IPA Kelas 9 : Listrik Statis

Kompetensi :

Kompetensi Dasar :

Mendeskripsikan muatan listrik untuk memahami gejala-gejala listrik statis serta kaitannya dalam kehidupan sehari-hari

Indikator :

1. Mempelajari pengertian muatan listrik
2. Mengidentifikasikan benda dapat bermuatan listrik bila dilakukan dengan cara tertentu
3. Menemutunjukkan sifat muatan listrik
4. Menentukan secara kualitatif hubungan antara besar gaya listrik dan besar muatan listrik serta jarak antara benda bermuatan listrik
5. Mencontohkan peristiwa sehari-hari yang menggunakan listrik statis

Pengertian Listrik Statis

Pernahkah kamu menyentuh layar monitor Anda yang sedang menyala?

Apakah Kamu merasakan sengatan kecil pada jari tanganmu.

Apa yang menyebabkan tangan kamu merasakan sengatan tersebut?

Apakah kamu sudah mengetahui bahwa petir adalah peristiwa listrik statis?

Apakah petir itu? Bagaimana terjadinya?

Dan apakah listrik statis itu?

Pada kedua peristiwa di atas termasuk kejadian listrik statis. Listrik statis berkaitan dengan muatan listrik pada suatu benda. Pada dasarnya setiap benda terdiri atas partikel yang sangat kecil yang disebut atom.

Salah satu model atom adalah hasil penyelidikan dan teori-teori yang dikemukakan oleh E. Rutherford (1871-1937), Niels Bohr (1885-1962), dan ahli fisika lain dari berbagai negara. Sebuah atom terdiri atas inti atom (nukleon) dan elektron. Inti atom terdiri atas satu atau lebih proton dan neutron, tergantung pada jenis atomnya. Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan dan elektron bermuatan negatif mengelilingi inti atom.

Gaya tarik-menarik inti terhadap elektron antara atom satu dengan lain berbeda. Karena sesuatu hal, elektron dapat lepas dari lintasannya dan berpindah ke atom lain. Perpindahan elektron tersebut menyebabkan perubahan muatan suatu atom. Berdasarkan hal itu atom dikelompokkan menjadi tiga yaitu bermuatan negatif, bermuatan positif, dan netral. Perhatikan gambar di bawah ini.

Atom bermuatan netral adalah atom yang jumlah protonnya sama dengan jumlah elektron. Apabila pada atom netral menerima elektron dari atom lain, maka atom tersebut akan menjadi kelebihan elektron (jumlah elekron lebih banyak dari proton) sehingga bermuatan negatif. Sedangkan apabila pada aton netral, elekronnya berpindah ke ataom lain maka atom tersebut kekurangan elektron (jumlah elektronnya lebih sedikit daripada jumlah proton) sehingga akan bermuatan positif.

Bagaimana suatu benda dapat bermuatan listrik? Silahkan dipelajari pada topik berikut.

Membuat benda bermuatan listrik

Kita sudah mengetahui bahwa atom ada yang bermuatan listrik dan ada yang netral, demikian pula dengan benda. Benda netral dapat dibuat menjadi bermuatan listrik dengan cara menggosok. Mengapa hal itu dapat terjadi? Coba kamu perhatikan gambar disamping.

Sisir plastik yang telah digosokkan pada rambut kering atau kain wool dapat menarik potongan kertas tissu karena penggaris tersebut bermuatan listrik. Para ahli telahmengetahui bahwa muatan pada sisir plastik yang digosok kain wool adalah negatif. Saat kita menggosok sisir dengan kain wool, elektron dari kain wool akan berpindah ke sisir plastik. Sisir menjadi kelebihan elektron sehingga sisir bermuatan negatif sedangkan kain wool akan bermuatan positif. Benda lain yang biasanya dapat dibuat bermuatan negatif adalah mistar plastik dan benda sejenisnya.

Kejadian yang sama terjadi pada batang kaca dan kain sutra yang mula-mula merupakan dua benda netral. Jika batang kaca digosok dengan kain sutra, elektron-elektron dari kaca akan berpindah menuju kain sutra. Kaca menjadi kekurangan elektron sehingga bermuatan positif. Kain sutra yang mendapat tambahan elektron akan bermuatan negatif.

Tahukah kamu mengapa sisir plastik yang bermuatan listrik atau batang kaca bermuatan listrik dapat menarik potongan kertas tissu? Hal itu dapat dijelaskan dengan sifat-sifat muatan listrik pada topik berikut?

