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.
- Muatan Listrik
- Induksi Listrik
- Distribusi Muatan Listrik
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
- Masalah dan Pemanfaatan Listrik
- 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.
- Pemanfaatan listrik
- 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.
- 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?
Tidak ada komentar:
Posting Komentar