A. Listrik Statis
Listrik berasal dari bahasa inggris
electricity atau electric atau electrical. Listrik adalah
suatu kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton
yang mengalir melalui penghantar dalam sebuah rangkaian yang menyebabkan
penarikan dan penolakan gaya.
Suatu interaksi dari benda-benda
yang bermuatan listrik merupakan fenomena fisika yang dinamakan listrik Statis. Pada listrik statis akan dibahas
mengenai muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Gejala listrik
statis pertama kali ditemukan oleh orang Yunani, yaitu ketika mereka mengamati
peristiwa batu yang dapat menarik benda kecil dan ringan (Sri. S, 2012). Jika
penggaris didekatkan pada potongan kertas kecil-kecil maka potongan kertas
tersebut tentu akan tertarik oleh sisir plastik. Gejala kelistrikan seperti ini
disebut dengan listrik statis.
2. Muatan
Listrik
Jika sebuah benda mengalami
kekurangan atau kelebihan elektron maka benda tersebut dapat dikatakan
bermuatan listrik. Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan
muatan negatif. Jika suatu benda kekurangan elektron maka benda tersebut
bermuatan positif (+), sebaliknya jika suatu benda kelebihan elektron maka
benda tersebut bermuatan negatif (-). Benda yang mempunyai jumlah muatan
negatif sama dengan jumlah muatan positifnya disebut benda netral. Jika dua
benda bermuatan listrik didekatkan maka akan terjadi interaksi sebagai berikut:
§ muatan
listrik yang sejenis maka benda akan saling tolak menolak
§ muatan
listrik yang tidak sejenis maka benda akan saling tarik menarik
Menggosok permukaan benda dengan
benda lainnya dapat menghasilkan muatan listrik positif maupun negatif,
misalnya:
a.
Penggaris digosok berulang kali
dengan kain wol, setelah itu penggaris akan bermutan listrik negatif karena
muatan elektron dari kain wol berpindah ke penggaris. Sedangkan kain wol akan
bermuatan positif.
b.
Batang kaca yang digosok dengan kain
sutera atau dengan kain wol, menghasilkan muatan listrik positif pada kaca dan
muatan listrik negatif pada kain sutera atau kain wol. Karena kain sutera atau
kain wol menerima muatan elektron dari batang kaca tersebut.
c.
Ketika ebonit digosokkan berulang
kali dengan kain wol, ebonit tersebut akan menghasilkan muatan listrik negatif
karena elektron pada kain wol berpindah ke ebonit.
Setelah
bermuatan listrik, muatan tersebut akan diam di dalam benda sehingga muatan
listrik tersebut dinamakan muatan listrik statis.
Elektroskop
adalah suatu alat yang digunakan untuk mengetahui keberadaan muatan listrik
pada suatu benda.
Bagian-bagian elektroskop, yaitu
terdiri dari:
1. Kepala/Knop
2. Batang
logam/konduktor
3. Daun
logam yang dapat membuka (mekar) dan menutup (kuncup)
4. Selubung
Induksi dapat membuat elektroskop
menjadi bermuatan listrik. Dengan cara induksi tersebut akan diperoleh muatan
listrik yang berbeda jenis dengan muatan lisrik benda yang digunakan untuk
menginduksi.
Elektroskop yang telah bermuatan
listrik dan diketahui jenis muatannya dapat digunakan untuk menentukan jenis
muatan listrik suatu benda. Suatu benda yang didekatkan pada elektroskop akan berakibat
pada daun logam. Jika daun lebih mekar maka benda tersebut bermuatan sejenis
dengan muatan listrik elektroskop. Sebaliknya jika daun lebih kuncup berarti
benda yang didekatkan bermuatan tidak sejenis dengan muatan elektroskop.
Menurut Benyamin Franklin, ada dua muatan lisrik :
1.
Muatan listrik positif
2.
Muatan listrik negatif
a. 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
b. 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
3. Hukum
Coulomb
Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak yang
terjadi di rumuskan dalam hukum Coulomb yang dinyatakan oleh Charles Augustin
de Coumlomb (1786) sebagai berikut :
“Gaya antara dua muatan listrik sebanding dengan besar masing-masing
muatan, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara ke dua muatan itu”
Hukum tersebut dinyatakan dengan persamaan:
B.
MEDAN
LISTRIK
Medan listrik adalah daerah atau ruang di sekitar
muatan listrik yang masih dipengaruhi Gaya Coulomb (gaya listrik).
Medan listrik digambarkan dengan garis
gaya listrik yang arahnya keluar (menjauhi) untuk muatan positif dan masuk (mendekati) untuk
muatan negative.
jadi besar gaya listrik dapat juga ditulis:
Jika suatu titik daerah atau ruang dipengaruhi oleh
beberapa medan listrik, maka kuat medan listrik di daerah titik tersebut adalah
jumlah dari kuat medan listrik yang di hasilkan oleh tiap muatan smber pada
titik tersebut.
Kuat Medan Listrik
Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Kuat medan listrik pada suatu titik dalam medan listrik merupakan gaya per satuan muatan listrik pada titik tersebut.
Contoh Soal:
1. Sebuah titik bermuatan q terletak di titik Y dalam medan listrik yang
ditimbulkan oleh muatan positif, mengalami gaya sebesar 0,03 N. Apabila
diketahui muatan tersebut sebesar +5 × l0
–6 Coulomb, tentukan besar medan listrik di titik Y tersebut.
Pembahasan:
Gaya listrik (F) = 0,03 N
Muatan listrik (q) = +5 × l0–6 C = 0,000005 C
E = F / q
E = 0,03 N / 0,000005 C
E = 6.000 N/C
E = 6 × 103 NC-1
Jadi, besar medan listrik di titik Y adalah 6 × 103 NC-1.
