Listrik Statis
A. Muatan Listrik
Atom sebagai unsur penyusun zat pada dasarnya tersusun dari partikel-partikel yang sangat kecil, disebut partikel subatom. Terdapat tiga jenis partikel subatom yang penting dan perlu kita kenali, yaitu proton, neutron, dan elektron. Subpartikel atom yang memiliki sifat sama, yaitu proton dan elektron, kemudian disebut sebagai muatan listrik. Muatan listrik ibarat udara yang tidak bisa dilihat, tetapi bisa dirasakan. Akibatnya, penelitian mengenai muatan listrik hanya bisa dilakukan berdasarkan efek reaksi yang diberikannya. Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik disebut elektroskop.
Besar muatan listrik proton dan elektron adalah sama, tetapi jenisnya berbeda. Muatan listrik ini pertama
kali ditemukan oleh Benjamin Franklin. Ia kemudian memberikan tanda (+) atau (-) pada muatan listrik yang tak mengandung arti fisis. Jenis muatan listrik proton adalah positif (+), neutron adalah netral, dan elektron adalah (-).
1. Sifat-Sifat Muatan Listrik
Sifat-sifat yang dimiliki muatan listrik adalah:
a) Muatan listrik yang sejenis (negatif dengan negatif atau positif dengan positif) jika didekatkan akan saling tolakmenolak.
b) Muatan listrik yang tidak sejenis (negatif dengan positif)
2. Pemuatan Listrik
Terdapat tiga cara untuk proses pemuatan listrik, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik.
3. Elektroskop
Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik pada suatu benda. Salah satu jenis elektroskop yang sering digunakan adalah elektroskop daun. Bagian penting elektroskop daun adalah sebuah tangkai logam dari bagian logam kuningan dengan ujung bawah berbentuk pipih. Pada ujung ini ditempatkan dua helai logam sangat tipis yang terbuat dari bahan aluminium atau emas, biasa disebut dengan bagian daun. Ujung atas berbentuk cakram atau bola yang berfungsi sebagai penghantar muatan dan kotak kaca.
B. Hukum Coloumb
Hukum Coloumb adalah aturan yang mengemukakan tentang hubungan antara gaya listrik dan besar masingmasing muatan listrik. Nama Coloumb diambil dari nama fisikawan yang pertama kali mengamati gaya tarik-menarik atau tolak-menolak benda bermuatan listrik, yaitu Charles Augustin de Coloumb (1736-1804). Dalam pengamatannya, ia melakukan percobaan menggunakan alat yang bernama
neraca puntir. Berdasarkan percobaan ini, Coloumb mengemukakan suatu aturan atau hukum yang berbunyi:
“Gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) antara dua muatan sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik.”
C. Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-Hari
Listrik statis yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari ada yang terjadi secara alami, ada pula yang buatan. Munculnya petir ketika hujan merupakan salah satu bukti keberadaan listrik statis yang muncul secara alami, tanpa ada campur tangan manusia secara langsung. Sedangkan, listrik statis yang terjadi secara buatan di antaranya listrik yang digunakan dalam proses pengecatan mobil dan pada mesin fotokopi.
1. Petir
Petir merupakan peristiwa lepasnya muatan listrik statis yang terjadi secara dramatik dan alamiah. Peristiwa ini akibat dari keluarnya muatan-muatan listrik dari benda, dalam hal ini adalah awan. Pelepasan listrik statis kadangkadang terjadi secara perlahan dan tenang. Namun, sesekali
berlangsung cepat disertai percikan cahaya atau suatu bunyi ledakan. Percikan cahaya yang muncul ini disebut dengan kilat. Petir terjadi akibat adanya dua awan bermuatan listrik sangat besar dan berbeda jenis yang bergerak saling mendekati. Lalu, bagaimana awan dapat memiliki muatan listrik yang sangat besar? Pada awan hitam yang merupakan gumpalan air hujan, berhembus angin yang sangat kencang. Akibatnya, partikel-partikel di dalam awan yang bercampur debu, garam dari lautan, dan lain-lain, saling bertabrakan. Tabrakan ini menyebabkan lepasnya elektron dari partikelpartikel tersebut. Partikel yang kehilangan electron bermuatan positif dan yang mendapat tambahan electron bermuatan negatif. Akibatnya, awan yang memuat partikel tersebut akan menyimpan muatan listrik yang sangat besar.
