Sebuah plastik digosok dengan kain wool. apa jenis muatam pada plastik dan kain wool? mengapa? Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wol berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif. Penggaris plastik yang semula dalam keadaan netral (tidak bermuatan listrik), sehingga tidak mampu menarik serpihan kertas kecil. Ketika penggaris plastik digosok kain wol berarti memberikan energi kepada elektron untuk berpindah. Perpindahan elektron terjadi pada kain wol menuju penggaris plastik. Penggaris plastik akan bermuatan negatif karena mendapat sejumlah elektron dari kain wol. Akibatnya penggaris plastik kelebihan elektron. Pindahnya elektron pada kain wol mengakibatkan kain wol kekurangan elektron sehingga kain wol bermuatan positif. Penggaris plastik yang telah bermuatan listrik dapat menarik serpihan kertas kecil. Mengapa sisir plastik yang di gosokkan dengan kain wol menjadi bermuatan negatif Karena saat sisir plastik digosokan di wol, elektron yang berada di wol pindah ke sisir plastik yang menyebabkan elektron pada sisir plastik lebih banyak dari proton dan neutron sehingga bermuatan negatif. perpindahan elektron wol ke batang plastik dan kaca ke kain sutera Penggaris plastik yang digosokkan pada rambut menjadi bermuatan listrik karena elektron dari rambut berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik kelebihan elektron. akhirnya penggaris plastik tersebut menjadi negatif Batang plastik apabila digosok dengan kain wol, elektron-elektron dari kain wol berpindah ke batang plastik, sehingga batang plastik kelebihan elektron dan batang plastik menjadi bermuatan negatif Batang kaca apabila digosok dengan kain sutera, maka elektron-elektron dari batang kaca berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca kekurangan elektron dengan demikian, batang kaca menjadi bermuatan positif Berdasarkan penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa sebuah benda netral dapat menjadi bermuatan listrik statis dengan jalan digosokkan. Inti atom atau disebut nukleus terdiri atas proton dan neutron yang dikelilingi oleh elektron yang bergerak terus-menerus. Elektron pada atom dapat keluar atau masuk kedalam susunan atom. Jika elektron keluar dari susunan atom maka jumlah proton dalam atom lebih banyak dari jumlah elektron, sehingga atom menjadi bermuatan positif. Sementara jika elektron masuk pada susunan atom, maka jumlah proton dalam atom lebih sedikit dari jumlah elektron, sehingga atom berubah menjadi bermuatan negatif. Atom akan bersifat netral (tidak bermuatan) bila jumlah proton dalam inti atom sama dengan jumlah elektron yang mengitari atom tersebut Terdapat tiga cara untuk proses pemuatan listrik (Membuat Benda Netral Menjadi Bermuatan Listrik), yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik. Untuk lebih memahami ketiganya, pelajarilah uraian di dalam tabel berikut ini. 1. Menggosok Cara ini dapat dilakukan dengan menggosokkan dua benda dalam satu arah. Cara ini disebut juga metode gesekan. Jenis muatan yang diperoleh dengan metode gesekan, di antaranya: 1. Benda berbahan plastik akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain wol. 2. Benda berbahan ebonit akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain wol. 3. Benda berbahan kaca akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain sutra. 2. Induksi Metode ini dilakukan untuk memisahkan muatan listrik di dalam suatu penghantar dengan cara mendekatkan benda lain yang bermuatan listrik pada penghantar tersebut. Dengan cara induksi, muatan listrik yang dihasilkan akan berbeda jenis dengan muatan listrik pada benda yang digunakan untuk menginduksi. Contohnya adalah pemisahan muatan listrik pada elektroskop yang didekati oleh mistar plastik yang telah digosokkan pada kain wol. Pada induksi ini, muatan listrik yang dihasilkan elektroskop adalah muatan positif karena muatan listrik dari mistar plastik sebagai penghantar adalah muatan negatif. Gambar: Percobaan Elektroskop 3. Konduksi Metode ini hanya dapat dilakukan pada benda yang terbuat dari bahan- bahan tertentu. Dalam metode ini, untuk menghasilkan muatan listrik, kedua benda harus mengalami kontak langsung agar sejumlah elekton mengalir dari satu benda ke benda yang lainnya. Bahan yang dapat mengalirkan sejumlah elektron secara bebas pada bahan lain disebut konduktor. Berdasarkan kekuatannya, bahan konduktor terbagi dua, yaitu konduktor baik dan konduktor kurang baik. Bahan yang termasuk konduktor baik adalah logam, khususnya aluminium, tembaga, dan perak. Sedangkan, bahan yang termasuk konduktor kurang baik adalah air, badan manusia, dan tanah. Sementara itu, bahan yang tidak dapat mengalirkan elektron pada bahan lain disebut isolator. Bahan yang termasuk isolator di antaranya karet, plastik-plastik seperti PVC, politen, dan perspek. Cara membuat benda bermuatan ada tiga macam yaitu dengan cara di gosokkan, dengan cara induksi, dan dengan cara di konuksi. Pak Mono akan bahasa satu persatu secara ringkas tapi padat. Benda bermuatan listrik terdapat tiga macam, yaitu benda netral, benda bermuatan positif, dan benda bermuatan negatif. 