Petir, Beda Potensial dan Energi Listrik

1. Petir

a. Proses terjadinya Petir

Menurut Benjamin Franklin (1706 – 1790), petir adalah kilatan cahaya yang muncul akibat
perpindahan muatan negatif (elektron) antara awan dan awan, atau antara awan dan bumi. Petir dapat terjadi karena adanya perbedaan potensial yang sangat besar antara dua awan yang berbeda, atau antara awan dengan bumi, sehingga akan terjadi lompatan muatan listrik, atau perpindahan elektron secara besar-besaran dari awan ke bumi, atau dari awan ke awan lainnya. Lompatan muatan listrik (electron) terjadi dari benda berpotensial rendah ke benda yang berpotensial tinggi atau dari benda yang lebih negative ke benda yang lebih positif.

b. Bahaya petir

Petir merupakan fenomena alam yang selalu menghantarkan muatan listriknya ke bumi tanpa kendali dan dapat menyebabkan kerugian harta benda dan bahkan nyawa manusia sekalipun. Apabila aliran listrik akibat sambaran petir mengalir melalui tubuh manusia maka organ tubuh yang dilaluinya akan mengalami shock (terkejut).

Arus tersebut dapat menyebabkan terhentinya kerja jantung. selain itu efek rangsangan dan panas akibat dari arus petir pada organ tubuh dapat juga melumpuhkan jaringan otot bahkan bila energinya terlalu kuat dapat menghanguskan tubuh manusia.Petir telah banyak membuat kerugian pada manusia dan kerusakan pada peralatan sejak dulu. Semakin banyaknya pemakaian alat elektronik dan peralatan tegangan rendah saat ini telah meningkatkan jumlah statistik kerusakan yang ditimbulkan oleh pengaruh sambaran petir baik langsung maupun tidak langsung. Manusia merasa terancam dengan adanya fenomena alam tersebut.

Maka dari itu manusia berusaha menciptakan sebuah alat yang dapat menghindari sambaran petir yang dapat merusak atau bahkan menghilangkan nyawanya sendiri. Bila kita melihat atau sedang terjadi hantaran petir sebaiknya kita menghindari tempat yang terbuka dan basah.

c. Penangkal petir

Penangkal petir adalah perangkat yang digunakan untuk menyalurkan listrik dari petir ke tanah. Penangkal petir diperlukan agar aliran listrik dari petir bisa ‘dijinakkan’ sehingga tidak membahayakan struktur atau makhluk hidup.

Alat ini sering disebut pula sebagai konduktor petir atau batang Franklin. Penangkal petir secara luas digunakan di seluruh dunia sebagai sistem perlindungan petir.

Penangkal petir dianggap efektif karena mengurangi kerugian terkait kebakaran dan kerusakan struktural akibat sambaran petir. Alat ini umumnya terbuat dari logam, idealnya logam yang sangat konduktif seperti tembaga.

Ketika petir menyambar logam tersebut, listrik akan disalurkan melalui kawat menuju ke tanah (grounding). Penangkal petir bekerja dengan mengalihkan listrik dari struktur bangunan yang rentan. Itu sebab, alat ini lazim dipasang di atap bangunan.

Cara kerja penangkal petir adalah saat muatan listrik negatif di bagian bawah awan sudah tercukupi, maka muatan listrik positif di tanah akan segera tertarik. Muatan listrik kemudian segera merambat naik melalui kabel konduktor, menuju ke ujung batang penangkal petir.

Ketika muatan listrik negatif berada cukup dekat di atas atap, daya tarik menarik antara kedua muatan semakin kuat, muatan positif di ujung-ujung penangkal petir tertarik ke arah muatan negatif.

Pertemuan kedua muatan menghasilkan aliran listrik. Aliran listrik itu akan mengalir ke dalam tanah, melalui kabel konduktor, dengan demikian sambaran petir tidak mengenai bangunan tetapi dinetralisirkan kedalam tanah.

