A.
Sejarah Listrik Statis
Listrik sudah ada sejak jagat raya ini ada. Bahkan saat
kehidupan belum ada di planet bumi kita, lebih dari 4 milyar tahun lalu,
ledakan petir sudah menghantarkan listrik menerangi langit. Dalam dua abad
terakhir, para ilmuwan sedikit demi sedikit mulai terungkap misteri listrik.
Kemajuan dalam pengungkapan ini berhubungan erat dengan kemajuan ilmu
pengetahuan lain. Para penemu telah mengubah energi listrik yang sebelumnya tak
terkontrol menjadi sesuatu yang sangat bermanfaat bagi kita.
Sejak zaman Yunani kira-kira 2600 tahun yang lalu, Thales of
Miletus telah memperhatikan fenomena sebuah benda fosil mirip kaca yang
digosokan dapat menarik benda-benda tertentu secara “ajaib”, seperti misalnya
pakaian yang terbuat dari bulu binatang. Fenomena ini telah menjadi perhatian
banyak kalangan sampai berabad-abad kemudian. Saat itu fosil tersebut dalam
bahasa Yunani dinamai elektron, dalam bahasa Inggris ini dikenal sebagai batu
ambar (amber) yang berasal dari bahasa Arab anbar. Kejadian alam ini belum
dapat dijelaskan secara ilmiah kecuali menganggapnya sebagai sebuah “sihir”
semata. Pada tahun 1600-an, seorang dokter istana Inggris, William Gilbert
meneliti “keajaiban” batu ambar tersebut secara ilmiah dan membedakannya dari
fenomena kemagnetan. Gilbert menamai gejala batu ambar ini dan gejala apapun
yang serupa dengan itu dengan nama electrica (dalam bahasa Yunani batu ambar
disebut electron), tetapi dalam bahasa bahasa Indonesia disebut listrik, dan
tidak disebut elektron. Sekarang istilah elektrik atau listrik dipakai untuk
menamai semua gejala yang berhubungan dengan ion (elektron dan proton) serta
peristiwa-peristiwa yang terkait dengannya.
Gejala kelistrikan statik baru dipelajari intensif pada
tahun 1700-an oleh seorang Ilmuan Perancis bernama Charles Dufay. Ia berhasil
menunjukkan adanya dua jenis gejala. Pertama bahwa gejala listrik ini dapat
menimbulkan efek tarik-menarik pada benda tertentu dan yang kedua dapat
menyebabkan tolak-menolak. Dalam perkembangan selanjutnya dari dua gejala ini
disimpulkan terdapat dua jenis sumber listrik (yang kemudian disebut muatan
listrik). Dufay menamakan gejala ini dengan istilah resinous (yang bersifat
(-)) dan vitreous (yang bersifat (+)). Perkembangan selanjutnya adalah
ditemukannya mesin pembangjkit (generator) muatan listrik. Generator
elektrostatik yang pertama kali dikembangkan oleh Francis Hauksbee (1666-1713)
pada tahun 1710, mampu menghasilkan muatan listrik yang semakin besar. Selain
dihantarkan, muatan listrik juga berinteraksi satu dengan lainnya. Charles
Augustin de Coulomb (1736-1806) merupakan ilmuwan pertama yang mengukur
bagaimana muatan listrik berinteraksi.
Seorang ilmuan, sastrawan, politisi dan terutama salah
seorang penggagas deklarasi kemerdekaan Amerika, Benjamin Franklin pada tahun
1752 kemudian menyatakan bahwa fenomena kilat dan batu ambar merupakan gejala
yang sama dan menamakan (memberi tanda) kedua jenis listrik (muatan listrik)
ini sebagai positif (+) dan negatif (-). Penamaan ini dipakai hingga saat ini
dan amat membantu dalam menjelaskan gaya elektrostatik. Pada masa awal
eksperimen tentang listrik, para ilmuwan belum menemukan baterai untuk
menyimpan listrik. Sebagai pengganti listrik itu, mereka membuat sendiri dengan
menggosokkan dua benda tertentu. Alessandro Volta pada tahun 1800 membuat
sketsa tumpukan volta berbentuk U, yang merupakan baterei berukuran praktis
pertama. Satuan potensial listrik yang merupakan kekuatan atau ‘tegangan
listrik’ dari muatan yang mengalir dinamakan volt. Sirkuit rumah modern
mempunyai 110 atau 220 volt dan jaringan tegangan tinggi yang mempunvai 500.000
volt atau lebih.
