Bahaya Listrik Statis
2. Kebakaran/Ledakan Tangki Minyak
Tangki minyak ketika dalam keadaan kosong akan mengandung banyak uap gas yang rentan terbakar. Uap ini dapat meledak atau terbakar jika ada loncatan bunga api yang ditimbulkan aktivitas listrik statis. Olehnya itu, orang
yang bekerja di dalam atau dekat tangki harus memakai pakaian khusus anti listrik statis.
Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. Terdapat dua muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif, dikatakan bermuatan positif apabila proton lebih banyak dari pada jumlah elektron, dan begitupun sebaliknya. Sedangkan benda yang tidak memiliki muatan disebut netral.
Benda yang mempunyai muatan yang sejenis akan saling tolak-menolak ketika didekatkan satu sama lain, sebaliknya benda yang mempunyai muatan yang berbeda akan saling tarik-menarik. Peristiwa tolak menolak atau tarik menarik benda disebut interaksi elektrostatik atau interaksi muatan-muatan listrik diam (tidak mengalir). Muatan positif disebut proton, muatan negatif disebut
elektron dan muatan netral disebut neutron.
Gambar 2.5 jenis-jenis muatan atom
a. Atom tidak bermuatan (netral), apabila jumlah proton sama dengan jumlah elektron.
b. Atom bermuatan positif, apabila jumlah proton lebih banyak dari pada jumlaj elektron.
c. Atom bermuatan negative, apabila jumlah elektron lebih banyak dari pada jumlah proton.
Untuk memberi muatan listrik suatu benda dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu secara gosokkan, sentuhan, dan induksi.
Berdasarkan penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa sebuah benda
netraldapat bermuatan listrik statis denganjalan 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.
2. Hukum Coulomb
Jika dua benda bermuatan listrik berdekatan akan terjadi gaya listrik. Gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua muatan listrik di sebut gaya Coulomb. Besarnya gaya coulomb bergantung pada:
a. Besar masing-masing muatan (Q1 dan Q2) b. Kuadrat jarak antara dua muatan (r2)
Hukum Coulomb berbunyi : Gaya antara dua muatan listrik sebanding dengan besar masing-masing muatan, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara ke dua muatan itu.
Secara matematik Hukum Coulomb dirumuskan: F = k
………. (II)
Keterangan :
F : gaya tarik-menarik atau tolak menolak (N) k : konstanta 9 x 109 Nm2C-2
Q Q : besar muatan pertama dan besar muatan kedua (C) r : jarak antara dua benda bermuatan (m)
3. Medan Listrik
Medan adalah suatu besaran yang mempunyai harga pada tiap titik dalam ruang. Atau secara matematis, medan merupakan sesuatu yang merupakan fungsi kontinu dari posisi dalam ruang.
Inti atom
Partikel-partikel penyusun suatu atom: Elektron → bermuatan negatif
Proton→ bermuatan positif Neutron→ tidak bermuatan
Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara electron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu.
Interaksi Muatan-Muatan
Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus)
Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus) Dimana
q1 = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C) q2 = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)
k = konstanta gaya coulomb yang nilainya 9 x 109 dalam satuan yang standar
Catatan
1μC = 10−6 C = 0,000001 C (sepersejuta)
Jika menjumpai muatan negatif, tidak perlu diikutkan tanda minusnya dalam perhitungan.
Bahan-bahan Hasil Proses
Kaca - Kain
Sutera Kaca (+), Sutera (−) Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera
Mistar plastik -
Kain wool
Mistar plastik (−), Kain wool (+)
Elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastic
Sisir - Rambut
Manusia
Sisir (−), Rambut Manusia (+)
Elektron dari rambut manusia berpindah ke sisir Penggaris/mistar plastik - Rambut manusia Penggaris (−), Rambut Manusia (+)
Elektron dari rambut manusia berpindah ke penggaris
Balon - Kain Wool Balon (−), Kain Wool (+) Elektron dari kain wool berpindah
ke balon
Ebonit - Kain
Wool Ebonit (−), Kain Wool (+) Elektron dari kain wool berpindah ke ebonite
Kesimpulan dari tabel diatas (TERBATAS UNTUK BAHAN-BAHAN TERSEBUT saja)
Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.
Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera bisa juga dibahasakan, kain sutera mendapatkan tambahan elektron dari kaca, elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik bisa juga di katakan, mistar plastik mendapatkan tambahan elektron dari kain wol dan seterusnya.
Medan listrik adalah daerah atau ruang di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi Gaya Coulomb (gaya listrik). Medan listrik merupakan efek yang
timbul oleh muatan listrik dalam suatu benda.
Gambar 2.6 medan listrik
Medan listrik digambarkan dengan garis gaya listrik yang arahnya keluar (menjauhi) untuk muatan positif dan masuk (mendekati) untuk muatan negatif. Persamaan matematis dari medan listrik adalah:
E = k
atau E = ……….. (I) Keterangan :
E : kuat medan listrik (N/C) k : konstanta = 9 x 109 Nm2C-2 q : muatan listrik (C) Q : muatan sumber (C) F : gaya coulomb (N) r : jarak (m) 4. Elektroskop
Fungsi dari elektroskop adalah:
1. Untuk mendeteksi adanya muatan listrik pada sebuah benda. Jika kepala elektroskop netral maka daun-daunnya dalam keadaan tertutup, tetapi bila
di disentuhkan dengan benda bermuatan listrik maka daunnya akan terbuka/mekar. Makin banyak muatan listrik yang di sentuhkan, makin besar pula daun-daunnya elektroskop terbuka.
2. Untuk menguji jenis muatan listrik pada benda. Elekroskop yang telah bermuatan listrik dapat digunakan untuk mengetahui jenis muatan benda.
- Jika daun elekroskop lebih kuncup, berarti muatan listrik kepala elekroskop dan benda yang didekatkan sejenis.
- Jika daun elekroskop lebih mekar, berarti muatan listrik kepala elektroskop dan benda yang didekatkan tidak sejenis.
Misalkan, kita memiliki elektroskop yang bermuatan positif
- Jika benda bermuatan positif kita dekatkan maka daun elekroskop lebih kuncup.
- Jika benda bermuatan negative kita dekatkan maka daun elektroskop lebih mekar.
Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki. Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop.
Gambar 2.8 elekroskop netral
Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh ke bawah/kaki.
Gambar 2.9 elektroskop kuncup
Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya,sekarang menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki
kiri dan kanan elektroskop.
Gambar 2.10 elektroskop mekar 5. Potensial Listrik
1. Potensial listrik
Potensial listrik adalah energy potensial listrik per satuan muatan listrik V = ……….. (III)
Dengan :
V : potensial listrik (V) W : energi potansial listrik (J) Q : muatan listrik (C)
Sebuah titik yang terletak di dalam medan listrik akan memiliki potensial listrik. Potensial listrik yang dimiliki titik tersebut besarnya adalah: V = k atau V = E .r ……….(IV)
Potensial listrik merupakan besaran scalar, apabila terdapat beberapa muatan titik, maka potensial litrik pada sebuah titik merupakan jumlah aljabar potensialnya terhadap muatan-muatan. Besarnya potensial di P :
Vp = k ………..(V)
b. Potensial Listrik Oleh Bola Konduktor Bermuatan
Potensial di dalam bola konduktor di tiap titik adalah sama , bidang yang mempunyai potensial listrik yang sama disebut bidang
eqipotensial.
- Untuk r R (didalam bola) V = k ……….. (VI) - Untuk r R (dipermukaan bola)
V = k ……….(VII)
- Untuk r R (diluar bola)
V = k ……….(VIII)
c. Potensial Listrik Pada Dua Keping Sejajar
V = E .d ………(IX) Dengan d : jarak antara dua keeping (m)
Gambar 2.11 dua keping sejajar d. Bidang Ekipotensial
Bidang ekipotensial adalah bidang dimana setiap titik pada bidang itu mempunyai potensial yang sama. Sebuah muatan titik akan mempunyai bidang ekipotensial berupa sebuah kulit bola. Bidang ini selalu tegak lurus pada garis gaya listrik. Tiap muatan listrik yang di gerakkan pada bidang itu tidak memerlukan usaha.
