Listrik Statis

LISTRIK STATIS Muatan Listrik Orang sudah mengenal listrik sejak 2500 tahun yang lalu. Kata “listrik” berasal dari bahasa Yunani yaitu electron yang berarti “ambar”. Ambar adalah pohon damar yang telah dikeraskan (membatu), dan jika batang ambar digosokkan pada sepotong kain wol, maka batang ini dapat menarik daun-daun kecil atau debu. “Efek ambar ini” disebut listrik statis atau listrik tidak mengalir. Batang kaca, penggaris plastik, batang karet keras jika digosok dengan sepotong kain juga akan menunjukkan gejala kelistrikan. Pada kasus tersebut, batang menjadi “bermuatan listrik” karena proses gosokkaan dan dikatakan benda memiliki muatan listrik. Telah kita ketahui bahwa semua zat tersusun dari atom-atom. Setiap atom mengandung subatom yang terdiri dari proton, elekton dan netron. Proton dan netron membentuk inti atom yang disebut nukleon dan elektron bergerak mengelilingi inti atom pada orbit tertentu. Proton dan elektron memiliki sifat dan besar yang sama yang dikenal dengan muatan listrik. Benjamin Franklin (1706-1790) membedakan jenis muatan listrik proton dan elektron dengan menuliskan tanda positif (+) untuk proton dan tanda negatif (-) untuk elektron.

Gambar 1.1. Atom dan penyusunnya Pada atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Benda dikatakan bermuatan positif jika benda kekurangan elektron, artinya jumlah proton lebih banyak daripada jumlah elektron. Sedangkan benda dikatakan bermuatan negatif jika benda kelebihan elektron, artinya jumlah proton lebih sedikit daripada jumlah elektron. Ini berarti benda akan menjadi bermuatan listrik jika mengalami perpindahan elektron. Berkaitan dengan perpindahan elektron, ada atom-atom yang mudah melepaskan elektron (mengalir bebas) dan ada yang sukar melepaskan elektron (tidak bergerak bebas). Atom yang mudah melepaskan

elektron berarti bendanya mudah menghantarkan listrik dan disebut konduktor. Hampir semua jenis logam adalah konduktor yang baik seperti tembaga, alumunium, dan perak. Sebaliknya, atom yang sukar melepaskan elektron berarti bendanya sukar menghantarkan listrik dan disebut isolator. Hampir semua jenis nonlogam adalah isolator seperti kaca, udara kering, karet, dan plastik. Ada beberapa cara untuk memberi muatan listrik, antara lain dengan cara penggosokkan seperti kasus di atas, penyentuhan (konduksi) yaitu benda (konduktor) yang bermuatan disentuhkan dengan benda lain yang tidak bermuatan, dan induksi. Induksi Listrik Salah satu cara membuat benda bermuatan listrik adalah dengan induksi listrik. Sebuah benda yang bermuatan dapat memberikan muatannya kepada benda netral di dekatnya tanpa menyentuh. Sebagai contoh, sebuah benda bermuatan listrik negatif didekatkan kepada konduktor yang netral dan terisolasi. Muatan positif yang ada di konduktor netral akan terinduksi mendekati benda bermuatan negatif tersebut, sedangkan muatan negatif pada konduktor netral akan berada pada bagian sisi yang lain. Secara keseluruhan akan terjadi tarik menarik diantara kedua benda tersebut. Gambar 1.2. Induksi listrik Dengan demikian, induksi adalah peristiwa pemisahan muatan di dalam konduktor karena didekati benda bermuatan listrik. Secara prinsip, induksi merupakan pemisahan muatan dimana jika muatan telah dipisahkan, maka muatan akan mudah dipindahkan ke benda lain. Untuk mengetahui apakah benda itu telah bermuatan listrik atau netral dapat menggunakan alat elektroskop. Elektroskop terdiri dari sebatang logam yang memiliki kepala logam, dua buah daun (foil) elektroskop yang terbuat dari kertas timah putih atau emas yang dihubungkan dengan sebatang logam dan dimasukkan ke dalam tabung kaca. Gambar 1.3. Elektroskop Prinsip kerja elektroskop adalah: apabila sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan pada kepala elektroskop, muatan listrik itu akan berpindah ke batang logam dan akhirnya sampai ke daun timah. Karena batang dan daun memiliki muatan listrik yang sejenis, maka daun elektroskop akan “terbuka”. Dalam hal ini, makin banyak muatan listrik yang disentuhkan, akan makin lebar daun timah terbuka. Gaya Listrik Dua buah benda yang bermuatan listrik jika didekatkan akan saling memberikan interaksi berupa gaya. Penemu gaya listrik ini adalah ahli fisika berkebangsaan Perancis bernama Charles Augustin de Coulumb (1736-1806) dengan menggunakan alat neraca puntir. Neraca puntir dapat memperlihatkan adanya hubungan antara gaya listrik, besar muatan listrik, dan jarak antar muatan. Hasil percobaan tersebut dikenal dengan hukum

