Gambar James prescot joul

Bahan ajar Listrik Dinamis

LISTRIK DINAMIS

Burung-burung ini bertengger di atas kawat hantaran udara tegangan tinggi. Mengapa burung ini tidak gosong karena kejutan listrik tegangan tinggi? Misalkan kawat putus dan burung tetap berayun bersama kawat sampai ujung kawat menyentuh tanah, apa yang akan terjadi?

Kemampuan dasar yang akan kamu miliki setelah mempelajari bab ini adalah:

• Menganalisis percobaan listrik dinamis dalam suatu rangkaian serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari

1. Arus dan Beda Potensial Listrik
2. Hukum Ohm
3. Konduktor dan Isolator
4. Hukum I Kirchoff
5. Perhitungan Rangkaian sederhana

Pendahuluan

Dalam bab 1 kamu mempelajari muatan – muatan listrik yang untuk sementara diam pada suatu benda, di sebut listrik statis. Dalam bab ini kamu akan mempelajari muatan – muatan listrik yang bergerak berkeliling melalui kawat konduktor. Studi tentang muatan – muatan listrik bergerak ( di sebut Arus listrik) di namakan Listrik Dinamis.

Setelah mempelajari bab ini kamu anyaan, apa penyebab kejutan listrik, arus atau tegangan? Mengapa kawat konstanta termasuk komponen ohmik , sedangkan bola lampu pijar termasuk komponen non – ohmik? Mengapa menyentuh kawat hidup bertregangan 220 V dengan tangan basah dapat membunuhmu?

1. Arus dan Beda Potensial Listrik

1. Konsep Arus Listrik

Dari pengalaman, kamu mengetahui bola lampu tidak mungkin berpijar jika tidak dihubungkan dengan sumber arus listrik, misalnya baterai. Apakah lampu jika dihubungkan dengan baterai pasti berpijar?

Aliran listrik melalui kabel mirip dengan aliran air melalui pipa. Air selalu mengalir karena perbedaan level, yaitu dari level tinggi ke level rendah. Demikian juga arus listrik mengalir melalui kabel karena adanya perbedaan “level listrik ” di antara kedua titik dalam rangakaian listrik. Kita di sebut “level listrik “ ini dengan Beda Potensial atau Tegangan. Jadi arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik dalam rangkaian, yaitu dari titik berpotensial tinggi ke ttik berpotensial lebih rendah.

Manakah yang ditetapkan sebagai arus listrik: aliran muatan positif ataukah aliran muatan negatif? Arus listrik ditetapkan oleh para ilmuwan pada abad ke – 19. Pada saat itu elektron belumlah ditemukan oleh J.J Thompson. Secara konvensional, arus listrik di tetapkan sebagai aliran partikel – partikel bermuatan listrik positif dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Arus listrik ini di sebut arus konvensional.

Mengapa kita masih menggunakan arus konvensional? Arah arus konvensional berlawanan dengan arah arus elektron yang sesungguhnya terjadi dalam kabel. Akan tetapi, secara kuantitas, banyak elektron yang mengalir dalam satu arah dalam arah berlawanan. Itulah sebabnya arus listrik masih tetap di definisikan berdasarkan arus konvensional ( aliran partikel – partikel bermuatan positif).

Agar listrik mengalir melalui suatu rangkaiaan:

1. Rangkaian listrik harus tertutup
2. Harus ada beda potensial antara dua titik dalam rangkaian.

Rangkaian listrik tertutup adalah rangkaian dimana jika kamu jalan berkeliling dari satu titik, misalnya A, ke salah satu arah maka kamu akan kembali lagi ke titik berangkat semula, titik A. Apabila kamu jalan berkeliling tapi tidak kembali lagi ke titik berangkat semula, ini pastilah bukan rangkaian tertutup, melainkan rangkaian terbuka. Perhatikan arus listrik tidak dapat mengalir melalui rangkaian terbuka.

2. Kuat Arus Listrik

Apakah besaran untuk arus listrik? Arus Listrik adalah aliran muatan – muatan positif. Makin banyak muatan positif mengalir melalui suatu penampang kawat dalam waktu tertentu, makin besar arus listriknya. Besar arus listrik dinyatakan oleh suatu besaran fisika yang di beri nama Kuat Arus Listrik, yang di beri simbol I. Kuat arus listrik (I) di definisikan sebagai hasil bagi antara muatan listrik positif (Q) yang mengalir melalui suatu penampang kawat penghantar dengan selang waktunya (t). 

 

Dimana Q = muatan listrik (coulomb, C)

t = selang waktu (sekon, s)

Satu coulomb adalah muatan listrik yang melalui titik apa saja dalam rangkaian listrik ketika arus tetap satu ampere mengalir selama satu sekon.

