Media Pembelajaran: MATERI LISTRIK STATIS

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.