C. HUKUM GAUS
Hukum gaus menjelaskan hubungan fluks listrik
(jumlah garis medan yang menembus suatu permuakaan tertutup) dengan jumlah
muatan listrik yang dilimgkungi oleh permukaan tertutup itu. Hukum ini
digunakan untuk menentukan kuat medan listrik pada bola konduktor dan pada keping
sejajar.
Fluks listrik ( ɸ ) adalah sejumlah garis medan ( E
) yang menembus tegak lurus suaru bidang (A).
Dinyatakan secara matematis:
Jika medan listrik menembus bidang tidak tegak
lurus, tetapi ,membentuk sudut θ terhadap bidang, maka besarnya fluks listrik
menjadi :
berdasarkan konsep fluks listrik tersebut, Gauss
mengemukakan hukumnya sebagai berikut:
“jumlah garis gaya dari suatu
medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah
muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu”
Secara matematis, hukum Gauss dinyatakan dengan
rumus:
Contoh Soal :
Hitung jumlah garis medan yang menembus suatu bidang persegi panjang dengan panjang 30 cm dan lebar 20 cm. jika kuat medan listrik adalah homogen dengan nilainya sebesar 200 N/C mempunyai arahnya tegak lurus terhadap bidang dan juga sejajar dengan bidang!
Diket : p= 30cm=0,3 m
l= 20 cm= 0,2 m
E= 200 N/C
Dit: Φ=.......?
Jawab;
Tegak Lurus terhadap bidang
Φ=
E x A
= E x (pxl)
= 200 x (0,3 x 0,2)
= 200 x 0,06
= 12 Weber
Sejajar dengan bidang
Φ=
E x A x cos θ
= 200 x (pxl) cos 90
= 200 x (0,3 x 0,2) x 0
= 0 weber
D.
POTENSIAL
LISTRIK DAN ENERGI POTENSIAL LISTRIK
1.
Potensial
listrik oleh muatan titik
Sebuah
titik yang terletak di dalam medan listrik akan memiliki potensial listrik.
Potensial listrik yang dimiliki titik
tersebut besarnya adalah:
Potensial
listrik merupakan besaran scalar, apabila terdapat beberapa muatan titik, maka
potensial litrik pada sebuah titik merupakan jumlah aljabar potensialnya
terhadap muatan-muatan. Besarnya potensial di P :
2.
Potensial
Listrik Oleh Bola Konduktor Bermuatan
Potensial di dalam bola
konduktor di tiap titik adalah sama , bidang yang mempunyai potensial listrik
yang sama disebut bidang eqipotensial.
3.
Potensial
Listrik Pada Dua Keping Sejajar
4.
Bidang
Ekipotensial
Bidang
ekipotensial adalah bidang dimana setiap titik pada bidang itu mempunyai
potensial yang sama. Sebuah muatan titik akan mempunyai bidang ekipotensial
berupa sebuah kulit bola. Bidang ini selalu tegak lurus pada garis gaya
listrik. Tiap muatan listrik yang di gerakkan pada bidang itu tidak memerlukan
usaha.
5.
Energi
Potensial Listrik
muatan Q akan memberikan
potensial listrik terhadap q sebesar V, akibat potensial listrik tersebut, maka
q akan memberikan energy sebesar:
E.
KAPASITOR
Kapasitor atau
kondensator adalah peralatan lisrik (komponen) elektronika yang digunakan untuk
menyimpan energy listrik dalam waktu yang singkat untuk di bebaskan kembali
dengan cepat. Pada dasarnya, kapasitor berupa dua keping atau dua lembaran
penghantar yang dipisahkan satu sama lain dengan bahan isolator. Isolator ini
sering di sebut bahan dielektrik. Kemampuan
kapasitor dalam menyimpan energy disebut kapasitas
atau kapasitansi, yang dinyatakan dalam Farad (F).
Macam-
Macam Kapasitor
Berdasarkan bahan
dielektrik yang di gunakan , terdapat beberapa macam kapasitor, yaitu kapasitor
mika, kapasitor kertas, kapasitor keramik, kapasitor elektrolit, kapasitor
udara, dan lain-lain. Selain itu kapasitor di bedakan menjadi dua kategori
yaitu, kapasitor terkutub (polar) dan kapasitor tak terkutub ( nonpolar ).
Kapasitor polar menghendaki pemasangannya dalam rangkaian listrik tidak boleh
dibalik, bagian anodanya (+) harus dihubungkan dengan potensial yang lebih
tinggi dan bagian katodanya (-) harus dihubungkan dengan potensial yang lebih
rendah pemasangan terbalik dapat merusak
kapasitor tersebut. Contoh kapaistor polar adalah kapasitor elektrolit.
Kapasitor nonpolar dapat dihubungkan dengan sumber muatan secara sembarang.
Kapasitor digunakan
untuk menyimpan muatan listrik. Suatu kemampuan kapasitor untuk menyimpan
muatan llistrik dinyatakan dengan besaran kapasitas atau kapasistansi, kpasitas
kapasitor ( C ) di definisikan sebagai perbandingan antara muatan q yang
tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial antara ke dua konduktornya.
Energy dalam kapasitor merupakan energy potensial
yang tersimpan di dalam medan listrik kapasitor ;
Energy dalam kapasitor merupakan energy potensial
yang tersimpan di dalam medan listrik kapasitor ;
EP = energy kapasitor (J)
Q = muatan listrik kapasitor ( C )
V = beda potensial antara dua keping ( v)
C = besar kapasitas kapasitor ( F )
Beberapa
kapasitor dapat dihubungkan secara seri, paralel dan kombinasi keduanya.