Robert A. Millikan (1869-1953) kemudian melakukan eksperimen
yang bertujuan mencari harga muatan yang paling kecil yang bisa didapatkan.
Percobaan Millikan dikenal sebagai percobaan tetes-minyak (oil-drop). Millikan
mengamati bahwa hasil dari muatan listrik yang diperoleh selalu kelipatan dari
1,602x10-19 C. Dari percobaan tetes minyak”-nya Millikan mendapatkan
harga muatan terkecil sebesar 1,602x10-19 C. Harga muatan ini dimiliki oleh partikel
terkecil elektron, sehingga bilangan tersebut disebut e (muatan elektron) atau
e = - 1,602x10-19 C. Pada setiap benda terdapat sejumlah muatan
positif (dalam inti atom) dan muatan negatif (sejumlah elektron yang mengelili
inti atom) yang besarnya merupakan kelipatan dari 1,602x10-19 C (1e,
2e, 3e, 4e, 5e, dan seterusnya) atau dikenal dengan istilah kuantisasi
elektron. Jika jumlah muatan positif lebih besar dari jumlah muatan negatif
maka benda tersebut dinamakan bermuatan positif; jika sebaliknya maka benda
bermuatan negatif. Sedangkan bila jumlah muatan positif sama dengan jumlah
muatan negatif, benda tersebut tidak bermuatan atau netral.
Sepanjang pertengahan abad 19, para ilmuwan mencoba
meningkatkan penggunaan muatan listrik itu, antara lain dengan mengembangkan
mesin uap, yang ditemukan oleh James Watt (1736-1819), yang memicu revolusi
industri, di mana satuan daya listrik menggunakan namanya, watt. Penemuan demi
penemuan terus berlangsung. Salah satu yang terpenting adalah telegraf oleh
Thomas Alva Edison, yang kemudian juga menemukan lampu pijar. Selama
bertahun-tahun mesin Wimhurst digunakan untuk membuat muatan listrik. Mesin ini
bekerja dengan rnenggunakan induksi. Dengan memutar pegangan engkol, bagian logam
pada cakram berputar dengan arah berlainan, serta sisir logam yang menunjuk ke
arah cakram tapi tidak menyentuhnya. Proses ini menggandakan muatan listrik
yang menyimpang berulang-ulang. Muatan yang dihasilkan kemudian disimpan dalam
guci Leyden. Mesin ini dulunya digunakan untuk membuat listrik statis, sebuah
istilah yang digunakan hingga setidaknya tahun 1960-an.
Saat ini, sekitar empat abad sejak pemikiran mengenai
listrik dimulai, pemanfaatan energi listrik telah menyentuh pada hampir semua
sisi kehidupan manusia. Alat-alat elektronik, telekomunikasi, transportasi,
yang semua digerakkan oleh listrik, menjadi tak terbayangkan jika seandainya
listrik elektrostatis dan elektromagnetis tak pernah ditemukan.
B.
Apa itu listrik statis
Listrik statis adalah akumulasi muatan listrik dalam suatu
objek. Listrik statis (elektrostatic) juga dapat diartikan kumpulan muatan
listrik dalam jumlah besar, yang statis (tidak mengalir), namun apabila terjadi
pengosongan muatan tersebut waktunya sangat singkat.
