda ke benda lain.

Pengosongan pada petir ini biasanya disebut pentanahan, karena muatan dikosongkan dengan cara menyalurkan ke tanah.

Pengosongan muatan statis ini terjadi di udara, sehingga menimbulkan suara dahsyat yang disebut petir.

Prinsip listrik statis banyak diterapkan dalam kehidupan sehari. Berikut ini 10 bentuk penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari. 

1. Pengendap Elektrostatis

Pengendap elektrostatis digunakan untuk mengurangi polusi udara oleh abu pembakaran batubara pembangkit tenaga listrik dan mengurangi pencemaran debu dalam suatu ruangan.

Pengendap elektrostatis menggunakan saringan kawat yang diberi muatan negatif dan lempeng-lempeng logam yang diberi muatan positif.

2. Mesin Fotokopi

Mesin fotokopi menggunakan daya tarik muatan listrik berbeda. Suatu pola muatan positif pada pelat mesin fotokopi, mencitrakan bidang hitam yang akan digandakan, menarik partikel bermuatan negatif dari bubuk hitam halus yang disebut toner.

Toner menjadi bermuatan negatif, karena berhubungan dengan butir-butir gelas kecil di baki pengembang. Pola toner dipindahkan di atas secarik kertas kosong dan dipanggang di atasnya. 

3. Penangkal Petir

Pelepasan muatan listrik secara tiba-tiba yang menghasilkan bunga api listrik disebut dengan petir.

Loncatan muatan melalui udara menghasilkan cahaya yang sangat kuat dan panas, sehingga menyebabkan udara memuai secara mendadak.

Pemuaian udara yang mendadak akan menghasilkan bunyi ledakan menggelegar yang dinamakan guntur.

Penangkal petir berupa batang logam yang berujung lancip dan dihubungkan degan kawat logam berukuran besar.

Penangkal petir dipasang di atas atap rumah atau di atas gedung bangunan tinggi dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam.

Penangkal petir menyediakan jalan bagi muatan listrik di awan agar dapat berpindah menuju tanah melalui kawat, sehingga tidak menimbulkan kerusakan pada bangunan.

4. Sisir Rambut

Pada saat kita menyisir rambut yang kering, maka rambut akan menempel dan tertarik oleh sisir. Pada awalnya, rambut dan sisir tidak bermuatan atau netral. Suatu atom yang netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama.

Pada saat menggosokkan sisir ke rambut, maka elektron dari rambut akan berpindah ke sisir, sehingga sisir akan mendapatkan tambahan elektron.

Sisir yan mendapatkan tambahan elektron akan menjadi bermuatan negatif, sedangkan rambut yang melepaskan elektron, akan menjadi bermuatan positif. Peristiwa tersebut adalah contoh dari mendapatkan muatan elektron dengan cara digosok.

5. Penggaris dengan Kain Wol

Penggaris plastik yang sudah digosok dengan kain wol akan menjadi bermuatan negatif, karena mendapatkan tambahan elektron dari wol. Penggaris yang bermuatan tersebut dapat menarik serpihan kertas yang ada.

6. Generator Van de Graff

Generator Van de Graff adalah mesin pembangkit listrik yang digunakan untuk memperoleh muatan listrik dalam jumlah besar.

Prinsip kerja generator Van de Graff untuk menghasilkan muatan listrik adalah dengan cara menggosok.

Gesekan antara pita karet dan roda pemutar menyebabkan pita karet bermuatan listrik. Muatan listrik ini ditampung pada bola logam. Distribusi muatan listrik terdapat pada permukaan luar bola yang berongga.

7. Cat Semprot

Teknik pengecatan juga menggunakan prinsip kerja muatan listrik statis. Cat yang disemprotkan diberi muatan listrik yang berlawanan dengan benda yang dicat, sehingga butir-butir cat yang disemprotkan akan tertarik pada benda yang dicat.

Butiran cat dari aerosol menjadi bermuatan ketika bergesekan dengan mulut pipa semprot dan udara.

Dengan demikian, hasil pengecatan menjadi lebih merata dan mampu menjangkau bagian-bagian yang sulit, sehingga polusi udara dapat dikurangi.

8. Printer Laser

Printer laser bekerja menggunakan muatan listrik statis. Pada saat drum yang bermuatan positif berputar, laser bersinar melintasi permukaan yang tidak bermuatan. Laser selanjutnya menggambar pada kertas yang bermuatan negatif.

