LISTRIK STATIS

Dewasa ini penggunaan energi listrik sudah sangat meluas, sebab tidak lagi menjadi monopoli masyarakat perkotaan saja tetapi tesudah sampai ke pedesaan. Sebab dengan adanya jaringan listrik yang dibangun PLN (Perusahaan Listrik Negara), energi listrik yang dihasilkan oleh mesin pembangkit tenaga listrik mampu didistribusikan sampai jauh ke pedesaan. Kebutuhan energi listrik sudah menjadi sangat penting dalam kehidupan masyarakat modern, sebab sebagian besar peralatan rumah tangga, perkantoran dan industri sudah menggunakan energi listrik. Masalah apakah yang akan kita hadapi, jika aliran listrik dari PLN berhenti dalam waktu yang relatif lama?

Siapa yang pertama kali menemukan listrik? Tidak ada yang mengetahui secara pasti. Diperkirakan listrik statis ( listrik tidak mengalir) ditemukan oleh orang-orang Yunani kuno. Kemudian barulah ditemukan listrik dinamis (listrik mengalir) oleh orang-orang Itali. 

Bagaimanakah sifat-sifat listrik statis dan listrik dinamis? Untuk mengetahui hal tersebut, terlebih dahulu akan kita bahas materi pokok tentang listrik statis. 

Terdapat dua jenis muatan listrik, yakni muatan positif dan negatif. Jika benda bermuatan listrik positif dan benda bermuatan listrik negatif didekatkan maka akan saling tarik menarik.

Sebaliknya, jika benda bermuatan listrik positif dan benda bermuatan listrik positif didekatkan, atau benda bermuatan listrik negatif dan benda bermuatan listrik negatif didekatkan, maka keduanya akan saling tolak menolak.

Interaksi kedua muatan tersebut juga merupakan gejala sederhana listrik statis.

A.  MUATAN LISTRIK

Sejak lama telah diketahui oleh orang Yunani bahwa ada sejenis batuan yang kalau digosok dapat menarik benda-benda kecil. Batuan tersebut oleh mereka kemudian diberi nama “elektron” yang kemudian menjadi sebuah konsep yang sangat penting dalam dunia atom dan kelistrikan. Kejadian yang serupa sudah sering kita lakukan, yaitu dengan menggosok-gosokkan sisir plastik ke rambut yang kering sehingga dapat menarik sobekan-sobekan kertas kecil seperti gambar 8-1.  

Untuk mengetahui hal itu, mari kita selidiki dengan melakukan percobaan secara berkelompok. Batang plastik yang digosok dengan kain wol, atau batang kaca yang digosok dengan kain sutra, juga menunjukkan kejadian yang sama yaitu dapat menarik sobekan-sobekan kertas kecil. Semua peristiwa tersebut menunjukkan kepada kita bahwa dengan cara menggosok, beberapa jenis benda dapat bermuatan listrik. Apakah jenis muatan listrik pada plastik yang digosok kain wol sama dengan muatan listrik pada kaca yang digosok kain sutra?

Dari banyak percobaan yang telah pernah dilakukan, ternyata semua benda bermuatan listrik yang ditarik oleh plastik digosok wol, akan ditolak oleh kaca yang digosok sutra. Demikian pula sebaliknya semua benda bermuatan listrik yang ditarik oleh kaca digosok sutra, akan ditolak oleh plastik yang digosok wol. Fakta tersebut menunjukkan kepada kita bahwa :

1. Muatan listrik ada dua jenis, untuk membedakan maka muatan listrik positip yang sama dengan muatan kaca digosok kain sutra dan muatan listrik negatip yang sama dengan muatan plastik digosok kain wol.

2. Muatan listrik yang sejenis akan saling tolak-menolak, sedangkan muatan listrik yang tidak sejenis akan saling tarik-menarik.

B.  TEORI ATOM

Pada tahun 1729 Stephen Gray menemukan bahwa jika sebuah benda bermuatan listrik dihubungkan dengan benda netral melalui sebuah logam, akan terjadi aliran muatan listrik dari benda bermuatan ke benda yang netral. Benda yang dapat memindahkan muatan listrik dari satu tempat ke tempat yang lain disebut konduktor, sedangkan benda yang sulit memindahkan muatan listrik disebut isolator.

