Listrik Statis

Bookmark and Share
BAB I
PEMDAHULUAN
A.    LISTRIK
Pernahkah  anda  terkejut  ketika  tangan  anda  menyentuh  layar  TV? Apakah yang menyebabkan peristiwa sengatan yang kadang-kadang disertai rasa sakit itu?  Sengatan itu merupakan akibat yang ditimbulkan oleh listrik statis. Petir yang sering Anda lihat pada saat hari hujan itu juga merupakan contoh peristiwa alam yang disebabkan listrik statis. Apakah listrik statis itu?

B.    TERJADINYA LISTRIK STATIS
Kata “listrik” dalam bahasa Inggris  electric, berasal dari bahasa Yunani elektron, yang berarti “amber”. Amber adalah pohon damar yang membatu, dan pengetahuan kuno membuktikan bahwa jika anda menggosok batang amber dengan sepotong kain, maka amber menarik potongan daun kecil-kecil atau debu. Batang karet keras, batang kaca, atau penggaris plastik, jika digosok dengan sepotong kain juga akan menunjukkan “efek amber” atau listrik statis sebagaimana yang kita sebut sekarang. Barangkali anda telah memiliki pengalaman tentang listrik statis yakni ketika anda menyisir rambut kering, atau ketika menyetrika baju nilon. Pada setiap kasus tadi, suatu benda menjadi “bermuatan” listrik karena proses gosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik.
Apakah seluruh muatan listrik sama? Atau mungkinkah terdapat lebih dari satu jenis?






