Selasa, 12 Juni 2012

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.
  1. 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.



  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.



  1. 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 × 109 C dan +6 × 109 C berada pada jarak 4 cm satu sama lain. Jika k = 9 × 109 Nm2C2, 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?


Tidak ada komentar:

Poskan Komentar