Penangkal petir harus dihubungkan dengan kawat atau kabel yang akan langsung menyalurkan energi listrik ke tanah, alih-alih merambat melalui kabel telepon atau listrik yang bisa memicu kebakaran. Benjamin Franklin merupakan orang yang diakui sebagai penemu penangkal petir.

d. Manfaat Petir

Petir dianggap berbahaya karena memiliki daya hancur yang luar biasa, tetapi ternyata selain membuat kerusakan di permukaan bumi, juga mempunyai manfaat yang sangat besar. Diantara manfaat petir adalah :

1)    Manfaat Petir untuk Memproduksi Ozon (O₃)

Hubunganya petir dengan lapisan ozon adalah bahwa lapisan ozon berperan membentuk lapisan ozon. Lapisan ozon merupakan senyawa O₃. Petir berperan memicu terjadinya reaksi kimia dari O₂ atau oksigen menjadi O₃. Sederhanya tiga senyawa O₂ akan pecah menjadi enam senyawa O dan akhirnya terbentuk 2 senyawa O₃. Proses tersebut tidak akan terjadi tanpa bantuan dari petir.

 2) Manfaat Petir untuk Kesuburan Tanah

Manfaat lain petir adalah bagi kesuburan tanah. Saat petir menyambar tidak hanya terjadi pembentukan lapisan ozon saja, tapi banyak terjadi reaksi-reaksi kimia lain antara udara dengan air hujan yang sedang turun. Misalnya nitrogen dengan air sehingga saat air sampai di bumi menjadikan tanah lebih subur karena mendapat pasokan nitrogen lebih banyak berupa unsur Hara. Proses yang terjadi di alam raya ini ibarat sebuah pabrik pupuk urea yang menghasilkan pupuk urea berkadar Nitrogen tinggi. Sebagaimana diketahui, bahwa para petani menggunakan pupuk urea untuk membantu proses penyuburan tanah.

3) Petir bermanfaat untuk Membunuh Kuman dan Bakteri

Pada kondisi akan turun hujan, dimana awan melingkupi permukaan bumi, maka di permukaan akan terasa panas. Kondisi ini cenderung menjadi semakin lembab, dengan meningkatnya kandungan uap air di udara. Kondisi seperti ini sangat potensial untuk tumbuh berkembangnya bakteri-bakteri juga kuman-kuman yang beterbangan di udara. Maka ketika terjadi Kilat dan sambaran petir di udara, akan membunuh kuman-kuman dan bakteri ini. Hal ini karena kilat dan sambaran petir merupakan aliran muatan listrik. Pada saat muatan listrik ini mengalir melesat di udara akan memanaskan udara disekitarnya. Oleh karena itu, saat terjadi hujan disertai dengan kilat dan petir yang menggelegar, juga sedang terjadi proses pembersihan udara dari kandungan kuman dan bakteri yang melayang, disebabkan oleh plasma petir yang sangat tinggi. Setelah hujan reda, petir sudah selesai, maka udara akan terasa nyaman.

c. Cara Menghindari Bahaya Petir

1)    Apabila sebuah bangunan yang tinggi dengan penangkal petir maka jika ada petir akan        

       menyambar penangkal kemudian di salurkan melalui kawat besar yang terbuat dari tembaga 

       atau kuningan menuju ke tanah.

2)    Apabila terjadi hujan dan petir lebih baik kita menghindari tempat terbuka

3)    Untuk menghindari dari kerusakan alat listrik di rumah apabila terjadi hujan dan petir adalah 

      mematikan listrik, mencabut saluran antene di televisi, dan mencabut kabel telepon.

2. Beda Potensial dan energi Listrik

Perpindahan muatan listrik (elektron) pada peristiwa terjadinya petir disebabkan oleh adanya perbedaan potensial listrik (beda potensial listrik). Besarnya beda potensial listrik dapat dihitung dengan membandingkan besar energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah muatan listrik. Secara matematis dituliskan sebagai berikut.

DV = beda potensial (volt)

W  = energi listrik (joule)

Q   = muatan listrik (coulomb)

1. Perhatikan gambar dua muatan listrik A dan B berikut. 

a.    Untuk gambar a, b, c, dan d, benda mana yang memiliki potensial lebih besar?

b.    Jika selisih potensial antara benda A dan B cukup besar, maka akan terjadi loncatan muatan listrik (elektron). Dari benda mana ke benda manakah loncatan elektron tersebut mengalir?

c.    Apa yang terjadi apabila benda A dan B memiliki elektron yang sama? Apakah ada perpindahan elektron?

2.    Berapakah beda potensial kutub-kutub baterai sebuah rangkaian jika baterai tersebut membutuhkan energi sebesar 60 J untuk memindahkan muatan sebesar 20 C?

3.    Sebuah baterai yang memiliki beda potensial sebesar 1,5 volt. Berapa besar energi listrik yang diperlukan baterei untuk memindahkan muatan sebanyak 40 C?