Rangkuman Materi - Listrik Statis

 LISTRIK STATIS

Listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir atau listrik yang muatan-muatan listriknya berada dalam keadaan diam. Listrik statis merupakan bentuk listrik yang dihasilkan bila beberapa benda digosokkan satu sama lain.

1. PENGGARIS BERMUATAN LISTRIK

Kalian telah mengetahui bahwa apabila penggaris atau mistar plastic digosok-gosokkan pada rambut yang kering, kemudian didekatkan pada sobekan kertas kecil, maka sobekan kertas kecil tersebut akan tertarik dan menempel pada penggaris. Mengapa hal itu dapat terjadi? Karena penggaris plastik yang digosok-gosokkan pada rambut, menjadi bermuatan listrik. Muatan listrik itulah yang menyebabkan sobekan kertas kecil dapat tertarik ke penggaris. Perhatikan gambar di samping! Tentu dalam benak kalian timbul pertanyaan, Bagaimana muatan listrik tersebut dapat berada pada penggaris? Sebelum menjawab pertanyaan tersebut, pahamilah terlebih dahulu penjelasan berikut ini. Semua zat yang ada di alam ini tersusun dari atom yang sangat kecil. Atom tersebut terdiri atas partikel-partikel yang bermuatan positif, negatif, dan netral. Muatan positif disebut proton, muatan negatif disebut elektron dan muatan netral disebut neutron.

Apakah harus rambut kering? Bagaimana kalau tidak kering, berminyak misalnya?

Mengapa harus yang kering? Tentu

karena air mempunyai sifat konduktor yang kurang baik dan energi yang

ditimbulkan akibat gosokan antara rambut basah dan sisir plastik akan diserap oleh air tersebut, sehingga tidak muncul gejala kelistrikannya

Inti atom atau disebut nukleus terdiri atas proton dan neutron yang dikelilingi oleh elektron yang bergerak terus-menerus. Elektron pada atom dapat keluar atau masuk ke dalam susunan atom. Jika elektron keluar dari susunan atom, maka jumlah proton dalam atom lebih banyak dari jumlah elektron, sehingga atom menjadi bermuatan positif. Sedangkan apabila elektron masuk pada susunan atom, maka jumlah proton dalam atom lebih sedikit dari jumlah elektron, sehingga atom menjadi bermuatan negatif. Atom akan bersifat netral (tidak bermuatan) bila jumlah proton dalam inti atom sama dengan jumlah electron yang mengitari inti atom tersebut. Setelah memahami penjelasan di atas, pertanyaan tadi dapat dijawab dengan penjelasan berikut. Penggaris plastik yang digosokkan pada rambut menjadi bermuatan listrik karena elektron dari rambut berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik kelebihan elektron. Akhirnya penggaris plastik tersebut menjadi bermuatan negatif.

Berdasarkan penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa sebuah benda netral dapat bermuatan listrik statis dengan jalan digosokkan. Contoh lainnya, yaitu ketika batang plastik digosok dengan kain wol, elektron-elektron dari kain wol berpindah ke batang plastik, sehingga batang plastik kelebihan elektron. Dengan demikian, batang plastik menjadi bermuatan negatif. Sebaliknya, ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, maka elektronelektron dari batang kaca berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca kekurangan elektron. Dengan demikian, batang kaca menjadi bermuatan positif.

Deret benda yang menunjukkan bahwa benda akan memperoleh muatan negatif bila digosok dengan sembarang benda di atasnya, dan akan memperoleh muatan positif bila digosok dengan

benda di bawahnya.dinamakan deret tribolistrik. Deret Tribolistrik

1. Bulu kelinci, 2. Gelas, 3. Mika, 4. Wol, 5. Bulu kucing, 6. Sutra, 7. Kapas, 8. Kayu, 9. Batu Ambar, 10. Damar, 11. Logam(Cu,Ni,Ag), 12. Belerang, 13. Logam(Pt,Au), 14. Seluloid

Apakah sobekan kertas yang tertarik oleh penggaris plastic tersebut sebelumnya digosok dulu sehingga bermuatan? Jika tidak, dari mana muatan pada kertas sehingga dapat tertarik oleh penggaris plastic?

