MATERI LISTRIK STATIS

Pengertian dan Sejarah Listrik Statis

Listrik statis (dalam bahasa inggris disebut electrostatic) adalah ilmu yang mempelajari pengumpulan muatan listrik dan sifat-sifatnya pada suatu benda. Jika dilihat dari asal katanya, kata listrik diikuti dengan kata "statis" yang berarti "diam". Hal ini mengisyaratkan bahwa listrik statis berkaitan dengan gejala kelistrikan yang diam atau tidak mengalir. Listrik statis tidak dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain, melainkan hanya menyala sekejap di satu tempat. Jadi, listrik statis tidak dapat menghasilkan arus listrik.

Dalam sejarah kelistrikan, listrik inilah yang pertamakali ditemukan oleh para ahli terdahulu. Listrik yang kita nikmati sekarang ini merupakan hasil pengembangan dari listrik statis ini. Listrik statis pertama kali ditemukan oleh ahli matematika berkebangsaan Yunani Kuno, Thales of Miletus (625-547 SM). Kala itu, beliau mengambil batu berwarna kuning yang disebut dengan batu ambar. Thales kemudian menggosok-gosokkan batu tersebut dengan kain wol. Tanpa diduga, bulu ayam yang berada di sekitarnya tertarik dan menempel.

Dalam penggosokan tersebut, ternyata Thales telah memberikan muatan listrik ke batu ambar melalui kain wol. Muatan inilah yang menyebabkan bulu ayam yang berada di sekitar batu ambar tertarik dan menempel pada batu ambar tersebut. Inilah kemudian menjadi sejarah awal ditemukannya listrik statis.

Manfaat/Penerapan Listrik Statis

Penerapan listrik statis sudah dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Penerapan tersebut mendatangkan manfaat bagi kehidupan manusia. Berikut ini beberapa contoh penerapan dari listrik statis:

1. Alat Penggumpal Asap untuk Mengurangi Polusi

Pada tahun 1906, seorang kimiawan Amerika, Frederick Gardner Cottrel, berhasil menemukan suatu alat yang berfungsi untuk menggumpalkan asap yang keluar dari cerobong asam pabrik sehingga dapat menekan polusi udara. Alat sederhana ini bekerja berdasarkan prinsip gaya Coulomb dan induksi muatan. Caranya adalah dengan memasang dua logam yang mempunyai muatan besar tetapi berlawanan tanda pada cerobong asap pabrik. Partikel asap yang mengalir melewati cerobong akan terinduksi sehingga memiliki muatan induksi. Muatan yang dihasilkan ada yang positif dan ada yang negatif. Partikel asap tersebut akan tarik menarik sehingga membentuk partikel yang lebih besar dan berat. Bertambahnya berat partikel mengakibatkan partikel tidak ikut mengalir ke atas bersama asap. Partikel itu akan jatuh di dasar cerobong.

2. Pengecatan Mobil

Pada saat cat disemprot, butiran halus cat akan memiliki muatan karena bergesekan dengan udara. Permukaan mobil yang akan dicat diberi muatan yang berlawanan dengan muatan butir-butir cat agar butiran cat dapat tertarik ke permukaan mobil tersebut. Cara ini sangat efektif diterapkan pada permukaan yang tidak rata. Hal ini terjadi karena butir cat menempel dengan mengikuti medan listrik yang ada. Akibatnya, butir-butir cat akan menutupi semua permukaan mobil yang mungkin tersembunyi dari semprotan cat. Dengan demikian, cara ini dapat menghasilkan hasil pengecatan yang rata dan menjangkau tempat yang tersembunyi.

3. Mesin Fotokopi

Mesin fotokopi memiliki bagian utama berupa pelat foto konduktif. Pelat ini tidak mampu menghantarkan listrik ketika berada dalam ruang yang gelap. Pelat konduktif ini baru akan menghantarkan listrik jika dikenai cahaya. Mula-mula pelat foto konduktif diinduksi dengan menggerakkan kawat bermuatan listrik negative di sepanjang permukaannya. Dengan begitu, di permukaan pelat foto itu akan terbentuk muatan induksi yang bermuatan positif. Ketika kertas yang akan difotokopi disinari, pantulan cahaya mengenai pelat foto konduktif yang telah mengandung muatan induksi. Akibatnya, terbentuk muatan listrik persis seperti pada kertas yang akan dikopi. Kemudian, tinta yang bermuatan negatif disemprotkan pada pelat. Selanjutnya, tinta itu dipindahkan ke kertas lain untuk membuat fotokopinya. Ketas ini dipanaskan agar tinta menempel kuat.

