LISTRIK STATIS

KELAS  IX

BAB IV

LISTRIK STATIS (ELEKTROSTATIS)

(Listrik yang tidak bergerak)

Gambar :  Petir, gejala listrik statis di alam

1.  Muatan Listrik

Membahas listrik statis sebenarnya membahas tentang muatan listrik. Banyak peristiwa disekitar kita yang merupakan gejala elektrostatis misalnya :

a.	penggaris plastik dapat menarik serpihan kertas atau tisu setelah digosok dengan rambut kering atau kain tertentu,
b.	alumunium foil pada elektroskop dapat membuka ketika ujungnya didekati penggaris plastik yang telah digosok dengan rambut kering atau kain planel.

 

Semua ini terjadi karena benda-benda tersebut yang semula netral berubah menjadi bermuatan listrik akibat adanya perpindahan muatan listrik dari satu benda ke benda lain setelah diberi perlakuan yaitu digosok.

 

Untuk mengetahui bagaimana muatan listrik berpindah kita pelajari dulu teori atom

2.  Teori Atom

a. Setiap zat tersusun dari atom-atom, yaitu bagian terkecil dari suatu zat yang tidak dapat dibagi-bagi lagi melalui reaksi kimia biasa. b. Sebuah atom tersusun dari  inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif c. Sebuah inti atom tersusun dari : Ø  Proton : bermuatan positif Ø  Netron : tidak bermuatan ( netral ) d. Elektron sebuah atom bergerak bebas mengelilingi inti atom, bahkan jika keadaan memungkinkan elektron dapat berpindah ke atom lain sedangkan inti atom tetap berada di tempatnya (tidak bisa bercerai berai secara reaksi kimia biasa). e. Elektron mengelilingi inti atom melalui lintasan yang disebut  orbit atau  kulit atom

    Elektron mengelilingi inti atom melalui lintasan yang disebut  orbit atau  kulit atom

      Contoh Gambar sebuah atom

  a.

penggaris plastik dapat menarik serpihan kertas atau tisu setelah digosok dengan rambut kering atau kain tertentu,

  b.

alumunium foil pada elektroskop dapat membuka ketika ujungnya didekati penggaris plastik yang telah digosok dengan rambut kering atau kain planel.

a.	Setiap zat tersusun dari atom-atom, yaitu bagian terkecil dari suatu zat yang tidak dapat dibagi-bagi lagi melalui reaksi kimia biasa.
b.	Sebuah atom tersusun dari  inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif
c.	Sebuah inti atom tersusun dari : Ø  Proton : bermuatan positif Ø  Netron : tidak bermuatan ( netral )
d.	Elektron sebuah atom bergerak bebas mengelilingi inti atom, bahkan jika keadaan memungkinkan elektron dapat berpindah ke atom lain sedangkan inti atom tetap berada di tempatnya (tidak bisa bercerai berai secara reaksi kimia biasa).
e.	Elektron mengelilingi inti atom melalui lintasan yang disebut  orbit atau  kulit atom

a.

Setiap zat tersusun dari atom-atom, yaitu bagian terkecil dari suatu zat yang tidak dapat dibagi-bagi lagi melalui reaksi kimia biasa.

b.

Sebuah atom tersusun dari  inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif

c.

Sebuah inti atom tersusun dari :

Ø  Proton : bermuatan positif

Ø  Netron : tidak bermuatan ( netral )

d.

Elektron sebuah atom bergerak bebas mengelilingi inti atom, bahkan jika keadaan memungkinkan elektron dapat berpindah ke atom lain sedangkan inti atom tetap berada di tempatnya (tidak bisa bercerai berai secara reaksi kimia biasa).

e.

Elektron mengelilingi inti atom melalui lintasan yang disebut  orbit atau  kulit atom

f.	Sebuah atom dikatakan netral jika : JUMLAH PROTON dan ELEKTRONNYA sama
g.	Atom yang kehilangan satu atau beberapa elektron sehingga jumlah proton lebih banyak dari jumlah elektron, atom tersebut dikatakan BERMUATAN POSITIF
h.	Atom yang menerima atau mendapat tambahan satu atau beberapa elektron sehingga jumlah proton lebih sedikit ( jumlah elektron lebih banyak) dari jumlah elektron, atom tersebut dikatakan BERMUATAN NEGATIF

Atom yang bermuatan listrik disebut juga ION.