Setelah melewati drum yang berputar kertas akan melewati fuser. Pada bagian fuser ini kertas akan mengalami pemanasan, yang menyebabkan kertas terasa panas pada saat keluar dari printer. Printer laser banyak dipilih untuk mencetak karena lebih cepat, lebih akurat, dan lebih ekonomis.

9. Elektrokardiograf

Elektrokardiograf digunakan untuk merekam perubahan jantung manusia. Setiap kali jantung manusia berdetak, akan terjadi perubahan potensial listrik pada permukaan jantung.

Hal ini dapat dideteksi dengan elektrokardiograf, menggunakan logam kontak yang dipasang pada kulit.

Perubahan potensial ini dapat di tampilkan sebagai grafik, baik pada kertas maupun pada layar tabung sinar katoda (CRT). Hasil remakan perubahan jantung manusia ini disebut elektrokardiogram.

10. Theremin 

Theremin adalah salah satu alat musik yang dapat dimainkan tanpa menyentuhnya. Dua antena pada theremin berfungsi untuk mengaturvolume dan nada-nada musik.

Saat seseorang mendekatkan telapak tangannya ke antena, efek yang akan terjadi sama dengan efek kapasitorpelat sejajar.

Antena berlaku sebagai salah satu pelat, sedangkan telapak tangan berperan sebagai pelat pasangannya.

Dengan mengubah jarak antena dengan telapak tangan, maka akan mengubah kapasitansi sistem kapasitor itu.

Perubahan kapasintansi ini di deteksi olehrangkaian elektronik yang segera mengonversinya menjadi perubahan volume atau nada-nada musik.

Bunyi Hukum Coulomb, Rumus, Contoh Soal, dan Penyelesaiannya

Amongguru.com. Hukum Coulomb ditemukan oleh Charles Agustin de Coulomb, seorang fisikawan berkebangsaan Perancis pada tahun 1785.

Di dalam percobaannya, Charles meneliti tentang adanya hubungan antara gaya listrik dengan dua buat muatan dan jarak antar kedua muatan tersebut menggunakan neraca puntir.

Hukum Coulomb selanjutnya menjadi salah satu hukum dari dasar ilmu fisika yang berkaitan dengan kelistrikan.

Pada dasarnya, Hukum Coulomb menyatakan bahwa interaksi muatan listrik yang sejenis akan tolak-menolak, sedangkan muatan yang berlainan jenis akan tarik-menarik.

Muatan listrik terdiri dari dua jenis, yaitu muatan positif (+) dan muatan negatif (-). Apabila dua benda bermuatan didekatkan, akan terjadi interaksi antar kedua benda bermuatan tersebut.

Pada saat dua benda bermuatan sejenis didekatkan, akan terdapat gaya yang saling menolak yang mencegah kedua muatan itu bersatu.

Akan tetapi, jika ada dua buah benda bermuatan berbeda yang saling didekatkan, maka akan timbul gaya tarik-menarik.

Gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak ini disebut dengan gaya elektrostatis. Sedangkan alat yang digunakan untuk mendeteksi ada tidaknya muatan listrik pada benda dinamakan elektroskop.

Bunyi Hukum Coulomb

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukannya, maka Charles kemudian mengemukakan temuannya yang kemudian dikenal sebagai Hukum Coulomb.

Bunyi hukum Coulomb secara lengkap adalah sebagai berikut.

Besaran gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut.

Rumus Hukum Coulomb

Misalkan ada dua benda bermuatan q1 dan q2 terpisah pada jarak r satu dengan lainnya di dalam ruang hampa.

Jika q1 dan q2 mempunyai muatan yang sama, maka akan terdapat gaya tolak menolak (F12). Sebaliknya apabila keduanya memiliki muatan berbeda, akan terjadi gaya tarik menarik (F21).

Dengan demikian, rumus Hukum Coulomb secara lengkap dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

F = gaya tarik-menarik atau tolak-menolak (Newton, N)

q1 = besar muatan pertama, (Coulomb, C)

q2 = besar muatan kedua, (Coulomb, C)

r = jarak antara dua benda bermuatan, (meter, m)

k = konstanta pembanding (9 × 109 Nm2/C2)

Contoh Soal dan Penyelesaiannya

Soal nomor 1

Empat buah benda bermuatan A, B, C, dan D saling didekatkan. Benda A bermuatan positif menolak benda B, benda B menarik benda C, benda C menolak benda D. Muatan benda-benda tersebut adalah …

A. B negatif, C positif, D Positif

B. B negatif, C negatif, D Positif

C. B positif, C negatif, D negatif

D. B positif, C positif, D negatif

Jawaban : C

Pembahasan :

Benda A (+) tolak-menolak dengan benda B, maka benda B positif

Benda B (+) menarik benda C, maka benda C negatif

Benda C (-) menolak benda benda D, maka benda D negatif

Soal nomor 2

Perhatikan gambar lima buah benda bermuatan listrik berikut ini!

