HANDOUT LISTRIK STATIS UNTUK SMP KELAS IX Oleh : Nansi Apriatama Wiliski, S.Pd Kompetensi Dasar 3.4 Menjelaskan konsep listrik statis dan gejalanya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kelistrikan pada sistem saraf dan hewan yang mengandung listrik IPKD (Indikator pencapaian kompetensi dasar) • Memberi contoh gejala kelistrikan yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari • Menganalisis peristiwa yang terjadi pada penggaris plastik yang digosokkan pada rambut yang kering • Mengidentifikasi jenis-jenis muatan listrik • Menjelaskan interaksi dua muatan listrik • Menjelaskan fungsi dan prinsip kerja elektroskop Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti proses pembelajaran: Siswa dapat menganalisis gejala konsep listrik statis sebanyak dua jenis gejala listrik statis. Siswa dapat menganalisis peristiwa yang terjadi pada penggaris plastik yang digosokkan pada rambut yang kering Siswa dapat menganalisis peristiwa interaksi antar dua muatan listrik sebanyak dua jenis interaksi muatan listrik, melalui praktikum. Siswa dapat menganalisis jenis-jenis muatan listrik sebanyak dua jenis muatan, melalui diskusi. Siswa dapat menjelaskan fungsi dan prinsip kerja ekstroskop URAIAN MATERI Listrik Statis Listrik statis adalah suatu fenomena kelistrikan yang sering terjadi di mana partikel bermuatan ditransfer atau berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain. A. Muatan Listrik Kamu pasti pernah kan belajar tentang atom di pelajaran Kimia? Atom merupakan suatu dasar materi yang terdiri atas inti atom yang dikelilingi oleh elektron. Partikelpartikel penyusun atom adalah: Elektron → muatan negatif Proton → muatan positif Neutron → muatan netral Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu (berada di kulit atom). Nah, listrik statis ini terjadi karena adanya perpindahan elektron. Benda menjadi bermuatan karena elektronnya dipindahkan dari benda satu ke benda lain. Listrik statis yang memuat muatan positif dan negatif memenuhi sifat-sifat muatan listrik. Suatu atom dikatakan netral apabila jumlah proton di inti sama dengan jumlah elektron di kulit, dikatakan bermuatan positif apabila jumlah proton di inti lebih banyak daripada jumlah elektron di kulit, dan dikatakan bermuatan negatif jika jumlah proton di inti lebih sedikit daripada jumlah elektron di kulit. Muatan listrik statis dapat terjadi karena adanya perpindahan sejumlah elektron. Benda-benda menjadi bermuatan karena muatan negatif dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya. Ketika dua benda dimuati dengan saling menggosoknya,muatan tidak diciptakan dalam proses ini. Benda yang satu memperoleh sejumlahmuatan negatif, sehingga akan bermuatan negatif. Sebaliknya, benda lainnyakehilangan sejumlah muatan negatif sehingga akan bermuatan positif. Beberapa cara sederhana untuk menimbulkan listrik statis adalah INFO Thales Militus, seorang ilmuwan Yunani, menemukan gejala listrik yang diperoleh dengan menggosok batu ambar. Setelah digosok ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda kecil yang berada didekatnya dan disebut listrik statis yaitu listrik yang tidak mengalir.Sumber :http://www.indonesiacerda s.web.id/2012/07/listrik - statis.htm Batang plastik yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan negatif. Batang kaca yang telah digosok dengan kait sutera akan bermuatan positif. Batang plastik yang digosok dengan wol akan memiliki muatan negatif. Untuk dapat membuktikan secara langsung bagaimana cara membuat muatan listrik pada suatu benda, maka lakukanlah percobaan “Listrik Statis” sesuai petunjuk pada LKPD yang ada. Lakukan percobaan dengan serius, dan tanyakan kepada gurumu jika kurang mengerti. Lalu jawab pertanyan yang ada pada LKPD sesuai hasil pengamatan mu dan dengan pedoman literatur yang ada. B. Elektroskop Untuk mengidentifikasi muatan listrik sebuah benda dapat digunakan elektroskop. Elektroskop terdiri dari sebuah bola konduktor yang dihubungkan dengan dua buah daun logam (biasanya emas) dengan menggunakan batang konduktor. Dengan menggunakan bahan dari isolator sebagai penyekat, daun