BAB 7. LISTRIK STATIS A. Benda Bermuatan Listrik
Semua Benda tersusun oleh partikel. Partikel dipecah lagi menjadi bagian yang disebut atom. Atom tersusun dari inti atom dan elektron. Inti atom terdiri atas proton dan neutron. Adapun elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya dan mendapat gaya tarik inti atom.
Partikel yang bermuatan positif disebut proton. Partikel bermuatan negatif disebut elektron. Sedangkan neutron merupakan partikel yang tidak bermuatan.
Atom dikatakan bermuatan positif jika pada suatu atom jumlah protonnya lebih banyak atau jumlah elektronnya lebih sedikit. Dikatakan bermuatan negatif jika elektron lebih banyak. Dan dikatan netral apabila jumlah elektron dan proton seimbang.
Muatan listrik dilambangkan dengan huruf Q (satuan SI-nya adalah coulomb “C”)
B. Membuat Benda Bermuatan Listrik Perhatikan gambar disamping!.
Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif.
Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan positif
Ketika ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif.
Perhatikan tabel dibawah ini.
C. Sifat-sifat Muatan Listrik
D. Hukum Coulomb
Hukum Coulomb ditemukan oleh ilmuan fisika dari Prancis yang bernama Charles Augustin de Coulomb pada tahun 1785. Ia meneliti hubungan gaya listrik dengan dua muatan dan jarak antara keduanya dengan menggunakan neraca puntir.
Gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak antara dua muatan listrik disebut gaya coulomb (Fc). Apabila dua muatan yang berdekatan jenis muatannya sama, maka
gaya coulombnya berupa gaya tolak menolak. Sebaliknya, dua muatan yang berdekatan dan memiliki muatan yang berbeda, maka gaya Coulombnya berupa gaya tarik-menarik. Besar gaya coulomb bergantung pada:
1. Besar masing-masing muatan (Q1 dan Q2) 2. Kuadrat jarak antara dua muatan (r2)
Hukum coulomb: “Besar gaya tolak-menolak atau gaya tarik menarik antara dua benda bermuatan listrik, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda bermuatan”.
Secara matematik hukum Coulomb dirumuskan:
F
c=
k
Q
1×Q
2r
2 dengan:Fc = gaya tolak-menolak atau tarik-menarik dalam satuan newton (N)
Q1 = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C)
Q2 = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)
r = jarak antara dua benda bermuatan dalam satuan meter (m) k = konstanta pembanding (besarnya 9 x 109 Nm2/ C2
Contoh soal:
1. Dua muatan sejenis besarnya + 2 x 10-6 C dan + 6 x 10-4 C. Jika jarak kedua muatan 6 cm, berapakah gaya Coulomb yang dialami kedua muatan?
penyelesaian:
Diketahui: Q1 = 2 x 10-6 C
Q2 = 6 x 10-4 C
r = 6 cm = 6 x 10-2 m Ditanyakan: Fc?
Jawab:
F
c=
k
Q
1×Q
2r
26
×10
(
¿¿−
2
)
2F
c=
9
×10
92
×
10
−6
×6
×
10
−4¿
F
c=
9
×10
9
×
2×
10
−6×
6
×10
−436
×10
−4=
3
x
10
3
N
2. Dua buah muatan besarnya Q1 dan Q2 berada pada jarak r memiliki gaya Coulomb sebesar Fc. Berapakah besar
gaya Coulomb, jika:
a. Muatan pertama diperbesar 6 kali?
Jawab: Pada kondisi muatan diperbesar:
Q1 = 6 Q1 menyebabkan gaya Coulomb berubah menjadi F’, berlaku
F
'=
k
Q
1×Q
2r
2F
'
=
k
6
Q
1×Q
2r
2F
'=
6
k
Q
1×Q
2r
2F
'
=
6
F
cb. Jarak kedua muatan diperbesar 4 kali?
F
'=
k
Q
1×Q
2(
r
')
2r
4
¿
¿
¿
F
'=
k
6
Q
1×Q
2¿
F
'=
k
Q
1×Q
216
r
2F
'=
1
16
k
Q
1×Q
2r
2F
'=
1
16
F
cE. Penerapan Listrik Statis 1. Petir
Sebelum hujan badai, awan dalam kondisi netral. Ketika hujan badai, terjadi gesekan antara partikel-partikel awan dengan udara sehingga menyebabkan awan bermuatan listrik. Jika 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 muatan antara awan dengan puncak gedung menyebabkan medan listrik. Jika muatan pada awan bertambah, gaya elektrostatis akan memaksa muatan negatif meloncat tiba-tiba dari dasar awan ke puncak gedung disertai bunga api listrik yang disebut petir. Loncatan muatan melalui udara menghasilkan cahaya kuat dan panas yang menyebabkan udara memuai secara mendadak dan pemuaian tersebut menghasilkan bunyi ledakan menggelegar yang disebut Guntur.
Orang yang pertama kali menyatakan bahwa petir adalah listrik statis adalah Benjamin Franklin pada tahun 1700. Dalam penyelidikannya dia menyatakan bahwa listrik statis dapat bergerak cepat pada bahan tertentu dan permukaan runcing lebih banyak menarik elektron dari pada benda yang datar. Maka dari itu, bangunan yang tinggi biasanya dipasang penangkal petir karena rentan tersambar petir. Penangkal petir terbuat dari tembaga yang berujung runcing dan dipasang pada ujung bangunan.
Gambar proses terjadinya petir
2. Generator Van de Graff
GVdG adalah mesin pembangkit listrik yang biasa dipakai untuk penelitian di laboratorium. Meskipun jarang ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, kamu dapat mengetahui GVdG melalui uraian berikut.
GVdG terdiri atas:
Sabuk karet yang menghubungkan kedua silinder Konduktor berongga berbentuk bola (sebagai kutub)
