Pengertian dan
Sejarah Listrik Statis
Listrik statis (dalam bahasa inggris disebut electrostatic)
adalah ilmu yang mempelajari pengumpulan muatan listrik dan sifat-sifatnya pada
suatu benda. Jika dilihat dari asal katanya, kata listrik diikuti dengan kata "statis"
yang berarti "diam". Hal ini mengisyaratkan bahwa listrik statis
berkaitan dengan gejala kelistrikan yang diam atau tidak mengalir. Listrik
statis tidak dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain, melainkan
hanya menyala sekejap di satu tempat. Jadi, listrik statis tidak dapat
menghasilkan arus listrik.
Dalam sejarah kelistrikan, listrik inilah yang pertamakali ditemukan oleh para ahli terdahulu. Listrik yang kita nikmati sekarang ini merupakan hasil pengembangan dari listrik statis ini. Listrik statis pertama kali ditemukan oleh ahli matematika berkebangsaan Yunani Kuno, Thales of Miletus (625-547 SM). Kala itu, beliau mengambil batu berwarna kuning yang disebut dengan batu ambar. Thales kemudian menggosok-gosokkan batu tersebut dengan kain wol. Tanpa diduga, bulu ayam yang berada di sekitarnya tertarik dan menempel.
Dalam penggosokan tersebut, ternyata Thales telah memberikan muatan listrik ke batu ambar melalui kain wol. Muatan inilah yang menyebabkan bulu ayam yang berada di sekitar batu ambar tertarik dan menempel pada batu ambar tersebut. Inilah kemudian menjadi sejarah awal ditemukannya listrik statis.
Dalam sejarah kelistrikan, listrik inilah yang pertamakali ditemukan oleh para ahli terdahulu. Listrik yang kita nikmati sekarang ini merupakan hasil pengembangan dari listrik statis ini. Listrik statis pertama kali ditemukan oleh ahli matematika berkebangsaan Yunani Kuno, Thales of Miletus (625-547 SM). Kala itu, beliau mengambil batu berwarna kuning yang disebut dengan batu ambar. Thales kemudian menggosok-gosokkan batu tersebut dengan kain wol. Tanpa diduga, bulu ayam yang berada di sekitarnya tertarik dan menempel.
Dalam penggosokan tersebut, ternyata Thales telah memberikan muatan listrik ke batu ambar melalui kain wol. Muatan inilah yang menyebabkan bulu ayam yang berada di sekitar batu ambar tertarik dan menempel pada batu ambar tersebut. Inilah kemudian menjadi sejarah awal ditemukannya listrik statis.
Sifat-sifat Muatan Listrik.
1. Muatan listrik digolongkan menjadi dua jenis yaitu muatan listrik
positif dan muatan listrik negatif.
2. Muatan listrik yang sejenis akan saling tolak-menolak dan muatan listrik
yang tak sejenis tarik-menarik.
Contoh Proses
Terjadinya Listrik Statis
Peristiwa listrik statis dapat terjadi baik pada
isolator maupun konduktor. Peristiwa listrik statis terjadi setelah adanya
materi yang menjadi bermuatan karena proses gesekan (gosokan). Diistilahkan
dengan charging by friction, atau menjadi bermuatan karena gesekan.
Gesekan atau gosokan antara dua materi ini akan membuat electron dari atom
materi yang satu berpindah ke atom materi yang lain, sehingga kedua materi
menjadi bermuatan. Materi yang melepaskan elektronnya, menjadi bermuatan
positif, sebaliknya bermuatan negatif. Jadi, perpindahan elektron pada
peristiwa listrik statis terjadi karena proses gesekan atau gosokan.
Setelah materi menjadi bermuatan listrik maka terjadilah peristiwa listrik statis, seperti penggaris plastik bermuatan menarik serpihan kertas. Penggaris plastik yang awalnya tidak bermuatan atau netral digosok-gosok dengan kain wol, elektron-elektron yang ada pada kain wol akan berpindah ke penggaris plastik tersebut. Akibatnya, penggaris plastik disebut sebagai benda yang bermuatan listrik negatif. Ketika penggaris tersebut didekatkan ke sobekan kertas, sobekan kertas akan tertarik oleh penggaris. Hal tersebut menunjukkan bahwa benda yang bermuatan listrik negatif dapat menarik benda-benda ringan di sekitarnya yang bermuatan listrik positif.
Setelah materi menjadi bermuatan listrik maka terjadilah peristiwa listrik statis, seperti penggaris plastik bermuatan menarik serpihan kertas. Penggaris plastik yang awalnya tidak bermuatan atau netral digosok-gosok dengan kain wol, elektron-elektron yang ada pada kain wol akan berpindah ke penggaris plastik tersebut. Akibatnya, penggaris plastik disebut sebagai benda yang bermuatan listrik negatif. Ketika penggaris tersebut didekatkan ke sobekan kertas, sobekan kertas akan tertarik oleh penggaris. Hal tersebut menunjukkan bahwa benda yang bermuatan listrik negatif dapat menarik benda-benda ringan di sekitarnya yang bermuatan listrik positif.