3. Konsep Beda Potensial Listrik

Potensial listrik (tegangan) adalah besaran yang menyatakan dorongan terhadap elektron-elektron agar dapat mengalir. Besar dorongan ini biasanya di acu terhadap Bumi, dimana ditetapkan potensial Bumi sama dengan nol. Beda potensial atau beda tegangan menyatakan beda nilai potensial antara dua titik berbeda dalam suatu rangkaian.

Telah kamu ketahui bahwa arus dapat mengalir antara dua titik dalam rangakaian tertutup jika ada beda potensial. Jadi, kata yang penting adalah Beda potensial bukan potensial. Walaupun kedua titik dalam suatu rangakaian tertutup memiliki potensial (potensialnya tak nol) tetapi jika nilai potensial kedua titik ini sama, sehingga beda potensial diantara keduanya nol, maka arus tidak mengalir. Yang berbahaya bagi kita adalah arus listrik (dihasilkan oleh beda potensial) dan bukan potensial listrik atau tegangan.

4. Alat Ukur Arus dan Tegangan

1. Bagaimana memasang dan membaca ampere meter

Kuat arus yang melalui suatu rangkaian di ukur dengan amperemeter. Ada dua jenis amperemeter: amperemeter analog dan amperemeter digital. Amperemeter harus di hubungkan seri pada komponen yang akan di ukur kuat arusnya. Jika menggunakan amperemeter analog berhati-hatilah. Arus listrik harus mengalir masuk ke terminal positif (diberi tanda “+” atau warna merah) dan meninggalkan amperemeter melalui terminal negatif (diberi tanda “-“ atau warna hitam). Dengan kata lain, titik yang potensialnya lebih rendah di hubungkan keterminal “-“. Jika di hubungkan dengan polaritas yang terbalik, jarum penunjuk akan menyimpang dalam arah berlawanan. Ini dapat menyebabkan jarum penunjuk membentur sisi tanda nol (sisi akan pergerakan jarum penunjuk jika amperemeter tidak di aliri arus) dengan gaya cukup besar hungga dapat merusak amperemeter. Jika mengukur kuat arus menggunakan amperemeter digital, tidak perlu khawatir, Amperemeter digital memiliki polaritas otomatis (autopolarity). Ia akan memberikan bacaan yang benar walaupun menghubungkannya dengan polaritas terbalik, hanya akan muncul displai “tanda negatif” di depan displai angka. Displai tanda negatif menyatakan bahwa hubungan polaritas komponen ke amperemeter adalah terbalik.

Hal yang penting di perhatikan ketika memasang amperemeter seri dengan komponen yang akan di ukur kuat arusnya adalah rangkaian harus di potong. Kemudian hubungkan ujung-ujung potongannya ke terminal-terminal amperemeter dengan polaritas yang benar. Ujung potongan yang potensialnya lebih tinggi harus di hubungkan ke terminal positif, sedangkan ujung potongan yang potensialnya lebih rendah harus di hubungkan ke terminal negatif.

Bagaimana membaca nilai kuat arus yang di tunjukan oleh sebuah amperemeter analog? Misalkan amperemeter memiliki dua batas ukur: 0,6 dan 3 A. Menggunakan batas ukur 0,6 A, dan itu berarti harus membaca skala yang bawah, terbaca kuat arus 0,50 A. Menggunakan batas ukur 3 A, dan itu berarti harus membaca skala yang atas, terbaca 2,50 A.

2. Bagaimana memasang dan membaca volmeter

Beda potensial antara ujung – ujung suatu rangkaian dalam rangkaian listrik di ukur dengan volmeter. Seperti halnya amperemeter, volmeter juga ada dua jenis: analog dan digital.

Volmeter harus di hubungkan paralel dengan komponen yang akan di ukur beda potensialnya. Dalam pemasangan volmeter tidak perlu memotong rangkaian seperti pemasangan pada amperemeter. Cukup memerhatikan mana ujung komponen yang potensialnya lebih besar. Ujung yang potensialnya lebih besar di hubungkan ke terminal positif volmeter ( ditandai “+” atau berwarna merah), sedangkan ujung lainnya di hubungkan ke terminal negatif volmeter ( ditandai “-“ atau berwarna hitam).

