Bab 1Listrik statis

Ketika musim penghujan kita sering mendengar petir. Apa sebenarnya petir itu? Petir adalah loncatan muatan yang dapat menimbulkan bunga api listrik. Petir merupakan salah satu contoh dari kejadian listrik statis. Apa yang menyebabkan terjadinya petir? Bagaimana petir dapat memunculkan cahaya berupa kilat? Dapatkah kamu menyebutkan gejala listrik statis yang lain? Apa saja manfaat dan kerugian listrik statis dalam kehidupan? Untuk lebih memahami konsep listrik statis, mari pelajari materi bab ini dengan cermat.

Tujuan Pembelajaran:Kemampuan yang kamu peroleh setelah mempelajari materi ini adalah:

1. Menjelaskan muatan listrik pada benda.2. Mendeskripsikan peristiwa perpindahan muatan listrik pada benda.3. Memahami sifat-sifat muatan listrik melalui percobaan sederhana.4. Memahami interaksi benda bermuatan listrik dengan menerapkan hukum Coloumb.5. Menerapkan konsep listrik statis dalam kehidupan sehari-hari.

Kata kunciAtomElektronElektroskopElektrostatisHukum ColoumbIsolatorKonduktorMuatan Medan listrikNeutronPotensial listrikProton

Lanjutan hal 100

Proton dan neutron berada di dalam inti atom-nukleon, sedangkan elektron berada di kulit atom mengelilingi inti atom. Perhatikan Gambar 1.1, mana yang disebut proton, elektron, neuton, nukleon dan lintasan elektron? Berapakah massa dan muatan electron, proton dan neutron?

Gambar 1.1 Model atom

Tambahan hal 105

4. Satuan Muatan Listrik

Dari hasil percobaan menggosok penggaris dengan kain, dapatkah kamu jelaskan bergantung pada apakah besarnya muatan listrik suatu benda? Muatan suatu benda sangat sulit untuk diukur secara langsung. Namun, Coulomb menunjukkan bahwa besarnya muatan listrik dapat ditentukan dengan cara mengukur gaya listrik yang dihasilkannya.

Satuan muatan listrik dalam sistem SI adalah coulomb (C). Muatan listrik 1 elektron adalah 1,6 × 10−19 coulomb, dan jenisnya negatif, sedangkan muatan listrik 1 proton besarnya sama dengan muatan 1 elektron, namun jenisnya positif. Besar muatan 1 elektron disebut muatan elementer.

Eksperimen 1.2

Tujuan: Memahami interaksi antarmuatan listrik.

Alat dan Bahan:

- Mistar plastik 2 buah- Kaca 2 batang- Kain wol- Kain sutra- Statif dan benang

Langkah Eksperimen:

1. Gosoklah kedua mistar plastic dengan kain wol. Kemudian, gantunglah salah satu mistar pada statif. Dekatkan mistar yang lain pada mistar yang tergantung.

2. Apa yang terjadi pada kedua mistar? Bergerak atau diamkah mistar yang digantung? Kemanakah arah geraknya? Menjauh atau mendekat?

3. Gosoklah dua batang kaca dengan kain sutra. Gantunglah salah satu batang pada statif dan dekatkan batang kaca yang lain pada batang kaca yang digantung.

4. Amatilah apa yang terjadi pada dua batang kaca itu. Bergerakkah batang kaca yang digantung? Ke arah mana geraknya?

5. Ulangi menggosok salah satu mistar dengan kain wol dan salah satu batang kaca dengan kain sutra. Gantunglah mistar pada statif dan dekatkan batang kaca pada mistar tersebut.

6. Amatilah apa yang terjadi pada mistar itu? Bergerakkah mistar dan ke mana arah geraknya?7. Apa yang dapat kamu simpulkan dari percobaan ini?

Tambahan hal 106Tabel 1.2 gaya tarik menarik dan tolak menolak pada benda

Benda yang digantung Benda yang didekatkan Interaksi kedua bendaMistar plastik Mistar plastik Tolak-menolakBatang kaca Batang kaca Tolak-menolakMistar plastik Batang kaca Tarik-menarik

Tabel 1.3 hubungan muatan dan gaya bendaBenda yang digantung Benda yang didekatkan Interaksi kedua benda- - Tolak-menolak+ + Tolak-menolak- + Tarik-menarik

Berdasarkan kedua data pada tabel di atas, dapat ditarik kesimpulaan bahwa, muatan listrik sejenis tolak-menolak, sedangkan muatan listrik tak sejenis tarik-menarik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.10.

Tambahan hal 108

Secara matematis dapat dirumuskan:

F=kQ1Q2r 2

……………………………………………………………. (1.1)

dengan:F = gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik (N)K = tetapan Coulomb = 9 x 106 m2/C2

Q1 dan Q2 = muatan listrik (C)r = jarak pisah kedua muatan (m)

Contoh Soal 1.1 (lanjutan tambahan hal 108)Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05 μC dipisahkan pada jarak 10 cm. Tentukan besarnya gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainnya dan Penyelesaian:Diketahui: Q1 dan Q2 = 0,05 μC

r = 10 cm = 0,1 mDitanya: F = …?Jawab:Kedua muatan dan gambar gaya yang bekerja seperti berikut.

F  = k 

= 9× 109 

= 2,25×10-3 N.

Uji Mandiri 1.3 (lanjutan tambahan hal 108)

1. Tiga muatan titik terletak pada sumbu x; Q1 = 25 nC terletak pada titik asal, Q2 = -10 nC  berada pada r = 2 m, dan Qo = 20 nC berada pada r = 3,5 m. Tentukan gaya total pada Qo akibat Q1 dan Q2.

2. Misalkan muatan positif total dan muatan negatif total di dalam sebuah uang tembaga dipisahkan sampai sebuah jarak sehingga gaya tarik diantara muatan-muatan tersbut adalah 4,5 N. Berapakah seharusnya jarak diantara muatan-muatan tersebut ?

3.  Dua muatan masing-masing + 2Q dan + 3Q terpisah sejauh d mengalami gaya listrik sebesar F. Jika

muatan masing-masing menjadi +6Q dan +4Q,

a. Gambarkan diagramnya?

b. Berapa gaya Coulombnya sekarang?

Tambahan hal 113

3. Medan Listrik

Kamu telah mengetahui bagaimana penggunaan elektroskop. Adanya gaya interaksi antarmuatan menyebabkan daun elektroskop menguncup dan mekar. Bila diamati dengan cermat, gaya interaksi tersebut terjadi tanpa bersentuhan satu sama lain. Daerah disekitar benda bermuatan listrik yang masih memiliki gaya listrik dikenal dengan sebutan medan listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik yang berawal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif.

4. Potensial Listrik