Listrik Statis Dalam Kehidupan Nyata Daftar Isi Listrik Statis Hukum Coulomb Elektroskop Generator Van De Graaff LISTRIK STATIS Listrik Statis adalah listrik yang diam untuk sementara pada suatu benda Orang pertama yang melakukan percobaan tentang listrik statis adalah Thales of Miletus. Ia menggosokkan batu ambar dengan kain wol, kemudian ia dekatkan ke bulu ayam. Ternyata bulu ayam terbang dan menempel pada batu ambar beberapa saat kemudian jatuh lagi. CARA MENGHASILKAN MUATAN LISTRIK Muatan listrik dapat diperoleh dengan cara : Menggosok benda satu dengan benda yang lain Induksi listrik Konduksi Menggunakan Generator van de Graff Memberi Muatan Listrik Statis Suatu benda dapat diberi muatan listrik statis dengan cara menggosoknya dengan benda lain Mengapa demikian? Untuk jelasnya kita perlu memahami model atom terlebih dahulu. awal MUATAN LISTRIK Muatan listrik merupakan bagian dari partikelpartikel yang membentuk atom suatu zat. Dimana atom-atom zat terdiri dari beberapa partikel seperti gambar di bawah ini : Inti Atom Neutron Kulit Atom Proton Elektron Atom Atom merupakan partikel terkecil penyusun suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur tersebut. Atom terdiri dari partikel-partikel yang jauh lebih kecil yang memiliki sifat sendiri. Partikel-partikel tersebut adalah proton, netron yang terdapat dalam inti atom dan elektron yang mengorbit inti dengan lintasan tertentu. ATOM Proton memiliki sifat bermuatan listrik positif dan elektron memiliki sifat bermuatan listrik negatip, sedang neutron memiliki sifat yang netral. Besar muatan listrik proton dan elektron sama. Atom Atom yang netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama. Suatu atom akan memiliki muatan listrik negatif bila atom tersebut kelebihan elektron Dan atom akan bermuatan positip bila kekurangan elektron Atom Atom yang netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama. Atom Negatif Bila suatu atom mendapat tambahan elektron dari atom lain, maka atom tersebut menjadi kelebihan elektron Atom menjadi bermuatan negatip awal Atom Positip Jika suatu atom kehilangan elektron, maka atom tersebut menjadi kekurangan elektron Atom tersebut menjadi bermuatan positip awal Menggosok dua jenis benda Dua buah benda tertentu bila saling digosok, maka kedua benda akan bermuatan listrik. Contoh : Balon dengan kain wol Penggaris plastik dengan rambut Kaca dengan kain sutra Karet dengan bulu Ebonit dengan wol Balon dengan Kain Wol Balon bila kita gosok dengan kain wol maka elektron berpindah dari kain wol ke balon. Sehingga balon menjadi bermuatan listrik negatif dan kain wol bermuatan listrik positif Kaca dengan kain sutra Bila kaca kita gosok dengan kain sutra, elektron berpindah dari kaca ke kain sutra. Sehingga kaca menjadi bermuatan listrik positip dan kain sutra bermuatan listrik negatif. Contoh mendapatkan listrik statis dengan cara menggosok. Listrik statis adalah berkumpulnya muatan listrik pada suatu benda. Pada saat menggosokkan sisir pada rambutmu, sejumlah atom di dalam rambut terganggu, sejumlah elektron di dalam rambut terlepas dan berpindah ke sisir. Akibatnya, sisir memperoleh tambahan elektron, dan sisir itu tidak lagi netral, tetapi memiliki muatan negatif. Rambut kehilangan elektron, sehingga rambut itu bermuatan positif Jenis Muatan karena Penggosokan Dua benda