2. Hukum Ohm

1. Merumuskan hukum Ohm

Faktor – faktor apa sajakah yang mempengaruhi kuat arus yang melalui suatu rangkaian sederhana:

Hubungan matematis antara arus listrik dan beda potensial

V = RI atau I = V/R

Di mana V = beda potensial atau tegangan (volt)

R = hambatan listrik (ohm)

I = kuat arus (ampere)

Ketika kamu memasang lampu pijar antara P dan Q, dan mengubah – ubah posisi kontak luncur rheostat, apakah suhu lampu pijar tetap? Bagaimanakah hubungan V terhadap I untuk lampu pijar ? Apakah nilai v/I ini tetap ? hasil percobaanmu akan membuktikan bahwa suhu lampu pijar selama percobaan tidak tetap, ini memyebabkan nilai hambatan listrik lampu pijar R = V/I tidak tetap. Komponen seperti lampu pijar, dimana grafik V – I nya tidak berbentuk garis lurus, di sebut komponen non ohmik. Sementara kawat konstanta disebut komponen ohmik.

Ilmuan yang pertama kali melakukan percobaan ini adalh George Simon Ohm (1787 – 1834), guru fisika berkebangsaan Jerman, pada tahun 1826 ia berhasil menemukan hubungan antara beda potensial V dan kuat arus I pada konduktor. Hubungan ini disebut hukum Ohm yang berbunyi:

Kuat arus yang melalui suatu konduktor ohmik adalah sebanding ( berbanding lurus ) dengan beda potensial antara ujung – ujung konduktor asalkan suhu konduktor tetap.

Hambatan Konduktor Ohmik

R = V/I

Dalam SI, satuan hambatan listrik R adalah Ohm, jadi stu Ohm adalah hambatan bagi suatu konduktor di man ketika beda potensial atau volt di berikan pada ujung – ujung konduktor maka kuat arus satu ampere mengalir melalui konduktor tersebut.

2. Penerapan Hukum Ohm

1. Mengapa suatu rangkaian selalu memerlukan beban?

Kamu dapat membuat suatu rangkaian sederhana dengan menghubungkan tiap ujung kabel yang luar dari sebuah lampu kecil ke kutub batu baterai 1,5 V. Lampu akan menyala walaupun tidak begitu terang karena tegangan tersebut terlalu rendah. Batu baterai sebagai sumber arus, kabel sebagai penghantar dan lampu sebagai beban.

Lampu sebagai beban dari rangkaian memiliki hambatan listrik yang akan membatasi arus dalam rangkaian. Rangkaian yang tanpa beban disebut rangkaian yang mengalami hubung singkat (korsleiting). Saat rangkaian mengalami hubung singkat, arus sangat besar akan melalui rangkaian. Arus sangat besar ini akan merusak alat – alat listrik yang terhubung pada rangkaian, bahkan dapat membakar penghantar. Peristiwa kebakaran rumah atau gedung banyak yang di sebabkan peristiwa hubung singkat. Untuk mengamankan alat – alat listrik dari arus lebih karena hubung singkat dipasanglah sekring, ketika hubung singkat sekring akan terbakar putus untuk membuka rangkaian.

2. Hukum Ohm dan kejutan listrik

Apa yang menyebabkan kejutan listrik dalam tubuh manusia arus atau tegangan? Telah diketahui bahwa efek merusak dari kejutan listrik di sebabkan oleh arus listrik yang melalui tubuh manusi. Efek nyata arus listrik pada tubuh manusia tentu berbeda dari satu individu dengan individu lain. Besar arus bergantung pada tegangan dan hambatan tubuh manusia. Hambatan tubuh manusia sebagian besar terdapat pada kondisi kulitnya. Untuk kulit dalam kondisi kering hambatan tubuh adalah 100000 ohm atau lebih besar. Tetapi untuk kondisi kulit basah, terutama oleh keringat yang mengandung garam hambatan tubuh turun drastis sampai hanya beberapa arus ohm.

3. KOnduktor dan Isolator

1. Perbedaan Hambatan Konduktor dan Isolator

Konduktor adalah bahan yang mudah menghantarkan arus listrik. Kebalikannya, isolator adalah bahan yang sukar menghantarkan arus listrik. Sedangkan semikonduktor memiliki kemammpuan menghantarkan arus listrik di antara konduktor dan isolator.

2. Perbedaan Konduktor dan Isolator Berkaitan dengan Elektron Bebas

Pada konduktor elektron – elektron pada kulit terluar tidak di pegang oleh gaya kuat. Dengan demikian, elektron – elektron ini mudah bergerak bebas sehingga mereka mendukung terjadinya arus elektron. Konduktor listrik yang baik mengandung banyak elektron bebas. Contoh konduktor yang baik adalah kawat tembaga, kawat perak, dan kawat alumunium.

Pada bahan Isolator, elektron – elektron pada kulit terluar dipegang oleh gaya sangat kuat. Hanya ada sangat sedikit elektron bebas dalam isolator. Karena elektron tidak dapat mengalir dalam isolator. Bahan – bahan seperti plastik dan karet termasuk isolator.

