MAKALAH
GEJALA LISTRIK ALAM DAN TEKNOLOGI LISTRIK
PETIR DAN PENANGKAL PETIR
Disusun sebagai salah satu tugas mata kuliah Listrik Magnet I Dosen Pengampu : Nur Untoro, M.Si
Disusun Oleh :
Fitroh Merkuri W. 13620023
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
KATA PENGANTAR
Assalamu alaikum Wr. Wb.
Segala puji bagi Allah SWT, atas rahmat, berkah, dan hidayahNya saya dapat menyelesaikan tugas makalah Listrik Magnet I yang membahas tentang “Gejala Listrik Alam dan Teknologi Listrik: Petir dan Penangkal Petir” ini. Sholawat dan salam tak lupa juga saya haturkan kepada baginda nabi Muhammad SAW.
Dalam penulisan makalah kali ini saya jadi mengetahui salah satu gejala listrik alam dan teknologi listrik yaitu petir dan penangkal petir. Meski hambatan dan cobaan dalam pembuatan makalah ini saya rasakan juga, tapi berkat semangat dari teman-teman dan orang-orang terdekat, Alhamdulillah kami dapat menyelesaikan. Untuk itu kami mengucapkan terima kasih banyak kepada:
1. Bapak Nur Untoro, M.Si, selaku dosen listrik magnet I saya.
2. Terima kasih untuk teman-teman sekelas yang meluangkan waktu kalian untuk membantu mencari referensi, semoga ilmu yang saya suguhkan ini bermanfaat.
Saya menyadari jika makalah ini belumlah sempurna. Untuk itu saya menerima kritik dan saran demi sempurnanya makalah ini. Semoga makalah ini berguna bagi siapa saja yang ingin belajar tentang gejala listrik alam dan teknologi listrik yaitu petir dan penangkal petir.
Wassalamu alaikum Wr. Wb.
Yogyakarta, 21 Mei 2015
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar Isi ... iii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ... 1
B. Rumusan Masalah... 2
C. Tujuan ... 2
BAB II PEMBAHASAN
A. Petir (Halilintar) ... 3
B. Penangkal Petir ... 7
BAB III KESIMPULAN
A. Kesimpulan ... 9
B. Saran ... 9
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda. Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.1
Listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir atau listrik yang muatan-muatan listriknya berada dalam keadaan diam. Listrik statis didefinisikan sebagai fenomena fisika yang bisa memperlihatkan terjadinya suatu interaksi diantara benda-benda yang memiliki muatan listrik. Jenis muatan listrik yang ada di tiap-tiap benda tersebut dapat saja muatannya negatif ataupun positif. 2
Gejala listrik statis dapat diamati secara alam maupun teknologi. Salah satu gejala alam yang dapat menggambarkannya adalah petir. Ledakan petir merupakan contoh nyata keberadaan listrik. Petir merupakan hasil pelepasan muatan listrik di awan yang energinya sangat besar sehingga menimbulkan cahaya panas dan bunyi gelegar yang sangat keras. Sedangkan dalam ranah teknologi contohnya adalah penangkal petir. Alat yang digunakan untuk menangkal petir yang biasanya terdapat pada atap-atap gedung bertingkat.
1 http://meimitha31.blogspot.com/2012/10/listrik-statis.html (Diakses pada hari Jum’at, 15 Mei 2015 pukul 15.15 WIB)
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana penjelasan mengenai petir sebagai salah satu gejala listrik alam?
2. Bagaimana penjelasan mengenai penangkal petir sebagai salah satu teknologi listrik?
C. Tujuan
1. Menjelaskan mengenai petir sebagai salah satu gejala listrik alam.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Petir (Halilintar)
Pada tahun 1700, Benjamin Franklin adalah orang pertama yang menyebutkan bahwa petir merupakan salah satu penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari. Dalam penyelidikan yang diungkapkannya disebut bahwa listrik statis itu bisa bergerak dengan cepat tergantung pada media yang menjadi perantaranya atau bahan-bahan tertentu. Selain itu, disebut juga bahwa permukaan yang berbentuk lancip atau runcing akan mudah menarik lebih banyak elektron dibandingkan dengan permukaan datar.
