Muatan Listrik dan Membuat Benda Bermuatan Listrik – Pada topik ini kalian akan belajar tentang muatan listrik. Secara umum, listrik dibedakan menjadi dua, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis adalah sekumpulan muatan listrik yang berdiam pada suatu tempat tertentu, sedangkan listrik dinamis adalah muatan listrik yang berpindah/ mengalir dari suatu tempat ke tempat lain.
Kalian tentu mengenal istilah magnet. Saat kutub senama didekatkan, akan terjadi gaya tolak menolak. Sebaliknya, saat kutub yang tidak senama didekatkan, akan tarik menarik. Nah seperti itulah prinsip kerja muatan listrik. Muatan listrik dibedakan menjadi dua jenis, yaitu muatan positif dan negatif. Jika muatan yang sejenis didekatkan, akan saling tolak-menolak, sedangkan jika muatan yang berbeda jenis didekatkan, akan saling tarik-menarik dan pada akhirnya menempel. Untuk memahami lebih lanjut tentang muatan listrik, simak ulasan berikut.
Muatan Listrik
Kalian telah belajar bahwa unsur penyusun suatu zat adalah atom. Atom memiliki bagian yang lebih kecil (subatom), yaitu proton, netron, dan elektron. Proton adalah penyusun atom yang bermuatan positif, netron tidak bermuatan, dan elektron bermuatan negatif. Muatan positif dan negatif itulah yang dikenal sebagai muatan listrik. Letak muatan tersebut pada sumber tegangan biasa disimbolkan (+) dan (-). Tanda positif adalah kutub positif yang banyak mengandung muatan listrik proton. Tanda negatif adalah kutub negatif yang banyak mengandung elektron. Perhatikan ilustrasi berikut.
Dalam susunan atom, muatan yang dapat bergerak adalah elektron. Jika suatu atom kehilangan/ melepaskan elektron, maka akan menjadi muatan listrik positif, sedangkan jika suatu atom memperoleh tambahan elektron, maka akan bermuatan listrik negatif.
Pada interaksi antar muatan listrik, berlaku keadaan berikut.
1. Apabila dua buah muatan listrik yang sama didekatkan, maka akan saling tolak menolak atau saling menjauhi.
2. Apabila dua buah muatan listrik yang berlawanan jenis didekatkan, maka akan saling tarik-menarik atau saling mendekat.
Terjadinya tarik-menarik dan tolak menolak antar muatan tersebut dikarenakan adanya kecenderungan muatan untuk menjadi stabil. Kestabilan suatu atom terjadi jika jumlah proton dan elektron di dalamnya sama. Muatan yang memiliki jumlah elektron lebih banyak akan mendekati muatan yang memiliki jumlah elektron sedikit. Hal tersebut akan berlangsung secara terus menerus sampai muatannya netral. Perhatikan ilustrasi berikut.
Mula-mula muatan negatif dan positif memiliki jarak yang cukup jauh. Kemudian, keduanya saling mendekat karena ada aliran elektron. Adanya perpindahan elektron dari muatan negatif ke positif terjadi pada peristiwa terjadinya petir dan halilintar, tertariknya sobekan kertas oleh penggaris plastik yang telah digosok-gosokan, dan sebagainya. Terbentuknya petir dan halilintar disebabkan oleh loncatan muatan negatif dari awan menuju tanah atau bumi yang bermuatan positif. Lebih lengkapnya akan kalian pelajari pada topik selanjutnya.
Satuan Internasional untuk muatan listrik adalah Coulomb. Muatan listrik positif dan negatif mempunyai nilai yang sama, yaitu 1,6 x 10-19 C. Oleh karena muatan elektron sangat kecil, maka satu Coulomb terdiri dari 6,25 x 1018 elektron. Untuk menghitung jumlah elektron dapat digunakan persamaan berikut.
Keterangan:
Q = muatan listrik (C);
ne = jumlah elektron; dan
qe = muatan elektron 1,6 x 10-19 C.
Contoh Soal
Di suatu malam, petir menyambar sebuah pohon di bukit. Muatan yang dibawa oleh petir pada saat menyambar sebanyak 10 C. Berapa banyak jumlah elektron yang berpindah dari awan ke pohon ?
Penyelesaian:
Diketahui:
Q = 10 C
qe = 1,6 x 10-19 C
Ditanyakan: ne ?
Jawab:
Membuat Benda Bermuatan Listrik
Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang pengertian dan jenis-jenis muatan listrik. Interaksi antar muatan listrik yang sejenis akan saling tolak-menolak dan sebaliknya. Nah berikut ini ayo kita pahami bersama bagaimana cara membuat benda menjadi bermuatan listrik.
