BAHAN AJAR LISTRIK STATIS

MATERI LISTRIK STATIS SMP
BAHAN AJAR FISIKA PADA KKN SISDAMAS UIN BANDUNG DI MTS Al-MUDJAKIRIN SADASARI KEC ARGAPURA KAB MAJALENGKA

Listrik statis adalah berkumpulnya muatan listrik pada suatu benda. Percobaan yang umum untuk membuktikan adanya listrik statis adalah percobaan dengan menyisir rambut yang kering dengan sisir. Adanya listrik statis dibuktikan dengan tertariknya rambut kering tersebut ke arah sisir. Hal ini terjadi karena adanya listrik statisantara rambut kering dan sisir. Pada mulanya rambut dan sisir bersifat netral. Suatu atom bersifat netral, karena jumlah proton dan elektron sama. Pada saat kita menggosokkan sisir pada rambut, sejumlah atom di dalam rambut terganggu, sejumlah elektron di dalam rambut terlepas dan berpindah ke sisir. Akibatnya, sisir memperoleh tambahan elektron, dan sisir itu tidak lagi netral, tetapi memiliki muatan negatif. Rambut kehilangan elektron, sehingga rambut itu bermuatan positif.

Pada saat hujan turun, pernahkah kamu melihat petir? Petir adalah peristiwa alam yang sangat berbahaya dan ditakuti semua orang, karena petir menimbulkan kilatan cahaya yang diikuti dengan suara dahsyat di udara. Apabila seseorang tersambar petir, maka tubuh orang tersebut akan terbakar. Akibat berbahayanya petir, maka gedung-gedung bertingkat yang cukup tinggi dilengkapi dengan penangkal petir. Apa yang menyebabkan terjadinya petir? Mengapa gedung-gedung bertingkat yang tinggi dilengkapi dengan penangkal petir? Temukan jawabannya dengan mempelajari materi ini.

angat besar sehingga menimbulkan suara dahsyat yang kita sebut petir.

Proses Terjadinya Petir

1. Sebelum terjadi petir, muatan listrik terbentuk di dalam awan ketika butiranbutiran air saling menggosok satu sama lain.
2. Kemudian terjadi pemisahan muatan di dalam awan. Bagian bawah awan menjadi bermuatan lebih negatif, menyebabkan muatanmuatan positif terinduksi ke permukaan tanah.
3. Terjadi sambaran petir dari awan ke tanah ketika muatan negatif (elektron) meloncat dari awan bagian bawah ke titik tertinggi di atas tanah yang bermuatan positif.

A.     Susunan 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.

Teori Atom

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.

B.     Muatan Listrik

Menurut Benyamin Franklin, ada dua muatan lisrik :

1.      Muatan listrik positif

2.      Muatan listrik negatif

Sifat Muatan Lisrik 

1.                  Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak

2.                  Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik

C.     Interaksi Benda Bermuatan Listrik

1.      Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif.

2.      Ketika ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif.

3.      Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan positif

Muatan Bahan-Bahan
Sebaiknya dihafal saja, muatan-muatan dari interaksi berbagai kombinasi (gosok-menggosok) bahan berikut:

Bahan-bahan	Hasil	Proses
Kaca - Kain Sutera	Kaca (+), Sutera (−)	Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera
Mistar plastik - Kain wool	Mistar plastik (−), Kain wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik
Sisir - Rambut Manusia	Sisir (−), Rambut Manusia (+)	Elektron dari rambut manusia berpindah ke sisir
Penggaris/mistar plastik - Rambut manusia	Penggaris (−), Rambut Manusia (+)	Elektron dari rambut manusia berpindah ke penggaris
Balon - Kain Wool	Balon (−), Kain Wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke balon
Ebonit - Kain Wool	Ebonit (−), Kain Wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke ebonit

Kesimpulan dari tabel diatas (TERBATAS UNTUK BAHAN-BAHAN TERSEBUT saja) :
-Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.

Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera bisa juga dibahasakan, kain sutera mendapatkan tambahan elektron dari kaca, elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik bisa juga di katakan, mistar plastik mendapatkan tambahan elektron dari kain wool dan seterusnya.

Yang belum tahu ebonit, sedikit informasi, ebonit itu sebangsa karet vulkanisir yang teksturnya keras. Dibuat dari karet yang dicampur dengan belerang atau sulfur, banyak dipakai diperalatan listrik sebagai isolator atau bahan penyekat.

D.     Hukum Coulomb

Pada tahun 1785, Charles Agustin Coulomb menemukan hukum dasar tentang gaya listrik antara dua partikel yang bermuatan.

Hasil penelitiannya dikenal dengan Hukum coulomb, yang berbunyi :

“Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda”.

Secara matematis Hukum Newton dituliskan :

Keterangan :

F                    = Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N)

k                     = Konstanta (9.10⁹ N.m²/C²)

_Q1, Q₂            = muatan listrik (C)

r                     = jarak antara dua muatan (m)

E.      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.

F.      Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda.

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)

G.     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 

1.      Garis gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif

2.      Garis gaya listrik tidak pernah berpotongan

3.      Semakin rapat garis gaya listrik,  semakin kuat medan listriknya

Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan persamaan : 

E    = Kuat medan listrik (N/C)

F    = Gaya coulomb (N)

Q    = muatan listrik (C)

Konsep Dasar Listrik Statis

Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang telah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik.

Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda.

Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.

Gaya Coulomb

Gaya coulomb atau gaya listrik yang timbul antara benda-benda yang bermuatan listrikdipengaruhi oleh dua faktor, yaitu sebanding besar muatan listrik dari tiap-tiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda-benda bermuatanlistrik tersebut.

Untuk dua gaya yang searah maka resultan gaya sama dengan penjumlahan dari kedua gaya tersebut. Adapun, untuk dua gaya yang saling berlawanan, resultan gaya sama dengan selisih dari kedua gaya