Introduction
Listrik merupakan salah satu dari bentuk energi. Tetapi, sebenarnya apa itu listrik? Kita mengetahuinya sebagai sesuatu yang mengalir ke rumah-rumah dan mampu menghidupkan alat-alat rumah tangga seperti blender, TV, setrika dan lain-lain. Pada chapter ini akan dibahas lebih jauh tentang listrik statis. Sebelumnya perlu diketahui, materi listrik terbagi menjadi dua, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis menganggap muatan seperti partikel tunggal yang tidak bergerak. sedangkan pada listrik dinamis, muatan-muatan tersebut bergerak sehingga lebih kompleks.
A. Muatan Listrik
Awal penemuan muatan listrik ada pada zaman Yunani Kuno, dimana terdapat dua orang filsuf yang bernama Thales dan Miletus menemukan sebuah getah pohon yang apabila digosokkan ke pakaian dapat menarik debu yang ada didekatnya. kemudian penelitian lebih lanjut pada sekitar abad ke-17 menunjukkan ada dua jenis muatan. Kedua muatan tersebut adalah muatan positif dan muatan negatif. Dalam sebuah atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Kondisinya akan berubah apabila ada elektron yang meninggalkan atom. Muatan atom positif akan lebih besar dari muatan atom negatifnya sehingga dapat dikatakan atom tersebut bermuatan positif. Hal serupa terjadi apabila sebuah atom netral menerima elektron dari luar. Atom tersebut memiliki muatan negatif yang lebih besar dibanding muatan positifnya sehingga atom tersebut bermuatan negatif.
Kami akan membahasnya dalam bentuk yang lebih makro, yaitu pada sebuah benda. Dengan demikian terdapat tiga jenis benda yaitu benda netral, benda bermuatan positif, dan benda bermuatan negatif. Contoh pada kehidupan sehari-hari mengenai listrik statis adalah ketika menggosokkan penggaris mika pada rambut. ketika penggaris yang telah digosok didekatkan pada potongan-potongan kertas kecil, maka mika mampu menarik kertas tersebut.
(Sumber Gambar : www.drzpost.com)
Mengapa kertas dapat tertarik oleh mika? Penarikan disebabkan adanya gaya listrik. (beberapa sumber lain menyebutnya dengan gaya elektrostatis). Adanya gaya inilah yang menyebabkan benda bergerak. pada peristiwa tertariknya potongan kertas. Mika yang bermuatan negatif menarik potongan kertas yang bermuatan netral.
B. Hukum Coloumb
Gaya listrik menyebabkan benda bergerak. Pertanyaan yang muncul adalah berapa besar gaya tersebut. Gaya listrik bekerja pada dua buah muatan. Dengan kata lain gaya yang diterima muatan 1 oleh muatan 2 atau sebaliknya, gaya yang diterima muatan 2 oleh muatan 1. Charles Agustine de Coloumb (1736-1806) melakukan percobaan untuk mengetahui besar gaya listrik yang dihasilkan oleh muatan. Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan sebuah hasil apabila muatan diperbesar dua kali maka gaya juga akan menjadi lebih besar duakalinya. Sedangkan apabila jarak diperbesar duakalinya, maka gaya akan menjadi seperempat dari kondisi awalnya. Fenomena itu disebut dengan Hukum Coloumb. Secara matematis hukum coloumb dapat dituliskan sebagai berikut
dengan demikian besar gaya listrik dapat dihitung dengan persamaan
Keterangan :
F = Gaya Coloumb
q1 = Muatan 1
q2 = Muatan 2
r = Jarak antar muatan
Keterangan :
F = Gaya Coloumb (N)
q1 = Muatan 1 (C)
q2 = Muatan 2 (C)
r = Jarak antar muatan (m)
k = Konstanta = 8,99 x 10^9 Nm^2/C^2 atau 9 x 10^9 Nm^2/C^2
C. Medan Listrik
Medan listrik dapat dianggap sebagai pengaruh yang ditimbulkan sebuah muatan listrik terhadap lingkungan disekelilingnya. Medan dapat diartikan sebagai sebuah daerah dimana medan listrik berpengaruh pada sebuah ruanglingkup tertentu. Seperti yang telah diketahui, benda dapat bernilai positif, negatif atau netral (neral dapat berarti tidak bermuatan atau resultan dari muatan sama dengan nol). Pada umumnya, penggambaran medan listrik menggunakan garis-garis khayal. Semakin rapat jarak antar garis khayal, maka semakin besar muatan listrik. Semakin rapat jarak antar garis juga mengindikasikan jumlah garis yang ada mengelilingi muatan. Garis medan tipak pernah berpotongan dan sebuah muatan hanya memiliki satu jenis arah garis medan (meninggalkan atau menuju muatan)
Muatan terbagi menjadi dua, yaitu muatan negatif dan muatan positif. Penggambaran pada muatan positif digambarkan dengan anak panah yang meninggalkan muatan, sedangkan untuk muatan negatif digambarkan dengan anak panah yang menuju ke muatan
Dalam sebuah medan listrik, tersapat titik-titik yang memiliki besar medan listrik yang sama. apabila titik-titik itu disambungkan maka akan terbentuk sebuah daerah yang disebut medan homogen.