Sifat Muatan Listrik

1. Benda bermuatan sejenis tolak menolak dan yang berbeda jenis tarik menarik

Kita sudah mengetahui bahwa sebuah benda dapat dibuat menjadi bermuatan istrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Apakah yang terjadi jika benda bermuatan positif didekatkan benda bermuatan positif lainnya atau dengan benda bermuatan negatif. Perhatikan gambar berikut:

Batang kaca yang digosok dengan kain sutera jika didekatkan kaca lain yang juga digosok kain sutera akan tolak menolak. Sedangkan batang plastik yang digosok dengan kain wool jika didekatkan dengan batang kaca yang digosok lain sutera akan tarik menarik. Kegiatan di atas menunjukkan bahwa salah satu sifat muatan listrik adalah muatan yang sejenis akan tolak-menolak dan muatan yang tidak sejenis akan tarik-menarik.

2. Medan Listrik

Bagaimana peristiwa tolak-menolak dan tarik-menarik itu terjadi? Hal ini dapat dijelaskan dengan teori medan listrik. Medan listrik adalah ruang di sekitar penghantar benda bermuatan listrik yang masih akan mengalami gaya listrik.

Medan listrik digambarkan sebagai garis-garis gaya listrik yang meiliki anak panah. Anak panah menunjukkan arah perpindahan muatan listrik dalam suatu medan listrik. Perhatikan gambr di samping. Muatan positif memiliki arah panah ke luar, karena elektron meninggalkan benda tersebut sehingga menjadi kekurangan elektron. Sebaliknya muatan negatif memiliki arah panah ke dalam, karena elektron masuk ke benda tersebut sehingga menjadi bermuatan negatif. Sekarang menjadi jelas kenapa muatan sejenis tolak-menolak dan muatan tidak sejenis akan tarik menarik.

3. Induksi Listrik

Kita mengetahui bahwa sisir yang digosokkan pada rambut kering kita, dapat menarik potongan kertas tisu. Hal ini terjadi karena adanya induksi listrik. Apakah induksi listrik itu? Induksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan listrik pada suatu benda karena didekati benda bermuatan listrik. Perhatikan gambar berikut:

Sumber: http://arifkistanta.wordpress.com

Sebuah benda netral (tidak bermuatan) jika didekati benda bermuatan positif, maka muatan negatif dalam benda tersebut akan ditarik sampai pada jarak terdekat. Sebaliknya muatan negatif akan ditolak sampai pada jarak terjauh. Akhirnya pada benda tersebut muatan positif dan negatifnya akan terpisah dan itulah yang disebut induksi listrik.

Peristiwa inilah yang terjadi pada potongan kertas tissu yang didekati dengan sisir plastik yang bermuatan negatif. Setelah terjadi induksi maka akan terjadi gaya tarik menarik antara sisir dan tissu, karena potongan tissu sangat ringan maka akan menempel di sisir.

4. Elekroskop

Sifat induksi listik ini juga digunakan pada elektroskop. Elekroskop adalah alat untuk mengetahui /mendeteksi benda bermutan listrik.

Sebuah elektroskop terdiri dari kepala logam, batang logam, dan daun/pelat elektroskop yang berada dalam ruang kaca sebagaimana gamabar di samping.

Cara kerjanya menggunakan prinsip induksi listrik. Apabila muatan positif didekatkan pada kepala logam, maka elektroskop akan terjadi induksi listrik. Muatan negatif dalam elektroskop akan ditarik menuju ke kepala logam dan muatan negatif dalam elektroskop akan ditolak menuju daun elektroskop. Karena kedua daun elektroskop bermuatan sama, akan tolak menolak. Yang terlihat pada elektroskop adalah kedua daun akan mekar.

Hukum Coulomb

Dua benda bermuatan listrik jika didekatkan maka akan tarik menarik atau tolak menolak. Besar gaya tarik atau tolak ini diselidiki oleh Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) dengan menggunakan neraca puntir. Coulomb menemukan bahwa besar gaya tersebut dipengaruhi oleh besar muatan masing-masing benda dan jarak antara kedua benda tersebut.