Sobekan kertas tidak perlu di gosokkan, yang di gosok-gosokkan ke rambut adalah penggaris plastic. penggaris yang digosok-gosokkan ke rambut menjadi bermuatan listrik. Muatan listrik itulah yang menyebabkan sobekan kertas kecil dapat tertarik ke penggaris. Penggaris plastik yang digosokkan pada rambut menjadi bermuatan listrik karena elektron dari rambut berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik kelebihan elektron. Akhirnya penggaris plastik tersebut menjadi bermuatan negatif dan bersifat menarik benda-benda kecil dan ringan termasuk potongan-potongan kertas kecil,sesaat kemudian

potongan-potongan kertas kecil lepas kembali karena muatan penggaris tersebut dinetralkan kembali oleh molekul-molekul air di udara yang bersifat polar, yakni muatan negatif penggaris pergi

menuju muatan positif molekul-molekul air di udara. Berdasarkan penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa sebuah benda netral dapat bermuatan listrik statis dengan jalan digosokkan

2. TERJADINYA PETIR

PENGOSONGAN MUATAN LISTRIK

Timbulnya petir akibat loncatan muatan listrik statis di ionosfir. Loncatan muatan listrik terjadi pada saat muatan listrik bergerak secara bersama-sama. Kejadian ini disebut pengosongan listrik statis. Pengosongan itu ditunjukkan oleh sambaran petir pada Gambar 10.

Dari mana asal muatan listrik di ionosfir? Kalau pada lapisan ionosfir tidak terdapat awan, mungkinkah petir itu terjadi?

Ionosfer / Ionosfir Ketebalannya ionosfer : 50 – 100 km

Adalah lapisan yang bersifat memantulkan gelombang radio. Karena ada penyerapan radiasi dan sinar ultra violet maka menyebabkan timbul lapisan bermuatan listrik yang suhunya menjadi tinggi. Tidak, karena petir itu terjadi karena adanya awan bermuatan. dan ketika awan yang bermuatan itu melepaskan muatannya maka akan terjadi petir.

Muatan listrik dapat hilang dengan pengosongan. Pengosongan terjadi apabila tersedia suatu jalan bagi elektron-elektron untuk mengalir dari suatu benda bermuatan ke benda lain. Perpindahan muatan listrik statis dari satu benda ke benda lain disebut penetralan atau pengosongan muatan statis. Pengosongan itu lazim juga disebut pentanahan, karena muatan itu sering dikosongkan dengan cara menyalurkan ke tanah. Pengosongan muatan statis di udara dapat terjadi sangat besar sehingga menimbulkan suara dahsyat yang kita sebut guntur. Proses terjadinya petir dapat dijelaskan pada Gambar 11a, 11b, dan 11c. Bacalah keterangan

ketiga gambar tersebut.

Apakah yang dimaksud dengan “jalan bagi elektro” dalam hal ini? Bagaimana terbentuknya “jalan” tersebut?

Bagaimana penyaluran muatan ke tanah dilakukan?

Arus sambaran petir yang mengenai finial harus secara cepat dialirkan ke tanah dengan pengadaan sistem penyaluran arus petir melalui jalan terpendek. Dimensi atau luas penampang, jumlah dan rute penghantar ditentukan oleh kuadrat arus impuls sesuai dengan tingkat perlindungan yang ditentukan serta tingginya arus puncak petir. Pada penangkal petir, Muatan listrik akan mengalir ke bawah dengan aman melalui kabel logam , dan masuk ke dalam tanah. Itulah yang di sebut jalan bagi elektro.

Apakah setiap awan yang bermuatan akan selalu menyebabkan terjadinya petir? Bagaimana anda menjelaskan secara fisika jawaban anda?

Ketika langit berawan, tidak semua awan adalah awan petir. Hanya awan cumulonimbus yang menghasilkan petir. Petir terjadi karena pelepasan muatan listrik dari satu awan cumulonimbus ke awan lainnya, atau dari awan langsung ke Bumi. Petir terjadi akibat perpindahan muatan negatif menuju ke muatan positif. Menurut batasan fisika, petir adalah lompatan bunga api raksasa antara dua massa dengan medan listrik berbeda. Yaitu antara awan cumulonimbus dengan tanah atau antar awan cumulonimbus.

APLIKASI LISTRIK STATIS

PENANGKAL PETIR

Batang logam penangkal petir sering dipasang di atas atap rumah bertingkat atau di atas bangunan tinggi, dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam. Penangkal petir, melindungi rumah dan bangunan tinggi tersebut dari kerusakan oleh energi listrik yang besar di dalam petir. Penangkal petir ini menyediakan suatu jalan aman, atau pentanahan, agar arus listrik petir mengalir masuk ke dalam tanah, bukan melewati rumah atau bangunan lain. Pernahkah anda melihat penangkal petir? Pernahkah anda melihat bangunan tinggi yang dilengkapi dengan penangkal petir seperti Gambar 12. Penangkal petir itu merupakan contoh pengosongan muatan statis yang tidak menimbulkan kerusakan.

Gambar 12.

Pada saat terjadi petir, pengosongan listrik statis dari bagian bawah awan yang bermuatan ke Bumi akan melewati batang penangkal petir ini. Muatan listrik akan mengalir ke bawah dengan aman melalui kabel logam tersebut, dan masuk ke dalam tanah. Penangkal petir menyediakan suatu jalan aman bagi arus listrik petir sehingga mengalir masuk ke dalam tanah dan tidak melewati bangunan tinggi tersebut.

Apakah penangkal petir harus terbuat dari batang logam? Bagaimana jika bukan logam?

Penangkal petir memang terbuat dari logam karena logam dapat menghantarkan arus listrik sehingga petir hanya melewati bangunan saja. Bila penangkal petir tidak terbuat dari logam maka petir akan langsung menghantam bangunan tersebut.

Mengapa petir dapat menimbulkan kerusakan pada peralatan elektronik?

Pada dasarnya peralatan elektronik memiliki medan listrik sehingga bila ada petir yang mendekati medan listrik tersebut maka medan listrik pada peralatan elektronik akan berubah secara drastis. Bila hal ini terjadi maka peralatan elektronik akan rusak.

Bagaimana bila di dekat rumah yang berpenagkal petir terdapat pohon yang lebih tinggi dari ketingian penangkan petir itu?

Bila terjadi hal demikian maka petir akan menyambar pohon yang lebih tinggi dari penangkal petir. Ini terjadi karena petir akan mencapai pohon lebih dahulu daripada rumah berpenangkal petir..

3. LISTRIK STATIS YANG TIMBUL SAAT MENYETRIKA BAJU

Pada minggu yang cerah, Icha menyetrika baju seragamnya. Sambil menunggu panasnya setrika, ia menggosok-gosokkan setrika pada bajunya yang tipis. Ternyata Icha melihat dan merasakan seakan-akan baju itu tertarik oleh setrika dan terdengar olehnya bunyi gemercik. Mengapa semua itu bisa terjadi? Bagaimana hubungannya dengan konsep fisika? Untuk menjawab pertanyaan ini perlu diperhatikan beberapa konsep, yaitu menggosok, panas, dan baju tipis. Saat Icha menggosok baju dengan setrika ada perpindahan energi gerak yang diberikan ke baju. Setrika yang panas akan memudahkan perpindahan muatan, sedangkan sifat atau jenis baju sangat menentukan mudah tidaknya terjadi perpindahan muatan. Oleh karena itu, baju yang kering akibat disetrika, akan mudah menimbulkan sifat kelistrikan begitu juga pada rambut kering bila digosok dengan sisir, maka sisir itu akan bermuatan listrik. Mengapa harus yang kering? Tentu karena air mempunyai sifat konduktor yang kurang baik dan energi yang ditimbulkan akibat gosokan antara rambut basah dan sisir plastik akan diserap oleh air tersebut, sehingga tidak muncul gejala kelistrikannya.

Mengapa panas dapat mempengaruhi mudah tidaknya benda memperoleh muatan listrik?

Panas dapat mempermudah benda memperoleh muatan lisrik karena listrik juga dapat mengeluarkan panas sehingga antara benda panas dan listrik memiliki suhu yang sama yang dapat mempermudah benda panas memperoleh muatan listrik.

Jika setrika yang tidak dialiri arus digosokkan ke baju yang sama, apakah juga timbul muatan listrik?

Seperta pada keadaan sisir dengan rambut maka hal yang sama berlaku pada setrika dan baju. Akan tetapi waktu yang dibutuhkan akan berbeda karena setrika tidak memiliki sumber istrik lain selain dalam proses penggosokan.

4. Proses Dasar Printer Laser

Prinsip kerja dasar dari laser printer adalah listrik statis, energi yang sama yang bisa membuat pakaian menempel pada pengering atau kilatan petir yang menyambar ke tanah. Listrik statis adalah muatan listrik sederhana yang terjadi pada objek yang terisolasi, seperti balon atau tubuh kita. Sejak muatan atom yang berlawanan saling berinteraksi, objek yang berbeda muatan listriknya akan saling tarik-menarik.

Komponen Dasar Laser Printer

Printer laser menggunakan fenomena ini seperti sebuah lem yang bisa dilepas dan direkatkan kembali. Komponen Inti dari system ini adalah photoreceptor, secara umum seperti revolver drum atau silinder. Drum assembly ini membuat photoconductive material yang banyak yang ditembak oleh sinar proton.

Pada mulanya drum memberikan muatan positif total yang didapat dari kabel corona, kabel dengan aliran listrik yang mengalirinya. (beberapa printer menggunakan roler yang bermuatan didalam kabel corona, tapi sama dalam prinsip kerjanya.) pada saat drom berputar, printer akan mengeluarkan sinar laser tipis yang ditebakkan pada point yang telah ditentukan. Pada saat ini, laser menggambar, huruf dan gambar yang akan dicetak, seperti sebuah pola dari muatan listrik, yang disebut dengan electro static image. System ini juga bisa bekerja sebaliknya, atau gambar yang dibuat oleh listrik bermuatan positif yang dicetak pada latar belakang negative.

Apa yang dimaksud dengan photoconductive? Bagaimana hal ini terjadi?

Karena kelompok kami belum memperoleh jawaban dari pertanyaan ini, maka kami belum menyertakan jawaban dari pertanyaan tersebut. Selanjutnya, bila kami telah memnemukan jawaban dari pertanyaan ini, kami akan segera kirim melalui e-mail.

Bagaimana Anda dapat menjelaskan model matematis dari interaksi antar muatan?

Karena dalam interaksi antar muatan menghasilkan gaya, maka model matematisnya terdapat gaya.

r2

Keterangan:

F = Gaya (Joule)

Q= Besar muatan, muatan pertama (Coulomb)

q = Besar muatan, muatan kedua (Coulomb)

r = Jarak antar muatan (meter)

k = konstanta = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Bagaimana muatan-muatan yang tidak terhubung satu sama lain dapat tarik-menarik ataupun tolak-menolak?

Hal ini terjadi karena adanya medan magnet antar muatan. Bila muatan berjenis sama (muatan positif saja atau muatan negatif saja) maka akan terjadi tolak menolak antar muatan. Begitu pula bila muatan berbeda jenis, maka akan terjadi tarik menarik antar kedua muatan tersebut.