Pengertian Dan Klarifikasi Wacana Listrik Statis

Kata “listrik” sanggup membangkitkan bayangan teknologi modern yang sangat kompleks, menyerupai peralatan komputer yang canggih, sumber cahaya yang sangat menopang kehi-dupan manusia, gerak motor listrik, daya listrik. Tetapi gaya listrik akan tampak memainkan peranan yang lebih dalam pada kehidupan kita.

Studi awal mengenai kelistrikan telah dilakukan jauh di zaman kira-kira 600 tahun sebelum masehi oleh orang Yunani, tetapi gres pada dua kala terakhir dilakukan studi lengkap mengenai tanda-tanda dan hal-hal yang berafiliasi dengan kelistrikan. Pada modul ini akan dibahas bagaimana membangkitkan muatan listrik, gaya tarik/tolak antara dua atau lebih partikel bermuatan listrik, serta berpengaruh medan listrik oleh muatan titik.

1. Muatan Listrik dan Kekekalannya

Kata “listrik” berasal dari kata Yunani “elektron” yang berarti “ambar”. Ambar ialah suatu damar pohon yang telah membatu, dan bila digosok dengan kain wol akan diperoleh sifat yang sanggup menarik benda-benda ringan. Perilaku kerikil ambar menyerupai ini kini sanggup dikatakan bahwa “batu ambar terelektrifikasi atau memperoleh muatan listrik” atau secara listrik “dimuati”. Proses elektrifikasi ini kini kita sebut sebagai listrik statis, menyerupai yang ditunjukkan pada Gambar berikut.

Proses elektrifikasi (a) penggosokan (b) sisir menarik benda-benda kecil, (c) penggaris menarik potongan kertas kecil

Untuk memberi muatan listrik pada benda padat, sanggup dilakukan dengan menggosok-gosokkannya benda tersebut pada benda lain. Jadi, sebuah kendaraan beroda empat yang sedang melaju akan memperoleh muatan listrik akhir geraknya menembus udara sekelilingnya; selembar kertas akan bermuatan listrik ketika bergerak dalam mesin cetak. Pada masing-masing masalah di atas sebuah benda menjadi bermuatan listrik sebab proses penggosokan terhadap benda lain dan dikatakan mempunyai muatan listrik total.

Sesungguhnya, persinggungan yang rapat saja sudah akan mengakibatkan muatan listrik. Menggosok artinya tidak lain ialah menciptakan persinggungan rapat antara permukaan dua benda.

Apakah semua muatan listrik sama, atau mungkinkah ada lebih dari satu jenis muatan? Pada kenyataannya ada dua jenis muatan listrik berdasar acara empiris, sebagaimana ditunjukkan oleh eksperimen menyerupai pada Gambar berikut.

Muatan yang tidak sejenis akan tarik-menarik, sedangkan muatan yang sejenis akan tolak-menolak

Sebuah penggaris plastik yang digantungkan dengan tali dan digosokkan dengan keras pada kain untuk membuatnya bermuatan. Ketika penggaris ke dua yang juga telah dimuati dengan cara yang sama didekatkan ke penggaris yang pertama, terlihat bahwa satu penggaris menolak penggaris plastik yang lainnya, menyerupai ditunjukkan pada Gambar (a) diatas. Dengan cara yang sama, bila sebuah batang beling yang telah digosok dan kemudian didekatkan dengan batang beling lain yang telah bermuatan kembali mengatakan adanya gaya tolak-menolak, menyerupai Gambar (b) diatas.

Sebaliknya bila batang beling yang telah bermuatan didekatkan dengan penggaris plastik yang juga telah bermuatan (keduanya dimuatan dengan cara menggosok), maka terlihat bahwa kedua benda saling tarik-menarik, menyerupai yang ditunjukkan pada Gambar (c) diatas. Kejadian mengatakan bahwa ada perbedaan muatan listrik antara muatan pada plastik dan muatan yang dibawa oleh kaca, dengan kata lain bahwa ada dua jenis muatan yang terbentuk pada benda yang digosok. Dari ketiga kejadian sederhana tadi maka gaya interaksi antara dua benda bermuatan mengatakan bahwa muatan sejenis akan tolak-menolak dan sebaliknya muatan yang tidak sejenis akan saling tarik-menarik.