Semikonduktor adalah bahan dengan sifat diantara konduktor dan isolator. Elektron – elektron pada kulit terluarnya dipegang oleh gaya cukup kuat, tetapi tidak sekuat seperti isolator. Karena itu, pada suhu ruang masih tersedia sedikit elektron bebas untuk menghasilkan arus elektron. Yang termasuk bahan konduktor adalah karbon, silikon, germanium. Karbon di gunakan untuk membuat resistor dan kontak luncur. Tentu saja sebuah resistor adalah komponen yang mendukung aliran elektron lebih dari pada isolator, tetapi tidak sebaik konduktor.

Dapatkah isolator bersifat sebagai konduktor?

Tegangan tinggi memberikan enrgi listrik besar sehingga mampu mengatasi gaya besar yang mengatur pada elektron. Akibatnya, elektron terluar bebas begerak dan mapu mengalirkan arus elektron seperti hanya konduktor. Jadi, pada tegangan tinggi, isolator dapat bersifat konduktor.

4. Hukum I Kirchoff

Hukum I Kirchoff berbicara tentang kuat arus dalam suatu rangkaian listrik. Rangkain listrik boleh bercabang dan boleh tak bercabang. Hukum I Kirchoff berbunyi:

Jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik cabang tersebut.

ΣI _masuk = ΣI_keluar

Pernyataan diatas di kemukakan oleh Gustav Kirchoff (1824 – 1887) sehingga di kenal sebagai hukum I Kirchoff.

5. Perhitungan Rangkaian Sederhana

1. Resistor dan Pengukuran Hambatan Listrik

Komponen listrikyang khusus di buat untuk menghasilkan hambatan listrikdi sebut resistor. Resistor di gunakan untuk membatasi kuat arus dan beda potensial pada nilai tertentu besarnya agar komponen – komponen listrik lain dalam rangkaian dapat berfungsi dengan baik.

Berdasarkan nilai hambatan listriknya, ada dua jenis resistor: resistor tetap dan resistor variabel. Resistor tetap memiliki nilai hambatan listrik yang nilainya tetap sedang variabel memiliki niali hambatan listrik yang dapat berubah – ubah.

1. Resistor tetap
   

   

Resistor tebuat dari karbon yang merupakan bahan semi konduktor. Nilai hambatan resistor ditandai pada kulit luarnya dengan kode warna.

2. Rheostat
   

   

Merupakan sebuah resistor variabel yang biasanya di gunakan untuk mengatur besar kuat arus dalam suatu rangkaian. Rheostat yang dibuat dari hambatan kawat yang dililitkan mengitari sebuah tabung berisolasi, mengurangi panjang kawat hambatan dalam rangkaian mengurangi hambatan listrik rangkaian dan memperbolehkan arus untuk meningkat.

3. Mengukur hambatan listrik
   

   

Hamabatan listrik suatu rangakaian dapat di ukur dengan menggunakan sebuah volmeter dan amperemeter, disebut metode volmeter – amperemeter. Hambatan listrik rangakain dapat diukur dengan multimeter atau avometer. Multimeter adalah alat ukur yang sekaligus dapat di gunakan untuk mengukur kuat arus, tegangan, dan hambatan listrik. 
 

2. Penyederhanaan Resistor Seri dan Paralel

Ketika menghubungkan sebuah lampu kemudian dua lampu secara seri, maka rangkain satu lampu menyala lebih terang dari pada rangkaian dua lampu, karen aterang lampu terganmtung pada kuat arus yang melalui lampu. Hambatan total lampu pada susunan seri lebih besar dari pada hambatan masing – masing lampu.

Apabila lampu dirangkai paralel maka hasilnya sama terang karen akuat arus yang melalui rangkaian satu lampu sama dengan kuat arus yang melalui masing – masing lampu. Hambatan total pada sususnan paralel haruslah lebih kecil dari pada hambatan masing – masing lampu.

1. Hambatan pengganti seri

Hambatan pengganti seri sam dengan hmabtan tiap- tiap komponen.

R_s = R₁ + R₂ + R₃ +……

Untuk memperoleh hambatan pengganti paling besar dari pada beasar resistor yang tersedia, resistor – resistor itu harus disussun seri.

2. Hambatan pengganti paralel

Kebalikan hambatan pengganti paralel sama dengan jumlah dari kebalikan hambatan tiap- tiap komponen.

1/ R_p = 1/ R₁ + 1/ R₂ + 1/ R₃ + ……

Untuk memperoleh hambatan pengganti paling kecil dari beberapa resistor yang tersedia, resistor – resistor itu harus di susun paralel.