elektroskop dimasukkan ke dalam sebuah wadah yang terbuat berdinding kaca . Prinsip kerja elektroskop adalah Induksi listrik. Dimana jika kepala elektroskop yang netral didekatkan dengan benda, maka daun elektroskop akan mengembang jika benda tersebut bermuatan listrik, dan tetap jika benda tersebut tidak bermuatanlistrik. Keterangan gambar : a = daun elektroskop b = batang konduktor c = tabung gelas d = kepala elektroskop TUGAS Buatlah langkah-langkah pembuatan elektroskop sederhana dan buat artikel pemanfaatan teknologilistrik statis yang dikumpulkan pada pertemuan berikutnya. Kompetensi Dasar 3.4 Menjelaskan konsep listrik statis dan gejalanya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kelistrikan pada sistem saraf dan hewan yang mengandung listrik IPKD (Indikator pencapaian kompetensi dasar) Mengidentifikasi faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya Coulomb dua muatan listrik Menghitung besarnya gaya Coulomb dua muatan listrik Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti proses pembelajaran: Siswa dapat mengidentifikasi factorfaktor yang mempengaruhi besar gaya coulomb dua muatan listrik Siswa dapat menghitung besar gaya Coulomb dua muatan listrik URAIAN MATERI SS B. HUKUM COULOMB Pada waktu cuaca mendung atau hujan, sering terjadi petir. Bagaimana petir terjadi? Petir merupakan loncatan muatan listrik akibat perbedaan potensial yang sangat besar dari awan ke bumi yang disertai energi yang sangat besar. Muatan listrik di awan merupakan muatan listrik statis. Bagaimana muatan itu terbentuk? Pada tahun 1785, seorang ahli fisika Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb melakukan penelitian mengenai gaya yang ditimbulkan oleh dua benda yang bermuatan listrik. Berdasarkan penelitian yang dilakukan disimpulkan bahwa: “Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik (yang kemudian disebut gaya Coulomb) berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut.” Jika dua benda berada di ruang vakum (hampa) bermuatan Q 1 dan Q2 dan memiliki jarak antara keduanya r, seperti pada gambar berikut ini ! Secara Matematis Keterangan: F = gaya tarik manarik/tolak menolak (newton) q1= muatan listrik benda 1 (coulomb) q2= muatan listrik benda 2 (coulomb) r = jarak antara kedua muatan k = konstanta = 1/4πεo = 9 x 109 N.m2/C2 contoh soal 1. Jika ada dua benda bermuatan dengan Q 1 = 4 x 10-6 C dan Q2 = 6 x 10-6 C dengan jarak 2 cm. Berapakah gaya Coulomb yang terdapat di antara dua benda tersebut? Pembahasan: 2. Dua buah muatan masing-masing q1 = 6 μC dan q2 = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 109 dalam satuan standar! penyelesaian Data dari soal: q1 = 6μC = 6 x 10−6 C q2 = 12μC = 12 x 10−6 C r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10−1 meter F = ....? Dari rumus gaya coulomb didapatkan LATIHAN SOAL Kerjakan soal-soal berikut dengan benar 1. Dua benda bermuatan listrik sejenis masing-masing Q1 = 5 x 104 C dan Q = 5 x 10-4 C dipisahkan pada jarak 5 cm. Tentukanlah 2 besarnya gaya coulomb di antara dua muatan tersebut. (k = 9 x 109 Nm2/c2 ) 2. Dua buah muatan diatur seperti pada gambar di bawah ini. Besar muatan pada A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di B adalah -5 mikro Coulomb. Sedangkan besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah… (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 mikro Coulomb = 10−6 C). Berapakah Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan? 3. jika besar gaya coulomb antara 2 muatan identik a dan b adalah 1,6 N serta kedua muatan tersebut terpisah pada jarak 3 cm. berapakah besar masing masing muatan a dan b? PENYELESAIAN SOAL LATIHAN 1. Diketahui : Q1 = 5 x 10-4 C Q2 = 5 x 10-4 C r = 5 cm = 5 x 10-2 m ) k = 9 x 109 Nm2/c2 Ditanya : Fc = ? Jawab: Fc = k. Q1 x Q2/r2 = 9 x 109 Nm2/c2 . (5 x 10-4 C) (5 x 10-4 C)/ (5 x 10-2 m)2 = 9 x 109 x 5 x 10-4 x 5 x 10-4 / 25 x 10-4 = 9 x 109 x 1 x 10-8 / 10-4 =9 x 109 + (-8) + (+4) = 9 x 105 N Jadi, gaya tolak menolak kedua muatan sejenis tersebut adalah 9 x 105 N. 2. Diketahui: Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan 3. . Kompetensi Dasar 