Seorang negarawan, filsuf, dan ilmuwan Amerika Benjamin Franklin (1706-1790) mengajukan argument bahwa ketika sejumlah muatan dihasilkan pada suatu benda dalam satu proses, maka muatan yang berlawanan dengan jumlah yang sama dihasilkan pada benda yang lainnya. Positif dan negatif diperlakukan secara aljabar, sehingga pada setiap proses, perubahan total jumlah muatan yang dihasilkan selalu nol. Sebagai contoh, ketika penggaris plastik digosok dengan handuk kertas, maka penggaris plastik mendapat muatan negatif sedangkan handuk akan mendapat muatan positif dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan tersebut terpisah, tetapi jumlah keduanya nol. Ini merupakan teladan aturan yang dikenal sebagai aturan kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa:

“jumlah total muatan listrik yang dihasilkan pada setiap proses ialah nol”.

Jika suatu benda atau cuilan ruang mendapat muatan positif, mala muatan negatif dengan jumlah yang sama akan ditemukan di tempat sekitarnya atau benda di dekatnya. Tidak pernah ditemukan penyimpangan dari aturan ini, dan aturan kekekalan ini sama kuatnya menyerupai aturan kekekalan energi dan momentum.

2. Muatan Listrik dalam Atom

Konsep kelistrikkan semakin mengatakan kemajuan ketika konsep kelistrikan dimulai dari dalam atom itu sendiri. Konsep ini berkembang gres pada dua kala terakhir. Pada cuilan ini akan dibahas struktur atom dan gagasan-gagasan yang membawa kita terhadap pandangan atom yang ketika ini lebih rinci.

Perkataan atom berasal dari bahasa Yunani atomos yang berarti tak sanggup dibagi. Partikel subatom yang membentuk atom ada tiga macam yakni elektron, proton, dan netron, dengan model atom .

Atom mempunyai inti bermuatan positif yang berat, dan dikelilingi oleh satu atau lebih elektron bermuatan negatif. Inti terdiri dari proton yang bermuatan positif, dan netron tidak bermuatan (netral). Besarnya muatan negatif (elektron) sama dengan besarnya muatan positif (proton) dan tidak ada muatan yang lebih kecil dari kedua muatan partikel ini, sehingga seringkali disebut dengan satuan dasar muatan (e). Semua muatan benda merupakan kelipatan bilangan bundar dari satuan dasar muatan, dengan demikian muatan bersifat terkuantisasi (diskrit).

Setiap muatan Q yang ada di alam sanggup dituliskan dalam bentuk Q = ± Ne. Kuantisasi muatan listrik kadangkala tidak teramati sebab biasanya N mempunyai harga yang sangat besar, menyerupai misalkan pada batang plastik yang digosokkan pada kain wol maka akan berpindah sejumlah elektron sebanyak sekitar 10¹⁰ . Sedangkan proses berkurang atau bertambahnya elektron pada suatu benda disebut dengan ionisasi. Besarnya satuan dasar muatan listrik e adalah

e = 1,60 x 10 ^-19 C

Model atom sederhana

Massa proton dan netron besarnya hampir sama, dan massanya 1840 kali massa elektron. Jadi, mudah seluruh massa atom terpusat di intinya. Karena satu kilomol hydrogen beratom tunggal terdiri atas 6,02x10²⁶ partikel (bilangan Avogadro) dan massanya 1,008 kg, maka massa atom hydrogen adalah