3. Pemecahan Masalah Rangakaian Listrik Sederhana

Langkah – langkah yang di gunakan adalah:

1. Kuat arus dalam rangkaian utama (rangkaian sederhana yang tidak bercabang) yang tidak sama pada semua titik dalam rangkaian itu (prinsip seri)
2. Kuat arus dalam kawat induk (kawat sebelum bercabang) sama dengan jumlah kuat arus yang melalui cabang – cabang paralel.
3. Beda potensial anatara ujung – ujung resistor yang di rangakai paralel sama, yaitu sama dengan beda potensial antara ujung – ujung resistor penggantinya.
4. Beda potensial total resistor – resistor yang di rangkai seri sama dengan jumlah beda potensial masing – masing resistor.

Bahan ajar Listrik Statis

Menjelang badai hujan kamu sering mengamati langit mengeluarkan cahaya kilat dan bunyi guntur menggelegar, Tahukah kamu bahwa petir adalah peristiwa nyata yang melibatkan listrik statis? Bagaimanakah proses dari awan petir sampai terjadi pelepasan muatan ke tanah? Bagaimana cara menangkal petir sehingga tidak membahayakan gedung tinggi yang di sambarnya? Pernahkah kamu menyentuh layar TV atau monitor komputer yang nyala? Kamu mungkin akan merasakan sengatan kecil pada jari tanganmu. Apa yang menyebabkan kamu merasakan sengatan tersebut? Penyebab sengatan tersebut sebetulnya sama dengan penyebab terjadinya petir, yaitu listrik statis. Apakah listrik statis itu?

 LISTRIK STATIS

Kompetesi dasar yang akan kamu miliki setelah mempelajari bab ini adalah:

• Mendeskripsikan muatan listrik untuk memahami gejala-gejala listrik statis serta kaitannya dalam kehidupan sehari-hari.

1. Muatan Listrik
2. Induksi Listrik
3. Distribusi Muatan Listrik
4. Masalah dan Pemanfaatan Listrik Statis

Pendahuluan

Listrik sangat membantu kehidupan manusia. Dengan listrik, manusia dapat mengembangkan ilmu dengan cepat. Kebutuhan akan listrik pada saat ini makin di perlukan bahkan telah menjadi kebutuhan pokok. Hampir seluruh bidang kehidupan sekarang ini memanfa’atkan peralatan yang menggunakan energy listrik. Hal itu karena energi listrik merupakan salah satu bentuk energi yang mudah di ubah menjadi bentuk energi yang lain. Energi listrik dapat di ubah menjadi energi cahaya, energi kinetik, energi kalor, atau enrgi bentuk lain.

Salah satu ilmuwan Yunani Kuno, Thales of Milethus (625-547), seorang ahli matematika yang hidup lebih dari 2500 tahun lalu, tercatat sebagai orang pertama yang melakukan eksperimen ilmiah tentang listrik statis. Ia menggosokan sebuah batu ambar pada sepotong kain wol dan mendekatkannya pada benda ringan sperti bulu ayam. Kata “listrik”berasal dari kata elektron (electron) yang dalam bahasa Yunani berarti batu amabar. Ketika muatan dari batu ambar habis, bulu ayam segera terlepas dari batu ambar tersebut. Muatan listrik yang sementara diam pada suatu benda inilah yang di sebut listrik satis.

1. Muatan Listrik

Semua unsur di susun oleh atom-atom. Atom adalah bagian terkecil suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur itu. Tiap unsur hanya di susun oleh satu jenis atom. Atom itu sendiri disusun oleh partikel-partikel lebih kecil, yang di sebut subatom. Tiga partikel subatom yang penting adalah proton neutron dan elektron. Proton dan neutron terdapat dalam nucleus, atau pusat dari sebuah atom. Elektron-elektron di dapatkan dalam suatu daerah diluar nucleus, yang sering disebut sebagai satu awan elektron. Proton dan elektron memiliki sifat yang sama, yang di kenal sebagai muatan listrik. Besarnya muatan listrik proton dan elektron adalah sama, tetapi jenis ke duanya tidak sama. Muatan proton adalah positif (di tandai dengan “+”). Neutron adalah netral, yang berarti tidak bermuatan listrik. Tanda + atau – tidak memiliki arti fisis. Tanda ini berasal dari Benjamin Franklin.

Kegiatan 1 : Membuktikan Muatan Listrik

Alat dan bahan:

kertas tisu, penggaris plastik , gunting, sisir plastik, dan kain kasar

Cara kerja:

1. Buat potongan-potongan kecil kertas tisu.

2. Gosok-gosokkan penggaris dengan kain (misalnya pada kain celana/rokmu).

3. Dekatkan penggaris tersebut pada potongan kertas-kertas itu. Gejala apakah yang kamu amati? Catat hasil pengamatanmu.

4. Ganti potongan-potongan kertas tisu tersebut dengan benda-benda kecil lainnya, kemudian ulangi kegiatan diatas.

Analisis dan diskusi

1. Bandingkan hasil pengamatanmu terhadap perilaku kertas atau benda-benda kecil lainnya pada berbagai kegiatan yang telah kamu lakukan.