BAB II
PEMBAHASAN
A.    Konsep Dasar Listrik Statis
Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang telah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik.
Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda.
Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.
B.     Gaya Coulomb
Gaya coulomb atau gaya listrik yang timbul antara benda-benda yang bermuatan listrik dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu sebanding besar muatan listrik dari tiap-tiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda-benda bermuatan listrik tersebut.
gaya coulomb antara dua benda bermuatan listrik
gaya coulomb antara dua benda bermuatan listrik
Jika benda A memiliki muatan q1 dan benda B memiliki muatan q2 dan benda A dan benda B berjarak r satu sama lain, gaya listrik yang timbul di antara kedua muatan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut
listrik01
Dimana
F adalah gaya listrik atau gaya coulomb dalam satuan newton k adalah konstanta kesebandingan yang besarnya 9 x 109 N m2 C–2 muatan q dihitung dalam satuan coulomb (C)
konstanta k juga dapat ditulis dalam bentuk
listrik02
dengan ε0 adalah permitivitas ruang hampa yang besarnya 8,85 x 10–12 C2 N–1 m–2
Gaya listrik merupakan besaran vektor sehingga operasi penjumlahan antara dua gaya atau lebih harus menggunakan konsep vektor, yaitu sesuai dengan arah dari masing-masing gaya. Secara umum, penjumlahan vektor atau resultan dari dua gaya listrik F1 dan F2 adalah sebagai berikut.
  1. untuk dua gaya yang searah maka resultan gaya sama dengan penjumlahan dari kedua gaya tersebut. Adapun, untuk dua gaya yang saling berlawanan, resultan gaya sama dengan selisih dari kedua gaya
(gambar)
R = F1 + F2 dan R = F1F2
2. untuk dua gaya yang saling tegak lurus, besar resultan gayanya adalah
listrik03(gambar)
3 untuk dua gaya yang membentuk sudut θ satu sama lain, resultan gayanya dituliskan sebagai berikut
listrik04
(gambar)
Untuk penjumlahan lebih dari dua gaya, perhitungannya dapat menggunakan metode analitis (lihat pembahasan tentang analisis vektor).
C.    Medan Listrik
Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak.
Arah medan listrik dari suatu benda bermuatan listrik dapat digambarkan menggunakan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif memiliki garis gaya listrik dengan arah keluar dari muatan tersebut. Adapun, sebuah muatan negatif memiliki garis gaya listrik dengan arah masuk ke muatan tersebut.
Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Jika sebuah muatan uji q’ diletakkan di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan, kuat medan listrik E benda tersebut adalah besar gaya listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji. Jadi, dituliskan
listrik052dan F = E q’
Adapun kuat medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik q di suatu titik yang berjarak r dari benda tersebut dapat dituliskan sebagai berikut
listrik062Di sini kuat medan listrik dituliskan dalam satuan N/C.
Kuat medan listrik juga merupakan besaran vektor karena memiliki arah, maka penjumlahan antara dua medan listrik atau lebih harus menggunakan penjumlahan vektor. Arah medan listrik dari sebuah muatan positif di suatu titik adalah keluar atau meninggalkan muatan tersebut. Adapun, arah medan listrik dari sebuah muatan negatif di suatu titik adalah masuk atau menuju ke muatan tersebut.
Dua plat sejajar yang bermuatan listrik dapat menyimpan energi listrik karena medan listrik timbul di antara dua plat tersebut. Kuat medan listrik di dalam dua plat sejajar yang bermuatan listrik adalah
listrik071
Dimana σ adalah rapat muatan dari plat yang memiliki satuan C/m2
ε0 adalah permitivitas ruang hampa
Kita juga dapat menghitung kuat medan listrik dari sebuah bola konduktor berongga yang bermuatan listrik, yaitu sebagai berikut.
Di dalam bola (r < R), E = 0
Di kulit atau di luar rongga (r > R),
listrik081
D.    Energi Potensial Listrik
Dua buah benda bermuatan listrik yang terletak berdekatan akan mengalami gaya listrik di antara keduanya. Suatu usaha diperlukan untuk memindahkan (atau menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula. Karena usaha merupakan perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama dengan besar energi yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial listrik. Besar usaha (W) atau perubahan energi potensial listrik dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan dari posisi r1 ke posisi r2 adalah
listrik09
Dengan demikian, usaha atau energi potensial untuk memindahkan sebuah muatan uji q’ yang berjarak r dari sebuah muatan lain q ke jarak tak berhingga dapat dituliskan sebagai berikut
listrik10
Dimana tanda minus berarti usaha yang dilakukan selalu melawan gaya tarik yang ada (biasanya usaha yang dilakukan adalah usaha untuk melawan gaya tarik antara dua muatan).
E.     Potensial Listrik
Suatu muatan uji hanya dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain yang memiliki perbedaan potensial listrik sebagaimana benda jatuh dari tempat yang memiliki perbedaan ketinggian. Besaran yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah beda potensial. Beda potensial dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan ke jarak tak berhingga dengan usaha W adalah
listrik11
Dimana V adalah potensial listrik dengan satuan volt (V).
Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja. Potensial listrik dari suatu muatan listrik q di suatu titik berjarak r dari muatan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut
listrik121
Dari persamaan di atas tampak bahwa potensial listrik dapat dinyatakan dalam bentuk kuat medan listrik, yaitu
V = E r
Berbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik, potensial listrik merupakan besaran skalar yang tidak memiliki arah. Potensial listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan sumber dihitung menggunakan penjumlahan aljabar. Untuk n muatan, potensial listriknya dituliskan sebagai berikut.
listrik13
Catatan: tanda (+) dan (–) dari muatan perlu diperhitungkan dalam perhitungan potensial listrik.
Hubungan antara gaya listrik, kuat medan listrik, usaha atau energi potensial listrik, dan potensial listrik dapat digambarkan dalam diagram berikut ini.
C.      ELEKTROSKOP
Elektroskop  adalah  suatu  piranti  yang  dapat  digunakan  untuk mendeteksi muatan. Sebagaimana diperlihatkan Gambar 7, di dalam sebuah peti kaca terdapat dua buah daun elektroskop yang dapat bergerak (kadang-kadang yang dapat bergerak hanya satu daun saja), biasanya dibuat dari emas.
Daun-daun elektroskop ini dihubungkan ke sebuah bola logam yang berada di luar peti kaca melalui suatu konduktor yang terisolasi dari peti. Apabila benda