1. Benda bermuatan netral Yang disebut sebagai benda bermuatan netral adalah benda yang muatan positif dan muatan negatifnya seimbang. Misalnya muatan positifnya ada 6 dan muatan negatifnya juga ada 6. 2. benda bermuatan positif Yang disebut dengan benda bermuatan negatif adalah benda yang kekurangan elektron. Jadi muatan positifnya lebih banyak dibandingkan dengan muatan elektronnya. Misalnya dalam suatu benda terdapat 10 muatan positif dan 6 muatan negatif. 3. Benda bermuatan negatif Yang disebut dengan benda bermuatan negatif adalah benda yang kelebihan elektron. Jadi benda tersebut memiliki jumlah elektron yang lebih banyak dibandingkan dengan jumlah protonnya. Cara membuat benda menjadi bermuatan 1. Digosok Contoh yang familier adalah penggaris plastik digosokkan dengan rambut yang kering. Penggaris plastik tersebut akan bermuatan negatif karena elektron dari rambut akan pindah ke penggaris. Plastik atau penggaris plastik digosokkan dengan kain woll akan bermuatan negatif karena elektron dari woll pindah ke plastik. Ebonit digosokkan dengan kain woll akan bermuatan negatif karena elektron dari woll pindah ke ebonit. Kaca digosokkan dengan kain woll akan menjadi bermuatan negatif karena elektron dari kain woll pindah ke kaca. Kaca digosokkan dengan sutra akan bermuatan positif karena elektron dari kaca akan berpindah ke kain sutra. Sisir digosokkan dengan rambut. Sisir akan bermuatan negatif karena elektron pada rambut pindah ke sisir. *perlu diingat : khusus untuk kaca + kain sutra, kaca akan bermuatan positif. 2. Induksi Proses induksi adalah pemisahan muatan yang tadinya tersebar merata pada suatu benda menjadi teratur antara muatan positif dan muatan negatifnya. Contohnya adalah muatan netral didekati dengan muatan positif, maka ujung benda dari benda netral tersebut akan berisi muatan negatif saja. 3. Konduksi Proses konduksi adalah muatan negatif akan berpindah kepada dari benda satu ke benda yang lainya. Misalnya adalah mutan negatif didekatkan kepada benda yang bermuatan positif, maka elektron pada benda bermuatan negatif akan berpindah menuju benda muatan positif sampai muatannya seimbang atau netral. 3. Muatan Listrik Apakah seluruh muatan listrik sama? Atau mungkinkah terdapat lebih dari satu jenis? Jenis Muatan Listrik. Benjamin Franklin orang Amerika, Ia seorang saintis, seorang filosuf, (17061790) menyatakan ada dua muatan lisrik : 1) Muatan listrik positif 2) Muatan listrik negatif Sifat Muatan Lisrik: Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik Hukum Kekekalan Muatan Benjamin Franklin mengusulkan bahwa “jumlah muatan yang dihasilkan oleh suatu benda melalui suatu proses penggosokan, adalah sama dengan jumlah muatan positif dan negatif yang dihasilkan. Jumlah bersih muatan yang dihasilkan oleh suatu benda selama proses penggosokan adalah nol”. Contoh, ketika penggaris plastik digosok dengan kain wol, plastik memperoleh muatan negatip dan kain wol memperoleh muatan positip dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan tersebut dipisahkan, namun jumlah kedua jenis muatan adalah sama. Ini adalah contoh dari suatu hukum yang berlaku sampai sekarang, 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. 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 6. 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 dalam logam menuju benda yang bermuatan, dan meninggalkan muatan positip pada ujung yang berlawanan, seperti diperlihatkan pada Gambar 7. 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. Cara lain untuk menginduksi muatan pada benda logam adalah dengan jalan menghubungkan logam tersebut menuju ground melalui kawat konduktor sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 8a ( berarti ground). Selanjutnya benda dikatakan di “ground-kan” atau “dibumikan”. Karena bumi sangat besar dan dapat menyalurkan elektron, maka bumi dengan mudah dapat menerima ataupun memberi elektronelektron; karena itu dapat bertindak sebagai penampung (reservoir) untuk muatan. Jika suatu benda bermuatan negatip didekatkan ke sebuah logam, maka electron-elektron bebas dalam logam akan menolak dan beberapa electron akan bergerak menuju bumi melalui kabel (Gambar 8b). Ini menyebabkan logam bermuatan positif. Jika sekarang kabel dipotong, maka logam akan memiliki muatan induksi positif (Gambar 8c). 