Petir atau halilintar adalah gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan di mana di langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan biasanya disebut kilat yang beberapa saat kemudian disusul dengan suara menggelegar sering disebut Guruh. Perbedaan waktu kemunculan ini disebabkan adanya perbedaan antara kecepatan suara dan kecepatan cahaya.3 Petir adalah hasil pelepasan muatan listrik di awan dengan energi yang sangat besar sehingga menimbulkan rentetan cahaya, panas, dan bunyi sangat kuat yaitu geluduk, guntur atau halilintar yang dapat menghancurkan bangunan, membunuh manusia, atau memusnahkan pohon.
Sedemikian raksasanya sampai-sampai ketika petir itu melesat, tubuh awan akan terang dibuatnya, sebagai tersebut telah membesar dan stabil, lompatan listrik (eletric discharge) yang terjadi pun akan merambah massa bermedan listrik lainnya, dalam hal ini adalah Bumi. Besar
medan listrik minimal yang memungkinkan terpicunya petir ini adalah sekitar 1.000.000 volt per meter.4
Petir merupakan gejala alam yang bisa kita analogikan dengan sebuah kapasitor raksasa, dimana lempeng pertama adalah awan (bisa lempeng negatif atau lempeng positif) dan lempeng kedua adalah bumi (dianggap netral). Seperti yang sudah diketahui kapasitor adalah sebuah komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan energi sesaat (energy storage).5
1. Proses Terjadinya :
Sebelum terjadinya hujan badai, awan biasanya dalam kondisi netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Pada saat terjadi hujan badai, terjadi gesekan antara partikel-partikel awan dengan udara sehingga menyebabkan awan bermuatan listrik.
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.6
Timbulnya petir akibat loncatan muatan listrik statis di ionosfir. Ionosfer / Ionosfir bermuatan listrik yang suhunya menjadi tinggi. Loncatan muatan listrik terjadi
4 Ibid. ,
5 Ibid. ,
pada saat muatan listrik bergerak secarabersama-sama. Kejadian ini disebut pengosongan listrik statis.
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. 7
Para ilmuwan
menduga terjadinya lompatan bunga api listrik ada beberapa tahapan yang biasanya dilalui. Pertama
adalah pemampatan bagian tengah adalah listrik bermuatan positif; sementara di bagian dasar adalah muatan negatif yang berbaur dengan muatan positif. Pada bagian bawah inilah petir biasa berlontaran. Petir terjadi karena ada perbedaan potensial antara awan dan bumi atau dengan awan lainnya. Proses terjadinya muatan pada awan karena dia bergerak terus menerus secara teratur, dan selama pergerakannya dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negatif akan berkumpul pada salah satu sisi (atas atau bawah), sedangkan muatan positif berkumpul pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses pembuangan muatan ini, media yang dilalui elektron adalah udara.8
7 Ibid. ,
Pada saat elektron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah terjadi ledakan suara. Petir lebih sering terjadi pada musim hujan, karena pada keadaan tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir. Karena ada awan bermuatan negatif dan awan bermuatan positif, maka petir juga bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan.
2. Petir dapat terjadi antara :
a. Awan dengan awan
b. Dalam awan itu sendiri
c. Awan ke udara
d. Awan dengan tanah (bumi)
Besar medan listrik minimal yang memungkinkan terpicunya petir ini adalah sekitar 1.000.000 volt per meter.
