Home / Fisika / listrik statis

Listrik Statis

  • 11 min read
Loading...

Penulis : Dimas Widianto Ramadhans, Mahasiswa Fisika UIN 2018

Listrik Statis – Pada tulisan ini, saya akan menjelaskan salah satu materi fisika yang sangat menarik. Apa yang ada di benak kalian ketika mendengar kata “listrik” ? Beberapa dari kalian mungkin akan berpikir bahwa listrik itu berbahaya karena dapat membuat tersengat setrum dan dapat menyebabkan kematian.

Ada yang berpikir bahwa listrik adalah sumber daya yang sangat bermanfaat bagi kehidupan kita karena semua aktivitas yang kita lakukan sangat bergantung sekali pada listik, seperti mengisi daya smarphone, menonton tv, mencuci pakaian, menyetrika, dan sebagainya.

Semua itu adalah apa yang di benak kita tentang listrik. Namun apakah kalian tahu bahwa ternyata listrik itu tidak cuma satu jenis energi saja. Energi listrik yang ada di alam ini memiliki 2 jenis energi listrik, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Nah, pada pembahasan kali ini saya akan memfokuskan pada materi listrik statis saja. Untuk listrik dinamis akan

Loading...
dibahas pada materi yang lain.

Pengertian Listrik Statis

Dilihat dari sisi bahasa, kata listrik diambil dari bahasa Yunani kuno yaitu “Elektron”. Elektron adalah sebutan untuk Amber dalam bahasa Yunani. Amber adalah getah pohon yang sudah mengeras dan berwarna kekuningan. Pada zaman dahulu, orang sudah tahu jika kita menggosok amber dengan kain, maka amber dapat menarik potongan-potongan daun dan juga debu halus didekatnya. Inilah yang disebut dengan amber effect atau yang sekarang kita kenal adalah listrik statis.

Itulah konsep dari listrik statis. Secara definisi listrik statis adalah kumpulan muatan listrik pada suatu permukaan bahan yang tidak mengalir dan diam (static). Muatan listrik tersebut akan berpindah dan bergerak apabila terdapat gaya luar yang diberikan kepada bahan tersebut. Untuk penjelasan lebih, lanjut silahkan simak materi listrik statis ini.

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

Listrik Secara Mikroskopik

JJ Thomson

JJ Thomson, sumber britannica

Dilihat secara mikroskopiknya, atom-atom yang ada di alam inipun memiliki muatan listrik di dalamnya. Pada tahun 1890, J.J. Thomson menemukan bahwa semua bahan yang mengandung partikel bermuatan negatif disebut elektron. Kemudian di antara tahun 1909 dan 1911, Ernest Rutherford juga menemukan bahwa atom ternyata memiliki inti bermuatan positif yang disebut proton. Jika muatan positif pada inti mengimbangi muatan negatif yang ada di sekitar inti, maka atom tersebut akan menjadi netral.

Tidak selamanya atom ini akan bersifat netral, jika ada suatu energi yang diberikan kepada atom, elektron terluar pada atom akan terlempar keluar sehingga atom akan kehilangan elektron. Atom yang kehilangan elektron akan menjadi bermuatan positif. Elektron yang lepas ini bisa menjadi elektron bebas ataupun bisa ditangkap oleh atom lain. Jika elektron bebas ini ditangkap oleh atom lain, maka atom yang menerima elektron ini akan menjadi bermuatan negatif. Secara mikroskopik, menerima suatu muatan adalah proses dari transfer elektron.

Pemisahan Muatan

Muatan yang terpisah akibat penggosokkan

Gambar 1. Muatan yang terpisah akibat penggosokkan

Tongkat digosok dengan kain wol

Gambar 2. Tongkat digosok dengan kain wol

Energi listrik yang satu ini terbilang cukup unik, karena kita tidak perlu sumber daya untuk menghasilkannya. Kunci untuk menghasilkan listrik statis adalah dengan adanya pergesekan antara suatu bahan dengan bahan lainnya.

Kita ambil contoh seperti pada gambar 1 di atas. Tongkat dan kain wol awalnya memiliki jumlah muatan yang netral (seimbang). Kemudian tongkat itu digosok dengan kain wol. Pada peristiwa ini elektron pada kain wol akan melompat keluar dan berpindah menuju tongkat, sehingga setelah selesai menggosok, kain wol akan kekurangan elektron dan menjadi bermuatan positif, dan tongkat akan kelebihan elektron dan menjadi bermuatan negatif. Fenomena seperti inilah yang kita sebut sebagai pemisahan muatan pada listrik statis.

Konduktor dan Isolator

Pernahkah kalian merasakan panas di tangan kalian saat sedang memasak dengan menggunakan wajan yang berbahan dasar logam, padahal tangan kalian jauh dari api kompor ? Itu adalah salah satu contoh bahwa logam adalah bahan konduktor. Konduktor adalah bahan yang mudah mengantarkan panas.