Coulumb yang berbunyi: Gaya listrik antar dua muatan listrik sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar kedua muatan tersebut. Pernyataan itu dapat ditulis dengan persamaan matematis sebagai berikut:

Keterangan : F = gaya listrik (N) k = konstanta listrik = 9 x 109 Nm2/C2 Q1 = muatan listrik ke 1 (C) Q2 = muatan listrik ke 2 (C) Gambar 1.4. Neraca puntir Percobaan gaya listrik dari neraca puntir juga memperlihatkan jenis interaksi muatan listrik tergantung pada jenis muatan itu sendiri. Ternyata didapat bahwa muatan yang sejenis akan berinteraksi tolak menolak dan kebalikannya jika muatan berbeda jenis akan tarik menarik. Berkat jasa Charles Coulumb, maka satuan internasional dari muatan listrik adalah Coulumb (C) Gambar 1.5. Gaya Interaksi Coulumb KEGIATAN SISWA 1 Judul : Muatan Listrik Tujuan : Memberi muatan listrik dengan gosokan Alat dan Bahan : Penggaris plastik/sisir plastik Kain wol (kering) Batang kaca Kain sutera Serpihan kertas Langkah Kerja : Dekatkan penggaris/sisir plastik pada serpihan kertas. Amati apa yang terjadi ! Gosoklah penggaris /sisir palastik dengan kain wol kering beberapa saat. Kemudian dekatkan penggaris/sisir yang telah digosok pada serpihan kertas. Amati apa yang terjadi ! Dengan cara yang sama, lakukan langkah 1 dan 2 untuk batang kaca dan kain sutera! Gambar 1.6. Pemberian muatan listrik Pertanyaan Penyelidikan Apa yang terjadi saat penggaris/sisir plastik yang belum digosok kain wol didekatkan pada serpihan kertas? ………………………………………………………………………………... Apa yang terjadi ketika penggaris/sisir plastik sudah digosok kain wol kemudian didekatkan pada serpihan

kertas? .......................................................................................... …………....... Apa yang terjadi ketika batang kaca yang sudah digosok kain sutera didekatkan pada serpihan kertas? .......................................................................................... …………................ Pada penggaris plastik dan kain wol, muatan ………………bergerak dari ………………….. ke ………………………………………………………………………................................. .... Dapat kita katakan penggaris plastik menjadi ………………………………………………… Pada batang kaca dan kain sutera, muatan ……………………bergerak dari ……………… ke ………………………………………………………………………………………………. Dapat kita katakan batang kaca menjadi ………………………………………………………. KEGIATAN SISWA 2 Judul : Interaksi Muatan Listrik Tujuan : Mengetahui sifat interaksi muatan listrik Alat dan Bahan : Penggaris plastik 2 buah Kain wol kering Batang kaca 2 buah Kain sutera Tali/benang Statip Langkah Kerja : Gantung salah satu penggaris plastik dengan benang Gosok dengan kain wol kering kedua penggaris plastik baik yang digantung maupun yang tidak secara bersamaan untuk beberapa saat. Dekatkan kedua plastik tersebut (tanpa menyentuh). Amati apa yang terjadi ! Gambar 1.7. Interaksi muatan listrik Lakukan langkah 1 s/d 3 dengan menggunakan batang kaca dan kain sutera. Amati apa yang terjadi! Gosok penggaris plastik dengan kain wol bersamaan dengan batang kaca yang digosok dengan kain sutera. Pilih salah satu yang digantung. Dekatkan keduanya. Amati apa yang terjadi! Ulangi langkah 5 dengan mengganti benda yang digantung (kebalikannya). Amati apa yang terjadi ! Tabel Pengamatan Benda yang Benda yang Interaksi digantung didekatkan