4. Interaksi Benda Bermuatan Listrik 1) Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif. 2) Ketika ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif. 3) Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan positif Sesuai dengan hasil percobaan 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 9a. 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 9b. Tetapi, jika batang kaca yang bermuatan didekatkan pada penggaris plastik yang bermuatan, akan didapatkan bahwa keduanya akan saling menarik, Gambar 9c. 5. Hukum Coulomb Pada tahun 1785, Charles Agustin Coulomb menemukan hukum dasar tentang gaya listrik antara dua partikel yang bermuatan. Hasil penelitiannya dikenal dengan Hukum coulomb, yang berbunyi: “Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda” Secara matematis Hukum Newton dituliskan: Keterangan : F = Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N) K = Konstanta (9.109 N.m2/C2) Q1, Q2 r = muatan listrik (C) = jarak antara dua muatan (m) SATUAN MUATAN Muatan suatu benda sangat sulit diukur secara langsung. Akan tetapi, Coulomb menunjukkan bahwa besarnya muatan dapat dikaitkan dengan besarnya gaya. Dengan demikian, ia dapat menentukan besarnya muatan yang terkait dengan besarnya gaya yang dihasilkan. Satuan muatan dalam SI adalah coulomb (C). Satu coulomb adalah muatan dari 6,25 x 1018 elektron atau proton. Ingat bahwa muatan proton dan elektron adalah sama. Muatan yang dihasilkan ledakan petir besarnya sekitar 10 coulomb. Muatan pada satu elektron hanya 1,60 x10-19 C. Besarnya muatan suatu elektron disebut muatan elementer. Dengan demikian, benda sekecil apapun seperti uang logam pada saku anda mengandung lebih dari satu juta coulomb muatan negatip. Muatan yang dihasilkan dengan jumlah yang sangat besar ini hampir tidak ada efek eksternalnya sebab diimbangi dengan jumlah muatan positip yang sama. Akan tetapi jika muatan tidak seimbang, muatan yang kecilpun seperti 109 C dapat mengakibatkan gaya yang besar. Tetapan k sering dinyatakan dengan konstanta lain yang disebut permitivitas ruang hampa . Hubungan antara k dengan dinyatakan dalam persamaan: sehingga persamaan di atas menjadi: 6. Induksi Listrik Induksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan pada suatu benda karena pada benda tersebut didekati benda lain yang bermuatan listrik. Benda netral didekati benda bermuatan negatif, maka muatan-muatan negatif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan positif mendekati benda yang menginduksi. Benda netral didekati benda bermuatan positif, maka muatan-muatan positif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan negatif mendekati benda yang menginduksi. 7. Elektroskop Elektroskop adalah alat/piranti yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda. Di dalam sebuah peti kaca terdapat dua buah daun elektroskop yang dapat bergerak (kadangkadang 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. Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang sejenis dengan benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka). 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 12a). 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 12b. 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 secara negatip, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 13a. Sekarang, jika benda bermuatan negatip didekatkan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 13b, 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 13c. 8. Medan Listrik Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik. Sifat-sifat garis gaya listrik : 1. Garis gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif 2. Garis gaya listrik tidak pernah berpotongan 3. Semakin rapat garis gaya listrik, semakin kuat medan listriknya Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan persamaan : Keterangan : E = Kuat medan listrik (N/C) F = Gaya coulomb (N) Q = muatan listrik (C) 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 15. Penangkal petir itu merupakan contoh pengosongan muatan statis yang tidak menimbulkan kerusakan.