Atom hydrogen ialah satu-satunya pengecualian dari dalil bahwa setiap atom terdiri dari 3 macam partikel subatom. Inti atom hydrogen hanya sebuah proton, dikitari oleh satu elektron dan selebihnya merupakan massa atom hydrogen, (1/1840) cuilan ialah massa elektron dan selebihnya merupakan massa proton. Dinyatakan dengan tiga angka penting maka massa elektron adalah

Mass proton = 1,67 x 10^-27 kg

Karena massa proton dan massa neutron hampir sama, maka

Massa neutron = 1,67 x 10 ⁻²⁷ kg

Dalam susunan terpola atom (tabel periodik), setiap unsur ditulis dalam satu kotak dan di cuilan bawahnya terdapat bilangan yang menyatakan nomor atom.

“Nomor atom mengatakan banyaknya proton dalam inti, atau, dalam keadaan tidak terusik, merupakan banyaknya elektron di luar inti”.

Bila jumlah total proton sama dengan jumlah total elektron, maka benda yang bersangkutan sebagai suatu keutuhan netral secara listrik. Ketika kita ingin melebihkan muatan negatif pada suatu benda, hal ini sanggup dilakukan dengan dua cara, yakni cara pertama: tambahkan muatan negatif pada benda netral, atau cara ke dua:

mengambil sejumlah muatan positif pada benda tersebut. Begitu pula, kalau muatan positif ditambahkan atau bila muatan negatif dikurangkan, maka akan terjadi kelebihan muatan positif. Dalam kebanyakan kejadian, muatan negatiflah (elektron) yang ditambahkan atau dikurangi, dan benda yang disebut “bermuatan positif” ialah benda yang jumlah normal muatan elektronnya berkurang. Yang dimaksud dengan “muatan” suatu benda ialah muatan lebihnya, dibandingkan dengan jumlah muatan positif atau negatif dalam benda itu, muatan lebih tersebut jumlahnya jauh lebih sedikit.

Pada benda padat, inti cenderung berada pada posisi yang tetap, sementara elektron bergerak cukup bebas. Pemberian muatan pada benda padat dengan cara menggosok sanggup dijelaskan sebagai perpindahan elektron dari satu benda ke benda yang lainnya. Penggaris plastik menjadi bermuatan negatif ketika digosok dengan handuk kertas, perpindahan elektron dari handuk ke plastik menciptakan handuk bermuatan positif yang sama besarnya dengan muatan negatif yang didapat oleh plastik. Biasanya muatan pada ke dua benda hanya bertahan dalam waktu yang terbatas dan alhasil ke dua benda kembali ke-keadaan netral.

Pertanyaan yang muncul dalam benak kita ialah ke mana muatan itu pergi?. Dalam beberapa kasus, hal ini dinetralkan oleh ion-ion bermuatan di udara (misalnya, oleh tumbukan dengan partikel- partikel bermuatan, yang dikenal sebagai sinar kosmik dari ruang angkasa yang mencapai bumi). Hal yang penting diketahui, bahwa muatan sanggup lepas ke inti air yang ada di udara. Ini sebab molekul- molekul air ialah polar, sehingga eleKtron-elektron ekstra pada penggaris plastik, sanggup lepas ke udara sebab di tarik menuju molekul-molekul positif air, menyerupai yang ditunjukkan dalam Gambar berikut.

Sebuah molekul polar H₂O, mempunyai muatan
yang berlawanan pada ujung yang berbeda

Di sisi yang lain, benda-benda yang dimuati secara positif, sanggup dinetralkan oleh hilangnya elektron- elektron air dari molekul-molekul udara ke benda-benda bermuatan positif tersebut. Pada udara kering, listrik statis lebih gampang diperoleh sebab udara berisi lebih sedikit molekul-molekul yang sanggup berpindah. Pada udara lembab, lebih sulit untuk menciptakan benda bermuatan tahan lama.

Demikianlah materi perihal Listrik Statis ini saya sampaikan, agar bermanfaat ...

Sumber http://sainsmini.blogspot.com

Share this post