GENERATOR VAN DE GRAFF SEDERHANA

A. Tujuan

Menjelaskan bagian-bagian dan fungsi komponen dari model

sederhana generator Van De Graff

Menjelaskan prinsip kerja dari model sederhana generator Van De

Graff

B. Dasar Teori

Listrik Statis

Menurut pergerakannya ,listrik di bagi menjadi dua yaitu listrik

statis dan listrik dinamis. Pada alat ini .yaitu Generator Van De Graff

menggunakan konsep listrik statis. listrik statis adalah listrik yang

muatan – muatannya diam. Listrik statis mempelajari sifat kelistrikan

suatu benda tanpa memperhatikan gerakan atau aliran muatan

listriknya.

Muatan Listrik

Seperti yang kita tahu,bahwa benda termasuk oleh partikel –

partikel zat. Partikel zat yang ukurannya paling kecil dan tidak dapat

dibagi lagi adalah atom. Dalam ilmu perkembangan selanjutnya

ternyata atom masih dapat di bagi lagi. Tiap atom tersusun dari inti

atom dan elektron. Inti atom(nukleos) terdiri dari proton dan neutron.

Adapun elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya dan

mendapat gaya tarik inti atom. Partikel yang bermuatan negatif disebut

dengan elektron. Patrikel yang bermuatan positif disebut dengan

proton. Masa proton dan elektron lebih besar dibandingkan dengan

masa elektron

Gaya ikat inti terhadap elektron antara bahan satu dengan yang

lain berbeda, karena sesuatu hal, elektron dapat lepas dari lintasannya

dan berpindah ke atom yang lain. Perpindahan elektron tersebut

1

2

menyebabkan perubahan muatan suatu atom. Berdasarkan hal itu,atom

dikelompokkkan menjadi 3 yaitu,bermuatan positif,bermuatan negatif

dan netral.

Atom dikatakan bermuatan negatif jika kelebihan elektron

sedangkan atom bermuatan positif jika kekurangan elektron. Adapun

yang dikatakan atom netral jika jumlah proton dan netronnya sama.

Dalam dua buah atom yang bermuatan mempunyai gaya tolak

dan tarik. Yang ada pada hukum Coloumb berbunyi ”Gaya tarik atau

gaya tolak antara dua muatan titik berbanding lurus dengan hasil kali

kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara

kedua muatan titik tersebut” persamaan matematisnya yaitu

F=kq1 q2

r2

Dimana F= Gaya, k=konstanta elektrik (9x109 Nm2C-2), q1 =

muatan benda 1 , q2 = muatan benda 2 , r = jarak kedua muatan

Ada dua jenis muatan listrik yaitu muatan positif dan negatif.

Jika muatan listrik yang sejenis didekatkan satu sama lain akan tolak

menolak. Akan tetapi jika dua muatan listrik tidak sejenis didekatkan

satu sama lain maka akan tarik menarik

Membuat Benda Bermuatan listrik

Atom ada yang bermuatan listrik dan ada yang netral.

Demikian pula dengan benda. Benda netral dapat dibuat menjadi

bermuatan listrik dengan cara menggosok.

Penggaris listrik yang semula dalam keadaan netral atau tidak

bermuatan listrik,sehinnga tidak mampu menarik serpihan kertas kecil.

Ketika penggaris plastik digosok kain wol berarti menberikan energi

kepada elektron untuk berpindah. Perpindahan elektron terjadi pada

kain wol menuju penggaris plastik. Penggaris plastik akan bermuatan

negatif karena mendapat sejumlah elektron dari kain wol. Akibatnya

penggaris plastik kelebihan elektron . pindahnya elektron pada kain

3

wol mengakibatkan kain wol kekurangan elektron sehingga kain wol

bermuatan positif . penggaris plastik yang telah bermutan listrik dapat

menarik serpihan kertas kecil

Benda bermuatan positif maupun negatif dapat merarik benda

netral. Benda yang bermuatan listrik berusaha mempengaruhi muatan

yang tidak sejenis pada benda netral dan berupaya menarik ke arahnya.

Akibatnya pada benda netral tersebut terjadi pemisahan muatan.

Peristiwa pemisahan muatan listrik pada benda netral akibat benda

bermuatan listrik didekatkan disebut dengan induksi listrik

Induksi atau pengaruh listrik ini dapat digunakan untuk

membuat benda netral menjadi bermuatan listrik. Benda bermuatan

negatif jika didekatkan benda netral akan menarik semua muatan

positif. Benda netral jika bermuatan negatif dihuubungkan dengan

bumi kemudian diputus ,benda netral tadi akan berubah menjadi

benda bermuatan positif.

Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan sebuah benda netral

dapat dibuat bermuatan dengan tiga cara yaitu

1. Penggosokan

2. Konduksi

Pemberian muatan pada konduktor. Batang logam adalah konduktor

yang baik sehingga tidak bisa diberi muatan dengan cara penggosokan

karena tubuh manusia juga konduktor.

Pemberian muatan dengan cara ini menggunakan tangkai isolasi

sehingga muatan muatan pada konduktor tidak dapat mengalir ke

4

tanah. Konduktor bisa dimuati secara konduksi dengan menyentuhkan

batang bermuatan.

Muatan benda yang dikonduksi sama dengan muatan benda

pengkonduksi.

3.Induksi

5

Medan Listrik Pada Bola Konduktor Berongga

Jika sebauh bola konduktor dimuati ( misal muatan positif ), maka

distribusi muatan tersebut akan mengikuti sifat interaksi muatan.

Karena muatan-muatan sejenis tolak-menolak, maka distribusi muatan

pada bola konduktor bola berongga berada dipermukaan bola, sedang

di dalam bola tidak terdapat muatan.

 Maka Besarnya kuat medan listrik di a ( di dalam bola )

jari-jari < r adalah nol ( Ea = 0 ).

 Besarnya medan listrik dipermukaan bola dapat dihitung dengan

rumus E = kQ/r2 dengan r jari-jari bola; dan

 Besarnya kuat medan listrik di luar bola konduktor beronga

dapat dihitung dengan rumus E = kQ/R2 dengan R jarak titik

yang ditinjau dihitung dari pusat bola.

Potensial listrik oleh bola konduktor bermuatan

Potensial listrik disekitar atau didalam bola konduktor bermuatan dapat

ditentukan dengan cara menganggap muatan bola tersebut berada

dipusat bola pada gambar terdapat tiga titik yang masing –masing

berada di dalam bola , dipermukaan bola dan diluar bola . Ketiganya

mempunyai besar potensial masing-masing adalah:

6

1.    Pada titik A (didalam bola)besar potensial didalam bola akan sama dengan besar potensial dipermukaan bola. Hal ini karena konduktor bersifat equipotensial yaitu mempunyai potensial yang sama di setiap titiknya.

2.    Pada titik B (dipermukaan bola)besar potensial dipermukaan bola adalah

3.    Pada titik C (diluar bola) besar potensial diluar bola adalah

dengan r = jarak dari pusat bola menuju titik tersebut.

7

C. Bagian bagian dari Generator Van de Graff Sederhana

1. Adapter

Di dalam adapter terdapat transformator sebagai pengubah dari arus PLN

yaitu arus Ac menjadi arus DC menggunakan prinsip insuktansi bersama.

Arus DC ini yang berfungsi sebagai sumber energi untuk menggerakkan

motor atau dinamo

2. Dinamo atau motor DC (huruf F)

Sebagai penggerak belt atau karet dan ujung penggeraknya sebagai

penghasil muatan negatif.

Gambar Generator

3. Konduktor A(Kubah A / Kaleng): terbuat dari logam dan hampir bulat

seperti bola bentuknya

4. B merupakan penopang konduktor rongga A: terbuat dari bahan isolator

5. Tiang penopang isolator terpasng pada C yang terbuat dari logam yang

biasanya (grounded)

6. Sebuah sabuk D (belt) karet yang tak berujung pangkal yang bersifat tak

menghantar melingkari dua buah katrol atas, E dan katrol bawah, F yang

juga tidak menghantar

7. Roller F terhubung dengan pengayuh yang dihubungkan dengan motor

listrik kecil. Katrol E dan F dilapisi dengan bahan yang berlainan, yaitu

katrol E terbuat dari nylon dan pada pengayuh terbuat dari plastik. Dipilih

8

sedemikian rupa sehingga bila sabuk D bersentuhan dengan F, pita akan

memperoleh muatan positif, sedangkan bila bersentuhan dengan E, akan

mendapat muatan negatif.

8. Ujung runcing G dan H yang terbuat dari logam dalam hal ini adalah

kabel disambungkan secara listrik pada bola konduktor(kaleng) A di

sebelah atas dan pada alas C. ujung runcing H yang berada pada bagian

atas berfungsi untuk menarik elektron-elektron dari sabuk

D. Alat Dan Bahan

Bahan :

Kaleng bekas 1 buah

Paku kecil 1 buah

Tabung sekering 1 buah

Karet gelang 1 buah

Motor DC (biasanya terdapat pada mobil mainan) 1 buah

Gelas plastik 1 buah

Lem secukupnya

Kabel serabut secukupnya

Pipa PVC

Pipa PVC “T” 1 buah

Plester 1 buah

Kayu ukuran 15cmx15cm 1 buah

Alat perkakas :