Bahaya Listrik Statis

Selain memiliki manfaat, ternyata listrik statis juga dapat mendatangkan bahaya akibat aktivitasnya. Misalnya, seperti yang terjadi petir dan kebakaran atau ledakan tangki minyak. Berikut ini penjelasannya mengapa sehingga terjadi seperti itu:

1. Petir (Halilintar)

Udara panas yang naik ke langit saat hari sedang cerah dapat mengandung muatan. Muatan ini akan diberikan ke butiran air di awan. Jika melintas di atas gedung, awan bermutan negatif besar menimbulkan induksi pada atap gedung. Karena muatan induksi berlawanan dengan muatan awan, mengakibatkan tarik-menarik antara keduanya. Jika kedua muatan ini sangat besar, maka akan menimbulkan aliran elektron dalam jumlah banyak ke atap gedung. Aliran itu berbentuk loncatan bunga api listrik yang disebut petir. Petir selalu mencari jalan tersingkat untuk sampai ke bumi. Dengan begitu, muatan listrik yang dikandung awan mendung dapat ternetralkan. Olehnya itu, gedung tinggi, pepohonan, dan bahkan orang yang berdiri ditengah lapangan saat hujan dapat menjadi sasaran petir.

2. Kebakaran/Ledakan Tangki Minyak

Tangki minyak ketika dalam keadaan kosong akan mengandung banyak uap gas yang rentan terbakar. Uap ini dapat meledak atau terbakar jika ada loncatan bunga api yang ditimbulkan aktivitas listrik statis. Olehnya itu, orang yang bekerja di dalam atau dekat tangki harus memakai pakaian khusus anti listrik statis.

Hukum Coulomb

Seorang fisikawan Perancis Charles Coulomb (1736 – 1806) menyelidiki adanya gaya listrik pada tahun 1780-an dengan menggunakan pengimbang torsi. Walaupun peralatan yang khusus yang mengukur muatan listrik tidak ada pada masa Coulomb, ia menyiapkan bola-bola kecil dengan muatan yang berbeda dan rasio kedua muatan diketahui. Hasil eksperimennya menyimpulkan bahwa:

1)      Gaya interaksi antara dua muatan se-banding dengan hasil kali dua muatan.

2)      Gaya interaksi antara dua muatan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara ke dua muatan

 

 Secara matematis hasil pengamatan secara eksperimen dapat dinyatakan dengan persamaan :

 

 dengan k adalah konstanta pembanding yang besarnya (8,988 x 10 9 ) N.m 2 /C 2 (biasanya dibulatkan menjadi 9 x 10 9 N.m 2/C 2 ).

Gaya F pada hukum Coulomb menyatakan besar gaya listrik yang diberikan masing-masing benda bermuatan kepada yang lainnya, dan hukum ini hanya berlaku untuk muatan yang diam. Arah gaya listrik selalu sepanjang garis yang menghubungkan ke dua benda tersebut. Jika ke dua benda muatannya sejenis, maka gaya pada masing-masing benda berarah menjauhi muatan (tolak-menolak). Sebaliknya jika ke dua benda muatannya tidak sejenis, maka gaya pada masing-masing benda mempunyai arah menuju benda yang lain (tarik-menarik), 
  

 

 Gaya listrik, seperti gaya-gaya yang lain adalah besaran vektor. Suatu besaran vektor mempunyai besar dan arah. Akan tetapi hukum Coulomb yang dituliskan dalam persamaan di atas hanya akan memberikan besarnya gaya. Untuk menentukan arah, perlu menggambar diagram dan menginterpretasikan hubungan dengan muatan secara hati-hati. Ketika menghitung dengan hukum Coulomb, kita biasanya mengabaikan tanda muatan-muatan dan menentukan arah berdasarkan pada apakah gaya tersebut tarik-menarik atau tolak-menolak.