3.4 Menjelaskan konsep listrik statis dan gejalanya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kelistrikan pada sistem saraf dan hewan yang mengandung listrik IPKD (Indikator Pencapaian Kompetensi Dasar) Menjelaskan dan menghitung besar medan listrik Menjelaskan dan menghitung beda potensial Membedakan jenis rangkaian listrik terbuka dan tertutup Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti proses pembelajaran: 1. Siswa dapat menuliskan apa itu medan listrik dan menghitung medan listrik 2. Siswa dapat menuliskan apa itu beda potensial dan menghitung beda potensial 3. Siswa dapat membedakan jenis rangkaian listrik terbuka dan tertutup URAIAN MATERI C. MEDAN LISTRIK Medan Listrik merupakan daerah disekitar muatan yang dapat menimbulkan gaya listrik terhadap muatan lain. Medan listrik ini juga termasuk medan vektor, sehingga untuk menyatakan arah medan listrik dinyatakan sama dengan arah gaya yang dialami oleh muatan positif jika berada dalam sembarang tempat di dalam medan tersebut. Adapun arah medan listrik yang ditimbulkan benda bermuatan positif dinyatakan keluar dari benda, sedangkan arah medan listrik yang ditimbulkan benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke benda. Untuk menggambarkan medan listrik digunakan garis-garis gaya listrik, yaitu garis lengkung yang dibayangkan sebagai intasan yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik Dan Garis gaya listrik tidak mungkin berpotongan, Karena garis gaya listrik merupakan garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di benda yang bermuatan negatif. Gambar berikut ini menggambarkan garis-garis gaya listrik di sekitar benda bermuatan listrik. Kuat Medan Listrik Kuat medan listrik yang berada di suatu titik dalam medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik di titik tersebut. Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E. Kuat medan listrik ini karena dipengaruhi oleh besarnya muatan sumber dan jarak benda (muatan yang diuji). Lalu, Kuat medan listrik di rumuskan sebagai besarnya gaya Coulomb untuk setiap satuan muatan. Secara matematis rumus medan listrik yaitu: Keterangan: E = kuat medan listrik (N/C) F = gaya coulomb (F) q = muatan uji (C) Dari arah kuat medan listrik yang dialami muatan uji bergantung pada jenis muatan uji dan muatan sumber. Jika positif dan negatif bertemu maka akan tarik menarik namun jika jenis muatannya sama akan tolak menolak. Berikut ilustrasi selengkapnya: Rumus Medan Listrik Apabila Diketahui rumus gaya coulomb antara muatan sumber Q dengan muatan uji q adalah: Maka rumus medan listrik menjadi: Keterangan E = kuat mendan litrik (N/C) Q = muatan sumber (C) r = . Jarak muatan uji dengan muatan sumber (m) Contoh soal 1. Titik A berada pada jarak 5 cm dari muatan +10 mikro Coulomb. Besar dan arah medan listrik pada titik A adalah… (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 mikro Coulomb = 10−6 C) Pembahasa Diketahui : Ditanya : Besar dan arah medan listrik pada titik A Arah medan listrik di titik A : Muatan listrik positif karenanya arah medan listrik menjauhi muatan listrik dan menjauhi titik A. 2. Medan listrik yg dirasakan oleh muatan uji A terhadap muatan B sebesar 80 N/C.jika jarak kedua muatan tersebut adalah 3 cm,berapakah besar muatan B? Penyelesaian Diket : Medan listrik di A akibat B, Eb = 80 N/C Jarak kedua muatan, r = 3 cm = 0,03 m Tanya ; Besar muatan B, qB = __? Jawab : Eb = K.qB/r² qB = (Eb.r²) / k qB = (80•0,03²) / 9•10^9 qB = 80 x 10¯¹³ qB = 8 x 10¯¹² C D. BEDA POTENSIAL LISTRIK Dalam listrik dinamis juga ada yang disebut dengan beda potensial atau sumber tegangan listrik. Beda potensial adalah banyaknya energi untuk memindahkan muatan listrik dari satu titik ke titik lain. Adanya beda potensial ini menyebabkan terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif, serta aliran elektron dari arah sebaliknya. Beda potensial atau tegangan listrik ini dapat dihitung secara matematis dengan rumus: Beda potensial itu bisa diukur dengan voltmeter Squad. Voltmeter selalu dipasang paralel dengan benda yang akan diukur beda potensialnya. Contoh soal: 