2. Apakah pnggaris bermuatan listrik?

3. Apakah potongan kertas tisu bermuatan listrik?

4. Buat sebuah uraian yang menurut kamu dapat menjelaskan kejadian-kejadian seperti yang telah kamu amati tersebut.

Pada Kegiatan.1

Kamu mengamati potongan-potongan kertas tisu yang mula-mula diam di atas meja kemudian meloncat dan akhirnya menempel pada penggaris yang telah digosok. Gejala serupa terjadi pada saat kamu menyetrika baju dari kain nilon, ternyata baju-baju tersebut menjadi lengket satu dengan lain. Pada berbagai peristiwa tersebut kamu mengamati bahwa benda-benda tersebut menjadi “bermuatan listrik” dengan cara di gosok. Bagaimana benda dapat bermuatan listrik dengan cara di gosok?Atom bersifat netral karena jumlah muatan positif (jumlah proton) sama dengan jumlah muatan negatif (jumlah elektron). Ketika suatu benda di gosok maka kita member energi untuk dapat memindahkan elektron dari satu benda ke benda lain. Jenis muatan listrik yang di peroleh dengan menggosokkan dua benda.

Tabel. 1

Benda	Keterangan
Plastik Ebonit Kaca	Bermuatan negatif jika di gosok dengan kain wol Bermuatan negatif jika di gosok dengan kain wol Bermuatan listrik positif jika digosok dengan kain sutra

Memberi muatan secara Konduksi

Untuk memberi benda bermuatan listrik adalah dengan metode konduksi. Dalam konduksi terjadi kontak langsung dari benda satu dengan benda lainnya. Hampir semua jenis logam, seperti perak, aluminium, dan tembaga adalah konduktor yang baik. Hampir semua bahan nonlogam, kecuali karbon sangat sukar atau bahkan sama sekali tidak menghantarkan muatan listrik. Benda yang mudah menghantarkan listrik disebut konduktor, Benda yang sulit menghantarkan listrik disebut Isolator. Beberapa bahan yang tergolong konduktor dan isolator.

Tabel. 2

Konduktor		Isolator
Baik	jelek
Perak Tembaga Aluminium	Air Badan manusia Tanah	PVC Politen Perspek

Dalam bahan – bahan yang tergolong isolator, elektron-elektron pada setiap atom diikat dengan kuat, sehingga pada keadaan normal, elelktron-elektron tidak bebas bnergerak. Karena elektron-elektron tidak bebas bergerak, maka bahan-bahan isolator sukar menghantarkan muatan listrik.

Walaupun elektron-elektron dalam bahan isolator tidak bebas bergerak, elektron-elektron tersebut dapat di pindahkan dengan cara menggosok. Apakah konduktor, batang tembaga dapat diberi muatan dengan cara menggosok? Tentu saja bisa, asalkan batang yang di gosok di pegang oleh tangkai isolator. Elektron yang berpindah dari batang tembaga ke alat gosok tidak dapat di gantikan oleh elektron dari tanah karena terhalang oleh tangkai isolator.

Tulis jawaban pada buku kerjamu!

1. Sebutkan bagian-bagian dari atom.

2. Apa yang di maksud dengan muatan listrik?

3. Sebutkan 5 contoh benda yang ada disekitarmu termasuk konduktor listrik.

4. Apa perbedaan konduktor dan isolator?

5. Sebutkan benda – benda yang termasuk konduktor dan isolator.

Sifat Muatan Listrik

Apa yang akan terrjadi jika dua benda bermuatan listrik di dekatkan? Ketika mistar plastik bermuatan negatif kamu gantung dan batang kaca bermuatan positif kamu dekatkan ke salah satu ujung mistar, tampak mistar mendekati batang kaca. Jika yang kamu dekatkan ke mistar adalah mistar lainyang bermuatan negatif, tampak mistar di tolak.Gambar di bawah merupakan muatan sejenis tolak menolak, muatan tak sejenis tarik menarik.

Hukum Coulomb

Besarnya gaya interaksi antar muatan listrik telah di pelajari oleh Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806) seorang ahli bangsa Perancis telah mengukur tarikan dan tolakan listrik secara kuantitatif dengan suatu percobaan menggunakan alat yang biasa disebut neraca puntir Coulomb. Hasil pengamatan yang dilakukan oleh Coulomb menunjukkan bahwa besar gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding dengan muatan masing - masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda itu.