Jadi ada ION POSITIF atau disebut KATION dan ada ION NEGATIF yang disebut ANION

3.  Membuat Benda Netral Menjadi Bermuatan Listrik Statis

Ada 2 (dua) cara membuat benda netral menjadi bermuatan listrik statis yaitu dengan:

1. Menggosok benda tertentu dengan benda tertentu yang lain

2. Induksi/imbas listrik

A.  Membuat benda bermuatan listrik statis dengan menggosok.

Ada dua macam muatan listrik yaitu MUATAN LISTRIK POSITIF dan MUATAN LISTRIK NEGATIF.

a)     Membuat Benda Bermuatan Listrik Positif ;

Dapat dibuat dengan cara menggosok BATANG KACA dengan KAIN SUTERA. Setelah digosok-gosok ternyata kaca menjadi bermuatan listrik positif

Perhatikan ilustrasi berikut ini!

Keterangan:

Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron dari batang kaca berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan listrik positif karena melepaskan elektron, dan kain sutera bermuatan listrik negatif karena menerima elektron 

b)     Membuat Benda Bermuatan Listrik Negatif

Dapat dibuat dengan cara menggosok MISTAR PLASTIK, MIKA atau BENDA BERBAHAN DASAR PLASTIK menggunakan KAIN WOOL atau RAMBUT KERING.

Setelah disogok-gosok ternyata mistar plastik menjadi bermuatan negatif.

Perhatikan gambar berikut!

Keterangan:

Ketika penggaris mika  digosok dengan kain wool, elektron dari kain wool berpindah ke penggaris mika, sehingga penggaris mika bermuatan negatif karena menerima elektron, dan kain wool bermuatan positif  karena melepaskan elektron

INTERAKSI ANTAR MUATAN LISTRIK

• Jika muatan sejenis didekatkan maka akan TOLAK MENOLAK
• Jika muatan berlainan jenis didekatkan maka akan TARIK MENARIK

Perhatikan gambar berikut!

B.    Membuat Benda Bermuatan Listrik dengan Induksi (Imbas)

Induksi lisitrik adalah peristiwa pemisahan muatan listrik pada benda netral yang didekati benda lain yang bermuatan listrik.

Perhatikan gambar!

Pada gambar tersebut benda yang semula netral akan mengalami pemisahan muatan listrik (induksi listrik). Muatan negatif mengumpul ke ujung dimana di situ ada benda bermuatan positif. Ini terjadi akibat gaya tarik antara muatan yang tidak sejenis

ELEKTROSKOP

Yaitu alat untuk menyelidiki apakah sebuah benda bermuatan listrik atau netral. Alat ini bekerja berdasarkan induksi listrik.

Bagian-bagian elektroskop:

Cara kerja elektroskop

Gambar  :  Elektroskop yang foilnya membuka

Latihan :

Bagaimana jika elektroskop netral didekati benda bermuatan negatif? Gambar dan jelaskan!

4.   Hukum Coulomb

Besarnya gaya tarik atau gaya tolak natar benda bermuatan listrik dipelajari oleh Charles Coulomb dan dihasilkan Hukum Coulomb sebagai berikut:

“Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antar dua buah muatan sebanding dengan besar masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat (pangkat dua) jarak kedua muatan tersebut” 

 

Secara matematis dituliskan : 

atau

Keterangan :

F   = Gaya tarik atau gaya tolak (N)

q1 dan q2  = besar masing-masing muatan (Coulomb = C)

r   = jarak antara kedua muatan (m)

k   = konstanta atau tetapan Coulomb (9x10⁹   N.m²/C² )

Contoh soal:

Dua buah muatan masing-masing 8C dan 12C terpisah sejauh 2m. Jika k = 9x10⁹ N.m²/C²  berapa gaya coulomb yang terjadi?