Benda q1 dan q5 bermuatan listrik negatif, sedangkan tiga benda yang lain belum diketahui muatannya.

Jika q2 didekatkan q1  terjadi tarik-menarik, q3  didekatkan q5  terjadi tarik-menarik,  dan  jika  q2  didekatkan  q4 terjadi tolak-menolak, simpulan muatan q2, q3 dan q4 adalah …

A. negatif, negatif, negatif

B. positif, positif, positif

C. negatif, positif, negatif

D. positif, negatif, positif

Jawaban : B

Pembahasan :

q1 dan q5 = negatif

q1 dan q2 tarik-menarik, maka q2 positif

q3 dan q5 tarik-menarik, maka q3 positif

q2 dan q4 tolak-menolak, maka q4 positif

Soal nomor 3

Dua buah muatan masing-masing Q1 dan Q2 berada di udara terpisah pada jarak 2r, sehingga terjadi gaya tarik sebesar F seperti tampak pada gambar berikut.

Jika kedua muatan dipindahkan sehingga berjarak kali jarak mula-mula, maka gaya tarik antara kedua muatan menjadi ….

A. 4F

B. 2F

C. F

D. F

Kunci jawaban : A

Pembahasan :

Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan berbanding terbalik dengan kuadrat  jarak antara dua benda bermuatan tersebut.

Karena jarak diperpendek menjadi 1/2 kali, maka besarnya gaya tarik menarik antara dua benda tersebut menjadi 4 kali gaya semula.

Soal nomor 4

Dua benda bermuatan listrik saling berdekatan seperti gambar berikut!

Benda K dengan L tolak-menolak dengan gaya 3 N. Jika muatan K diperkecil menjadi +lQ dan muatan L diperbesar menjadi 8Q, sedangkan jarak K dengan L diperpanjang menjadi 10 cm, gaya tolak-menolak antara K dengan L menjadi ….

A. 3 N

B. 6 N

C. 12 N

D. 24 N

Kunci jawaban : A

Pembahasan :

F2 = 3 Newton

Soal nomor 5

Gambar berikut menunjukkan dua keadaan muatan-muatan listrik yang diletakkan pada jarak yang berbeda.

Jika pada keadaan (1) terjadi gaya tarik-menarik sebesar F maka pada keadaan (2) terjadi gaya
tarik-menarik sebesar ….

A. 0,5 F

B. 1 F

C. 2 F

D. 4 F

Kunci jawaban : B

Pembahasan :

F = k. q1q2 / r²

Fr² = k. q1q2

Fr²/q1q2 = k

F1r1²/q1q2 = Fbrb²/qaqb

Fr²/qq = Fb.(2r)²/2q.2q

Fr²/q² = Fb4r²/4q²

F = Fb

Fb = F

Jadi, pada keadaan (2), gaya tarik menariknya adalah F

Soal nomor 6

Dua benda bermuatan masing-masing 3 x 10-6 C dan 1 x 10-6 C. Jarak dua muatan tersebut adalah 30 cm dan k = 9 x 102 Nm2/C2, maka gaya yang dialami oleh kedua muatan adalah ….

A. 0,3 Newton

B. 3 Newton

C. 6 Newton

D. 9 Newton

Kunci jawaban : A

Pembahasan :

F = 3 Newton

Soal nomor  7

Dua buah benda bermuatan dengan muatan yang sama, jaraknya dijadikan tiga kali semula, maka gaya yang akan dialami kedua muatan adalah ….

A. 9 kali semula

B. 4 kali semula

C. 1/2  kali semula

D. 1/9  kali semula

Kunci jawaban : D

Pembahasan :

Diketahui r2 = 3r1

Rumus menghitung gaya Coulomb :

Berdasarkan rumus tersebut, maka gaya Coulomb (F) berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan (r2).

F1/F2=(r2/r1)²

F1/F2=(3r1/r1)²

F1/F2=3²

F1/F2=9

F2 = 1/9 F1

Jadi F akhir sama dengan 1/9 kalinya F semula.