Penggaris kering plastik dengan rambut Penggaris plastik bermuatan listrik negatif Rambut kering bermuatan listrik positif Kaca dengan sutra Kaca bermuatan listrik positif Sutra bermuatan listrik negatif INTERAKSI MUATAN LISTRIK Bila muatan-muatan listrik yang sejenis saling didekatkan, maka muatan-muatan tersebut akan saling tolak-menolak. Sebaliknya bila muatan-muatan listrik yang tidak sejenis saling didekatkan, maka muatan-muatan tersebut akan saling tarik-menarik. Peristiwa ini yang disebut dengan interaksi muatan-muatan listrik. Hukum Coulomb Besarnya gaya interaksi antara dua muatan listrik dipelajari oleh Charles Augustin Coulomb, yang kesimpulannya disebut dengan Hukum Coulomb, yang bunyinya sebagai berikut : “ Besarnya gaya tarik-menarik atau tolakmenolak antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan muatan masingmasing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda tersebut.” Hukum Coulomb Q1Q2 F k. 2 r Persamaan Matematis yang dikenal dengan Hukum Coulomb! Hukum Coulomb Satuan ( SI ) Satuan ( CGS ) Simbol Nama Q1 Muatan listrik pertama Coulomb Stat.C (C) Q2 Muatan listrik kedua Coulomb Stat.C (C) r Jarak kedua muatan m Cm F Gaya Coulomb yang terjadi N Dyne (Dn) k Konstanta kelistrikan 9.109 1 Gaya Coulomb Sebanding dengan muatan listrik Gaya coulomb antar dua buah muatan akan berubah sebanding bila muatannya berubah Q1 Q’1 Q’1.Q’2 F’ = F Q1.Q2 F F’ Q2 Q’2 Gaya Coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan Gaya coulomb juga akan berubah jika jarak kedua muatan berubah d 2 F’=( ) F d’ d F d’ F’ Menginduksi dengan Benda Bermuatan Listrik Selain dengan menggosok, suatu benda dapat diberi muatan listrik dengan cara diinduksi dengan benda lain yang telah bermuatan listrik. Induksi listrik adalah pemisahan muatan listrik di dalam suatu penghantar karena penghantar itu didekati oleh (tanpa menyentuh) benda bermuatan listrik. Contoh : Sebuah balon yang telah digosokkan pada rambut seseorang disentuhkan ke suatu dinding netral dan ternyata balon tetap menempel pada dinding. Bagaimana prosesnya? Balon yang telah digosok menempel pada dinding Prinsip kerja induksi listrik ini menjadi dasar bagi pembuatan elektroskop Memberi Muatan Listrik Dengan Cara Konduksi Pada peristiwa konduksi ini, terjadi kontak langsung dari kedua benda sehingga elektron mengalir melalui satu benda ke benda lainnya. Sebuah logam dapat diberi muatan listrik negatif (a) atau positif (b) dengan cara konduksi Memberi Muatan Listrik Dengan Cara Konduksi Beberapa bahan yang tergolong konduktor dan isolator a. Konduktor - Konduktor baik : berbagai jenis logam (perak, tembaga, logam) - Konduktor jelek : air, tanah, badan manusia Memberi Muatan Listrik Dengan Cara Konduksi b. Isolator : karet, berbagai plastik (PVC) Pada bahan-bahan yang tergolong isolator, elektron-elektron pada setiap atom diikat dengan kuat, sehingga dalam keadaan normal, elektron-elektron tidak bebas bergerak. bahan isolator sukar menghantarkan muatan listrik MEDAN LISTRIK MEDAN LISTRIK Medan listrik adalah ruang (daerah) dimana pengaruh gaya listrik masih dapat dirasakan oleh benda bermuatan listrik di ruang tersebut. Medan listrik ditimbulkan oleh adanya garisgaris gaya listrik yang dihasilkan disekitar muatan listrik. MEDAN LISTRIK Arah medan listrik yang dihasilkan oleh muatan listrik positif