Muatan listrik negatif turun ke bagian dasar awan dan muatan positif naik ke bagian atas.
Ketika awan melewati sebuah bangunan, terutama yang tinggi, bagian bawah awan yang merupakan tempat terkumpulnya muatan negatif menginduksi bagian atas bangunan sehingga menyebabkan bagian atas bangunan ini bermuatan positif dan muatan negatif bangunan dipaksa turun ke bagian bawah bangunan. Karena muatan pada kedua benda ini berlainan jenis berdasarkan sifat muatan, maka masing-masing muatan akan saling menarik satu sama lain. Saat itu, elektron melompat ke bagian atas bangunan dan menimbulkan kilat dengan energi panas yang sangat besar dan seringkali disertai bunyi menggelegar yang disebut petir. Selain bangunan, benda lain yang ada dan menjulang tinggi di permukaan bumi akan mengalami peristiwa yang sama. Benda yang terinduksi awan hingga menyebabkan timbulnya loncatan
bunga api listrik (kilat) biasa disebut sebagai benda yang terkena sambaran petir.
Untuk menghindari bahaya yang diakibatkan oleh sambaran petir, Benjamin Franklin, orang pertama yang mengamati bahwa petir tak lain adalah listrik statis membuat alat yang ditujukan sebagai penangkal petir. Ia mengusulkan untuk menggunakan batang logam runcing yang ditaruh di atas benda yang akan dihindarkan dari petir, biasanya benda yang berupa bangunan, seperti gedung. Alat penangkal petir
terdiri atas batang logam runcing yang disimpan di atap bangunan, lempeng logam tembaga yang tertanam dalam tanah sekitar kedalaman 2 meter, dan kawat penghantar sebagai penghubung batang logam dan lempeng tembaga. Bagian ujung penangkal terbuat dari logam yang merupakan konduktor. Aliran ion positif dari logam yang runcing ini menuju ke awan sehingga dapat mengurangi muatan listrik
induksi pada atap bangunan dan menetralkan beberapa muatan listrik negatif pada awan. Ini dapat mengurangi kesempatan atap gedung tersambar petir. Jika petir masih menyambar, kawat penghantar pada alat ini menjadi jalan untuk elektron-elektron bergerak menuju ke dalam tanah tanpa merusak bangunan.
2. Pengecatan Mobil
Di negara kita, saat ini motor dan mobil tak lagi menjadi barang istimewa. Setiap harinya ribuan kendaraan melintas di jalan. Untuk memperoleh mobil dengan warna yang diinginkan, pengecatan pun dilakukan. Pengecatan mobil dengan menggunakan penyemprotan cat elektrostatis banyak digunakan untuk memperoleh hasil yang maksimal. Pada proses ini, butiran cat yang berupa aerosol akan bermuatan
listrik ketika bergesekan dengan mulut penyemprot. Butiran-butiran cat ini akan ditarik menuju badan mobil yang ditanahkan selama penyemprotan. Hasilnya dijamin pengecatan akan sampai pada bagian yang paling sukar dicapai apabila digunakan metode pengecatan yang biasa.
3. Mesin Fotokopi
Selain memanfaatkan konsep listrik statis, pada mesin fotokopi juga dimanfaatkan konsep optik. Proses fotokopi ini menggunakan sifat unik dari logam selenium. Sebagai konduktor foto, selenium akan menjadi konduktor jika dikenai cahaya dan menjadi isolator jika berada dalam keadaan gelap.
Langkah-langkah utama dalam mesin fotokopi adalah:
1) Permukaan drum mesin yang dilapisi logam selenium yang tipis diberi muatan positif dengan cara diputas di dekat kawat yang bermuatan tinggi.
2) Proses pembentukan suatu pola muatan yang merupakan pola cetakan dari halaman asli.
3) Bubuk tinta (toner) yang bermuatan negatif ditaburkan pada permukaan drum fotokonduktif.
4) Pemindahan toner ke kertas, diperoleh hasil fotokopi.
5) Setelah kertas difotokopi, perlahan-lahan permukaan drum itu kembali netral.
