Yuk Belajar Kuat Medan Listrik Dengan Mudah

Pengantar

Gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda bermuatan listrik termasuk gaya tak sentuh. Benda-benda yang bermuatan listrik bisa saling tarik menarik atau tolak menolak walaupun benda-benda tersebut tidak bersentuhan. Gaya listrik yang dimiliki oleh benda-benda bermuatan listrik berbeda dengan gaya kontak seperti ketika kita mendorong suatu benda. Ketika kita mendorong suatu benda,  kita menyentuh langsung benda tersebut.

Sebaliknya, sebuah batang kaca bermuatan listrik positif bisa mendorong batang kaca lain yang bermuatan listrik positif, walaupun keduanya tidak bersentuhan. Bagaimana cara batang kaca tersebut mendorong batang kaca lainnya ? mungkinkah elektron-elektron yang bergerak pada batang kaca mendorong molekul-molekul udara di sekitarnya, selanjutnya molekul-molekul udara mendorong batang kaca lainnya.

Kenyataannya gaya listrik juga bisa bekerja pada ruang hampa, pada ruang hampa tidak ada udara. Bagaimana cara batang kaca mendorong batang kaca lainnya dalam ruang hampa ?

Apa Itu Hukum Coulumb? Cara Mudah Belajar Gaya Coulumb/Gaya Listrik

Medan listrik

Untuk menjelaskan gaya listrik yang bisa bekerja pada jarak tertentu, Michael Faraday (1791 – 1867) mengusulkan konsep medan listrik (E). Menurutnya, terdapat suatu medan listrik yang keluar dari suatu muatan listrik dan medan listrik tersebut menyebar ke seluruh ruang. Medan listrik ini yang melakukan gaya pada muatan lain yang terletak pada jarak tertentu.

Mudahnya, bayangkan saja sebuah muatan listrik seperti sebuah bola lampu yang sedang bernyala :) . Medan listrik yang menyebar keluar dari suatu muatan listrik diandaikan seperti cahaya yang menyebar keluar dari suatu bola lampu. Semakin besar muatan listrik, semakin luas jangkauan medan listriknya. Semakin kecil muatan listrik, semakin sempit jangkauan medan listriknya.

baca juga: Apa Itu Muatan Induksi?

Kita andaikan terdapat sebuah muatan listrik positif. Karena A bermuatan listrik maka A menghasilkan medan listrik di sekitarnya. Untuk menguji apakah terdapat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan A pada titik tertentu di sekitar A maka kita bisa meletakkan sebuah muatan uji (sebut saja muatan B) pada titik tersebut.

Jika muatan B mengalami gaya listrik maka pasti terdapat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan A pada titik di mana muatan B berada. Gaya yang dialami oleh muatan B tidak dikerjakkan langsung oleh muatan A tetapi oleh medan listrik yang dihasilkan muatan A pada titik di mana muatan B berada. Bisa dikatakan bahwa medan listrik berperan sebagai perantara.

Medan listrik (E) pada suatu titik tertentu didefinisikan sebagai gaya listrik (F) yang dialami oleh suatu muatan uji positif sangat kecil (+q) pada titik tersebut, dibagi dengan besar muatan uji. Secara matematis ditulis seperti ini :

Besar muatan uji (q) ditetapkan mendekati nol dengan alasan medan listrik (E) tidak bergantung pada besarnya muatan uji (q). berdasarkan persamaan di atas, kita bisa menurunkan persamaan untuk menentukan besar medan listrik yang disebabkan oleh satu muatan :

Keterangan :
E = medan listrik
k = konstanta pembanding = 8,988 x 109 N.m2/C2
Q = suatu muatan tertentu
q = muatan uji
r = jarak antara suatu muatan tertentu dengan muatan uji

baca juga: Yuk Kenal Lebih Dekat Lagi Dengan Muatan Listrik

Ingat ya, kuat medan listrik merupakan besaran vektor. Jadi jenis muatan mempengaruhi arah kuat medan listrik. Perhatikan gambar:

Pengertian yang paling sederhana, jika ada titik disekitar muatan positif seakan-akan titik tersebut ditolak (arah kuat medan listrik pada titik tersebut menjauhi muatan positif), begitu juga sebaliknya dengan muatan negatif.

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari sekarang FISIKA HARUS ASYIK, maka ajaib seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!

Apa Itu Hukum Coulumb? Cara Mudah Belajar Gaya Coulumb/Gaya Listrik

Pengantar

Benda-benda yang bermuatan listrik tak sejenis akan tarik menarik, sebaliknya benda-benda yang bermuatan listrik sejenis akan tolak menolak. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda yang bermuatan listrik ? Bagaimana menentukan besar gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda yang bermuatan listrik ? pertanyaan seperti ini mendorong fisikawan Perancis, Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806) untuk melakukan eksperimen pada tahun 1784. Hasil temuan om Charles diberi julukan hukum Coulomb dan diwariskan kepada kita saat ini.