selalu menjauhi muatan tersebut, sedangkan yang dihasilkan oleh muatan listrik negatif, selalu menuju muatan tersebut. Kuat Medan Listrik adalah besarnya gaya elektrostatis setiap satuan muatan listrik. Simbol : E Satuan : SI = N/C CGS : Dn/Stat.C MEDAN LISTRIK ENERGI POTENSIAL LISTRIK ENERGI POTENSIAL LISTRIK Energi Potensial Listrik adalah energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan-muatan listrik dari titik yang satu ke titik yang lain. Simbol :W Satuan : Joule (J) Persamaan : ENERGI POTENSIAL LISTRIK ENERGI POTENSIAL LISTRIK Keterangan : W = energi potensial listrik (J) Q = muatan listrik (Coulomb) V = perubahan potensial listrik (V) KESIMPULAN ELEKTROSKOP Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui apakah suatu benda bermuatan listrik atau tidak. Menentukan benda bermuatan listrik Untuk mengetahui apakah suatu benda bermuatan listrik atau tidak, kita dapat mendekatkan benda tersebut ke elektroskop netral Menentukan jenis muatan listrik suatu benda Jenis muatan listrik suatu benda dapat dilakukan dengan cara mendekatkan benda tersebut ke elektroskop bermuatan listrik Distribusi Muatan Listrik pada Konduktor berongga Distribusi Muatan Listrik pada Konduktor berongga Muatan listrik pada konduktor berongga hanya terdistribusi pada permukaan luarnya, tidak pada permukaan dalamnya Konduktor Bola Untuk konduktor bola berongga, muatan listrik menyebar merata pada permukaan luar Distribusi Muatan Listrik pada Konduktor berongga Distribusi muatan listrik pada konduktor berongga dipusatkan pada bagian luar yang memiliki kelengkungan paling tajam awal GENERATOR Van de Graaff Generator Van de Graaff Silinder politen Generator van de graaff adalah generator yang menghasilkan listrik statis yang sangat besar Sabuk karet Silinder logam Petir Buatan awal Angin Listrik Petir, guntur, solusinya Petir, guntur, solusinya Kilat atau Petir adalah loncatan bunga api listrik yang terjadi antara awan ke awan atau awan ke tanah, karena adanya beda potensial yang sangat besar. Guruh atau Guntur adalah suara yang sangat keras yang timbul akibat pemuaian udara yang berlangsung sangat cepat dan tiba-tiba karena udara itu dilalui oleh kilat. Terjadinya Petir Petir terjadi karena lompatan elektronelektron dari awan bermuatan negatif ke Bumi yang bermuatan positif awal Penangkal Petir Penangkal petir merupakan alat pengarah petir agar petir hanya menyambar kepadanya, bukan ke bagian bangunan lainnya awal Penangkal Petir Penangkal Petir adalah alat yang digunakan untuk menghindari terjadinya petir yang merugikan atau alat yang digunakan untuk melindungi bangunan dari sambaran petir. Ujung penangkal petir dibuat lancip, karena penghantar berujung lancip mempunyai sifat dapat melepaskan muatan-muatan listrik yang dikandungnya dengan mudah. Ujung penangkal petir harus dihubungkan dengan tanah sebagai Ground, untuk membuang semuang muatan listrik yang dikandungnya akibat didekati oleh awan yang bermuatan listrik dengan cepat ke tanah, agar bangunan tersebut tetap aman dari sambaran petir. awal Bahaya Listrik Statis Pada truk tangki pengangkut bahan yang mudah terbakar, dipasang rantai pada bagian bawahnya. Ini dimaksudkan agar listrik statis yang timbul karena gesekan ban dengan jalan dapat dinetralkan sehingga tidak membahayakan muatan tangki. Penggunaan Listrik Statis