Listrik Statis

Listrik Statis. Pengetahuan tentang listrik dimulai dari teori atom, yaitu dengan ditemukannya atom dan teori-teori yang menjelaskan tentang perkiraan-perkiraan struktur atom. Thales Militus, seorang ilmuwan Yunani, menemukan gejala listrik yang diperoleh dengan menggosok batu ambar, yang dalam bahasa Yunani disebut elektron. Setelah digosok ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda kecil yang berada di dekatnya. Sifat seperti ini dalam ilmu listrik disebut elektrifikasi. Listrik yang terjadi pada batu ambar yang digosok disebut listrik statis yaitu listrik yang tidak mengalir.

Suatu zat terdiri atas partikel-partikel kecil yang disebut atom. Atom berasal dari kata

atomos, yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Tetapi, dalam perkembangannya ternyata atom ini masih dapat diuraikan lagi.

Atom terdiri atas dua bagian, yaitu inti atom dan kulit atom. Inti atom bermuatan positif, sedangkan kulit atom terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif yang disebut elektron. Inti atom tersusun dari dua macam partikel, yaitu proton yang bermuatan positif dan netron yang tidak bermuatan(netral). 

• Suatu atom dikatakan netral apabila di dalam intinya terdapat muatan positif(proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada kulitnya. 
• Suatu atom dikatakan bermuatan positif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih banyak daripada muatan negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya. 
• Suatu atom dikatakan bermuatan negatif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom.

Atom yang paling sederhana adalah atom hidrogen yang hanya tersusun atas 1 proton dan 1 elektron. Karena jumlah proton dan elektronnya sama, maka atom hidrogen dikatakan sebagai atom netral. Atom helium terdiri atas 2 proton, 2 netron dan 2 elektron. Karena jumlah proton dan jumlah elektronnya sama, maka atom helium juga dikatakan sebagai atom netral.

Muatan Listrik
Setiap materi tersusun oleh partikel-partikel dan setiap partikel tersusun oleh atom-atom. Atom terdiri atas inti atom yang tersusun oleh proton dan neutron. Inti atom ini diselimuti oleh kulit atom. Pada kulit atom, terdapat elektron-elektron. Proton disebut juga muatan positif, sedangkan neutron merupakan muatan listrik netral. Adapun elektron adalah muatan listrik negatif.

Jika suatu materi mempunyai jumlah proton sama dengan jumlah elektron, materi tersebut dikatakan tidak bermuatan atau netral. Jika jumlah proton lebih banyak daripada jumlah elektron, sehingga atom-atomnya kekurangan elektron, maka atom tersebut dikatakan bermuatan positif. Adapun atom dikatakan bermuatan negatif jika jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton, sehingga atom-atomnya kelebihan elektron.
a. Muatan Listrik Elementer
Suatu benda dikatakan bermuatan listrik jika atom-atom benda tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Besarnya muatan listrik bergantung pada seberapa banyak atom-atom tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Semakin banyak atom-atomnya kekurangan atau kelebihan elektron, maka semakin besar muatannya.

Dalam sistem satuan internasional (SI), satuan muatan adalah Coulomb (C). Muatan listrik sebuah elektron, proton, dan neutron adalah sebagai berikut.
Muatan elektron= –1,6 × 10^-19 Coulomb
Muatan proton = +1,6 × 10^-19 Coulomb
Muatan neutron = 0 (tidak bermuatan)

b, Interaksi Benda Bermuatan Listrik

• 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 ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke ebonit, sehingga ebonit 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

Hukum Coulomb
Pada tahun 1785, Charles Agustin Coulomb menemukan hukum dasar tentang gaya listrik antara dua partikel yang bermuatan. Dari hasil penelitiannya, Charles Coulomb menyimpulkan sebagai berikut.

Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding dengan hasil kali kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut.

Misalkan muatan pertama dilambangkan dengan Q_1' muatan kedua dilambangkan dengan Q_2' dan jarak antara kedua muatan tersebut dilambangkan r. Besarnya gaya coulomb dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

F = k .	Q1 . Q2	.............(5.1)
	r2

Keterangan :
F   = Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N)
k   = Konstanta (9.10⁹ N.m²/C²)
Q_1' Q_2' = muatan listrik (C)
r  = jarak antara dua muatan (m)

Contoh
Diketahui dua buah muatan listrik masing-masing bermuatan +5 × 10^-9 C dipisahkan oleh jarak 0,5 cm. Bagaimanakah in-teraksi kedua muatan tersebut? Hitunglah gaya Coulombnya!
Jawab:
Q₁ = Q₂ = +5 × 10^–9 C
r = 0,5 cm = 0,5 × 10^–2 m
F = .... ?

Karena kedua muatan tersebut sejenis, interaksi antara kedua muatan tersebut adalah tolak menolak. Besar gaya tolak menolaknya adalah 9 × 10^–3 N.

Induksi Listrik
Induksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan pada suatu benda karena pada benda tersebut didekati benda lain yang bermuatan listrik.
Contoh :

• Benda netral didekati benda bermuatan negatif, maka muatan-muatan negatif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan positif mendekati benda yang menginduksi.
• Benda netral didekati benda bermuatan positif, maka muatan-muatan positif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan negatif mendekati benda yang menginduksi.

Elektroskop
Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda. Elektroskop yang paling umum digunakan adalah elektroskop lembaran emas. Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang sejenis dengan

benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka).

Gambar a menunjukkan sebuah elektroskop bermuatan listrik negatif. Ketika didekati suatu benda bermuatan listrik, lembaran/daun pada elektroskop makin naik, berarti benda bermuatan yang didekatkan kepala elektroskop mempunyai muatan yang sejenis dengan muatan elektroskop, yaitu bermuatan negatif (Gambar 5. b). Sebaliknya pada Gambar 5.c ketika kepala elektroskop didekati benda bermuatan listrik, lembaran/daun elektroskop makin turun (lebih menguncup). Ini berarti benda bermuatan yang didekatkan pada kepala elektroskop mempunyai muatan yang tidak sejenis dengan muatan elektroskop. Muatan benda bermuatan yang didekatkan kepala elektroskop tersebut bermuatan positif.

Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar benda  bermuatan listrik yang masih dipengaruhi oleh

gaya listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik.
Sifat-sifat garis gaya listrik 

• Garis gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif
• Garis gaya listrik tidak pernah berpotongan
• Semakin rapat garis gaya listrik,  semakin kuat medan listriknya

Misalkan, sebuah muatan uji q diletakkan pada jarak tertentu dari muatan Q. Ternyata, muatan uji tersebut akan tertarik oleh muatan Q. Dalam hal ini muatan uji q berada di dalam medan listrik muatan Q. Kuat medan listrik didefinisikan sebagai berikut.

Besarnya gaya Coulomb yang dialami oleh sebuah muatan uji q akibat adanya muatan Q dibagi dengan besarnya muatan uji q.

Dalam bentuk matematis, definisi tersebut dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.
kuat medan listrik = gaya Coulomb
                                       muatan uji

Keterangan:
E = kuat medan (N/C)
Q = muatan (C)
r = jarak muatan uji ke muatan tertentu (m)

Contoh soal
Hitunglah kuat medan listrik dari sebuah muatan Q yang muatannya 7 × 10^-9 C pada jarak 7 cm dari muatan tersebu t!
Jawab:
Q = +7 × 10^-9 C
r = 7 cm = 7 × 10^-2 m
E = .... ?

Jadi, kuat medan listriknya sebesar 1,29 × 10⁴ N/C.