Muatan listrik yang

Listrik Statis
Pelajaran listrik statis merupakan pelajaran yang membahas tentang muatan
listrik yang untuk sementara diam pada suatu benda. Kajian tentang listrik statis
pertama kali dilakukan oleh seorang matematikawan Yunani kuno bernama
Thales of Miletus (625-574 SM). Ia menggosokkan batu ambar pada kain wol
dan mendekatkannya pada benda ringan, seperti bulu ayam. Saat itu, bulu ayam
tersebut terbang dan menempel pada batu ambar. Dari kata batu ambar inilah
istilah listrik berasal. Listrik (electricity) diambil dari kata elektron, yang dalam
bahasa Yunani berarti batu ambar.
A. Muatan Listrik
Atom sebagai unsur penyusun zat pada dasarnya tersusun dari
partikel-partikel yang sangat kecil, disebut partikel subatom. Terdapat tiga
jenis partikel subatom yang penting dan perlu kita kenali, yaitu proton,
neutron, dan elektron. Subpartikel atom yang memiliki sifat sama, yaitu
proton dan elektron, kemudian disebut sebagai muatan listrik. Muatan listrik
ibarat udara yang tidak bisa dilihat, tetapi bisa dirasakan. Akibatnya,
penelitian
mengenai muatan listrik hanya bisa dilakukan berdasarkan efek reaksi yang
diberikannya. Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik
disebut elektroskop.
Besar muatan listrik proton dan elektron
adalah sama, tetapi jenisnya berbeda. Muatan
listrik ini pertama kali ditemukan oleh Benjamin
Franklin. Ia kemudian memberikan tanda (+)
atau (-) pada muatan listrik yang tak mengandung
arti fisis. Jenis muatan listrik proton adalah positif
(+), neutron adalah netral, dan elektron adalah (-).
Gambar 1
Benjamin Franklin
Info
1. Sifat-Sifat Muatan Listrik
Muatan listrik yang
sejenis saling tolak-
Sifat-sifat yang dimiliki muatan listrik adalah:

Muatan listrik yang sejenis (negatif dengan negatif
menolak
atau positif dengan positif) jika didekatkan akan
dan muatan
saling tolak-menolak.
listrik yang tidak sejenis
saling tarik menarik.

Muatan listrik yang tidak sejenis (negatif dengan
positif) jika didekatkan akan saling tarik-menarik.
Pemuatan Listrik
Terdapat tiga cara untuk proses pemuatan listrik, yaitu:
a. 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:

Benda berbahan plastik akan bermuatan negatif jika digosokkan
pada kain wol.

Benda berbahan ebonit akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain
wol.

Benda berbahan kaca akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain
sutra.
Pada kehidupan sehari-hari, benda yang dapat digosok dan menjadi bermuatan
listrik tidak hanya balon yang digosok ke rambut. Perhatikan tabel abel berikut.
Tabel 1. Benda yang menyebabkan electron dapat berpindah
No
Penggosokan
1.
Plastik digosok dengan
kain woll
2.
Penggaris digosok
dengan rambut
3.
Ebonit digosok dengan
kain woll
4.
Kaca digosok dengan
kain sutra
Muatan Listrik yang
dihasilkan
Negatif
Negatif
Negatif
Positif
Proses Perpindahan
Elektron
Elektron berpindah dari
wol ke plastik
Elektron berpindah dari
rambut ke penggaris
Elektron berpindah dari
woll ke ebonit
Elektron berpindah dari
kaca ke sutra
b. 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.
Gambar 2
Induksi Muatan Listrik
Pada induksi ini, muatan listrik yang dihasilkan elektroskop adalah muatan
positif karena muatan listrik dari mistar plastik sebagai penghantar adalah muatan
negatif.
c. Konduksi
Metode ini hanya dapat dilakukan pada benda yang terbuat dari bahanbahan 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.
BESARAN MUATAN LISTRIK
Keterangan:
F
= Gaya tarik menerik atau tolak menolak (Newton)
k
= Konstanta plank (1/4π𝜀𝑜 = 9 𝑥 109 𝑁. 𝑚2 /𝐶 2 )
q
= Muatan listrik (C)
r
= Jarak antar kedua muatan (m)
𝜀𝑜
= Permitas listrik dalam ruang hampa/udara = 8,85 x 10-12 C2/Nm2
Muatan 1 elektron = -1,6.10-19 coulomb
Muatan 1 elektron = +1,6.10-19 coulomb
F udara/vakum < F medium
Hal ini dikarenakan nilai permivitas listrik pada medium bukan pada medium
bukan udara lebih besar. Permivitas 𝜀𝑜 diganti degan 𝜀 yakni
𝜀 = 𝜀𝑟 . 𝜀𝑜
Dalam vakum nilai 𝜀𝑟 adalah 1. Sedangkan dalam udara 𝜀𝑟 adalah 1,0006.
Dengan demikian gaya coloumb dalam medium rumusnya adalah:
Hukum Coulomb
Hukum Coloumb adalah aturan yang
mengemukakan tentang hubungan antara gaya
listrik dan besar masingmasing muatan listrik.
Nama Coloumb diambil dari nama fisikawan
yang pertama kali mengamati gaya tarik-menarik
atau tolak-menolak benda bermuatan listrik, yaitu
Charles Augustin de Coloumb (1736-1804).
Dalam pengamatannya, ia melakukan percobaan
menggunakan alat yang bernama neraca puntir.
Berdasarkan
percobaan
ini,
Coloumb
mengemukakan suatu aturan atau hukum yang
berbunyi:
Gambar 3
Neraca Puntir
“Gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) antara dua muatan sebanding
dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik.”
Secara matematis, Hukum Coloumb dapat ditulis dalam
𝐹=
𝑄1 𝑄2
𝑟2
𝐹=𝐾
𝑄1 𝑄2
𝑟2
1
F = 4π𝜀 .
𝑜
𝑄1 𝑄2
𝑟2
Dengan:
F
= gaya Coloumb (Newton = N)
Q1,Q2
= muatan listrik benda 1 dan 2 (Coloumb = C)
r
= jarak antara dua muatan listrik (m)
k
= konstanta pembanding = konstanta gaya Coloumb
= 9 × 109 Nm2C-2
𝜀𝑜
= permitivitas ruang hampa
= 8,854 × 10-12 C2N-1m-2
Pada umumnya, nilai permitivitas (ε) medium selain udara atau ruang hampa atau zat
lainnya, lebih besar daripada permitivitas ruang hampa (ε0), dinotasikan ε > ε0.
Perbandingan antara ε dan ε0 disebut konstanta dielektrik suatu zat dan diberi
lambang k. Jadi, k =
𝜀𝑜
𝜀
dan gaya Coloumb benda itu adalah: 𝐹 =
1
4𝜋𝜀
.
𝑄1 𝑄2
𝑟2