Pengendap elektrostatis Alat ini ditemukan oleh F.G. Cottrell pada tahun 1907. Alat ini digunakan untuk membersihkan udara yang keluar dari cerobong asap Pengecatan Mobil Agar mobil dapat dicat dengan rata, maka badan mobil diberi muatan listrik yang berbeda dengan muatan listrik pada cat. Dengan demikian cat dapat menempel kuat dan merata pada mobil Penggunaan Listrik Statis Mesin Fotokopi Mesin fotokopi memanfaatkan konsep listrik statis dan optik. Mesin ini memanfaatkan sifat unik dari logam selenium, yaitu dapat menghantarkan listrik ketika terkena cahaya dan tidak menghantarkan listrik ketika tidak terkena cahaya. SEKIAN LATIHAN SOAL Dua buah muatan listrik +50 Stat.C dan +100 Stat.C terpisah pada jarak 5 cm. Berapakah gaya elektrostatis yang terjadi? Dua buah muatan listrik 40 C dan 75 C terpisah pada jarak 20 mm. Berapakah gaya elektrostatis yang terjadi? LATIHAN SOAL Dua buah muatan listrik 50 Stat.C dan 5 Stat.C mengalami gaya elektrostatis 10 Dyne. Hitunglah jarak kedua muatan tersebut! Sebuah bola bermuatan 5 nC diletakkan 30 cm terhadap muatan lain. Ternyata muatan tersebut mengalami gaya Coulomb sebesar 100 Newton. Hitunglah besar muatan tersebut! Dua muatan listrik 24 C dan 5C terpisah pada jarak tertentu. Bila gaya elektrostatis yang terjadi 27 Newton, tentukan jarak kedua muatan tersebut! LATIHAN SOAL Dua buah muatan listrik yang sama besar dan sejenis saling tolak menolak dengan gaya 100 Newton bila keduanya terpisah sejauh 2 cm. Tentukan besarnya gaya tolak menolaknya jika jarak kedua mutan tersebut dijadikan : a. 1 cm d. 8 cm b. 4 cm e. c. 0,5 cm f. cm LATIHAN SOAL Sebuah muatan listrik 25 Coulomb mengalami gaya elektrostatis 150 Newton di dalam suatu ruang. Hitung besar kuat medan listrik di ruang tersebut! Hitung kuat medan listrik pada suatu titik yang terletak 5 cm dari muatan listrik 100 Stat.C! Kuat medan listrik pada suatu titik yang disebabkan oleh muatan listrik 2 C besarnya 1,8.106 N/C. Hitung jarak titik itu terhadap muatan tersebut! LATIHAN SOAL Suatu titik yang berjarak 4 cm dari sebuah muatan listrik mengalami kuat medan listrik sebesar 20 N/C. Tentukan besarnya kuat medan listrik pada titik tersebut, jika jarak titik terhadap muatan dijadikan : a. 2 cm d. 16 cm b. 8 cm e. c. 0,5 cm f. cm LATIHAN SOAL Berapa besar energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik 80 Coulomb dari titik yang potensialnya 60 Volt ke titik yang potensialnya 210 Volt? Untuk memindahkan suatu muatan listrik 400 Coulomb, ternyata diperlukan energi sebesar 32 kJ. Tentukan besar perubahan beda potensial yang dialami oleh muatan tersebut! LATIHAN SOAL Sebuah muatan listrik 50 Coulomb yang berada pada titik yang potensialnya 100 Volt hendak dipindahkan pada suatu titik yang potensialnta tertentu. Ternyata untuk keperluan tersebut diperlukan energi sebesar 7,5 kJ. Tentukan besar potensial titik yang dimaksud! Tentukan besar potensial listrik pada suatu titik yang berjarak 25 cm dari muatan listrik 25 Coulomb! LATIHAN SOAL Berapakah energi yang diperlukan untuk memisahkan muatan listrik +15 Coulomb dan 50 Coulomb yang saling-menarik pada jarak 50 cm? Untuk memindahkan muatan listrik dari titik A ke titik B diperlukan energi sebesar 3.000 Joule. Bila potensial titik A 5 Volt dan potensial titik B 125 Volt, tentukan jumlah muatan yang telah dipindahkan!
