A. Cara Menimbulkan Benda Bermuatan Listrik
Benda bermuatan listrik adalah sebuah benda yang mengalami kelebihan atau kekurangan elektron. Beberapa cara sederhana untuk menimbulkan listrik statis adalah:
1. Penggaris plastik yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan listrik negatif.
2. Penggaris yang digosok dengan kain wol akan menghasilkan muatan listrik negatif, karena mendapat elektron dari kain wol, sedang kain wol menjadi bermuatan positif.
3. Ebonit yang digosok kain wol akan menghasilkan: muatan listrik negatif
4. Kaca yang telah digosok dengan bulu akan bermuatan listrik positif.
Alat yang digunakan untuk mengetahui apakah suatu benda bermuatan listrik atau tidak adalah elektroskop. Salah satu contoh elektroskop adalah elektroskop daun emas. Prinsip kerja elektroskop daun emas dalam mendeteksi adanya muatan listrik suatu benda adalah sebagai berikut. Jika suatu benda bermuatan listrik menyentuh kepala elektroskop, pelat logam dan daun emas menjadi bermuatan listrik. Karena muatan listrik pelat logam dan daun emas sejenis, maka keduanya tolak menolak. Sebagai hasil daun emas yang semula menguncup bergerak naik. Makin tinggi daun emas naik berarti makin besar muatan listrik benda yang disentuhkan pada kepala elektroskop.
B. Jenis-Jenis Muatan Listrik
Benda tidak bermuatan listrik atau netral adalah benda yang memiliki jumlah proton dan elektron seimbang. Apabila elektron berpindah pada atom lainnya maka atom yang ditinggal oleh elektron tersebut mempunyai muatan listrik negatif dan atom yang menerima elektron menjadi atom yang bermuatan positif. Sehingga dapat dinyatakan atom positif adalah atom yang memiliki muatan positif lebih banyak dari muatan negatifnya. (jumlah proton > elektron). Atom negatif adalah atom yang memiliki muatan negatif lebih banyak dari muatan positifnya. (jumlah elektron > proton).
C. Hukum Coulomb
Charles Augustin de Coulomb adalah orang yang pertama kali meneliti hubungan gaya listrik de-ngan dua muatan dan jarak antara keduanya dengan menggunakan sebuah neraca puntir. Dalam penelitian tersebut akhirnya Coulumb menyimpulkan dalam sebuah hukum yang disebut hukum Coulumb:
“Besar gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda bermuatan.”
Secara matematis, Hukum Coulomb dapat dirumuskan:
Keterangan:
F = gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak (Newton)
k = konstanta = 9 × 10^9 N m^2 C^-2
q1, q2= muatan masing-masing benda (Coulomb)
r = jarak antara kedua benda (meter)
Induksi listrik atau influensi imbas listrik adalah peristiwa pemisahan muatan listrik (perpindahan elektron) karena didekati oleh benda bermuatan listrik.
E. Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi gaya listrik. Arah medan listrik di sekitar muatan positif menjauhi mutan listrik dan muatan negatif arahnya menuju muatan listrik. Besarnya kuat medan listrik dapat ditentukan dengan rumus:
E = F/q;
Dimana:E = Kuat medan listrik (N/C)
F = Gaya Coulomb (N)
q = Muatan listrik (C)
Contoh:
Besar gaya tolak menolak antar dua benda yang bermuatan listrik (A dan B) adalah 2,7 × 10−9 N. Berapakah kuat medan listrik pada titik B oleh muatan A jika besar muatan B adalah 8 × 10-9 C.
Jawab:
Diketahui:
F. Potensial Listrik
Potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik dari satu tempat ke tempat lain per jumlah muatannya. Potensial listrik dapat dirumuskan secara matematis, yaitu:
W = Usaha, satuan Joule (J)
q = Muatan listrik, satuan Coulomb (C)
V = Potensial listrik, satuan volt (V)
G. Pemanfaatan Listrik Statis
Adapun alat yang prinsip kerjanya menggunakan atau menerapkan konsep listrik statis adalah sebagai berikut:
1. Penangkal Petir
Sebelum terdengar petir tentu kita lihat kilat. Kilat adalah cahaya yang timbul karena gerak elektron yang bergesekan dengan udara. Akibatnya, udara yang dilalui kilat terbelah dan memuai dengan cepat sehingga dapat menghasilkan suara yang menggelegar yang disebut petir. Cara kerja penangkal petir adalah sebagai berikut:
a. Jika di sekitar penangkal petir terdapat awan bermuatan negatif, batang logam penangkal petir mengalami induksi sehingga bermuatan positif (muatan hasil induksi berlawanan dengan muatan benda yang menginduksi).
b. Jika petir menyambar batang logam, muatan negatif petir berpindah ke batang logam dan dite-ruskan ke bumi melalui kabel penangkal petir.
c. Bersamaan itu, muatan positif logam meloncat ke awan petir sehingga menjadi netral.