1. Berapakah beda potensial kutub-kutub baterai sebuah rangkaian kalau baterai tersebut membutuhkan energi sebesar 80 J untuk memindahkan muatan sebesar 10 C? Diketahui: W = 80 J Q = 10 C Ditanya: beda potensial ? Jawab : V = W / Q = 80 / 10 = 8 Volt 2. Untuk memindahkan 40 C muatan listrik dalam sebuah penghantar dari titik A ke titik B, diperlukan energi sebanyak 120 Joule. Berapa beda potensial antara titik A dengan titik B ? Diketahui : Q = 40 C W = 120 J Ditanya : V (AB) = … ? Jawab : V (AB) = W/Q = 120 J/40C = 3 Volt E. Rangkaian Listrik Terbuka dan tertutup Pada dasarnya rangkaian listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup. Rangkaian listrik terbuka adalah suatu rangkaian yang belum dihubungkan dengan sumber tegangan, sedangkan rangkaian listrik tertutup adalah suatu rangkaian yang sudah dihubungkan dengan sumber tegangan. Ayo Kita lakukan Untuk dapat memahami lebih dalam tentang medan listrik, beda potensial serta rangkaian terbuka dan tertutup ayo kita lakukan kegiatan sesuai yang dicamtumkan pada LKPD. Lakukan sesuai petunjuk dan berpedoman pada literatur yang ada ya… Latihan soal 1. Jarak antara titik P dan muatan -20 mikro Coulomb adalah 10 cm. Tentukan kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik P. 2. Dua muatan listrik terpisah sejauh 40 cm. Kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan adalah… 3. Sebuah baterai yang mempunyai beda potensial sebesar 1,5 V. Berapakah besar perpindahan energi yang diharapkan kalau memindahkan muatan sebanyak 40 C? 4. Jika selisih potensial antara benda A dan B cukup besar, maka akan terjadi loncatan muatan listrik (elektron). Dari benda mana ke benda manakah loncatan elektron tersebut mengalir? 5. Gambarkan rangkaian listrik terbuka dan tertutup lengkap dengan komponennya PENYELESAINA 1. Diketahui : Ditanya : Besar dan arah medan listrik pada titik P Jawab : Arah medan listrik di titik A : Muatan listrik negatif karenanya arah medan listrik menuju muatan listrik dan menjauhi titik P. 2. Diketahui : Ditanya : besar dan arah medan listrik pada titik yang terletak di tengahtengah kedua muatan (titik P) Jawab : Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik P : Muatan A negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan A (ke kiri). Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik P : Muatan B positif sehingga arah medan listrik menjauhi muatan B (ke kiri). Resultan medan listrik pada titik A : EA dan EB searah karenanya dijumlahkan. E = EA + EB E = (4,5 x 105) + (9 x 105) E = 13,5 x 105 N/C Arah medan listrik adalah menuju muatan A dan menjauhi muatan B (ke kiri). 3. Diketahui: Beda potensial = 1, 5 V Besar muatan = 40 C Ditanya: Besar energi untuk memindahkan muatan ? Jawab: W = V . Q = 1,5 x 40 = 60 J Jadi, besar energi untuk memindahkan muatan tersebut sebesar 60 J. 4. Jika ada selisih beda potensial antara benda A dan benda B, maka akan terjadi loncatan muatan listrik dari benda yang potensialnya tinggi ke benda yang potensialnya rendah. 5. DAFTAR PUSTAKA Zubaidah Siti, dkk. 2018. Ilmu Pengetahuan Alam Edisi 2018 SMP/MTs Kelas IX Semester 1. Jakarta. Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan. Zubaidah Siti, dkk. 2018. Buku Guru Ilmu Pengetahuan Alam Edisi Revisi 2018 SMP/MTs Kelas IX. Jakarta. Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan. Purwanto, Budi. 2018. Eksplorasi Ilmu Alam 3. Solo :PT Tiga Serangkai Pustaka Mandiri https://www.slideserve.com/jarah/listrik-statis diakses 2 Oktober 2020 https://www.dosenpendidikan.co.id/listrik-statis/ diakses 2 Oktober 2020 https://saintif.com/listrik-statis/ diakses 2 Oktober 2020 https://blog.ruangguru.com/ipa-kelas-9-mengapa-petir-bisa-terjadi diakses 3 Oktober 2020 https://gurumuda.net/contoh-soal-hukum-coulomb.htm 3 Oktober 2020 https://www.matrapendidikan.com/2016/12/contoh-soal-hukum-coulomb.html 3 Oktober 2020 http://contohpidatodansoallengkap288.blogspot.com/2017/04/contoh-gambarrangkaian-listrik-terbuka.html 3 Oktober 2020 https://www.utakatikotak.com/kongkow/detail/15355/Beda-Potensial-dan-EnergiListrik-Lengkap-Contoh-Beserta-Pembahasan 3 Oktober 2020