Jika muatan benda pertama dinyatakan dengan Q1 dan benda kedua Q2, jarak antara dua muatan adalah r, maka besarnya gaya tolak menolak atau tarik menarik antara dua muatan sejenis maupun tak sejenis, F, dapat ditulis sebagai berikut:

Dengan k adalah konstanta perbandingan dan jika di ruang hampa udara besarnya 9 ×10⁹ Nm²/C². Dalam satuan MKS besarnya F dinyatakan dalam satuan newton, dan jarak antara dua muatan dinyatakan dalam meter, sedang Q dinyatakan dalam coulomb.

2. Induksi muatan listrik

Induksi adalah imbasan yang terjadi akibat adanya pengaruh benda bermuatan listrik sehingga benda lain yang semula netral menjadi bersifat listrik. Induksi dapat di gunakan untuk mengetahui apakah benda bermuatan listrik atau tidak. Untuk menyelidiki atau mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda dapat di gunakan Elektroskop.

Keberadaan muatan listrik pada sebuah benda dapat diketahui dengan elektroskop. Bangun elektroskop terdiri atas dua buah daun logam tipis yang dipasang pada ujung batang logam. Ujung lain batang itu biasanya dipasang bola logam (knob). Untuk menghindarkan dari berpindahnya muatan ke udara bebas, batang tersebut dimasukkan ke dalam kaca. Elektroskop, pada saat netral daun-daun logam menguncup saat sisir ber-muatan negative didekatkan, electron pada batang logam terdorong menuju daun elektroskop, dan daun mekar saat kaca bermuatan positif didekatkan elektron pada batang logam bergerak ke knop, sehingga daun bermuatan positif, dan daun mekar.

3. Distribusi muatan listrik

Distribusi muatan listrik pada konduktor Telah di ketahui bahwa muatan listrik mudah mengalir dengan konduktor. Muatan listrik pada konduktor hanya terdistribusi pada permukaan luarnya, tidak pada permukaan dalamnya. Distribusi muatan listrik pada permukaan luar konduktor berongga di pusatkan pada bagian luar yang memiliki kelengkungan paling runcing. Generator listrik statis biasanya hanya di temukan di museum atau gedung untuk menunjukkan iptek. Salah satu jenis generator listrik statis yang di gunakan untuk menghasilkan muatan listrik statis yang besar adalah generator van de graff.

Penangkal petir

Sebelum membahas petir, kita bahas dulu mengenai pelepasan muatan listrik. Telah di ketahui bahwa elektron dapat berpindah dari satu benda ke benda lain. Sejumlah elektron dapat mentap diam sementara pada suatu benda, inilah yang di sebut listrik statis. Pelepasan listrik statis sebagai keluarnya muatan- muatan listrik dari benda di sebuat pelepasan muatan. Pelepasan muatan kadang berlangsung perlahan dan tenang. Akan tetapi kadang berlangsung cepat tenaga dengan di sertai kejutan, suatu percikan cahaya, atau suatu bunyi ledakan. Salah satu contoh pelepasan muatan yang dramatis dan terjadi secara alamiah adalah petir. Bangunan yang tersambar petir tidaklah aman karena dapat terbakar. Bahkan, pemadaman dapat terjadi karena kawat transmisi atau distribusi tenaga listrik tersambar petir. Penangkal petir melindungi gedung dari sambaran petir dengan dua cara sebagai berikut:

1. Aliran ion-ion positif dari ujung runcing konduktor menuju ke awan halilintar mengurangi muatan listrik induksi pada atap gedung dan juga menetralkan (meniadakan) beberapa muatan listrik negatif pada awan. Ini menyebabkan berkurangnya kesempatan atap gedung tersambar petir.
2. Jika petir menyambar juga, penangkal petir menyediakan jalur untuk di lakukan elektron-elektron menuju ke dalam tanah merusak gedung. Ingat, tanah atau bumi memiliki kemampuan tak terbatas untuk menampung elektron atau memberi elektron.

Sebuah penangkal petir terdiri atas beberapa konduktor yang ujungnya runcing. Konduktor ini dipasang di atap gedung dan di hubungkan ke lempengan logam (biasanya tembaga) yang di tanam di tanah.