3. Ciri-ciri Datangnya Petir :
Langit tiba-tiba menjadi gelap disertai angin datang begitu cepatnya dan awan yang menjulang tinggi menyerupai bunga kol berwarna keabuan-abuan, kemudian udara terasa pengap. Awan ini biasanya disebut dengan awan petir CB (Comulunimbus). Dalam musim penghujan ,awan-awan cumulonimbus banyak terbentuk. Penghubung yang "digemari", merujuk Hukum Faraday, tak lain adalah bangunan, pohon, atau tiang-tiang metal berujung lancip.9
4. Dampak Negatif :
Umumnya petir menyambar di sekitar daerah datar yang terbuka. Dengan besar medan listrik minimal petir, dapat dibayangkan betapa mengerikan jika lompatan bunga api ini mengenai tubuh makhluk hidup. Korban tiba-tiba terpental ketika sebuah petir menyambarnya dan tewas seketika dengan tubuh terbakar. Apabila petir menyambar rumah, rumah dan perabotan elektronik akan rusak seperti telepon, televisi, atau yang lainnya. Untuk menghindari petir merusak rumah atau bangunan, biasanya di pasang alat penangkal petir di atap-atap
bangunan yang tinggi. Hal ini dimaksudkan ketika petir menyambar, alat penangkal akan menyalurkan petir melalui kawat besar yang terbuat dari tembaga atau kuningan menuju ke tanah.
B. Penangkal Petir
Bagaimana menangkal petir agar rumah tidak terkena sambaran petir?
Ketika akan terjadi petir, awan bermuatan listrik. Apabila awan melewati gedung yang tinggi, muatan negatif di dasar awan akan menginduksi bangunan gedung hingga muatan positif bergerak ke atas terkumpul di puncak gedung. Adapun, muatan negatif ditolak ke dasar gedung.
Perbedaan jenis muatan antara awan dengan puncak gedung menyebabkan medan listrik. Apabila muatan pada awan bertambah, gaya elektrostatis akan memaksa muatan negatif meloncat secara tiba-tiba dari dasar awan ke puncak gedung yang disertai dengan bunga api listrik. Apabila hal itu terjadi, maka dikatakan gedung tersambar petir. Pelepasan muatan listrik secara tiba-tiba menghasilkan bunga api listrik yang disebut petir. Loncatan muatan melalui udara menghasilkan cahaya sangat kuat dan panas yang menyebabkan udara memuai mendadak. Pemuaian udara yang mendadak menghasilkan bunyi ledakan menggelegar yang disebut guntur.10
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.11
Penangkal petir terbuat dari logam. Hal ini disebabkan karena logam dapat menghantarkan arus listrik dengan baik sehingga petir hanya melewati bangunan saja (dapat disalurkan ke tanah). Bila penangkal petir tidak terbuat dari logam maka petir akan langsung menghantam bangunan tersebut.
Batang logam penangkal petir sering dipasang di atas atap rumah bertingkat dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam. Penangkal petir, melindungi rumah dan bangunan tinggi 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 bangunan. Penangkal petir merupakan contoh pengosongan muatan statis yang tidak menimbulkan kerusakan. 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 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.13
Pada dasarnya peralatan elektronik memiliki medan listrik sehingga bila ada petir yang mendekati medan listrik maka medan listrik pada peralatan elektronik akan berubah secara drastis. Bila hal ini terjadi maka peralatan elektronik akan rusak.
11 terminaltechno.blog.uns.ac.id, op. cit. ,
12 Ibid. ,
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
1. Timbulnya petir akibat loncatan muatan listrik statis di ionosfir dari satu awan cumulonimbus ke awan lainnya, atau dari awan langsung ke Bumi. Perpindahan muatan listrik statis dari satu benda ke benda lain disebut penetralan atau pengosongan muatan statis. 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.
2. Penangkal petir terbuat dari logam. Batang logam penangkal petir sering dipasang di atas atap rumah bertingkat dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam. 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 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.
DAFTAR PUSTAKA
http://id.wikipedia.org/wiki/Petir
http://meimitha31.blogspot.com/2012/10/listrik-statis.html
http://terminaltechno.blog.uns.ac.id/2009/11/07/aplikasi-dan-gejala-listrik-statis-dalam-kehidupan-sehari-hari/
http://vikialliffia.blogspot.com/2014/08/penerapan-listrik-statis-dalam.html
