Listrik Statis SMP

Jika kalian memiliki penggaris plastik, cobalah membuat potongan-potongan kertas kecil kemudian, coba gosokan penggaris tersebut pada rambut ataupun bisa pada sebuah buku. Setelah itu, dekatkan penggaris tersebut dengan potongan-potongan kertas tersebut, kemudian perhatikan apa yang telah terjadi.

Kertas-kertas tersebut seolah-olah terangkat, bahkan ada yang menempel pada penggaris tersebut. Kalau berdasarkan apa yang kita pahami sejauh ini, benda bergerak itu memiliki hubungan dengan gaya, karena gaya sendiri penyebabnya. Nah pada kondisi ini kasusnya bagaimana, siapa yang memberikan gaya?

Apakah ada gaya juga? Tapi gaya yang kita kenal selama ini selalu identik dengan adanya sentuhan, baik itu secara dorongan atau tarik-menarik. Jadi begini, ada suatu konsep gaya lainnya, di mana dua buah objek bisa saling "berinteraksi" tanpa harus saling menyentuh.

Konsep ini berhubungan dengan sifat alami dari suatu partikel yakni partikel-partikel yang mempunyai muatan, orang-orang menyebutnya sebagai konsep kelistrikan. Dari sini cukup terlihat bahwa, konsep ini cukup menarik perhatian, mengingat konsepnya lumayan berbeda dengan apa yang telah kita pelajari.

Sekitar abad ke 18 Benjamin Franklin, ilmuwan asal Amerika, memulai penelitian mengenai kelistrikan di tahun 1742. Berdasarkan pengamatannya terdapat dua jenis partikel listrik bermuatan, yakni bermuatan positif atau bermuatan negatif.

Dan interaksi antara penggaris dan potongan kecil kertas sebelumnya, merupakan hasil dari interaksi antara kedua muatan ini (positif dan negatif). Selain itu bapak Franklin ini juga menemukan sifat-sifat bagaimana dua buah partikel bermuatan berinteraksi.

Pada partikel bermuatan yang mempunai tanda sama, seperti positif dengan positif, atau negatif dengan negatif, maka kedua partikel tersebut saling tolak-menolak. Kalau diibaratkan pada suatu gaya, keduanya mendorong sehingga saling menjauh.

Sebaliknya, pada dua partikel yang berbeda muatan, kedua partikel bermuatan tersebut akan saling tarik-menarik (saling mendekat). Nah, kita balik lagi ke kasus penggaris dan kertas sebelumnya, jadi apa yang sebenarnya terjadi yaitu, ketika penggaris digosokkan ke rambut, muncul ketidakseimbangan muatan.

Maksudnya, jadi setiap benda pada dasarnya secara ideal itu netral, netral dalam hal ini berarti, jumlah muatan positif dan negatifnya sama. Proses menggosokkan penggaris ke rambut membuat keduanya jadi condong pada satu jenis muatan.

Dan dalam hal ini, elektron yang berada di rambut berpindah menuju penggaris. Dengan demikian, rambut menjadi bermuatan positif karena elektronnya berkurang. Sedangkan penggaris menjadi bermuatan negatif, karena elektronnya bertambah.

Catatan: Elektron adalah partikel bermuatan negatif.

Potongan kertas yang mulanya netral, kemudian didekati oleh penggaris bermuatan ini, membuat kertas tersebut terpolarisasi. Jadi ada bagian yang bermuatan positif dan ada juga yang bermuatan negatif. Bagian yang berbeda muatan itulah yang akan ditarik.

Polarisasi sendiri merupakan terbentuknya dua daerah yang mempunyai muatan berbeda (positif dan negatif) pada sebuah benda. Hal ini bisa muncul karena sifat yang pertama sebelumnya, muatan negatif pada kertas akan tersudutkan pada salah satu bagian yang jauh dari penggaris. Sedangkan daerah positif akan berdekatan dengan penggaris, akibat sifatnya yang tarik-menarik.

Mungkin cukup menarik untuk ditanyakan, mengapa kertas-kertas tersebut ada yang sebagia jatuh? Ada banyak faktor, salah satunya ada gaya gravitasi. Karena meskipun potongan kertas sangat ringan, tapi sejatinya objek tersebut tetaplah memiliki massa.

Sebelum kita mempelajari gaya yang dihasilkan oleh suatu partikel bermuatan, kita perlu paham dulu suatu konsep yang menjelaskan bagaimana gaya tanpa sentuhan ini bisa terjadi. Jadi, suatu partikel bermuatan itu menghasilkan medan listrik disekitarnya.

Nah medan listrik ini mengisi ruang, dan apabila terdapat partikel bermuatan disekitar ruang yang diisi oleh medan listrik, maka partikel tersebut akan mengalami gaya listrik. Dan gaya ini diatur oleh hukum yang bernama hukum Coulomb. Besarnya bergantung pada besar dua muatan, jaraknya, dan suatu konstanta.

Nah bicara tentang besar muatan, jadi total muatan yang dimiliki oleh sebuah partikel itu kelipatan dari suatu nilai dasar yang dinamakan sebagai muatan elementer. Simbol dari muatan ini adalah , dan besarnya sekitar:

Apa itu satuan ? Itu merupakan singakatan dari , yang merupakan pencetus hukum mengenai gaya listrik ini.

Jadi, sebuah partikel selalu mempunyai muatan kelipatan bilangan bulat dari besar muatan elementer tersebut, maksdunya suatu partikel tidak dapat mempunyai muatan sebesar , , dan sejenisnya. Nilainya harus bilangan bulat, mungkin lebih enak kalau kita tulis secara matematis:

Di mana

Memang berapa sih besar gaya listrik tersebut? Apabila terdapat dua partikel bermuatan dengan besar masing-masing muatan adalah dan , dan berjarak , besarnya yaitu:

Di mana merupakan sebuah konstanta dengan besar:

Besar gaya tersebut akan dirasakan sama oleh kedua partikel.

Mengingat gaya listrik sendiri merupakan fenomena yang muncul akibat konsekuensi dari keberadaan medan listrik, mungkin cukup masuk akal jika keduanya saling berhubungan. Besar gaya listrik pada suatu medan listrik yaitu:

Perlu diingat bahwa satuan gaya tetaplah atau .

Jadi pada dasarnya, potensial listrik merupakan suatu besaran yang menyatakan jumlah usaha yang diperlukan. Diperlukan untuk apa? Yakni untuk memindahkan suatu partikel bermuatan di dalam pengaruh medan listrik.

Secara umum, potensial listrik bisa didefinisikan sebagai perpindahan dari satu titik ke titik lainnya secara sembarang. Namun, di sini kita hanya berfokus pada perpindahan suatu partikel yang diasumsikan berada pada suatu titik yang letaknya mendekati "tak hingga" terhadap acuan tertentu.

Kemudian bergerak hingga pada suatu titik yang berjarak dari acuan kita. Secara matematis, potensial pada muatan yang dipengaruhi medan listrik , besarnya sebagai berikut.

Dengan penjelasan parameter yang sama, dan satuan dari potensial listrik adalah atau .