Penggaris plastik Penggaris plastik Batang Kaca Batang Kaca Penggaris plastik Batang Kaca Batang Kaca Penggaris plastik Pertanyaan Penyelidikan Ketika penggaris plastik digosok kain wol, plastik ……………………… Jelaskan proses perpindahan ……………………………………………………... Ketika batang kaca digosok kain wol, kaca ……………………………... Jelaskan proses perpindahan ……………………………………………………... Dari tabel pengamatan di atas, maka muatan sejenis ……........................ Dan muatan tidak sejenis bila ……………………………………………….

menjadi bermuatan muatannya! menjadi

bermuatan muatannya!

bila didekatkan akan didekatkan

akan

KEGIATAN SISWA 3 Judul : Induksi Listrik Tujuan : Menyelidiki peristiwa induksi listrik Alat dan Bahan : Elektroskop Batang kaca Kain sutera Langkah Kerja : Dekatkan batang kaca yang telah digosok kain sutera pada kepala elektroskop (jangan tersentuh). Amati apa yang terjadi pada daun (foil) elektroskop! Gambar 1.8. Induksi listrik Sentuhlah kepala elektroskop dengan jari tanganmu. Amati apa yang terjadi pada daun elektroskop! Kemudian jauhkan jari tanganmu dari kepala elektroskop, amati kembali apa yang terjadi pada daun elektroskop! Selanjutnya jauhkan pula batang kaca dari kepala elektroskop. Amati apa yang terjadi pada daun elektroskop! Pertanyaan Penyelidikan Daun elektroskop dalam keadaan ……………………………ketika batang kaca didekatkan. Ini berarti daun elektroskop bermuatan ………………………………………………………..

Kemudian saat jari tangan disentuhkan pada kepala elektroskop, daun dalam keadaan ………………………….. karena daun elektroskop bermuatan ………………………………. Ketika jari tangan dijauhkan, daun elektroskop dalam keadaan ………………………………. karena daun elektroskop bermuatan …………………………………………………………... Saat batang kaca dijauhkan dari kepala, daun elektroskop dalam keadaan …………………… karena daun elektroskop menjadi bermuatan ………………………………………………….. Kesimpulan yang diperoleh dari peristiwa induksi di atas ……………………………………. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… TUGAS PROYEK Judul : Elektroskop Tujuan : Membuat elektroskop untuk mendeteksi adanya muatan listrik Alat dan Bahan : Sebuah botol kaca transparan ukuran: diameter ± 8 cm, tinggi ± 10 cm Alumunium foil (dapat juga mengambil bagian dalam bungkus rokok yang berwarna emas atau perak). Kabel, diameter 1 mm panjang ± 30 cm. Sumbat karet/gabus Gambar 1.6. Elektroskop Cara Pembuatan Bersihkan botol sampai kering Membuat sumbat dari karet/gabus sesuai dengan ukuran mulut botol. Lubangi bagian tengah sumbat sehingga kabel dapat tepat masuk (tidak bergeser). Kupas kulit kabel, kemudian salah satu ujungnya dibuat 2 buah lengkungan Potong alumunium foil dengan ukuran panjang 5 cm dan lebar 0,5 cm sebanyak 2 buah. Kaitkan masing-masing alumunium foil pada kawat yang dilengkungkan. Masukkan ujung kawat lainnya ke dalam lubang sumbat ke arah atas. Kabel yang keluar dari sumbat dibuat kepala elektroskop dengan cara melingkarkan kawat (membentuk spiral seperti obat nyamuk). Masukkan sumbat ke dalam mulut botol hingga tertutup rapat.