Gambar 2.12 dua buah muatan
e. Energi Potensial Listrik
muatan Q akan memberikan potensial listrik terhadap q sebesar V, akibat potensial listrik tersebut, maka q akan memberikan energy sebesar:
Ep = q. V ………(X) Dengan :
Lampiran 04a
LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK (LKPD) 01
A. Standar Kompetensi
3. Memahami konsep kelistrikan danpenerapannya dalam kehidupan sehari-hari. A. Kompetensi Dasar
3.1. Mendeskripsikan muatan listrik untuk memahami gejala-gejala listrik statis serta kaitannya dalam kehidupan sehari-hari.
J. Indikator Kognitif: a. Produk
1. Siswa dapat menganalisis percobaan untuk memahami gejala-gejala listrik statis. 2. Siswa dapat mendeskripsikan berbagai cara untuk memperoleh listrik statis. b. Proses 1. Merumuskan masalah 2. Merumuskan hipotesis 3. Melakukan eksperimen 4. Mengumpulkan data 5. Menganalisis data 6. Membuat kesimpulan Psikomotor :
1. Ketetapan dalam memilih alat dan bahan (balon atau sisir plastik, potongan kertas dalam ukuran sangat kecil, kain wol atau benang wol dank ain sutera)
2. Ketetapan dalam merangkai alat dan bahan dengan benar
3. Ketetapan dan teliti dalam melakukan percobaan (mengamati keadaan massa sisir atau balon dan kain wol atau benang wol dengan potongan kertas yang sangat kecil)
Afektif: 1. Teliti
2. Rasa ingin tahu 3. Jujur, 4. Religius 5. Menyumbang ide, 6. Kerjasama 7. Bertanggung jawab K. Tujuan Pembelajaran Kognitif : a. Produk
Peserta didik dapat:
1. Mengamati sifat muatan listrik
2. Mengetahui interaksi muatan-muatan listrik b. Proses
Peserta didikdapat: 1. Mengemukakan masalah 2. Merumuskan hipotesis 3. Melakukan eksperimen
4. Mengumpulkan data 5. Menganalisis data 6. Membuat kesimpulan
Psikomotor :
1. Ketetapan dalam memilih alat dan bahan (balon atau sisir plastik, potongan kertas dalam ukuran sangat kecil, kain wol atau benang wol dank ain sutera)
2. Ketetapan dalam merangkai alat dan bahan dengan benar
3. Ketetapan dan teliti dalam melakukan percobaan (mengamati keadaan massa sisir atau balon dan kain wol atau benang wol dengan potongan kertas yang sangat kecil) Afektif :
1. Teliti
2. Rasa ingin tahu 3. Jujur, 4. Religius 5. Menyumbang ide, 6. Kerjasama 7. Bertanggung jawab E. Dasar Teori
Telah kita ketahui bahwa untuk menimbulkan muatan listrik pada suatu benda dapat dilakukan dengan cara menggosok. Apa yang terjadi jika dua buah benda bermuatan listrik didekatkan? Dua buah benda masing-masing bermuatan listrik dan saling berdekatan, maka antara dua benda tersebut akan terjadi gaya tolak-menolak. Demikian juga jika dua buah benda masing-masing bermuatan listrik positif dan saling berdekatan
dua buah benda tersebut juga akan terjadi tolak-menolak. Tetapi jika sebuah benda bermuatan listrik positif didekatkan dengan benda bermuatan listrik negative maka antara dua buah benda tersebut akan terjadi gaya tarik menarik. Untuk lebih jelasnya lakukan percobaan berikut.
Dua buah benda bila saling digosokkan akan terjadi perpindahan elektron dari suatu benda ke benda lain. Benda yang kehilangan elektron akan bermuatan listrik positif, sebaliknya benda yang mendapat tambahan akan bermuatan listrik negatif. Apabila benda yang bermuatan listrik saling didekatkan maka akan terjadi interaksi. Interaksi antara benda- benda bermuatan sejenis akan tolak menolak sedang interaksi antara benda-benda yang tidak sejenis akan tarik-menarik.