Kita kenal bahwa muatan listik pada permukaan suatu benda
terjadi karena ketidakseimbangan jumlah elektron (bermuatan negatif) terhadap
proton (bermuatan positif). Jika kelebihan elektron, kita katakan benda
tersebut bermuatan negatif. Jika terjadi sebaliknya, maka benda tersebut
bermuatan positif. Benda yang bermuatan sejenis atau mempunyai polaritas muatan
yang sama (positif dengan positif, atau negatif dengan negatif) akan
tolak-menolak, sedangkan benda –benda yang berbeda muatan (positif dengan
negatif) akan saling tarik menarik. Ketika belajar Fisika, kita mengetahui hal
ini sebagai hukum Coulomb. Jika jumlah elektron sama dengan proton, maka
dikatakan bahwa benda tersebut adalah netral atau ‘tidak bermuatan’ !Kalau
muatan listrik itu “diam” dipermukaan suatu benda, maka kita katakan bahwa
benda tersebut bermuatan listrik statik. Fenomena muatan listrik statik atau
elektrostatik sudah dikenal manusia sejak dulu karena mudah ditemukan di alam
sekitar. Kita bisa dengan mudah menimbulkan muatan listrik statik pada
benda-benda bukan logam disekitar kita dengan menggosokkannya dengan benda
lain. Mungkin kita masih ingat eksperimen sederhana saat sekolah dulu : sisir
plastik yang digosok dengan kain, lalu didekatkan dekat lengan, akan menarik
rambut-rambut di kulit lengan, atau jika didekatkan ke sobekan-sobekan kertas
diatas meja maka sisir plastik akan menarik sobekan-sobekan kertas tersebut.
Syaratnya : sisir dan kainnya mesti kering. Jika basah, tak cukup banyak muatan
listrik yang dihasilkan. Ini bukan sulap atau magik, tapi sains. Bagi yang suka
nonton Mr. Bean, ada satu episode dimana tubuh Mr.Bean menjadi bermuatan
listrik setelah bermain-main dengan alat penghasil muatan listrik statik, yang
biasanya dinamakan generator Van de Graaff.
Cara mudah menimbulkan muatan listrik statik, seperti
eksperimen sederhana diatas, adalah dengan menggosok atau menggesek permukaan
suatu benda dengan benda lain. Cara ini dikenal dengan nama triboelectric
charging (pemberian muatan secara triboelektrik). Besar dan jenis muatan yang
ditimbulkan tergantung pada banyak hal : jenis benda, kelembaban udara, luas
permukaan kontak, kecepatan dan tekanan pada saat bergesekan dan pemisahan.
Makin luas permukaan kontak, maka makin tinggi muatan statik yang dihasilkan.
Keberadaan muatan listrik statik
dapat diketahui dengan menggunakan beberapa alat pengukur khusus yang disebut Electrometer
– dipasaran bisa dijumpai alat yang disebut Electrostatic Fieldmeter
(satuan ukurnya volt/meter), Electrostatic Voltmeter (satuan ukur dalam
volt) dan Coulombmeter (satuan ukur dalam coulomb).
C. Elektroskop
Kita ketahui bahwa benda-benda dapat
bermuatan listrik jika benda-benda tersebut kekurangan atau kelebihan elektron.
Jika suatu benda netral kehilangan elektron maka benda tersebut akan kekurangan
elektron sehingga benda tersebut bermuatan positif, sedangkan jika suatu benda
netral menerima elektron maka benda tersebut akan kelebihan elektron sehingga
benda bermuatan negatif. Bagaimana cara mengetahui bahwa benda tersebut
bermuatan negatif atau positif?
Alat yang bisa mengetahui benda
tersebut bermuatan negatif atau positif adalah elektroskop. Bagaimana cara
kerja elektroskop sehingga kita bisa tahu bahwa benda tersebut bermuatan
negatif atau positif? Sebelum membahas tentang cara kerja elektroskop, kita
harus tahu apa itu elektroskop, fungsi dan bagian-bagian elektroskop.
Elektroskop adalah suatu alat yang
dapat digunakan untuk mendeteksi adanya muatan pada suatu benda. Selain sebagai
alat untuk mendeteksi adanya muatan pada suatu benda, elektroskop juga
berfungsi sebagai alat untuk memisahkan muatan karena mengguanakan prinsip
induksi listrik, mendeteksi jenis muatan (negatif atau positif) suatu benda,
dan mengetahui ada atau tidaknya muatan listrik pada suatu benda.
Elektroskop memiliki tiga bagian
penting, yakni (1) kepala elektroskop (knop) yang terbuat dari logam, (2) konduktor
yang menghubungkan kepala elektroskop dengan daun elektroskpo (foil) yang
terbuat dari batang logam, dan (3) daun elektroskop (foil) yang jumlahnya ada
dua yang disusun secara terpisah dan biasanya terbuat dari kertas emas atau
alumunium tips.