Percobaannya dengan neraca puntir adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana gaya antara kedua bola yang bermuatan, A dan B tergantung pada jarak tertentu. Pertama ia dengan hati-hati mengukur besarnya gaya yang diperlukan untuk memutar kawat yang digantung melalui sudut yang diberikan. Dia kemudian menempatkan muatan yang sama pada bola A dan B serta mengubah jarak antara keduanya r. Gaya menggerakkan A dari posisi diamnya, memutar kawat yang digantung. Dengan mengukur pembelokan A, Coulomb dapat menghitung gaya penolakan. Colomb menunjukkan bahwa gaya F berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua pusat bola.
2. Untuk menyelidiki bagaimana gaya bergantung pada besarnya muatan, Coulomb harus mengubah muatan bola. Pertama-tama Coulomb memberi muatan A dan B sama seperti sebelumnya. Kemudian Coulomb menambahkanbola lain yang tidak bermuatan, dengan ukuran yang sama dengan B. Ketika bola tersebut disentuhkan ke bola B, maka kedua bola membagi muatan yang telah ada dengan bola B. Karena keduanya memiliki ukuran yang sama, maka bola B sekarang hanya memiliki separuh muatan semula. Oleh karena itu, muatan pada bola B hanya separuh muatan bola A. Setelah bola lain yang disentuhkan ke bola B tersebut dijauhkan dari bola B, maka Coulomb menemukan bahwa gaya antara A dan B menjadi separuh dari gaya antara A dan B semula (gaya antara A dan B sebelum adanya bola yang tidak bermuatan). Ia menyimpulkan bahwa gaya F, berbanding lurus dengan muatan-muatannya.

Berdasarkan hasil penyelidikan tersebut pada tahun 1785 Coulomb menyimpulkan hasil penelitiannya yang sekarang dikenal sebagai hukum Coulomb, yang berbunyi :

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.

Atau dapat dirumuskan :

Listrik Statis di sekitar kita

Listrik statis telah banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, beberapa contohnya adalah:

a. Generator Van de Graff

Perhatikan gambar seseorang yang memegang generator Van de Graff di samping. Mengapa semua rambutnya dapat berdiri ? Ini semua dikarenakan terjadinya induksi listrik. Saat memegang permukaan bola logam yang bermuatan positif, maka terjadi pemisahan muatan listrik dalam tubuh orang itu, muatan negatif ditarik sehingga berkumpul di tangan dan muatan positif ditolak menuju ke kepala / rambut. Karena masing-masing rambut memiliki muatan yang sama maka akan terjadi gaya tolak antar rambut dan akhirnya rambutnya menjadi berdiri.

Generator van de Graff jarang ditemui dalam kehidupan sehari-hari, biasanya hanya ditemuan dalam laboratorium atau pertunjukan saja. Bagaimana prinsip kerja generator Van de Graff? Prinsip kerjanya sama dengan menggosok. Gesekan antara sabuk karet dengan silinder logam bagian bawah menimbulkan muatan listrik pada sabuk karet. Gerakan sabuk karet ke atas membawa muatan listrik mengalir ke kubah melalui ujung runcing di bagian atas. Muatan listrik akan tersebar menempati seluruh permukaan kubah. Adapun, gerakan sabuk karet ke bawah membawa muatan negatif. Eektron pada sabuk karet ini mengalir melalui ujung runcing bawah ke tanah untuk dinetralkan. Silinder logam bawah dijalankan dengan motor listrik, sehingga sabuk karet terus-menerus bergerak, menghasilkan muatan positif mengalir ke kubah, sehingga terbentuk muatan listrik yang besar pada kubah generator Van de Graff.

b. Printer Laser

Printer laser menggunakan prinsip listrik statis dengan cara memberi muatan pada drum dengan laser sesuai gambar atau file yang akan dicetak. Drum yang bermuatan listrik tersebut akan menarik serbuk toner dan selanjutnya akan menempel di kertas. Kemudian kertas akan melewati fuser sebagai pemanas sehingga tinta menempel sempurna di kertas. Hal inilah yang menyebabkan kertas keluar terasa panas pada saat keluar dari printer. Prinsip kerja yang hampir samajuga terjadi pada mesin fotocopy.

c. Petir

Selain contoh di atas, kejadian petir juga merupakan suatu gejala listrik statis.

Awan hitam yang bergerak dan bergesekan dengan udara akan menyebabkan awan tersebut bermuatan listrik. Biasanya peristiwa ini terjadi pada musim penghujan. 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, gayaelektrostatis 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.