            yang bermuatan positip didekatkan ke bola logam, maka pemisahan muatan terjadi melalui induksi, elektron-elektron ditarik naik menuju bola, sehingga kedua daun elektroskop bermuatan positip dan saling menolak (Gambar 8a). Proses demikian disebut memuati dengan cara induksi. Sedangkan, jika bola dimuati dengan cara konduksi, maka bola logam konduktor, dan kedua daun elektroskop   memperoleh   muatan   positip,   sebagaimana   ditunjukkan   oleh Gambar 8b. Pada setiap kasus, makin besar muatan, maka makin lebar pemisahan daun-daun elektroskop. Meskipun demikian, perlu dicatat bahwa dengan cara ini, anda tidak dapat menentukan   tanda   muatan,   karena   dalam   setiap   kasus,   kedua   daun elektroskop saling menolak satu dengan yang lain. Meskipun demikian, suatu elektroskop   dapat  digunakan untuk  menentukan    “tanda muatan” jika pertama-tama pemisahan muatan dilakukan dengan cara konduksi, misalnya secar a negatip, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 9a.


Gambar 8  Elektroskop dimuati (a) dengan cara induksi, (b) dengan cara konduksi
 Sekarang, jika benda   bermuatan   negatip   didekatkan,   sebagaimana   ditunjukkan   pada Gambar 9b, maka lebih banyak elektron diinduksi untuk bergerak ke bawah menuju daun-daun elektroskop sehingga kedua daun ini terpisah lebih lebar.
Di  sisi  lain,  jika  muatan  positip  didekatkan,  maka  elektron-elektron  akan diinduksi untuk bergerak ke atas, sehingga menjadi lebih negatip dan jarak pisah kedua daun ini menjadi berkurang (menjadi lebih sempit), seperti pada Gambar 9c.



Gambar 9 Elektroskop yang pertama-tama dimuati dapat digunakan untuk menentukan
tanda dari suatu muatan yang diberikan.

PENANGKAL PETIR
Batang logam penangkal petir sering dipasang di atas atap rumah bertingkat atau di atas bangunan tinggi, dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam. Penangkal petir, melindungi rumah dan bangunan  tinggi  tersebut  dari  kerusakan  oleh  energi  listrik  yang
besar di dalam petir. Penangkal petir ini  menyediakan  suatu jalan aman, atau pentanahan, agar arus listrik petir  mengalir masuk ke dalam tanah, bukan melewati rumah atau bangunan lain. Pernahkah anda  melihat  penangkal  petir?  Pernahkah  anda melihat bangunan tinggi yang dilengkapi dengan penangkal petir seperti Gambar 12.
Penangkal petir itu merupakan contoh pengosongan muatan statis yang tidak menimbulkan kerusakan.

















BAB III
PENUTUP
Muatan positif adalah muatan yang sejenis dengan muatan yang dimiliki oleh kaca jika digosok dengan kain sutera.
Muatan negatif adalah muatan yang sejenis dengan muatan yang dimiliki oleh penggaris plastik jika digosok dengan kain wol.
Muatan yang sejenis tolak-menolak dan muatan yang tak sejenis tarik-menarik.
Jumlah bersih muatan listrik yang dihasilkan pada dua benda yang berbeda (misalnya, penggaris plastik dan kain wol) dalam suatu proses penggosokan adalah nol.
Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif (proton dan netron) dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.
Mendapatkan muatan pada batang logam netral dengan induksi dapat  dilakukan  dilakukan  dengan  cara  mendekatkan  batang logam bermuatan pada batang logam netral tersebut.
Mendapatkan muatan pada batang logam netral dengan konduksi dapat  dilakukan  dilakukan  dengan  cara  menyentuhkan  batang logam bermuatan pada batang logam netral tersebut.
Elektroskop  adalah  suatu  piranti  yang  dapat  digunakan  untuk mendeteksi   muatan   listrik.   Daun-daun   elektroskop   akan mengembang apabila kepala elektroskop dimuati baik dengan cara “induksi”, maupun dengan cara “konduksi”.
Petir adalah contoh pengosongan muatan statis di udara. Untuk menghindari kerusakan pada bangunan yang tinggi dari sambaran   petir,   dapat   dilakukan   dengan   cara   memasang penangkal petir pada bangunan tersebut.











DAFTAR ISI

1.      http://aktifisika.wordpress.com/tag/listrik-statis/
2.      http://basicsphysics.blogspot.com/2010/01/listrik-statis.html










{ 0 comments... Views All / Send Comment! }

Post a Comment