Prinsip kerja elektroskop adalah
menggunakan prinsip induksi listrik. Induksi listrik merupakan pemisahan
muatan listrik pada benda netral jika benda itu didekati dengan benda lain yang
bermuatan listrik. Jika kepala elektroskop yang netral didekatkan dengan
benda bermuatan listrik, maka daun elektroskop akan mengembang, dan jika kepala
elektroskop yang netral didekatkan dengan benda tidak bermuatan listrik
(netral) maka daun elektroskop tetap (kuncup).
Jadi
kita dapat mendekteksi bahwa benda tersebut memiliki muatan (baik itu bermuatan
negatif maupun positif) jika daun elektroskop mengembang (mekar). Misalnya kita
akan mendeteksi apakah sebuah penggaris memiliki muatan atau tidak. Pertama-tama
ambil sebuah penggaris (jangan diperlakukan apa-apa) kemudian dekatkan dengan
kepala elektroskop, maka daun elektroskop tersebut akan diam (tidak
mengembang). Itu artinya penggaris tidak bermuatan. Kemudian coba penggaris
tersebut digosok-gosokan secara searah pada rambut Anda beberapa menit,
kemudian dekatkan dengan kepala elektroskop maka daun elektroskop akan
mengembang.
Jika kita akan mendeteksi apa jenis
muatan pada penggaris yang sudah digosok-gosokan pada rambut dan kaca yang
sudah digosokan dengan kain sutra. Misalkan elektroskop yang kita gunakan
adalah elektroskop bermuatan negatif. Jika eletroskop bermuatan negatif kita
dekatkan dengan penggaris dan ternyata kedua daun eletroskop tambah mengembang
maka penggaris tersebut bermuatan negatif. Jika eletroskop bermuatan negatif
kita dekatkan dengan kaca dan ternyata kedua daun eletroskop menguncup maka
kaca tersebut bermuatan positif.
D. Sifat-sifat Muatan Listrik
Ada dua jenis muatan
listrik yaitu muatan listrik positif (+) dan muatann listrik negatif (-). Benda
bermuatan listrik positif karena memiliki jumlah proton yang lebih banyak dari
elektronnya. Sedangkan sebaliknya benda bermuatan listrik negatif bila jumlah
elektronnya melebihi jumlah proton. Sifat interaksi dari kedua muatan tersebut
adalah muatan yang sejenis akan menghasilkan gaya tolak dan muatan yang berbeda
jenis akan menghasilkan gaya tarik. Gaya ini dikenal dengan gaya listrik atau gaya
elektrostatis.
E. Penerapan Listrik Statis
1.
Pengendap
elektrostatis/penggumpal asap
Alat
ini berfungsi untuk membersihkan partikel-partikel abu hasil pembakaran gas
pada cerobong asap, sehingga mengurangi pencemaran udara. Terdiri dari 2
pelatlogam datar dan kawat vertikal yang terbentang diantaranya.
Pelat-pelat logam yang ditanahkan, tetapi kawat-kawat diantara pelat dijaga
bermuatan sangat kuat. Dengan demikian, ada medan listrik kuat dalam daerah
diantara kawat dan kepin. Listrik kuat ini menyebabkan ion-ion terbentuk dalam
udara di anatara kawat. Ion positif
udaraditarik ke kawat bermuatan negatif,
tetapi ion negatif udara ditang partikel polutan. Partikel polutan bermuatan
positif ini kemudian bergerak menuju pelat logam dan terkumpul dibagian dasar.
 |
2. Halilintar
Halilintar terjadi disaat belum terjadinya hujan
adalah awan dalam keadaan netral, yaitu jumlah dari elektron dan proton nya
sama. Disaat hujan turun, terjadilah pergesekan diantara partikel diawan dengan
udara yang menyebabkan dihasilkanya awan bermuatan listrik statis. Kemudian
disaat proses pelepasan dari muatan listrik dari awan dimulai, maka akan
menghasilkan bunga api listrik yangg kita kenal dengan sebutan halilintar.