Peristiwa ini dapat terjadi juga antara satu awan dengan awan lain, maupun awan dengan benda lain di bumi.

Untuk menghidari sambaran petir, maka pada bangunan-bangunan gedung tinggi dilengkapi dengan peangkal petir. Penangkal petir biasanya menggunakan logam runcing yang diletakkan di atas gedung yang dihubungkan dengan lempeng logam yang ditanam di dalam tanah. Cara kerja penangkal petir didasarkan pada dua cara, yaitu:

1. 
   Loncatan elektron dari awan mengalir melalui penangkal petir dan masuk ke dalam tanah. Bumi merupakan penampung elektron sampai jumlah tak terbatas.
2. Ujung penangkal petir yang runcing memudhkan perpindahan muatan listrik, jika muatan positif yang berkumpul di logam runcing mengalir ke awan, maka muatan listrik induksi akan berkurang dan awan menjadi semakin netral, sehingga kemungkinan sambaran petir menjadi semakin kecil.

Latihan

 True-False Question

Pilihlah Benar atau Salah pada pertanyaan berikut.

1. Semua benda dapat diberi muatan listrik

True  False 

2. Muatan listrik sejenis akan tarik menarik, sedangkan muatan sejenis akan tolak-menolak.

True  False 

3. Besar gaya listrik sebanding dengan jarak kedua benda dan berbanding terbalik dengan besar muatan masing-masing benda.

True  False 

4. Prinsip kerja elektroskop berdasarkan pada induksi listrik

True  False 

5. Generator Van de Graff mampu mnghasilkan listrik statis dan listik dinamis.

True  False 

Evaluasi

Test Evaluasi Soal: Top of Form 1. Berikut ini yang bukan gejala listrik statis adalah .... a.  balon menempel di dinding setelah digosokkan ke rambut b.  bulu badan tertarik oleh pakaian yang baru saja diseterika c.  kedua telapak tangan terasa panas setelah saling digosokkan d.  ujung sisir mampu menarik serpihan kertas setelah digunakan untuk bersisir  2. Pernyataan berikut yang tidak menerangkan muatan listrik statis dengan benar adalah …. a.  bahan yang netral memiliki jumlah muatan positif dan negatif yang sama b.  muatan listrik statis tidak dapat mengalir secara bebas c.  bahan netral yang kehilangan elektron akan bermuatan negatif d.  pemindahan elektron terjadi pada benda netral yang digosok  3. Suatu benda menjadi bermuatan positif apabila benda itu .... a.  kehilangan elektron-elektron b.  kehilangan proton-proton c.  menerima elektron-elektron d.  menerima neutron-neutron  4. Benda X bermuatan positif dan benda Y bermuatan negatif. Jika kedua benda saling berdekatan maka .... a.  benda X dan Y akan tarik-menarik b.  benda X dan Y akan tolak-menolak c.  benda X menolak benda Y d.  benda X dan Y tidak terjadi interaksi  5. Kaca yang semula netral setelah digosok dengan kain sutra akan .... a.  kekurangan elektron b.  kelebihan elektron c.  mempunyai jumlah elektron dan proton sama d.  kekurangan neutron  6. Gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan yang saling berdekatan disebut gaya.... a.  Lorentz b.  Gravitasi c.  Coulomb d.  Magnet 7. Salah satu faktor yang memengaruhi besarnya gaya Coulomb adalah …. a.  jarak kedua muatan b.  jenis kedua muatan c.  arah kedua muatan d.  bentuk kedua muatan  8. Sebatang kaca bermuatan positif didekatkan kepala elektroskop yang bermuatan negatif. Pada elektroskop terjadi …. a.  daun elektroskop bertambah mekar b.  daun elektroskop menguncup c.  dinding elektroskop bermuatan positif d.  bunga api terbentuk antara batang kaca dengan kepala elektroskop  9. Alat yang digunakan untuk menimbulkan muatan listrik yang besar disebut .... a.  dinamo b.  generator c.  transformator d.  generator Van de Graff 10. Kilat merupakan perpindahan ... ke bumi. a.  proton b.  neutron c.  elektron d.  nukleon Nilai =  Bottom of Form

Author

Nama	: Nuruddin Hidayat
NIP	: 19720807.199803.1004

Untuk lebih jelas dan lengkap silahkan klik Link berikut :

Sumber : http://www.jogjabelajar.org/diklat2009/smp/Listrik-Statis/index.html