4. Masalah dan Pemanfaatan Listrik

1. Masalah Listrik (Bahaya petir)

Elektron-elektron dalam petir tentu saja mencari jalan terbaik (konduktor) untuk di laluinya agar sampai di tanah. Jalan terbaik untuk petir samapai ke tanah adalah melalui gedung tinggi, antena telivisi, dan pepohonan. Meski manusia tidak setinggi gedung, tetapi ketika berada di luar rumah saat badai petir, bukan berarti aman. Di tempat luas tubuh manusia adalah jalur terbaik untuk menghantarkan petir ke tanah. Bahaya tersambar petir lebih meningkat jika orang membawa benda dari logam. Begitu pula berlindung di bawah pohon tinggi besar pada saat banyak petir adalah kesalahan besar. Memang petir akan memilih jalur pohon tinggi, tetapi ia juga akan menyambar orang yang berlindung di bawahnya. Tempat berlindung saat badai petir adalah masuklah ke dalam mobil. Mobil dapat di anggap konduktor berongga di mana muatan hanya terkumpul di permukaan mobil. Mobil akan melindungi karena muatan petir akan melalui logam mobil untuk sampai ketanah. Meskipun medannya basah karena hujan, roda mobil yang juga mengandung logam akan mengalirkan muatan petir ke tanah. Dengan demikian, petir tidak harus melalui badan untuk menghantarkan arus ke tanah. Untuk melindungi gedung tinggi dari bahaya petir, perlu di pasang penagkal petir.

2. Pemanfaatan listrik

1. Pengendapan Elektrosis

Satu penggunaan listrik statis yang sangat penting terdapat dalam suatu peralatan yang di sebut pengendapan elektrosis. Peralatan ini di temukan oleh F. G. Cottrel pada tahun 1907, dan penggunaan utamanya adalah membersihkan gas buang dari cerobong asap. Peralatan ini berguna dalam PLTU batu bara dan dalam industri pabrik semen yang banyak menghasilkan asap kotor. Sebuah pengendap elektrosis yang di pasang dalam cerobong terdiri dari dua pelat logam datar dan beberapa kawat vertikal yang terbentang di antaranya. Pelat-pelat logam di tanahkan, tetapi kawat-kawat di antara pelat di jaga bermuatan sangat kuat ( negatif). Dengan demikian, ada medan listrik kuat dalam daerah di antara kawat dan keping. Listrik ini menyebabkan ion-ion terbentuk dalam udara di antara kawat.

Gas yang membawa abu dan debu lewat dari bawah. Ion-ion positif udara di tarik ke kawat bermuatan negatif, tetapi nion- ion negatif udara di tangkap oleh partikel abu dan debu. Partikel abu dan debu bermuatan positif ini kemudian bergerak menuju pelat-pelat logam dan terkumpul. Ketika saluran cerobong di goncang, partikel-partikel tersebut jatuh bebas dan terkumpul di bagian dasar. Pengndapan elektrosis mebuat gas buang dari cerobong lebih bersih, tetapi yidak dapat memindahkan gas-gas yang tak di inginkan.

2. Pengecetan mobil

Pengecetan mobil saat ini secara luas menggunakan penyemprotan cat elektrosis. Butiran-butiran cat dari sebuah aerosol biasanya menjadi bermuatan listrik bergesekan dengan mulut penyemprot. Bahan mobil yang di tanahkan selama penyemprotan akan menarik butiran-butiran cat bermuatan menuju ke badan mobil. Proses ini memberikan pelapisan cat yang lebih rata, dan menjamin bahwa pengecetan akan sampai, bahkan ke bagian-bagian mobil yang paling sukar di capai.

E valuasi

1. Kumpulan muatan listrik pada suatu benda disebut ....

a. listrik dinamis

b. listrik statis

c. kuat arus

d. energi

2. Benda-benda yang dapat menghantarkan listrik disebut ....

a. konduktor

b. isolator

c. semikonduktor

d. salah semua

3. Penggaris plastik bermuatan negatif didekatkan pada sepotong kertas. Kertas tersebut ditarik menuju penggaris. Kejadian ini menunjukkan saat itu pada kertas tersebut terjadi ….

a. isolasi

b. induksi

c. konduksi

d. pengosongan muatan

4. Alat pendeteksi muatan listrik adalah ....

a. termometer

b. termoskop

c. elektroskop

d. isolator

5. Satuan muatan listrik adalah ....

a. kg

b. coulomb

c. joule

d. watt

Esay

Tulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.

1. Roni menggosokkan dua batang logam pada kain sutera. Kemudian batang logam tersebut didekatkan satu sama lain dan terjadi tolakmenolak. Mengapa hal tersebut dapat terjadi? Jelaskan.

2. Dua buah benda masing-masing bermuatan −8 × 10−9 C dan +6 × 10−9 C berada pada jarak 4 cm satu sama lain. Jika k = 9 × 10−9 Nm2C−2, maka tentukan

besar gaya tolak atau gaya tarik kedua benda tersebut.

3. Misalkan kamu telah menyentuhkan benda bermuatan positif pada knop elektroskop. Apa yang terjadi pada daun elektroskop, jika benda bermuatan negatif yang relatif besar didekatkan pada knop elektroskop?

4. Bagaimana penangkal petir dapat melindungi bangunan dari ancaman tersambar petir?

5. Mengapa bermain sepak bola di lapangan atau berteduh di bawah pohon yang tinggi di waktu hujan berbahaya?