D. Elektroskop
Gambar Elektroskop
Alat yang digunakan untuk mengetahui muatan sebuah benda adalah elektroskop. Elektroskop tidak hanya dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan, tetapi juga jenis muatan yang dimiliki oleh sebuah benda. Elektroskop terdiri dari bagian kepala dan bagian daun. Bagian daun elektroskop biasanya berupa kepingan dua buah logam yang dapat bergerak bebas (Tergantung jenis elektroskop, ada yang hanya satu daun yang bisa bergerak, ada yang dua daun sekaligus) Pada kasus ketika ingin mengetahui ada tidaknya sebuah muatan, maka elektroskop yang digunakan adalah elektroskop netral (jumlah muatan negatif sama dengan positifnya).
Dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa muatan pada elektroskop (netral) mengalami polarisasi (pengkutuban). Ketika elektroskop netral didekati benda bermuatan positif, muatan negatif pada elektroskop akan naik ke kepala karena adanya gaya tarik-menarik dengan muatan positif benda. Sedangkan muatan positif (pada elektroskop) akan turun ke daun karena adanya gaya tolak-menolak dengan muatan positif benda. Bagian daun yang dipenuhi oleh muatan positif akan menyebabkan daun elektroskop membuka karena gaya tolak-menolak muatan positif pada daun elektroskop. Hal yang sama terjadi pada elektroskop netral yang didekati benda bermuatan negatif. Ketika elektroskop netral didekati benda bermuatan negatif, muatan positif pada elektroskop akan naik ke kepala karena adanya gaya tarik-menarik dengan muatan negatif benda. Sedangkan muatan negatif (pada elektroskop) akan turun ke daun karena adanya gaya tolak-menolak dengan muatan negatif benda. Bagian daun yang dipenuhi oleh muatan negatif akan menyebabkan daun elektroskop membuka karena gaya tolak-menolak muatan negatif pada daun elektroskop.
Hal berbeda dilakukan apabila ingin mengetahui jenis muatan pada benda tertentu. elektroskop harus dijadikan bermuatan terlebih dahulu. Hal tersebut bisa dilakukan dengan cara induksi. Proses induksi dapat digambarkan sebagai berikut.
Dengan mendekatkan elektroskop pada benda bermuatan dan menginduksikannya, elektroskop akan memiliki muatan yang sama dengan muatan benda yang digunakan untuk menginduksi. Dengan demikian muatan benda yang akan dicari jenis muatannya dapat diketahui. apabila muatan benda yang dicari memiliki muatan yang sama dengan muatan elektroskop, maka daun elektroskop akan membuka, sedangkan apabila muatan benda berbeda dengan elektroskop, maka daun elektroskop akan menutup.
Gambar : Elektroskop netral yang didekati benda netral
Gambar : Elektroskop netral yang didekati benda bermuatan
Dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa muatan pada elektroskop (netral) mengalami polarisasi (pengkutuban). Ketika elektroskop netral didekati benda bermuatan positif, muatan negatif pada elektroskop akan naik ke kepala karena adanya gaya tarik-menarik dengan muatan positif benda. Sedangkan muatan positif (pada elektroskop) akan turun ke daun karena adanya gaya tolak-menolak dengan muatan positif benda. Bagian daun yang dipenuhi oleh muatan positif akan menyebabkan daun elektroskop membuka karena gaya tolak-menolak muatan positif pada daun elektroskop. Hal yang sama terjadi pada elektroskop netral yang didekati benda bermuatan negatif. Ketika elektroskop netral didekati benda bermuatan negatif, muatan positif pada elektroskop akan naik ke kepala karena adanya gaya tarik-menarik dengan muatan negatif benda. Sedangkan muatan negatif (pada elektroskop) akan turun ke daun karena adanya gaya tolak-menolak dengan muatan negatif benda. Bagian daun yang dipenuhi oleh muatan negatif akan menyebabkan daun elektroskop membuka karena gaya tolak-menolak muatan negatif pada daun elektroskop.
Hal berbeda dilakukan apabila ingin mengetahui jenis muatan pada benda tertentu. elektroskop harus dijadikan bermuatan terlebih dahulu. Hal tersebut bisa dilakukan dengan cara induksi. Proses induksi dapat digambarkan sebagai berikut.
Dengan mendekatkan elektroskop pada benda bermuatan dan menginduksikannya, elektroskop akan memiliki muatan yang sama dengan muatan benda yang digunakan untuk menginduksi. Dengan demikian muatan benda yang akan dicari jenis muatannya dapat diketahui. apabila muatan benda yang dicari memiliki muatan yang sama dengan muatan elektroskop, maka daun elektroskop akan membuka, sedangkan apabila muatan benda berbeda dengan elektroskop, maka daun elektroskop akan menutup.
E. Penerapan Listrik Statis Yang Ada di Sekitar
