LISTRIK STATIS
A.
Tujuan
Pembelajaran
1. Mengetahui
jenis muatan listrik statis dengan cara menggosok.
2. Mengetahui
bahwa muatan sejenis tolak-menolak dan muatan tak sejenis tarik-menarik.
3. Menyebutkan
hukum kekekalan muatan listrik.
4. Menjelaskan
model atom sederhana
5. Mengetahui
cara memperoleh muatatn listrik pada batang logam netal dengan cara “induksi”
B.
Bahan
Ajar
Muatan
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?
v 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,
jikadigosok 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?
v Jenis Muatan Listrik
Terdapat dua jenis muatan listrik. Ketika
penggaris plastik kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama didekatkan
pada penggaris plastik pertama, penggaris pertama bergerak menjauhi penggaris
kedua. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar
1a. Ketika batang kaca kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama
didekatkan pada batang kaca pertama, batang kaca kedua juga bergerak menjauhi
batang kaca pertama. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 1b. Tetapi, jika batang kaca yang bermuatan didekatkan pada
penggaris plastik yang bermuatan,akan didapatkan bahwa keduanya akan saling
menarik, Gambar 1c.
Karena itu, muatan pada batang kaca
haruslah berbeda dengan muatan pada penggaris plastik. Memang, melalui eksperimen
seluruh muatan benda dapat dikategorikan ke dalam dua jenis. Setiap benda
bermuatan yang ditarik oleh penggaris plastik, akan ditolak oleh batang kaca,
atau setiap benda yang ditolak oleh penggaris plastik, akan ditarik oleh batang
kaca. Jadi terdapat dua jenis muatan listrik yaitu, muatan yang ditolak batang
kaca bermuatan, dan muatan yang ditarik batang kaca bermuatan.Dua jenis muatan
listrik yang ditunjukkan tersebut dinyatakan oleh seorang Amerika, seorang
saintis, seorang filosuf yang bernama Benjamin Franklin(1706-1790) sebagai
muatan positif dan muatan negatif. Franklin memilih muatan pada batang kaca
yang digosok adalah muatan positif, sedangkan muatan pada penggaris plastik
yang digosok (atau amber) adalah muatan negatif.
v Hukum Kekekalan Muatan
Franklin mengusulkan bahwa jumlah muatan
yang dihasilkan oleh suatu benda melalui suatu proses penggosokan, adalah sama
dengan jumlah muatan positip dan negatip yang dihasilkan. Jumlah bersih muatan
yang dihasilkan oleh suatu benda selama proses penggosokan adalah nol. Contoh,
ketikapenggaris plastik digosok dengan kain wol, plastik memperoleh muatannegatip
dan kain wol memperoleh muatan positip dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan
tersebut dipisahkan, namun jumlah kedua jenis muatanadalah sama. Ini adalah
contoh dari suatu hukum yang berlaku sampaisekarang, yang dikenal dengan nama
hukum kekekalan muatan listrik yang berbunyi:
Jumlah bersih
muatan listrik yang dihasilkan pada dua benda yang berbeda (penggaris plastik
dan kain wol) dalam suatu proses penggosokan adalah nol.
Jika
suatu benda atau suatu daerah ruang memperoleh muatan positif, maka akan
dihasilkan sejumlah muatan negatif dengan jumlah yang sama pada daerah atau
benda di sekitarnya.
v Muatan Listrik dalam Suatu Atom
Gambar 2 memperlihatkan model atom
sederhana, terdiri dari muatan positif di dalam inti, dikelilingi satu atau
lebih elektron. Inti berisi protonproton bermuatan positif, dan netron yang
tidak bermuatan listrik. Besarnya muatan proton dan elektron adalah sama,
tetapi tandanya berlawanan. Karena itu atom-atom netral berisi proton-proton
dan elektron-elektron dengan jumlah yang sama. Meskipun demikian, suatu atom
kadangkadang akan kehilangan satu atau lebih elektron, atau akan memperolehelektron-elektron
ekstra. Pada kasus ini, atom akan bermuatan positip atau negatif, dan disebut
ion.
Umumnya, ketika benda dimuati melalui
gosokan, benda-benda akanmempertahankan muatannya hanya sebentar, kemudian
kembali ke keadaan netral. Kemana muatan pergi? Dalam beberapa kasus, hal ini
dinetralkan oleh ion-ion bermuatan di udara (misalnya, oleh tumbukan dengan
pertikel-partikel bermuatan, yang kita kenal sebagai sinar kosmik dari ruang
angkasa yang mencapai bumi). Hal yang penting diketahui, bahwa muatan dapat
lepas ke inti air di udara. Ini karena molekul-molekul air adalah polar,
meskipun molekul-molekul air tersebut adalah netral, muatan molekul-molekul airtidaklah
disalurkan secara seragam sebagaimana diperlihatkan padaGambar 3. Jadi
elektron-elektron ekstra pada penggaris plastik, dapat lepaske udara karena
ditarik menuju molekul-molekul positip air. Di sisi lain, benda-benda yang
dimuati secara positif, dapat dinetralkan oleh hilangnya (berpindahnya)
elektron-elektron air dari molekul-molekul udara ke benda-benda bermuatan
positif tersebut. Pada udara kering, listrik statis lebih mudah diperoleh
karena udara berisi lebih sedikit molekul-molekul yang dapatberpindah. Pada
udara lembab, adalah sulit untuk membuat benda bermuatan tahan lama.
v Cara Memperoleh Muatan Listrik
Bila sebuah benda logam bermuatan positif
disentuhkan dengan benda logam lain yang tidak bermuatan (netral), maka
elektron-elektron bebas dalam logam yang netral akan ditarik menuju logam yang
bermuatan positif tersebut sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 4. Karena
sekarang logam kedua tersebut kehilangan beberapa elektronnya, maka logam ini
akan bermuatan positif.
Proses
demikian disebut memuati dengan cara konduksi atau dengan cara kontak, dan
kedua benda tersebut akhirnya memiliki muatan dengan tanda yang sama.
Bila benda yang bermuatan positip didekatkan
pada batang logam yang netral, tetapi tidak disentuhkan, maka elektron-elektron
batang logam tidak meninggalkan batang, namun elektron-elektron tersebut
bergerak dalamlogam menuju benda yang bermuatan, dan meninggalkan muatan
positip pada ujung yang berlawanan, seperti diperlihatkan pada Gambar 5.
Muatan
tersebut dikatakan telah diinduksikan pada kedua ujung batang logam. Proses
demikian disebut memuati dengan cara induksi. Tentu saja tidak ada muatan yang
dihasilkan dalam batang; muatan hanya dipisahkan. Jumlah muatan pada batang
logam masih sama dengan nol. Meskipun demikian, jika dipotong menjadi dua
bagian, kita akan memiliki dua benda yang bermuatan, satu bermuatan positip dan
yang lain bermuatan negatip.
C.
Kesimpulan
-
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 batanglogam
bermuatan pada batang logam netral tersebut.
Daftar
Pustaka
Giancoli,
Douglas C. (1998). Physics. Fifth Edition.
New Jersey : Prentice Hall.
Halliday, D., dan Resnick, R. (1986). Physics. Terjemahan: Pantur Silaban dan
Erwin Sucipto, Jakarta : Erlangga.
Paul W. Zitzewitz, et al. (1995). Physics. Teacher Wraparound Edition. New
York : Glencoe/McGraw-Hill.
Paul W. Zitzewitz, et al. (1999). Physics. Teacher Wraparound Edition. New
York : Glencoe/McGraw-Hill.