Apa sih penyebabnya ? Penyebabnya yaitu muatan listrik yang ada pada bahan konduktor mudah sekali bergerak bebas sehingga jika diberi energi (panas maupun listrik) muatan tersebut akan mengalir di sekitar permukaan bahan sehingga menimbulkan panas seperti yang dirasakan saat sedang memasak.

Logam hanyalah salah satu bahan yang bersifat konduktor. Bahan konduktor lain yang umumnya diketahui adalah aluminium, tembaga, perak, emas, dan logam murni lainnya.

Konduktor dan Isolator 1 Konduktor dan Isolator 2 Konduktor dan Isolator 3

Gambar 3. (a) Dua buah muatan tanpa perantara. (b) Dua buah muatan dengan perantara bahan konduktor. (c) Dua buah muatan dengan perantara bahan isolator

Selanjutnya jika ada bahan yang mudah menghantarkan listrik apakah ada bahan yang sulit menghantarkan listrik ? Tentu saja ada, kita sebut dia adalah isolator. Kali ini cobalah memakai serbet pada gagang panci saat memasak, kalian tidak akan merasakan panas mengalir ke tangan kalian seperti peristiwa sebelumnya.

Mengapa demikian ? Karena serbet yang kalian gunakan itu adalah salah satu bahan yang bersifat isolator. Isolator adalah kebalikan dari konduktor dimana muatan listrik tidak dapat mengalir dengan bebas, sebut saja muatannya terikat sehingga tidak bisa bergerak bebas. Contoh bahan isolator lain pada umumnya yaitu plastik, karet, kayu basah, dan kain.

Elektroskop

Kita tahu bahwa listrik statis itu ada dalam kehidupan kita, namun kita tidak tahu bagaimana cara mendeteksi muatan yang mengalami listrik statis. Untuk itu kita diperkenalkan dengan alat bernama elektroskop. Elektroskop adalah suatu alat yang dapat mendeteksi suatu muatan dalam bahan.

Komponen elektroskop

Gambar 4. Komponen elektroskop

Seperti pada gambar di atas, komponen elektroskop umumnya terdiri dari penutup yang berbahan dasar logam, kenop yang juga terbuat dari bahan logam, pelindung kaca, dan juga di dalam penutupnya terdapat dua buah logam tipis yang terbuat dari foil emas yang terhubung dengan kenop di atas.

Kedua logam tipis itu dapat bergerak untuk menandakan ada atau tidaknya muatan dalam suatu bahan, namun. terkadang hanya satu saja logam tipis yang bergerak. Jika objek bermuatan positif didekatkan pada kenop, muatan elektron pada logam tipis akan terinduksi, sehingga logam akan bermuatan positif. Karena kedua logam itu bermuatan positif maka keduanya akan saling tolak menolak seperti pada gambar di bawah.

Kenop pada elektroskop terinduksi sehingga logam tipisnya menjadi bermuatan positif

Gambar 5. Kenop pada elektroskop terinduksi sehingga logam tipisnya menjadi bermuatan positif

Elektroskop juga dapat mengetahui tanda muatan yang terdapat pada suatu bahan jika dilakukan dengan cara induksi seperti di atas. Katakanlah kenop bermuatan negatif seperti pada gambar 6a, kemudian jika suatu objek bermuatan negatif seperti pada gambar 6b didekatkan dengan kenop, akan semakin banyak elektron yang terinduksikan menuju logam tipis sehingga kedua logam akan terpisah semakin jauh.

Kemudian jika suatu objek bermuatan positif seperti pada gambar 6c didekatkan dengan kenop, maka elektron dari logamnya lah yang terinduksikan keatas sehingga logam tipis akan semakin kekurangan elektron dan logam akan saling mendekat.

kenop listrik

Gambar 6.(a) Kenop pada mulanya bermuatan negatif, (b) Kenop didekatkan dengan objek bermuatan negative, (c) Kenop didekatkan dengan objek bermuatan positif

Hukum Coulomb

Muatan pada suatu objek tergolong sangat kecil sehingga sangat sulit untuk mengukurnya secara langsung. Coulomb, menunjukkan bahwa kuantitas suatu muatan berhubungan dengan gaya interaksinya. Oleh karena itu, dia mendefinisikan standar kuantitas muatan berdasarkan jumlah gaya interaksi yang dihasilkan.

Satuan Internasional (SI) untuk satuan muatan disebut dengan coulomb (C). 1 coulomb didefinisikan sebagai muatan elektron atau proton sebanyak listrik statis 11 muatan. Untuk jumlah muatannya, satu elektron dan proton memiliki jumlah muatan yang sama sebesar listrik statis 10C, perbedaannya hanya pada tanda nya saja. Jika elektron maka tandanya adalah negatif (-), jika proton maka tandanya adalah positif (+).