Cobalah kalian gosok-gosokan penggaris plastik ke kain. Kemudian dekatkan penggaris tersebut pada sobekan-sobekan kertas kecil. Perhatikan, apa yang terjadi? Tentu sobekan-sobekan kertas akan tertarik dan menempel pada penggaris. Peristiwa-peristiwa itu merupakan bagian dari beberapa cara untuk memberi muatan listrik pada suatu benda. Menggosok-gosokan penggaris sehingga dapat menarik sobekan kertas, disebut sebagai proses pengisian muatan. Untuk memahaminya lebih lanjut, simak ulasan berikut.
Pada topik sebelumnya, kalian telah memahami bahwa muatan listrik dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu muatan negatif dan muatan positif. Muatan negatif disebabkan oleh kecenderungan atom untuk menangkap elektron sedangkan muatan positif disebabkan oleh kecenderungan atom untuk melepas elektron. Oleh karena itu, pengisian muatan listrik suatu benda sangat bergantung dari jenis atom penyusunnya. Ada beberapa cara untuk memperoleh benda yang bermuatan listrik, yaitu sebagai berikut.
Menggosok-gosokkan
Pada dasarnya, apabila dua buah benda yag berbeda digosokkan satu sama lain, maka salah satu benda akan melepaskan elektron dan elektron tersebut akan diterima oleh benda lainnya. Keadaan tersebut memenuhi hukum kekekalan muatan.
Hukum kekekalan muatan yang disampaikan oleh Benjamin Franklin (1706-1790) menyatakan, bahwa penggosokan dua buah benda tidak akan menciptakan muatan listrik baru, tetapi hanya memindahkan elektron dari atom negatif ke positif. Berikut ini merupakan tabel benda-benda yang mudah melepaskan dan menangkap elektron. Tabel ini disebut dengan tabel tribolistik.
Pada tabel tribolistik di atas kalian dapat memahami bahwa, suatu benda akan bermuatan positif jika digosokkan pada benda-benda yang ada di atasnya dan juga sebaliknya. Suatu benda akan bermuatan negatif jika digosokkan dengan sembarang benda-benda di bawahnya.
Dapat disimpulkan bahwa, tabel tribolistik tersebut dibuat berdasarkan kecenderungan sifat muatan suatu benda. Benda yang cenderung bermuatan positif, diletakkan pada daftar teratas, sedangkan benda yang cenderung bermuatan negatif berada di bawahnya.
Perlu diingat dan harus hati-hati saat mengisi muatan pada bahan logam. Logam adalah bahan yang sangat mudah diisi muatan, tetapi juga sangat mudah untuk kehilangan muatan (menjadi netral kembali). Ketika kalian menggosok-gosokkan batang logam, hendaknya tubuh tidak langsung terhubung dengan tanah, tetapi harus terpisah dengan tanah melalui suatu bahan isolator yang kuat. Hal ini dikarenakan untuk mencegah terjadinya aliran muatan dari batang logam melewati tubuh dan menuju ke tanah.
Induksi
Muatan listrik dapat dibangkitkan melalui induksi. Induksi adalah metode mendekatkan suatu benda yang telah bermuatan ke arah benda yang masih netral sehingga benda yang netral dapat terpolarisasi, yaitu pembentukan dua kutub muatan yaitu kutub positif dan kutub negatif. Apabila benda yang terpolarisasi muatan listrik dihubungkan dengan tanah (ground), maka akan terjadi perpindahan muatan negatif benda menuju ke tanah. Dengan demikian, benda akan bermuatan positif (kekurangan elektron). Metode induksi ini sangat efektif untuk digunakan pada logam, karena logam merupakan konduktor yang baik.
Konduksi
Konduksi sebenarnya hampir sama dengan induksi. Induksi adalah mendekatkan benda bermuatan dengan benda netral tidak sampai saling bersentuhan, sedangkan konduksi adalah menyentuhkan benda bermuatan dengan benda netral sehingga terjadi perpindahan elektron bebas dari benda netral ke benda bermuatan. Benda yang bermuatan positif akan menarik elektron dari benda yang tidak bermuatan, sehingga benda yang bermuatan negatif akan memberikan elektron ke benda netral. Akhirnya, benda yang bersifat netral menjadi bermuatan.
Contoh Soal
Adi menggosok-gosokkan penggaris plastik ke kain wol sebanyak 20 kali. Apabila setiap gosokan menyebabkan 12,5 x 1010 elektron berpindah dari kain wol ke penggaris, maka berapa besar muatan yang diperoleh penggaris ?
Penyelesaian
Diketahui:
n = 20 kali
ne = 12,5 x 1010
qe = 1,6 x 10-19 C
Ditanyakan: Qtotal ?
Jawab:
a. Besar muatan yang diperoleh penggaris setiap gosokan.