Gergaji besi 1 buah

Tang pemotong 1 buah

Tang penjepit 1 buah

Penggaris 30 cm 1 buah

9

E. CARA MEMBUAT

1. Potong sekitar 5 cm pipa PVC dan lem pada kayu penyangga

2. Letakkan motor DC pada pipa penghubung “T”,usahakan agar

menempel dengan pas dengan ukuran diameter pipa

3. Buat lubang di belakang pipa “T” untuk memasukkan kabel serabut ke

dalamnya dan letakkan hampir menyentuh karet gelang. Bagian ini

disebut “Brush” bawah

4. Letakkan karet gelang pada ujung motor DC,butlah seperti katrol.

Kemudian satukan dengan gambar pada langkah 1

5. Potong kembali pipa ukuran 4 cm, dan letakkan diatas pipa “T” .

kemudian buat lubang untuk menyimpan paku. Paku digunakan

sebagai penyangga atas karet gelang. Untuk memudahkan

perputaran,selubungi paku dengan tabung sekering.

6. Buat satu lubang lagi pada pipa paling atas diantara dua lubang

sebelumnya untuk memasukkan kabel serabut dan letakkan hampir

menyentuh karet gelang. Bagian ini adalah “brush” atas

7. Potong gelas plastik setengahnya dan selubungi bagian bawahnya

seukuran pipa. Kemudian masukka pada pipa atas. Bagian ini

digunakan sebagai penyangga kaleng

8. Lubangi bagian atas kaleng, dan letakkan kaleng tersebut di bagian

atas alat

9. Langkah terakhir ialah memasang baterai kepada motor DC

10. Generator Van De Graff akhirnya dapat digunakkan. Untuk menguji

dapat kita letakkan beberapa potongan kertas diatas kaleng.

F. CARA KERJA GENERATOR VAN DE GRAFF

Pada prinsipnya Van de Graff sederhana ini memiliki 3 penerapan. Yang

paling utama yaitu adalah prinsip dari listrik statis dan penyimpanan muatan

dalam suatu benda yang membuat benda tersebut mempunyai potensial listrik.

10

Prinsip kedua yaitu adalah prinsip dari motor DC Motor listrik

merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi

energi mekanik. Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet

di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus

pada konduktor. Prinsip ketiga yang terdapat pada Van de graff sederhana

adalah transformator step down yaitu Adapter.

Secara umum, dua konduktor yang dipisahkan dengan suatu jarak tidak

akan berada pada potensial yang sama. Beda potensial antara konduktor

tersebut bergantung pada bentuk geometrinya, jaraknya dan muatan bersih

masing-masing. Ketika dua konduktor disambung, muatan pada konduktor

menyebar dengan sendirinya sehingga keseimbangan elektrostatik terbentuk

dan medan listrik nol dalam konduktor. Ketika tersambung kedua konduktor

dianggap sebagai konduktor tunggal dengan permukaan ekipotensial tunggal.

Perpindahan muatan dari satu konduktor ke yang lain disebut pembagian

muatan (charge sharing).

Pada gambar 2, konduktor kecil membawa muatan positif q berada di

dalam lubang konduktor besar. Dalam keseimbangan, medan listrik nol di

dalam material menghantar kedua konduktor. Garis-garis medan listrik yang

meninggalkan muatan positif q dan harus berakhir pada permukaan dalam

konduktor besar. Apabila konduktor dihubungkan dengan kabel (kawat

penghantar yang baik), semua muatan yang semula berada di konduktor kecil

akan mengalir ke yang besar.

11

Gambar 2.konduktor kecil membawa muatan positif ke konduktor besar

Ketika hubungan ini putus, tidak ada muatan di konduktor kecil dalam

lubang dan tidak ada garis medan pada bagian mana saja di permukaan luar

konduktor besar. Muatan positif dipindah dari konduktor kecil seluruhnya

yang terletak di permukaan luar konduktor besar. Apabila diletakkan lagi

muatan lebih positif pada konduktor dalam akan mengalir lagi ke konduktor

luar. Prosedur ini dapat terulang untuk jangka waktu yang tak terbatas.Metode

inilah yang digunakan oleh van de graff untuk menghasilkan potensial besar

dalam generator, dimana muatan dibawa ke permukaan dalam konduktor bola

besar dengan membawa muatan ke bola luar yang berada pada potensial

tinggi. Muatan bersih yang lebih besar di konduktor luar, potensialnya lebih

besar.