Hukum Coulomb

Untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda bermuatan listrik, om Charles melakukan eksperimen menggunakan neraca puntir. Alat ini mirip seperti yang digunakan om Cavendish ketika mengkaji gaya gravitasi.

Bedanya Cevendish menggunakan bola bermassa, sebaliknya Charles Coulomb menggunakan bola konduktor bermuatan listrik.  Ukuran bola konduktor bermuatan sangat kecil sehingga bisa dianggap sebagai muatan titik. Untuk membuat bola konduktor menjadi bermuatan listrik dan untuk memvariasikan besarnya muatan pada bola konduktor bermuatan listrik, Charles Coulomb menggunakan cara induksi.

Pemberian muatan listrik pada konduktor dengan cara induksi sudah dijelaskan pada pokok bahasan muatan induksi. Cara memvariasikan besarnya muatan listrik pada bola konduktor dilakukan seperti ini. Misalnya mula-mula terdapat sebuah bola konduktor yang bermuatan listrik. Agar muatan pada bola konduktor tersebut menjadi setengah dari muatannya mula-mula, maka bola konduktor tersebut disentuhkan dengan bola konduktor lainnya yang ukurannya sama. Ketika disentuhkan maka muatan akan terbagi merata pada kedua bola tersebut.

Pada mulanya Charles menyelidiki pengaruh besarnya muatan listrik yang dimiliki oleh bola konduktor bermuatan listrik terhadap besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan listrik. Charles Coulomb menemukan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan, sebanding dengan muatan pada masing-masing bola konduktor tersebut.

Dalam hal ini, jika muatan pada sebuah bola konduktor ditambahkan menjadi 2 kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak juga bertambah menjadi dua kali lipat. Jika muatan pada kedua bola konduktor ditambahkan menjadi dua kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak bertambah menjadi empat kali lipat.

Coulomb menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan (dua muatan titik) sebanding dengan hasil kali antara besarnya muatan pada bola konduktor pertama dengan besarnya muatan pada bola konduktor kedua.  Secara matematis ditulis seperti ini :

Charles juga menyelidiki pengaruh jarak antara kedua bola konduktor bermuatan dengan besarnya gaya tarik atau gaya tolak. Charles menemukan bahwa jika jarak antara kedua bola konduktor bermuatan ditambahkan menjadi dua kali lipat (jarak digandakan) maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak berkurang menjadi ¼ dibandingkan dengan besarnya gaya mula-mula, ketika jarak antara dua bola konduktor tidak digandakan.

Jika jarak antara dua bola konduktor bermuatan dikurangi menjadi dua kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan bertambah menjadi 4 kali dibandingkan dengan besarnya gaya mula-mula, ketika jarak antara dua bola konduktor tidak dikurangi.

Charles menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan listrik sebanding dengan kuadrat jarak antara kedua bola konduktor tersebut. Secara matematis ditulis seperti ini :

Dari hasil eksperimennya, Charles Coulomb menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak (gaya listrik) antara dua muatan titik sebanding dengan hasil kali muatan-muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan-muatan tersebut. Kesimpulannya ini diberi julukan dengan hukum Coulomb. Secara matematis, hukum Coulomb bisa ditulis seperti ini :

Hukum Coulomb menjelaskan gaya antara dua muatan ketika muatan berada dalam keadaan diam. Muatan q1 atau q2 bisa bernilai positif dan bisa juga bernilai negatif. Sebaliknya besarnya gaya listrik (F) selalu bernilai positif. Arah gaya tarik atau gaya tolak antara kedua muatan selalu berada pada garis lurus yang menghubungkan kedua muatan tersebut.

Nilai positif atau negatif dari suatu muatan hanya berpengaruh pada jenis gaya yang terjadi antara muatan yang berinteraksi. Jika q1 dan q2 bernilai negatif maka kedua benda muatan saling tolak menolak (gambar 2). Demikian juga jika q1 dan q bernilai positif maka kedua benda bermuatan saling tolak menolak (gambar 2). Jika q1 postif (atau negatif) dan q2 negatif (atau positif) maka kedua benda bermuatan saling tarik menarik (gambar 1). Perhatikan gambar bentar… F12 = gaya yang dikerjakkan oleh benda bermuatan 1 pada benda bermuatan 2, sebaliknya F21 = gaya yang dikerjakkan oleh benda bermuatan 2 pada benda bermuatan 1.

k dalam persamaan di atas adalah konstanta pebanding. Nilai k bergantung pada sistem satuan yang digunakan.  Dalam sistem SI, nilai k adalah :

k = 8,987551787 x 109 N.m2/C2 = 8,988 x 109 N.m2/C2

Dalam SI, biasanya k ditulis sebagai

Persamaan hukum Coulomb bisa ditulis kembali menjadi seperti ini :

Satuan Muatan

Satuan SI untuk muatan adalah Coulomb (1 C). 1 C merupakan jumlah muatan yang jika diletakkan pada dua benda (benda dianggap seperti titik atau partikel) yang berjarak 1 meter, akan menyebabkan masing-masing benda tersebut memberikan gaya listrik (gaya tarik atau gaya tolak) sebesar :

9 juta Newton ? Gayanya sangat besar… kesimpulannya muatan 1 C sangat besar.

Muatan elektron

Satuan muatan yang paling kecil adalah besarnya muatan sebuah elektron atau sebuah proton. Biasa disebut sebagai muatan dasar. Besarnya muatan dasar diberi simbol e :

e = 1,602 x 10-19 C

e ditetapkan bertanda positif sehingga muatan elektron adalah –e, sedangkan muatan proton adalah +e. Karena suatu benda tidak bisa memperoleh atau melepaskan pecahan atau potongan-potongan ;) elektron maka muatan total suatu benda harus merupakan kelipatan bilangan bulat dari muatan dasar. e, 2e, 3e, 4e, 5e… Karenanya muatan listrik dikatakan terkuantisasi. Kita andaikan muatan seperti mata uang rupiah.. muatan elektron seperti mata uang rupiah terkecil yakni 100 rupiah. Jumlah uang yang kita miliki biasanya merupakan kelipatan bilangan bulat dari 100 rupiah.

Prinsip superposisi gaya-gaya

Perlu diketahui bahwa hukum Coulomb hanya menjelaskan interaksi dari dua muatan titik. Walaupun demikian, berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh para ilmuwan, ditemukan bahwa jika dua muatan mengerjakan gaya pada muatan lain (sebut saja muatan ketiga), maka gaya total yang bekerja pada ketiga merupakan jumlah dari gaya yang dikerjakan oleh muatan pertama pada muatan ketiga dan gaya yang dikerjakan oleh muatan kedua pada muatan ketiga. Hasil ini disebut sebagai prinsip superposisi gaya. Gaya merupakan besaran vektor sehingga penjumlahan gaya dilakukan secara vektor.

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari sekarang FISIKA HARUS ASYIK, maka ajaib seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!

Apa Itu Muatan Induksi?

Pengantar

Dalam pembahasan mengenai muatan listrik, dijelaskan bahwa benda-benda yang muatan listriknya tak sejenis saling tarik menarik ketika didekatkan satu sama lain (Berdekatan saja, tidak bersentuhan).  Misalnya plastik yang bermuatan listrik negatif akan menarik kaca yang bermuatan listrik positif jika keduanya didekatkan satu sama lain.

Jika demikian, mengapa benda-benda yang bermuatan listrik juga bisa menarik benda-benda yang netral secara kelistrikan (tidak bermuatan listrik) ketika didekatkan satu sama lain ? (Berdekatan saja, tidak bersentuhan).

Contohnya kaca yang bermuatan listrik positif bisa menarik kripik yang netral secara kelistrikan – lihat video pertama pada pokok bahasan muatan listrik. Botol coke yang bermuatan listrik positif bisa menarik botol coca cola yang netral secara kelistrikan – Lihat percobaan pertama pada pokok bahasan konduktor, isolator. Sisir plastik yang digosokkan dengan rambut kering sehingga menjadi bermuatan listrik negatif bisa menarik potongan-potongan kertas yang netral secara kelistrikan.

Mengapa benda-benda yang netral secara kelistrikan bisa ditarik oleh benda-benda yang bermuatan listrik, baik benda yang bermuatan listrik positif maupun benda yang bermuatan listrik negatif ?

Untuk menjawab persoalan ini, mari kita berkenalan dengan muatan induksi. Terlebih dahulu kita bahas pemberian muatan listrik pada suatu konduktor listrik dengan cara induksi.

Pemberian muatan listrik dengan cara induksi

Dalam pokok bahasan konduktor dan isolator, dijelaskan bahwa sebagian besar logam seperti besi, tembaga, aluminium, emas, perak bisa menghantarkan muatan listrik. Benda-benda yang bisa menghantarkan muatan listrik disebut sebagai konduktor. Sebagian besar logam bisa menghantarkan muatan listrik karena satu atau lebih elektron dalam atom-atom pembentuk logam bisa bergerak bebas pada logam tersebut (elektron yang bisa bergerak bebas ini disebut sebagai elektron bebas). Karena terdapat elektron-elektron bebas yang siap bergerak dalam suatu konduktor maka kita bisa memanfaatkannya untuk memberikan muatan listrik pada konduktor tersebut.

Berikut beberapa cara yang digunakan untuk memberikan muatan listrik pada suatu konduktor.

Cara pertama,

Kedua konduktor ini pada mulanya netral secara kelistrikan (Tidak bermuatan listrik atau tidak punya muatan listrik total).

Kedua konduktor ditempelkan.

Kedua konduktor didekatkan dengan batang plastik yang bermuatan listrik negatif. Batang plastik bermuatan listrik negatif (Batang plastik kelebihan elektron. Ada proton dalam plastik, bukan semuanya elektron. Jangan salah artikan gambar).

Elektron-elektron dalam batang plastik menolak elektron-elektron yang berada di dekatnya. Dalam hal ini, elektron dalam batang plastik menolak elektron-elektron dalam konduktor A dan konduktor B, dan menarik proton-proton dalam konduktor A dan konduktor B. Karena mudah bergerak maka elektron-elektron bebas dalam konduktor A mengungsi ke konduktor B.

Jika kedua konduktor dipisahkan dan batang plastik dijauhkan dari konduktor tersebut maka konduktor A akan kelebihan proton dan kekurangan elektron (Konduktor A menjadi bermuatan listrik positif), sebaliknya konduktor B akan kelebihan elektron dan kekurangan proton (Konduktor B menjadi bermuatan listrik negatif). Jika anda ingin melakukan percobaan untuk membuktikan hal ini, jangan letakkan kedua konduktor di atas permukaan lantai atau permukaan tanah. Alasi dengan bahan isolator, misalnya dengan meletakkannya di atas meja. Jika kedua konduktor diletakkan di atas tanah maka elektron-elektrob bebas akan mengungsi ke bumi (Bumi merupakan konduktor dan bisa menjadi tempat penampungan elektron-elektron dalam jumlah yang banyak).

Cara kedua,

Sebelumnya digunakan batang plastik yang bermuatan negatif. Kita juga bisa menggunakan batang kaca yang bermuatan positif.

Jika batang kaca yang bermuatan listrik positif didekatkan pada konduktor A maka proton-proton dalam batang kaca menarik elektron-elektron dalam konduktor A dan konduktor B, dan menolak proton-proton dalam konduktor A dan konduktor B. Karena mudah bergerak maka elektron-elektron bebas pada konduktor B berpindah menuju konduktor A. Muatan negatif yang berlebih pada konduktor A atau muatan positif yang berlebih pada konduktor B dinamakan muatan induksi.

Jika kedua konduktor dipisahkan dan batang kaca dijauhkan dari konduktor tersebut maka konduktor A akan kelebihan elektron dan kekurangan proton (Konduktor A menjadi bermuatan listrik negatif), sebaliknya konduktor B akan kurangan elektron dan kelebihan proton (Konduktor B menjadi bermuatan listrik positif).

Cara ketiga,

Pada mulanya konduktor A netral secara kelistrikan (Konduktor A tidak bermuatan listrik).

Plastik bermuatan listrik negatif didekatkan ke konduktor A.

Ketika plastik bermuatan listrik negatif berdekatan dengan konduktor A maka elektron-elektron pada plastik menolak elektron-elektron pada konduktor A yang berada di dekatnya. Elektron-elektron bebas pada konduktor mudah bergerak karenanya mengungsi ke sisi kanan konduktor. Muatan negatif yang berlebih pada sisi kanan konduktor A atau muatan positif yang berlebih pada sisi kiri konduktor A dinamakan muatan induksi.

Jika kita ingin agar konduktor A menjadi kelebihan proton dan kekurangan elektron (konduktor A menjadi bermuatan listrik positif) maka kita bisa menghubungkan sisi kanan konduktor dan permukaan bumi dengan sebuah konduktor, misalnya kawat.

Karena sisi kanan konduktor dihubungkan dengan permukaan bumi menggunakan sebuah konduktor (kawat) maka elektron-elektron berpindah menuju bumi melalui kawat.

Jika kita menjauhkan plastik dari konduktor A dan melepaskan kawat yang menghubungkan konduktor A dengan permukaan bumi, maka konduktor A menjadi bermuatan listrik positif (kelebihan proton dan kekurangan elektron). Dalam gambar di atas, diandaikan konduktor diletakkan di atas suatu isolator (misalnya diletakkan di atas meja atau dialasi dengan plastik atau kaca). Jika kita ingin menjadikan konduktor A bermuatan listrik negatif maka gantikan saja plastik yang bermuatan listrik negatif dengan kaca yang bermuatan listrik positif.

Di sini hanya dipaparkan tiga cara menjadikan suatu konduktor menjadi bermuatan listrik, baik bermuatan listrik positif maupun bermuatan listrik negatif. Masih banyak cara, anda bisa menvariasikan beberapa cara di atas ataua menemukan cara yang lain.

Pemberian muatan listrik pada suatu konduktor dengan cara seperti yang dijelaskan sebelumnya disebut sebagai pemberian muatan listrik dengan cara induksi.

Kembali ke pertanyaan di bagian pengantar. Mengapa benda-benda yang netral secara kelistrikan bisa ditarik oleh benda-benda yang bermuatan listrik, baik benda yang bermuatan listrik positif maupun benda yang bermuatan listrik negatif ? Hal ini terjadi akibat efek muatan induksi.

Ketika kita mendekatkan sisir plastik yang bermuatan listrik negatif (kelebihan elektron, kekurangan proton) dengan potongan-potongan kertas, elektron-elektron pada sisir plastik menolak elektron-elektron pada potongan kertas. Sebaliknya elektron-elektron pada sisir plastik menarik proton-proton pada potongan kertas. Akibatnya elektron-elektron pada potongan kertas berpindah ke bagian kertas yang lebih jauh dari sisir plastik, sebaliknya proton-proton berpindah ke bagian kertas yang lebih dekat dengan sisir plastik. Karena ada penumpukan proton-proton pada bagian kertas yang lebih dekat dengan sisir plastik (ada muatan induksi positif pada bagian kertas yang posisinya lebih dekat dengan sisir plastik) maka potongan-potongan kertas tersebut bisa ditarik oleh sisir plastik.

Ketika permukaan atas kaca digosokkan dengan kain, kaca menjadi bermuatan listrik positif (lihat video pertama pada pokok bahasan muatan listrik). Dalam hal ini kaca kelebihan proton dan kekurangan elektron. Proton-proton pada kaca tersebut menolak proton-proton pada kripik, sebaliknya proton-proton pada kaca menarik elektron-elektron pada kripik. Akibatnya proton-proton pada kripik berpindah ke bagian kripik yang lebih jauh dari kaca, sebaliknya elektron-elektron pada kripik berpindah ke bagian kripik yang lebih dekat dengan kaca. Karena adanya muatan induksi negatif pada bagian kripik yang posisinya lebih dekat dengan kaca yang bermuatan positif, maka kripik bisa ditarik oleh kaca.

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari sekarang FISIKA HARUS ASYIK, maka ajaib seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!

Yuk Kenal Lebih Dekat Lagi Dengan Muatan Listrik..

Pengantar

Ketika permukaan kaca tidak digosok dengan kain, kripik yang berada di bawah kaca nampaknya tenang-tenang saja. Tetapi ketika permukaan atas kaca digosok dengan kain, kripik yang berada di bawah kaca loncat-loncat kegirangan. Kripik bergerak mendekati permukaan kaca. Aneh ya… mengapa bisa demikian ?

Untuk memperjelas persoalan ini, alangkah baiknya jika dirimu melakukan percobaan gosok menggosok ;) terlebih dahulu. Sediakan 1 batang plastik (misalnya penggaris plastik), 1 batang kaca dan 1 batang kain :mrgreen:   ada batang kain.. Maksudnya kain atau handuk. Lakukan percobaan seperti ditunjukkan pada video di atas atau di bawah…

Pada video di atas, ketika dua batang plastik yang digosok dengan kain didekatkan satu sama lain, tampak kedua batang plastik tersebut saling menolak atau saling menjahui. Sebaliknya ketika batang kaca yang digosok dengan kain didekatkan dengan batang plastik yang digosok dengan kain, tampak keduanya saling tarik menarik atau saling mendekati. Fenomena seperti ini sudah diamati oleh orang yunani kuno. Bedanya orang yunani kuno pada waktu itu mengamati keanehan ini menggunakan amber (Amber berasal dari getah pohon Pinus yang sudah membatu, bercampur dengan serangga, bulu-bulu binatang dan daun yang terperangkap di dalam getah tersebut). Ketika amber digosok dengan wol, amber tersebut dapat menarik daun-daun kecil atau abu. Apakah harus digosok dengan kain ? tidak selamanya.. anda bisa juga bisa menggosokan sisir pada rambut kering. Setelah digosok pada rambut kering, sisir bisa menarik potongan-potongan kertas… masih banyak contoh lain. Anda bisa membuktikan melalui ekperimen.

 Muatan listrik

Setelah digosok dengan kain, kaca bisa menarik kripik. Setelah digosok pada rambut kering, sisir bisa menarik potongan-potongan kertas. Setelah digosokkan dengan kain, dua batang plastik yang didekatkan satu sama lain, saling bergerak menjahui atau tolak menolak. Sebaliknya batang plastik dan batang kaca yang didekatkan satu sama lain bergerak mendekati atau saling menarik… Bagaimana menjelaskan hal ini ?

Sebelum adanya teori atom atau kajian mengenai struktur materi, para ilmuwan mengatakan bahwa kaca atau plastik atau amber atau sisir atau benda apapun yang menunjukkan gejala yang sama dikatakan “bermuatan” akibat adanya proses penggosokan. Setelah mengalami proses penggosokan, benda seperti sisir atau plastik atau kaca sepertinya “memuati” sesuatu sehingga bisa bertingkah aneh ;) Kalau tidak digosok, sisir atau plastik atau kaca tampak bisa-biasa saja. Nah, orang yunani kuno lebih dahulu mengamati gejala ini pada amber dan berdasarkan eksperimen, gejala yang ditunjukkan oleh plastik atau kaca juga mirip seperti yang dialami oleh amber, maka para ilmuwan menamakannya “muatan listrik”. Kata listrik (electric) di sini berasal dari kata yunani elektron, yang berarti amber. Dinamakan sesuai nama benda yang menunjukkan gejalanya. Jadi adanya proses penggosokan menyebabkan benda seperti kaca atau plastik atau amber mempunyai “muatan listrik” total.

 Jenis muatan listrik

Apakah muatan listrik yang dimiliki kaca dan plastik sama ? berdasarkan percobaan di atas, ketika dua batang plastik yang bermuatan didekati satu sama lain, keduanya saling menolak atau saling menjahui. Demikian juga ketika dua batang kaca yang bermuatan didekatkan satu sama lain, keduanya juga saling menolak atau saling menjahui. Sebaliknya ketika batang kaca yang bermuatan didekatkan dengan batang plastik yang bermuatan, keduanya saling tarik menarik atau saling mendekati.

Karena jenis bendanya sama, yakni plastik, maka kita bisa menyimpulkan bahwa jenis muatan listrik pada kedua batang plastik pasti sama. Demikian juga karena bendanya sama, yakni kaca, maka kita bisa menyimpulkan bahwa jenis muatan listrik pada kedua batang kaca pasti sama. Dalam hal ini, ada dua jenis muatan yang berbeda, yakni muatan listrik seperti pada plastik yang digosok dan muatan listrik seperti pada kaca yang digosok.

Dua batang kaca yang didekatkan, saling menjahui atau tolak menolak, demikian juga dua batang plastik yang didekatkan, saling menjahui atau tolak menolak, maka bisa disimpulkan bahwa muatan yang sejenis tolak menolak. Sebaliknya batang kaca dan plastik yang didekatkan saling tarik menarik atau bergerak mendekati satu sama lain maka bisa disimpulkan bahwa muatan yang tak sejenis saling tarik menarik.

Apakah benar hanya ada dua jenis muatan listrik ? mungkinkah ada jenis muatan listrik lain ? untuk mengetahui hal ini, tentu harus dilakukan eksperimen. Dirimu bisa melakukan berbagai eksperimen untuk mengetahui hal ini. Sesuai dengan eksperimen yang dilakukan para ilmuwan, diketahui bahwa hanya ada dua jenis muatan listrik, yakni muatan listrik seperti pada kaca yang digosok dan muatan listrik seperti pada plastik yang digosok. Mengapa hanya ada dua jenis muatan listrik ?

Seorang negarawan, filsuf dan ilmuwan Amerika serikat, yakni Benjamin Franklin (1706 – 1790) mengemukakan sebuah model untuk menjelaskan hal ini. Menurutnya, secara normal setiap benda memiliki sejumlah muatan listrik. Apabila sebuah benda digosokkan dengan benda lainnya maka akan terjadi perpindahan muatan listrik dari satu benda ke benda lainnya. Karena adanya perpindahan muatan listrik maka salah satu benda menjadi kelebihan muatan listrik, sedangkan benda lainnya menjadi kekurangan muatan listrik dalam jumlah yang sama. Om Franklin menggambarkan muatan listrik yang dihasilkan pada proses penggosokan dengan tanda positif dan tanda negatif. Dia memilih muatan listrik seperti pada kaca yang digosok dengan kain sebagai muatan positif. Jadi ketika kaca digosok dengan kain, kaca menerima muatan positif sedangkan kain menerima muatan negatif, dalam jumlah yang sama. Jenis muatan pada kaca berbeda dengan jenis muatan pada plastik;  karena muatan pada kaca bertanda positif maka muatan pada plastik bertanda negatif. Jadi ketika plastik digosok dengan kain, plastik menerima muatan negatif sedangkan kain menerima muatan positif dalam jumlah yang sama.

Muatan listrik dan Struktur materi

Pemahaman mengenai muatan listrik disempurnakan setelah munculnya kajian mengenai struktur materi. Setiap materi di alam semesta tersusun dari atom-atom yang bersifat netral secara kelistrikan (tidak ada muatan listrik total). Setiap atom tersusun dari tiga partikel, yakni proton yang bermuatan positif, neutron yang bermuatan netral dan elektron yang bermuatan negatif. Setiap atom mempunyai suatu inti kecil yang padat, yang tersusun dari proton dan neutron. Bayangkan saja jika diameter atom beberapa kilometer maka ukuran inti atom kira-kira seperti bola pimpong. Inti atom yang netral dikelilingi oleh elektron yang jumlahnya sama dengan jumlah proton.

Muatan proton dan elektron sama besar dan berlawanan tanda. Dalam atom netral, jumlah muatan proton dan elektron sama dengan nol. Banyaknya proton atau elektron dalam sebuah atom netral suatu unsur dinamakan nomor atom (Z) dari unsur tersebut. Apabila satu atau lebih elektron dalam sebuah atom dihilangkan (maksudnya dipindahkan ke atom lain) maka atom tersebut dinamakan ion positif. Sebaliknya jika sebuah atom mendapatkan tambahan satu atau lebih elektron maka atom tersebut dinamakan ion negatif. Proses di mana suatu atom mendapat tambahan elektron atau kehilangan elektron dinamakan ionisasi. Sekian dulu ulasan mengenai atom…

Apabila jumlah proton dalam suatu benda, misalnya kaca atau plastik atau sisir, sama dengan jumlah elektron dalam benda tersebut, maka benda tersebut bersifat netral secara kelistrikan. Untuk membuat sebuah benda menjadi bermuatan negatif, maka kita bisa menambahkan sejumlah elektron pada benda tersebut. Sebaliknya untuk membuat sebuah benda bermuatan positif maka kita bisa menghilangkan sejumlah elektron dari benda tersebut. Mengapa kita menambahkan atau menghilangkan elektron, bukan proton ? Hal ini disebabkan karena elektron lebih mudah berpindah-pindah. Dalam pembahasan sebelumnya sudah dijelaskan bahwa proton berada dalam inti atom, sebaliknya elektron berada di luar inti atom. Karena berada di luar maka elektron lebih mudah berpindah-pindah atau dipindahkan.

Sekarang kita kembali ke pembahasan awal. Dalam ulasan sebelumnya dijelaskan bahwa ketika kaca digosokkan dengan kain, kaca menjadi bermuatan positif sedangkan kain menjadi bermuatan negatif. Perhatikan bahwa pada mulanya kaca atau kain bersifat netral secara kelistrikan. Ini berarti jumlah proton dan elektron dalam kaca sama besar. Demikian juga jumlah proton dan elektron dalam kain sama besar. Nah, setelah kaca digosokkan dengan kain, kaca menjadi bermuatan positif sedangkan kain menjadi bermuatan negatif. Ini bisa diartikan bahwa ketika kaca digosokkan dengan kain, sejumlah elektron pada kaca berpindah menuju kain. Karena kaca kehilangan sejumlah elektron maka kaca menjadi bermuatan positif. Dalam hal ini, muatan listrik total pada kaca adalah positif. Sebaliknya kain menerima tambahan elektron sehingga kain menjadi bermuatan negatif. Dalam hal ini, muatan listrik total pada kain adalah negatif.

Sebelumnya dijelaskan juga bahwa ketika plastik digosokkan dengan kain, plastik menjadi bermuatan negatif, sedangkan kain menjadi bermuatan positif. Pada mulanya plastik dan kain bersifat netral secara kelistrikan. Artinya jumlah proton dan elektron pada plastik sama besar. Demikian juga jumlah proton dan elektron pada kain sama besar. Setelah plastik digosokkan dengan kain, plastik menjadi bermuatan negatif sedangkan kain menjadi bermuatan positif. Hal ini bisa diartikan bahwa ketika plastik digosokkan dengan kain, sejumlah elektron pada kain berpindah menuju plastik. Karena plastik mendapat tambahan sejumlah elektron maka plastik menjadi bermuatan negatif. Dalam hal ini, muatan listrik total pada plastik adalah negatif. Sebaliknya kain kehilangan sejumlah elektron sehingga kain mejadi bermuatan positif. Dalam hal ini, muatan listrik total pada kain adalah positif.

 Kekekalan muatan listrik

Ketika benda saling bergesekkan, elektron berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Akibatnya benda yang menerima sejumlah elektron menjadi bermuatan negatif (muatan listrik totalnya negatif) sedangkan benda yang kehilangan sejumlah elektron menjadi bermuatan positif (muatan listrik totalnya positif). Perhatikan bahwa pada mulanya benda-benda ini bersifat netral secara kelistrikan (muatan listrik total = 0). Setelah bergesekkan, salah satu benda mendapat muatan positif sedangkan benda yang lain mendapat muatan negatif. Walaupun tandanya berbeda tetapi jumlah muatan listrik total yang dimiliki masing-masing benda tersebut sama. Tahu dari mana kalau jumlah muatan listrik total yang dimiliki masing-masing benda sama ? karena jumlah elektron yang berpindah sama.

Dalam proses ini muatan tidak diciptakan, dalam arti muatan tidak muncul dari ketiadaan. Muatan sudah dimiliki oleh masing-masing benda tersebut, yang pada mulanya netral secara kelistrikan (muatan listrik totalnya nol). Walaupun setelah bergesekkan, salah satu benda menjadi bermuatan positif sedangkan benda yang lain menjadi bermuatan negatif, tetapi karena jumlah muatannya sama, sedangkan tandanya berbeda, maka jika dijumlahkan hasilnya nol. Muatan listrik tidak diciptakan, muatan listrik hanya mengalami perpindahan. Dalam hal ini, muatan listrik selalu kekal. Ini dikenal dengan julukan Hukum kekekalan muatan listrik. Btw, bedakan antara muatan listrik dengan muatan listrik total.

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari sekarang FISIKA HARUS ASYIK, maka ajaib seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!

Contoh Soal Listrik Dinamis

Nih ada beberapa soal yang bisa untuk latihan kalian dalam mempelajari lebih jauh lagi tentang listrik dinamis....semangat ya :)

11. Muatan listrik sebesar 20 C mengalir pada penampang konduktor selama 5 sekon. Kuat arus listrik yang melalui konduktor tersebut adalah ….

A.    3 A

B.     4 A

C.     5 A

D.    6 A

E.     7 A

22. Perhatikan gambar berikut!

Nilai tegangan yang terbaca dari voltmeter tersebut adalah ….

A.    8 V

B.     7 V

C.     6 V

D.    5 V

E.     4 V

33. Perhatikan gambar berikut!

Berapakah nilai R pada rangkaian tersebut?

A.    6,0 Ω

B.     5,0 W

C.     4,5 Ω

D.    2,5 Ω

E.     0,25 Ω

44. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m dan luas penampangnya 5 cm²  memiliki hambatan 100 Ω. Jika kawat tersebut memiliki panjang 4 m dan luas penampang 1,25 cm², hambatannya sekarang adalah ….

A.    50 Ω

B.     100 Ω

C.     150 Ω

D.    200 Ω

E.     250 Ω

55.  Supaya hambatan suatu kawat menjadi setengah kali dari semula, yang harus dilakukan adalah ….

A.    Luas penampangnya dijadikan setengah kali semula

B.     Panjang kawat dijadikan 2 kali semula

C.     panjang kawat dijadikan 4 kali semula

D.    Luas penampang dijadikan 2 kali semula

E.     Luas penampang dijadikan 4 kali semula

65. Kawat penghantar memiliki hambatan 20 Ω pada suhu 20^oC, apabila ditempatkan pada suatu ruang yang suhunya 60^oC maka hambatannya menjadi 60 Ω. Jika suhu ruang dijadikan 100^oC maka hambatan kawat adalah ….

A.    10 Ω

B.     60 Ω

C.     80 Ω

D.    100 Ω

E.     120 Ω

76. Tiga buah hambatan masing-masing 8Ω, 4Ω, 8Ω. Nilai hambatan terkecil dan terbesar dari kombinasi susunan ketiga hambatan tersebut adalah ….

A.    2 Ω dan 22 Ω

B.     2 Ω dan 20 Ω

C.     4 Ω dan 22 Ω

D.    4 Ω dan 20 Ω

E.     4 Ω dan 40 Ω

87.  Perhatikan gambar berikut!

Kuat arus listrik yang mengalir pada R₁ 2 A. Tegangan jepit antara A dan B adalah ….

A.    10 V

B.     11 V

C.     12 V

D.    13 V

E.     14 V

98. Perhatikan rangkaian listrik berikut!

Besar kuat arus yang mengalir pada R₃ adalah ….

A.    1 A

B.     2 A

C.     3 A

D.    4 A

E.     5 A

19. Perhatikan gambar berikut!

 

 

 Besar dan arah kuat arus I adalah ….

A.    3 A masuk ke titik P

B.     3 A keluar ke titik P

C.     4 A masuk ke titik P

D.    4 A keluar ke titik P

E.     5 A masuk ke titik P

110.  Perhatikan gambar berikut!

Kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah ….

A.    3,5 A

B.     3 A

C.     2,5 A

D.    2 A

E.     1,5 A

111.  Sebuah pemanas air (heater) menarik arus 10 A pada tegangan 220 V. Energi listrik yang digunakan pemanas air tersebut bila bekerja selama 30 menit adalah ….

A.    3.940 KJ

B.     3.960 KJ

C.     3.970 KJ

D.    3.980 KJ

E.     3.990 KJ

112.  Empat buah lampu pijar dengan spesifikasi masing-masing 220V/100W menyala 6 jam setiap harinya. Bila keempat lampu bekerja sempurna, besarnya biaya energy listrik untuk pemakaian 1 bulan (30 hari) adalah …. (harga 1 KWh = Rp. 600)

A.    Rp. 100.000,00

B.     Rp. 97.400,00

C.     Rp. 43.200,00

D.    Rp. 38.400,00

E.     Rp. 34.500,00

baca juga:
Contoh soal materi lainnya
Contoh soal tentang energi kinetik
Contoh soal tentang energi potensial
Contoh soal tentang konversi satuan
Contoh soal tentang dimensi besaran

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari sekarang FISIKA HARUS ASYIK, maka ajaib seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!