Berdasarkan hukum Coulomb, resultan gaya suatu muatan yang berinteraksi dengan muatan pada jarak sejauh dirumuskan sebagai berikut :

Loading...

resultan gaya hukum coulomb

Dengan muatan dalam satuan coulomb, jarak dalam satuan meter, gaya dalam satuan newon, dan konstanta K adalah resultan gaya hukum coulomb 2

Gaya listrik, sama seperti gaya pada umumnya, merupakan besaran vektor sehingga selain menghasilkan nilai skalar, gaya listrik juga akan menghasilkan arah. Namun pada Hukum Coulomb, kita hanya dapat mengetahui nilai skalarnya saja. Untuk menentukan arahnya, gambar terlebih dahulu diagram gayanya dan perhatikan interaksi muatannya dengan hati-hati untuk menentukan arahnya.

Aturan dalam menentukan arah pada gaya listrik

Gambar 7. Aturan dalam menentukan arah pada gaya listrik (a) Tolak menolak (b) Tarik menarik

Contoh seperti pada gambar 7a, misalkan terdapat muatan A yang bernilai positif. Kemudian pada jarak tertentu diletakkan muatan B yang juga bernilai positif, maka interaksi yang akan terjadi adalah keduanya akan tolak menolak dan arah gayanya akan saling menjauh. Kemudian contoh seperti pada gambar 7b, ketika muatan B diganti menjadi bernilai negative, maka interaksi yang akan terjadi adalah keduanya akan saling menarik dan arah gayanya akan saling mendekat.

Contoh Soal Latihan

1.Pada suatu eksperimen di kelas laboratorium, sebuah balon pada gambar di bawah telah digosokkan oleh rambut salah satu siswa. Kemudian balon tersebut didekatkan dengan air keran yang sedang mengalir. Ternyata setelah didekatkan, air tersebut mengalir secara melengkung dan tidak lurus. Kenapa hal itu bisa terjadi ?

listrik statis 12

Jawab 

Ketika siswa menggosokkan balon ke rambutnya, elektron terlepas dan dipindahkan dari rambutnya ke permukaan balon, sehingga balon menjadi bermuatan negatif. Air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Hidrogen bermuatan positif dan karena ada dua di antaranya ada dalam air, maka air bermuatan positif. Ketika balon bermuatan negatif mendekati air bermuatan positif, mereka akan saling tarik menarik, menyebabkan air melengkung ke arah balon.

2. Dua partikel debu yang bermuatan sama menghasilkan gaya sebesar listrik statis 2 terhadap keduanya. Jika jarak kedua partikel diubah menjadi seperdelapan dari jarak semula, berapa besar gaya yang dihasilkan ?

Dik :

qa = qb

F1 =

Dit :

F2 saat

Jawab :

listrik statis 3

3. Dua buah muatan, -Q dan -3Q terpisah sejauh . Kedua muatan ini bergerak bebas sehingga diperlukan muatan ketiga q untuk menyeimbangkannya. Berapa besar muatan yang dibutuhkan (dalam Q) dan dimana muatan itu diletakkan supaya sistem menjadi seimbang ?

Jawab

Karena kedua muatan bernilai negatif, maka untuk mnyeimbangkannya diperlukan muatan q yang bernilai positif, dan jarak dari q ke -Q misalkan adalah , maka jarak q ke -3Q adalah , perhatikan gambar di bawah :

gambar listrik statis 3

 

gambar listrik statis 4 Asumsi muatan -Q dalam keadaan seimbang :

 

gambar listrik statis 5 Asumsi juga muatan -3Q dalam keadaan seimbang :

Sehingga :

gambar listrik statis 6

Jadi, untuk jarak muatan q adalah listrik statis 6dari muatan -Q

Kemudian untuk muatan q nya :

gambar listrik statis 8

Jadi besar muatan q adalahlistrik statis 9

Pertanyaan umum

Apa sih pengertian listrik statis?

Listrik statis adalah kumpulan muatan listrik pada suatu permukaan bahan yang tidak mengalir dan diam.

Apa gunanya Elektroskop?

Elektroskop adalah suatu alat yang dapat mendeteksi suatu muatan dalam bahan.

Bagaimana cara menghasilkan listrik statis?

Kunci untuk menghasilkan listrik statis adalah dengan adanya pergesekan antara suatu bahan dengan bahan lainnya.

Daftar Pustaka

  • Giancoli, Douglas C. 1985. Physics: principles with applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall.
  • Walker, Jearl, David Halliday, and Robert Resnick. 2011. Fundamentals of physics. Hoboken, NJ: Wiley.
  • Zitzewitz, P. W., & Glencoe/McGraw-Hill. (2009). Physics: Principles and problems. Columbus, OH: Glencoe/McGraw-Hill.

Baca juga: