MULIONO: Fisika Kelas 9a Listrik Statis

Listrik Stasis

Pada pelajaran fisika di SMP kelas 9 salah satu materi fisika yang dipelajari adalah tentang listrik statis. materi ini sangat erat kaitannya dalam kehidupan sehari-hari baik yang menguntungkan ataupun yang merugikan, banyak sekali manfaat yang bisa kita ambil dari belajar listrik statis. materi ini dibuat berdasarkan apa yang saya pahami selama belajar fisika dan diambil dari berbagai sumber yang relevan. selamat menikmati...

Gambar1. Petir menyambar di laut

Petir merupakan salah satu fenomena fisika yang sering terjadi ketika hujan. Petir pada dasarnya adalah loncatan elektron dari awan ke bumi melalui partikel air dan udara. Petir ini berbeda dengan arus listrik yang ada di rumah kita, dalam fisika petir termasuk dalam kajian listrik statis sedangkan arus listrik rumah termasuk dalam kajian listrik dinamis. Apa perbedaan mendasar antara petir dan listrik rumah? Bagaimana proses petir bisa terjadi?Mari kita ikuti penjelasan di bawah ini!

dasar-dasar listrik statis

Muatan Listrik

Pada mulanya Demokritus (filsuf asal Yunani) mengemukakan gagasan bahwa suatu benda tersusun oleh partikel sangat kecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi yang disebut oleh atom. Akan tetapi dalam perkembangan zaman, para ilmuwan menemukan bahwa ternyata dalam atom masih ada partikel-partikel lain yang dimulai dari

JJ Thomson (1856-1940) menemukan muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron) dan menganggap atom berbentuk seperti bola kismis

E. Rutherford menemukan bahwa sebagian besar massa atom terdapat di pusatnya yang disebut inti atom, serta elektron bergerak mengelilingi inti tersebut

Niels Bohr (1885-1962) menemukan spektrum atom hidrogen

James Chadwick (1891-1974) berhasil menemukan partikel lain di dalam inti atom yang memiliki massa hampir sama dengan massa proton tapi tidak bermuatan yang kemudian disebut dengan neutron.

Pada materi ini, kita akan membatasi bahwa atom terdiri atas tiga partikel tersebut yakni muatan positif (proton), muatan negatif (elektron), dan muatan netral (neutron). Konfigurasi ketiga partikel tersebut digambarkan sebagai berikut.

Gambar 2. Konfigurasi atom

(sumber: glencoe science)

Konfigurasi yang terlihat pada gambar 1 menjelaskan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, dalam perkembangannya ternyata satu jenis atom dapat memiliki konfigurasi yang berbeda-beda seperti yang terlihat di bawah ini

Gambar 3. Konfigurasi atom lithium

(sumber: physics university)

Berdasarkan gambar 3, kita dapat mengetahui bahwa untuk satu atom saja ternyata konfigurasi jumlah elektronnya bisa berbeda, hal ini menyebabkan muatan dari atom tersebut berbeda. Gambar 3a, menunjukkan jumlah proton sama dengan jumlah elektron sehingga atom lithium bersifat netral, gambar 3b. Menunjukkan jumlah elektron lebih sedikit dari pada jumlah proton sehingga atom lithium dikatakan bermuatan positif dan gambar 3c. Menunjukkan jumlah elektron lebih banyak dari jumlah proton, sehingga atom lithium dikatakan bermuatan positif. Untuk lebih mudah memahaminya perhatikan tabel berikut.

Tabel 1. Konfigurasi atom

Konfigurasi	Jenis atom	Istilah	Alasan
Jumlah elektron lebih banyak dari jumlah proton	Negatif	Kelebihan elektron	Mendapat elektron dari atom lain
Jumlah elektron sama dengan jumlah proton	Netral	-	-
Jumlah elektron lebih sedikit dari jumlah proton	Positif	Kekurangan elektron	Kehilangan elektron

Muatan yang lebih mudah berpindah dari satu atom ke atom yang lain hanya elektron, sehingga pada kolom istilah tabel di atas, hanya menggunakan elektron bukan proton. Hal ini disebabkan karena energi untuk melepaskan elektron jauh lebih kecil daripada energi untuk melepaskan proton. Ada beberapa cara untuk memindahkan elektron antara lain dengan digosok dan induksi.

Interaksi antar muatan akan terjadi jika dua atau lebih muatan didekatkan satu sama lain.

Muatan yang sejenis akan saling tolak-menolak apabila di dekatkan

Gambar 4. Interaksi dua muatan sejenis (a) muatan positif dengan muatan positif, (b) muatan negatif dengan muatan negatif

(sumber: gloncoe science)

Apabila dua muatan yang berbenda jenis didekatkan maka akan saling tarik menarik.

Gambar 5. Interaksi dua muatan berbeda jenis di dekatkan

(sumber: gloncoe science)

Benda Bermuatan Listrik

Gambar 6. Potongan kertas menempel pada penggaris plastik

(sumber: gloncoe science)

Pada gambar 6, terlihat potongan-potongan kecil dari kertas yang menempel pada sebuab penggaris plastik. Menurut kamu bagaimana hal ini dapat terjadi?

Pada dasarnya setiap benda terdiri dari atom-atom yang sangat banyak, hampir sebagian besar benda tersusun atas muatan-muatan yang stabil. Akan tetapi dengan beberapa perlakuan, elektron dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain, sehingga membuat benda yang tadinya bersifat netral menjadi tidak netral lagi (bisa positif atau negatif.

Memuati benda dengan cara digosok

Beberapa jenis benda ketika saling digosokkan akan terjadi perpindahan elektron dari benda satu ke benda yang lain. Perhatikan gambar berikut

Gambar 7. (a) karet yang digosokkan dengan kain woll, (b) muatan pada kalor dan kain wol sebelum digosokkan

(sumber: physics principle and problems)

Gambar di atas menunjukkan bahwa ketika belum digosok susunan muatan-muatannya masih tersebar merata di kedua benda, kemudian karet digosokkan ke kain wol (gambar b) maka akan terjadi perpindahan kalor dari kain wol ke karet sehingga karet akan menjadi bermuatan negatif dan kain wol akan menjadi bermuatan positif. Beberapa benda ketika digosok akan terjadi perpindahan elektron antara lain.

Benda 1	Benda 2	Setelah di gosok		Keterangn
Benda 1	Benda 2	Benda 1	Benda 2	Keterangn
Plastik	Rambut/kain wol	Negatif	Positif	Elektron berpindah dari benda 2 ke benda 1, sehingga benda 2 kekurangan elektron dan benda 1 kelebihan elektron
Karet	Rambut/kain wol	Negatif	Positif
Kaca	Kain sutera	Positif	Negatif	Elektron berpindah dari benda 1 ke benda 2, sehingga benda 1 kekurangan elektron dan benda 2 kelebihan elektron
Ebonit	Kain sutera	Positif	Negatif

Proses Induksi

Gambar 8. Proses pemuatan benda

(sumber: physics university)

Perhatikan gambar 8a ketika batang bermuatan negatif dihubungkan dengan bola besi menggunakan kawat konduktor, maka muatan negatif dari batang akan pindah ke bola besi, sehingga bola besi bermuatan negatif. Ketika didekati dengan benda bermuatan negatif maka bola besi akan menjauh (gambar 8b) dan ketika didekati dengan benda bermuatan positif akan mendekat (gambar 8c). Cara pemisahan muatan seperti ini disebut dengan Induksi. Contoh lain dari induksi adalah

Gambar 9. Proses induksi

(sumber: physics university)

Ketika bola besi netral (gambar 9a) di dekati dengan benda bermuatan negatif maka muatan positif bola besi tersebut akan tertarik ke kiri dan muatan negatif akan tertolak ke kanan (gambar 9b). Agar bola besi hanya bermuatan positif maka bola besi dihubungkan dengan konduktor ke tanah (bumi merupakan penerima elektron tak terbatas dan bersifat netral) (gambar 9c). Akhirnya bola besi menjadi bermuatan positif saja (gambar 9e)

Konduktor & isolator

Konduktor adalah benda-benda yang dapat menghantarkan muatan listrik, seperti : logam, tubuh manusia, air. Sedangkan isolator merupakan benda-benda yang susah menghantarkan muatan listrik, seperti karet, plastik, kertas. Perbedaan konduktor dan isolator terdapat pada susunan muatan pada benda-benda tersebut, ketika konduktor diberi muatan, maka muatan tersebut akan tersebar merata ke seluruh permukaan konduktor. Hal ini berbeda jika isolator di beri muatan, maka muatan tersebut tidak akan tersebar, ia hanya berada di tempat dimana muatan tersebut diletakkan. Perhatikan gambar berikut.