Selain penggaris plastik, contoh peristiwa listrik statis yang lain adalah rambut panjang berdiri saat menyentuh kubah generator Van de graff, terjadinya petir dengan kilat cahaya disertai suara guruh, dan sebagainya. Pada hakikatnya fenomena listrik statis ini terjadi sebagai upaya pelepasan muatan (discharge) dari materinya yang bermuatan listrik untuk kembali menjadi netral.
Manfaat/Penerapan
Listrik Statis
Penerapan listrik statis sudah dapat kita temui dalam
kehidupan sehari-hari. Penerapan tersebut mendatangkan manfaat bagi kehidupan
manusia. Berikut ini beberapa contoh penerapan dari listrik statis:
Formulasi Hukum Coulomb
Besar gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan
listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak antara kedua muatan.
Secara matematis hukum Coulomb dinyatakan sebagai berikut:
Dimana :
F = gaya tolak atau gaya tarik antara kedua muatan (N)
k = tetapan / konstanta = 9 x 109 Nm2C-2
untuk benda yang berada di dalam medium vakum (udara) dimana k = dan εo
= 8,85 x 10-12C2N-1m2
q = besar muatan (C, dimana 1 μC = 10-6 C dan 1 nC = 10-9
C)
r = jarak antara kedua muatan (m)
Menggambar Vektor Gaya Coulomb
Ada dua hal yang perlu diperhatikan dalam menggambar vektor gaya Coulomb
yaitu:
muatan sejenis tolak-menolak, muatan tak sejenis tarik-menarik.
vektor gaya Coulomb F terletak pada garis hubung kedua muatan.
Perhatikan gambar di bawah ini:
Gaya Coulomb dalam Bahan
Bila medium muatan bukan vakum atau udara maka besar gaya Coulomb antara
muatan berkurang (Fbahan < Fudara). Jika medium
memiliki permitivitas relatif εr (dahulu disebut tetapan dielektrik
K), maka tetapan εo harus diganti dengan permitivitas bahan εyang
dirumuskan dengan:
ε = εr εo
Sehingga gaya Coulomb dalam bahan dirumuskan dengan:
Atau
Contoh Soal dan Penyelesaian
Dua buah muatan masing-masing 20 μC dan 24 μC terpisah pada jarak 12 cm.
Hitung besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut bila:
a. kedua muatan diletakkan di udara
b. kedua muatan diletakkan dalam bahan yang memiliki permitivitas
relatif 3.
Penyelesaian:
Dik:
q1 = 20 μC = 20 x 10-6 C
q2 = 24 μC = 24 x 10-6 C
r = 12 cm = 12 x 10-2 m
k = 9 x 109 Nm2C-2
εr = 3
Dit:
a. Fudara = …………..?
b. Fbahan = …………..?
Jawab:
di udara
di udara
Tanda positif
Kuat Medan Listrik
Jika ada muatan q2 yang berada di sekitar muatan lain q1
maka muatan q2 akan merasakan gaya Coulomb dari q1.
Daerah yang masih merasakan pengaruh gaya Coulomb ini dinamakan medan listrik. Medan
listrik ini didefinisikan sebagai gaya yang dirasakan oleh muatan uji positif 1
C.
Dua hal yang perlu diperhatikan untuk menggambar vektor kuat medan listrik pada suatu titik adalah
Dua hal yang perlu diperhatikan untuk menggambar vektor kuat medan listrik pada suatu titik adalah
1. vektor E menjauhi muatan sumber positif (gambar pertama) dan
mendekati muatan sumber negatif (gambar kedua)
2. vektor E memiliki garis kerja sepanjang garis hubung antara muatan
sumber dengan titik yang akan dilukis vektor kuat medannya.
dengan
F = Gaya Coulomb (N)
E = kuat medan listrik (N/C)
q = muatan listrik (coulomb)
r = jarak titik dari muatan (m)
k = 9 x 109 Nm2/C2
Contoh Soal dan Penyelesaian
1. Sebuah muatan uji +3 x 10-5 C diletakkan dalam suatu medan
listrik. Gaya Coulomb yang bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,45 N.
Berapa besar kuat medan listrik pada muatan uji?
Penyelesaian:
Dik:
qo = +3 x 10-5 C
F = 0,45 N
Dit: E
= …. ?
Jawab:
Jadi besar kuat medan listriknya adalah
2. Tentukan kuat medan listrik dan arahnya pada jarak 1 cm dari sebuah
muatan positif 10-6 C!
Penyelesaian:
Dik:
r = 1 cm = 1 . 10-2 m
q = 10-6 C
r = 1 cm = 1 . 10-2 m
q = 10-6 C
Dit: E = ….?
Jawab
:
Karena muatan sumber bermuatan positif maka medan listrik di titik
tersebut menjauhi muatan sumber.
