Listrik Statis

A. Susunan Atom

Benda tersusun oleh partikel-partikel zat. Partikel zat yang ukurannya paling kecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi disebut atom. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya, atom ternyata masih dapat dibagi-bagi lagi. Tiap atom tersusun dari inti atom dan elektron. Inti atom (nukleus) terdiri atas proton (bermuatan positip) dan neutron (tidak bermuatan). Adapun, elektron (bermuatan negatip) bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya dan mendapat gaya tarik inti atom. 

Atom dikatakan bermuatan negatif jika kelebihan elektron, sedangkan atom dikatakan bermuatan positif, jika kekurangan elektron. Adapun, yang dikatakan atom netral jika jumlah proton dan elektronnya sama.

B. Terjadinya muatan listrik

Pada umumnya jumlah elektron dan proton pada atom-atom sebuah benda adalah sama, sehingga atom-atom pada benda tersebut tidak bermuatan listrik atau netral. Benda  netral dapat diubah menjadi benda bermuatan listrik dengan cara menggosokkan benda-benda tertentu.

Sisir plastik yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan negatif karena sisir mengalami kelebihan elektron (elektron dari rambut berpindah ke sisir plastik) dan kaca yang digosokkan pada kain sutera akan bermuatan positif karena kaca mengalami kekurangan elektron (elektron dari kaca berpindah ke kain sutera).

Untuk percobaan lain dapat dilihat pada tabel berikut.

Deret triboelektrik

KA                 :       KACA

RA                 :       RAMBUT

WOL              :       BENANG WOL

SU                 :       SUTERA

PLA                :       PLASTIK

NIT                :       EBONIT

CATATAN : Kalian bisa menghafalnya dengan mengingat kalau kedua benda digosokkan maka benda yang urutannya paling atas akan bermuatan positif dan benda yang urutannya paling bawah akan bermuatan negative.

Contoh :

Plastik dengan Rambut (Rambut akan bermuatan positif soalnya dia letaknya diatas dan Plastik akan bermuatan negative karena letaknya di bawah)

Kaca dengan Sutera (Kaca akan bermuatan positif karena kaca letaknya diatas sutera, dan sutera karena letaknya di bawah kaca maka sutera akan bermuatan negative).

Untuk lebih jelas tentang interaksi benda bermuatan listrik kalin bisa lihat video berikut ini:

(sumber:  youtube)

C. Interaksi Antar Benda Bermuatan dan Hukum Coulomb

Interaksi antar benda bermuatan

Jika dua benda bermuatan listrik didekatkan maka pada kedua benda tersebut ada interaksi, yaitu:  Jika kedua benda bermuatan sejenis maka akan tolak-menolak, dan dua benda bermuatan tak sejenis tarik-menarik.

Contoh Soal:

Ada empat buah muatan A, B, C, dan D. Muatan A menolak B, A menarik C, C menolak D, dan D bermuatan positip. Tentukan jenis muatan A, B, dan C.

Jawab:

•    C menolak D berarti C dan D sejenis, karena D positip maka C bermuatan positip

•    A menarik C berarti A dan C tidak sejenis, karena C positip maka A negatip.

•    A menolak B, berarti A dan B sejenis, karena A negatip maka B juga negatip.

•    Jadi A(-), B(-) dan C(+)

Hukum Coulomb

Menurut Coulomb besarnya gaya interaksi kedua muatan tersebut  sebanding dengan besarnya masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.

Secara matematis hukum Coulomb dinyatakan dengan persamaan:

          F = Gaya Coulomb / gaya elektrostatis (N)

          q₁, q₂ = muatan masing-masing partikel (C)

          r = Jarak antar kedua muatan (m)

          k = konstanta pembanding (k = 9.10⁹ Nm²C^-2)

Contoh Soal:

Dua benda masing-masing bermuatan listrik q₁ = 3.10^-9 C dan q₂ = 6.10^-9 C yang terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya interaksi antara kedua benda itu. 

(k = 9.10⁹ Nm²C^-2)

Penyelesaian:

Diketahui :     q₁ = 3.10^-9 C;  q₂ = 6.10^-9 C

                   r = 30 cm = 0,3 m = 3.10^-1 m

Ditanyakan : F?

Jawab : 

      F = 1,8 x 10^-6 N

Jadi besar interaksi (gaya Coulomb) antara kedua muatan itu adalah : 1,8 x 10^-6 N. 

D. Medan Listrik

Muatan-muatan listrik memiliki medan listrik sehingga dapat mempengaruhi muatan lain yang berada tidak jauh darinya. Medan listrik (E) adalah ruangan di sekitar benda bermuatan listrik yang mengalami gaya listrik.

Medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya dari kutub positif ke kutub negative.  Jadi arah medan listrik E selalu menjauhi muatan positip. Atau selalu mendekati/ menuju muatan negatip. (lihat gambar) 

Besarnya medan listrik dirumuskan :

E = Medan listrik (N.C^-1)

F = gaya listrik (N)

Q = besar muatan uji (C)

Contoh Soal:

Gaya Coulomb yang dialami kedua muatan A dan B adalah sebesar 4 x 10^-4  N. Jika besar muatan A sebesar 4 x 10^-6  C dan muatan uji B sebesar 2 x 10^-12 C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A tersebut?

Penyelesaian:

Dik:

F = 4 x 10^-4  N

Q_A = 4 x 10^-6  C

Q_B = 2 x 10^-12 C

Dit:

E = ?

Jawab:

E = 2.10⁸ N/C

Jadi, besar kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A adalah 2.10⁸ N/C

Latihan soal

1.     Ada empat buah muatan A, B, C, dan D. Muatan A menarik B, A menolak C, C menarik D, dan A bermuatan positip. Tentukan jenis muatan B, C, dan D.

2.     Dua benda masing-masing bermuatan listrik q₁ = 2.10^-12 C dan q₂ = 9.10^-12 C yang terpisah sejauh 20 cm. Tentukan besar gaya interaksi antara kedua benda itu.

(k = 9.10⁹ Nm²C^-2)

3.     Dua buah muatan listrik positif yang ada di dalam membran sel saraf masing-masing sebesar q dan 2q terletak pada jarak 2 cm. Hitung berapakah gaya coulomb yang dialami kedua muatan tersebut jika q = 1,6 x 10^-19  C !

4.     Berapa besar medan listrik yang dirasakan oleh muatan uji A terhadap muatan B yang berjarak 3 cm, jika diketahui besar muatan uji B 8.10-¹² C?