Penyelesaian:

Diketahui        :

        Q₁   =   8C

        Q₂   =  12C

        r      =  2 m

        k     =  9x10⁹ N.m²/C²

Ditanyakan :  F = ... ?

Jawab :

5. Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mendapatkan gaya listrik

• Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik (garis–garis lengkung berarah)
• Arah medan listrik dari kutub positif menuju kutub negatif

Perhatikan gambar berikut!

Kuat Medan Listrik

Kuat medan listrik adalah gaya coulomb yang dialami oleh tiap-tiap muatan listrik.

Ditulis dalam persamaan 

Keterangan :

        F    =    Gaya coulomb (N)

        Q    =    muatan listrik (C)

        E    =    Kuat medan (N/C)

Misalkan ada 2 muatan positif terpisah sejauh r sehinga tolak-menolak seperti pada gambar berikut:

Medan listrik pada Q₁ adalah:

Berdasarkan penjabaran di atas medan listrik pada Q₂ adalah:

Contoh soal:

Dua buah muatan listrik masing-masing 16C dan 50C terpisah sejauh 5 cm. Jika konstanta coulomb k = 9 x 10⁹ N.m²/C² hitunglah kuat medan pada muatan 16C!

Penyelesaian:

6. Penetralan muatan listrik oleh bumi dan penangkal petir

A. Penetralan Muatan Listrik oleh Bumi

Bumi merupakan penghantar raksasa yang sangat kaya dengan muatan listrik. Bumi bersifat menetralkan muatan listrik dari benda yang dihubungkan dengan bumi

1). Benda bermuatan listrik positif dihubungkan dengan bumi

Perhatikan gambar berikut!

                

Keterangan:

1. Benda bermuatan positif adalah benda yang kehilangan atau kekurangan elektron.
2. Untuk menetralkan muatan pada benda ini maka harus di berikan elektron
3. Ketika benda dihubungkan dengan bumi maka bumi akan mengalirkan elektron pada benda sehingga menjadi netral.

2) Benda bermuatan negatif dihubungkan dengan bumi

Perhatikan gambar berikut!

                    

Keterangan:

1. Benda bermuatan negatif adalah benda yang kelebihan elektron.
2. Untuk menetralkan muatan pada benda ini maka electron pada benda harus dikurangi.
3. Ketika benda dihubungkan dengan bumi maka bumi akan menarik  elektron pada benda sehingga menjadi netral.

B.    Penangkal Petir

Petir terjadi karena adanya loncatan bunga api listrik dari awan ke awan atau awan ke bumi. Awan dapat bermuatan listrik karena bergesekan dengan awan lain atau karena radiasi sinar matahari. Awan yang bermuatan listrik berpotensi untuk terjadinya petir. Dan awan bermuatan listrik yang mendekati gedung dapat menyambar gedung tersebut. Maka untuk menghindarinya pada gedung yang tinggi dipasang penangkal petir. 

Bagian utama penangkal petir:

Proses terjadinya petir yang menyambar gedung.

Perhatikan gambar berikut!

Keterangan diurutkan nomor gambar:

1.     Awan bermuatan listrik positif mendekati gedung

2.   Awan menginduksi gedung sehingga muatan listrik pada gedung terpisah dimana muatan negatif berkumpul di bagian atas gedung dan muatan positif berkumpul di bagian bawah gedung

3. Jika awan terus mendekat maka akan terjadi loncatan bunga api listrik  atau petir

Cara kerja penangkal petir

Perhatikan gambar berikut!

Keterangan diurutkan nomor gambar

1. Awan bermuatan positif begerak mendekati gedung
2. Sebelum sempat menginduksi gedung awan besinggungan dengan penangkal petir dan dihubungkan dengan bumi, dan bumi mengalirkan elektron ke awan untuk menetralkan muatan pada awan
3. Awan menjadi netral.

Sumber:

1. Buku siswa IPA kelas IX semester gasal
2. Dokumen pribadi