Listrik Statis

Bagaimana suatu potongan kertas dapat ditarik oleh penggaris?
Bagaimana suatu potongan kertas dapat ditarik oleh penggaris?.

Listrik Statis

Jika kalian memiliki penggaris plastik dan, cobalah membuat potongan-potongan kertas kecil kemudian coba gosokan penggaris tersebut pada rambut. Lalu 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 yang kita pahami sejauh ini, benda bergerak itu memiliki hubungan dengan gaya (karena itulah penyebabnya), nah pada kondisi ini kasusnya bagaimana?

Penggaris bermuatan menarik potongan kertas

Apakah ada gaya juga? Tapi gaya yang kita kenal selama ini selalu identik dengan adanya sentuhan, baik itu secara dorongan atau tarik-menarik. Jadi 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 cukup menarik perhatian mengingat konsepnya lumayan berbeda dengan apa yang telah kita pelajari.

Interaksi Muatan Listrik

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 suatu 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.

Interaksi partikel bermuatan

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, ada 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.

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.

Mungkin cukup menarik untuk ditanyakan, mengapa kertas-kertas tersebut ada yang sebagia jatuh? Ada banyak faktor, salah satunya ada gaya gravitasi.

Gaya Listrik

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. Bicara tentang besar muatan, jadi total muatan yang dimiliki oleh sebuah partikel itu kelipatan dari suatu nilai dasar yang dinamakan sebagai muatan elementer, sebut saja e, dan besarnya sekitar

e = 1.6\times 10^{-19}\,\text{C} .

Apa itu satuan \text{C}? Itu merupakan singakatan dari \text{coulomb}, 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 0.5e, -2.7e, dan sejenisnya. Nilainya harus bilangan bulat, mungkin lebih enak kalau kita tulis secara matematis

q = \pm ke

, di mana k = 0,1,2,3,\cdots.

Memang berapa sih besar gaya listrik tersebut? Apabila terdapat dua partikel bermuatan dengan besar masing-masing muatan adalah q_1 dan q_2, dan berjarak r, besarnya yaitu

Dua partikel bermuatan saling menerima gaya
F = k\frac{q_1 q_2}{r^2}

, di mana k merupakan sebuah konstanta dengan besar

k = 8.99\times 10^9\,\text{N}\text{m}^2/\text{C}^2

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

F = Eq

, perlu diingat bahwa satuan gaya tetaplah N atau \text{newton}.

Gaya pada partikel bermuatan akibat medan listrik

Potensial Listrik

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 perpindahan dari satu titik ke titik lainnya secara sembarang. Namun di sini kita hanya berfokus pada perpindahan suatu partikel yang diasumsikan pada suatu titik mendekati "tak hingga" terhadap acuan tertentu.

Kemudian sampai pada suatu titik yang berjarak r dari acuan kita. Secara matematis potensial V, pada muatan q yang dipengaruhi medan listrik E, besarnya sebagai berikut

V = \frac{E}{q}

, dengan penjelasan parameter yang sama, dan satuan dari potensial listrik adalah \text{volt} atau \text{V}.

Label
< Materi SebelumnyaKonsep Kemagnetan
Search icon