Secara sederhananya, cara kerja generator Van De Graff sederhana ini

yaitu apabila ujung runcing H dihubungkan dengan tegangan tinggi searah,

mengandung muatan positif yang besar. Ujung runcing H bersentuhan dengan

sabuk yang digerakkan oleh motor penggerak atau engkol tangan yang

terhubung melalui roller F. gesekan antar sabuk dan ujung runcing H

bermuatan positif menyebabkan elektron-elektron (muatan negative) dari

sabuk ditarik ke ujung runcing H. ini menyebabkan sabuk kiri yang tadinya

netral akan mengandung sejumlah besar muatan positif. Sabuk ini bergerak

membawa muatan positif menuju ke kubah setengah bola yang ditopang oleh

12

sepasang tiang berisolasi. Saat melewati ujung runcing G sabuk

meninduksikan muatan pada konduktor ini yang karena ujungnya runcing,

menimbulkan intensitas medan yang tingginya cukup untuk menionisasi udara

antara ujung runcing dan sabuk. Maka udara yang terionisasi ini menjadi

“jembatan” penghantaran bagi muatan positif pada sabuk guna dapat mengalir

ke konduktor A. Sehingga fungsi dari ujung runcing G yang terdapat dalam

kubah ialah mengumpulkan muatan positif dari sabuk, dan memindahkannya

ke permukaan luar kubah. Sebagai hasilnya pada kubah terkumpul muatan

positif yang sangat besar. Ketika meninggalkan katrol E, sabuk itu menjadi

bermuatan negative dan sisi kanannya mengangkut muatan negative ini ke

luar dari terminal atas. Pengambilan muatan negatif ekuivalen dengan

penambahan muatan positif, sehingga kedua sisi sabuk berperan menaikan

muatan netto positif terminal A. Muatan negatif terambil dari sabuk pada

ujung runcing H, lalu mengalir ke tanah.

Pengumpulan muatan pada kubah tidak dapat berlanjut tanpa batas,

karena akhirnya pelepasan muatan akan terjadi di udara. Untuk memahami hal

ini, perhatikan bahwa lebih banyak muatan terkumpul pada permukaan luar

kubah, besar medan listrik pada kubah juga meningkat. Akhirnya, kekuatan

medan lsitrik menjadi cukup untuk mengionisasi sebagian molekul udara di

dekat permukaan kubah. Ini membuat sebagian udara bersifat konduksi (dapat

menghantarkan muatan listrik). Muatan-muatan pada kubah sekarang memilki

jalan untuk bocor menuju udara di sekitarnya. Pelepasan muatan ke udara ini

dapat menimbulkan ledakan

13

PENUTUP

1. SIMPULAN

Pada percobaan ini kami telah berhasil membuat Generator Van de

Graff yang menggunakan prinsip listrik statis dan pemuatan induksi.

Generator Van De Graff merupakan mesin listrik statik yang menghasilkan

tegangan DC yang sangat tinggi, yaitu dengan cara mengumpulkan muatan

listrik dan menyimpannya pada permukaan bola logam berongga (hollow

spherical). Salah satu cara untuk menggerakan generator ini dengan

menggunakan motor listrik yang dapat diatur kecepatan putarannya dan

menggunakan listrik 220 V. Pada kasus listrik statis, sebuah benda menjadi

bermuatan karena proses penggosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik

total. Muatan positif dan muatan negatif pada listrik statis bergantung pada

bahan. Bila sebuah benda logam bermuatan positif disentuhkan dengan benda

yang bermuatan positif maka akan terjadi gaya tolak menolak, dan bila

didekatkan negatif maka akan terjadi gaya tarik menarik

2. SARAN

Untuk mendapatkan hasil yang maksimal,akan lebih baik jika sumber

listrik berasal dari power supply daripada baterai karena listrik yang

dihasilkan akan lebih banyak. Adapun jika menggunakan baterai ada

kemungkinan listrik yang terkandung dalam baterai akan berkurang

seiring dengan banyaknya penggunaan.

Karet yang digunakan tidak boleh terlalu kaku, tetapi juga tidak boleh

terlalu lentur. Hal ini dimaksudkan agar karet dapat berputar lebih

stabil seandainya karet terlalu lentur, maka perputaran karet akan tidak

teratur dan bisa keluar dari jalur. Sementara jika terlalu kaku,karet

tidak dapat berputar seperti yang diharapkan.

14

DAFTAR PUSTAKA

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. (2008). Fundamental of Physic

(extended). Singapore : John Wiley and Sons.

Paul, Tipler (1991). Fisika Untuk Sains dan Tekhnik Jilid 2 (Terjemahan).

Jakarta Erlangga.

Sears, Zemansky.1986. Fisika untuk Universitas 2 Listrik Magnet. Bandung:

Binacipta.

http://bemteunnes.wordpress.com/2008/04/12/speed-drop/]

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/hukum-hukum-dasar-listrik.html

UF2, 2010, Listrik Statis, [HTML],

http://sekolahnusantara.blogspot.com/2010/03/listrik-statis-

lagi.html(diakses tanggal 5 Mei 2012)

Anonim, 2010, Potensial Listrik, [HTML], http://e-dukasi.net/index.php?

mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Materi%20Pokok/view&id=355&uni

q=3376 (diakses tanggal 5 Mei 2012)