Contoh benda yang bersifat konduktor adalah : logam, karbon, raksa, badan manusia, elektrolit, air dan tanah (bumi).

Contoh benda yang bersifat

isolator adalah : karet, porselen, udara, ebonit, parafin, minyak pelumas, sirlak. 

Dalam perkembangan selanjutnya telah ditemukan juga bahan semikonduktor, yaitu bahan yang dalam keadaan normal bersifat isolator tetapi kalau ada perubahan suhu akan bersifat konduktor. Bahan semi konduktor ternyata sangat bermanfaat dalam menghasilkan berbagai produk elektronika. Dewasa ini sudah banyak yang mengembangkan bahan superkonduktor, jika berhasil maka penggunaan energi listrik akan menjadi sangat efisien, sebab bahan semi konduktor hambatan listriknya sangat kecil. Semua benda bermuatan listrik, jika dihubungkan dengan bumi (menggunakan konduktor), seluruh muatannya akan habis dinetralkan bumi. Berapapun muatan listrik yang masuk ke dalam bumi, bumi tetap merupakan benda netral.

Mengapa benda yang digosok dapat bermuatan listrik? Untuk menjelaskan hal itu, kita dapat menggunakan teori atom yang pada

prinsipnya menyatakan bahwa :

a. Semua benda terdiri dari partikel-partikel sangat kecil yang disebut atom 

b. Setiap atom terdiri dari sebuah inti yang dikelilingi oleh satu atau beberapa elektron yang bermuatan listrik negatip.

c. Di dalam inti atom ada proton yang bermuatan listrik positip dan netron yang tidak bermuatan.

d. Pada atom yang netral, jumlah muatan positip proton dalam inti atom, sama dengan jumlah muatan negatip elektron-elektron yang berputar mengelilingi inti.

e. Karena suatu sebab, elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom yang lainnya, tetapi proton dan netron tetap berada dalam inti atom.

Dengan menggunakan teori atom, maka penjelasan mengapa benda yang digosok dapat bermuatan listrik adalah sebagai berikut :

Pada saat batang plastik digosok kain wool, terjadi perpindahan elektron dari kain wol ke batang plastik. Maka batang plastik akan kelebihan elektron, sehingga disebut bermuatan listrik negatip.

Sebaliknya pada saat batang kaca digosok kain sutra, terjadi perpindahan elektron dari batang kaca ke kain sutra. Maka batang kaca akan kekurangan elektron, sehingga disebut bermuatan listrik positip.

Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat disimpulkan bahwa suatu benda dikatakan bermuatan listrik jika ia kekurangan atau kelebihan elektron. Benda yang kekurangan elektron bermuatan listrik positip, sedangkan benda yang kelebihan elektron bermuatan listrik negatip. Perlu diingat bahwa tidak ada muatan listrik yang dihasilkan pada saat menggosok benda, sebab yang terjadi hanyalah perpindahan elektron dari suatu benda ke benda yang lain.

Benda yang lebih positip dikatakan memiliki tegangan listrik (potensial) lebih tinggi, dibandingkan dengan benda yang lebih negatip. Jika kedua benda dihubungkan dengan konduktor, maka akan terjadi perpindahan elektron dari benda yang berpotensial rendah (lebih negatip) ke benda yang berpotensial lebih tinggi (lebih positip). Berarti elektron dapat pindah dari satu tempat ke tempat yang lain, jika kedua tempat itu memiliki perbedaan tegangan atau selisih potensial.

Perhatikan gambar 8-4 dengan baik. Benda A memiliki potensial lebih tinggi dari benda B, sedangkan benda D memiliki potensial lebih besar dari benda C. Jika ke dua benda dihubungkan dengan konduktor, maka akan terjadi perpindahan elektron dari benda B ke benda A dan dari benda C ke benda D. Setelah mutan kedua benda sama, perpindahan elektron berhenti, sebab tegangan listrik kedua benda sama.