2. Generator Van de Graaff
Generator Van de Graaff adalah alat yang dapat menghasilkan muatan listrik dengan jumlah besar melalui proses penggosokan. Alat ini dirancang oleh Robert Jemson Van de Graaff (1901-1967). Generator Van de Graff terdiri atas:
a. dua ujung runcing yang terdapat di bagian atas dan bawah,
b. sebuah silinder logam yang terdapat di bagian bawah,
c. sebuah silinder politilen yang terdapat di bagian atas
d. sabuk karet yang menghubungkan kedua silinder,
e. konduktor berongga berbentuk bola (kubah).
3. Alat penggumpal asap
Untuk menanggulangi polusi udara dari cerobong asap pabrik, seorang ahli kimia Amerika yang bernama Frederick Gardner Cottrel membuat alat penggumpal asap yang terdiri dari dua logam yang memiliki muatan yang berlawanan sehingga partikel-partikel asap terinduksi dan terjadi gaya tarik menarik antar partikel sehingga massa partikel bertambah besar dan membentuk gumpalan hitam yang mudah dibersihkan.
4. Pengecatan mobil
Ketika cat disemprot, butir-butir halus cat akan menjadi bermuatan karena bergesekan dengan udara. Mobil yang dicat diberi muatan yang berlawanan sehingga cat dapat rata dan halus.
5. Mesin fotokopi
Mesin fotokopi pertama yang dipasarkan adalah Xerox Corporation pada tahun 1959 dengan memanfaatkan prinsip muatan induksi serta gaya Coulomb. Bagian utama mesin fotokopi adalah pelat foto konduktif yang dalam keadaan gelap tidak menghantar listrik. Pelat baru aktif jika dikenai cahaya.
Contoh:
Besar gaya tolak menolak antar dua benda yang bermuatan listrik (A dan B) adalah 2,7 × 10−9 N. Berapakah kuat medan listrik pada titik B oleh muatan A jika besar muatan B adalah 8 × 10-9 C.
Jawab:
Diketahui:
F. Potensial Listrik
Potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik dari satu tempat ke tempat lain per jumlah muatannya. Potensial listrik dapat dirumuskan secara matematis, yaitu:
V=W/q
Keterangan:W = Usaha, satuan Joule (J)
q = Muatan listrik, satuan Coulomb (C)
V = Potensial listrik, satuan volt (V)
G. Pemanfaatan Listrik Statis
Adapun alat yang prinsip kerjanya menggunakan atau menerapkan konsep listrik statis adalah sebagai berikut:
1. Penangkal Petir
Sebelum terdengar petir tentu kita lihat kilat. Kilat adalah cahaya yang timbul karena gerak elektron yang bergesekan dengan udara. Akibatnya, udara yang dilalui kilat terbelah dan memuai dengan cepat sehingga dapat menghasilkan suara yang menggelegar yang disebut petir. Cara kerja penangkal petir adalah sebagai berikut:
a. Jika di sekitar penangkal petir terdapat awan bermuatan negatif, batang logam penangkal petir mengalami induksi sehingga bermuatan positif (muatan hasil induksi berlawanan dengan muatan benda yang menginduksi).
b. Jika petir menyambar batang logam, muatan negatif petir berpindah ke batang logam dan dite-ruskan ke bumi melalui kabel penangkal petir.
c. Bersamaan itu, muatan positif logam meloncat ke awan petir sehingga menjadi netral.
2. Generator Van de Graaff
Generator Van de Graaff adalah alat yang dapat menghasilkan muatan listrik dengan jumlah besar melalui proses penggosokan. Alat ini dirancang oleh Robert Jemson Van de Graaff (1901-1967). Generator Van de Graff terdiri atas:
a. dua ujung runcing yang terdapat di bagian atas dan bawah,
b. sebuah silinder logam yang terdapat di bagian bawah,
c. sebuah silinder politilen yang terdapat di bagian atas
d. sabuk karet yang menghubungkan kedua silinder,
e. konduktor berongga berbentuk bola (kubah).
3. Alat penggumpal asap
Untuk menanggulangi polusi udara dari cerobong asap pabrik, seorang ahli kimia Amerika yang bernama Frederick Gardner Cottrel membuat alat penggumpal asap yang terdiri dari dua logam yang memiliki muatan yang berlawanan sehingga partikel-partikel asap terinduksi dan terjadi gaya tarik menarik antar partikel sehingga massa partikel bertambah besar dan membentuk gumpalan hitam yang mudah dibersihkan.
4. Pengecatan mobil
Ketika cat disemprot, butir-butir halus cat akan menjadi bermuatan karena bergesekan dengan udara. Mobil yang dicat diberi muatan yang berlawanan sehingga cat dapat rata dan halus.
5. Mesin fotokopi
Mesin fotokopi pertama yang dipasarkan adalah Xerox Corporation pada tahun 1959 dengan memanfaatkan prinsip muatan induksi serta gaya Coulomb. Bagian utama mesin fotokopi adalah pelat foto konduktif yang dalam keadaan gelap tidak menghantar listrik. Pelat baru aktif jika dikenai cahaya.