Benjamin Franklin ialah orang yg pertama kalinya pada
tahun 1700 menyebutkan bahwa halilintar merupakan salahsatu penerapan listrik
statis dalam kehidupan sehari-hari. Dalam penyelidikan yang diungkapkannya disebut
bahwa listrik statis itu bisa bergerak dengan cepat tergantung pada
media yang menjadi perantaranya atau bahan-bahan tertentu. Disebut juga bahwa
permukaan yang bentuknya lancip atau uncing juga akan dengan mudah
menarik lebih banyak elektron jika dibandingkan dengan permukaan datar.
 |
3.
Theremin
Theremin merupakan salah satu alat musik yang dapat di
mainkan tanpa menyentuhnya. Dua antena pada theremin berfungsi
untuk mengatur volume dan nada-nada musik. Saat seseorang mendekatkan
telapak tangannya ke antena, efek yang akan terjadi sama dengan efek
kapasitorpelat sejajar. Dalam hal ini, antena berlaku sebagai salah satu pelat
sedangkan telapak tangan berlaku sebagai pelat pasangannya. Dengan mengubah
jarak antena dengan telapak tangan berarti mengubah kapasitansi sistem
kapasitor itu. perubahan kapasintansi ini di deteksi olehrangkaian
elektronik yang segera mengonversinya menjadi perubahan volume atau
nada-nada musik. Prinsip kapasitor juga di aplikasikan pada defibrator dan perangkat pencahayaan dalam kamera
foto.
4.
Elektrokardiograf
Elektrokardiograf
yaitu alat yang digunakan untuk merekam perubahan jantung manusia. sedangkan
hasil remakannya di sebut elektrokardiogram.
Setiap kali jantung manusia berdetak,
terjadi perubahan potensial listrik pada permukaannya. Hal ini dapat di
deteksi dengan menggunakan logam kontak yang di pasang pada kulit. Perubahan
potensial ini sangat kecil, hanya dalam orde milivolt (mV). Perubahan
potensial ini dapat di tampilkan sebagai grafik, baik pada kertas maupun
pada layar tabung sinar katoda (CRT).
 |
5.
Penangkal Petir
Ketika terpadapat awan yang bermuatan listrik
terbentuk di dekat gedung yang mempunyai pengangkal petir, maka batang
logam penangkal petir itu akan memancarkan muatan listrik dari Bumi yang
berlainan jenis untuk menetralkan awan. Jika awan bermuatan positif maka bumi
akan menyuplai muatan listrik negatif begitupun sebaliknya.Dengan demikian awan
akan menjadi netral dan tidak terjadi petir. Akan tetapi sering terjadi muatan
listrik di awan menjadi besar, kemudian terjadi lompatan muatan lisrtik dari
awan ke bumi melalui batang logam dan kawat penghantar dari pengkal petir.
Jadi, bangunan tetap aman karena muatan listrik dari awan akan dialirkan ke air
tanah lewat kawat penghantar tanpa mengenai benda-benda di sekitarnya.
6.
Generator Van De Graff
Rambut akan berdiri karena Generator
Van de Graaff. Dilaboratorium-laboratorium penelitan biasa dipakai mesin
pembangkit listrik yang bernama Generator Van de Graff. Generator inilah contoh
kedua penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari karena merupakan
alat yang digunakan untuk menghasilkan listrik statis tersebut.
Cara kerjanya adalah dengan metode gesekan, yaitu gosokan antara silinder
bagian bawah dengan sabuk karet yang menjadikan adanya muatan listrik negatif
di sabuk karetnya.
7. Silinder
politilen
Dibagian lain, gesekan diantara
silinder politilen bagian atas dan sabuk karet akan menimbulkan muatan
listrik positif disabuk karet lainnya tersebut. Kemudian gerakan dari
sabuk karet menuju atas akan membawa muatan negatif yang dihasilkan mengalir
melalui bagian ujung yang lancip dibagian atas kekubah, sampai sini elektron
disebar kepermukaan kubah, namun kubah dibagian dalam tidak mengandung
elektron. Bersamaan dengan itu, terjadi gerakan dari sabuk karet kebawah dengan
membawa muatan listrik positif. Muatan listrik positif ini akan mengalir
ketanah untuk dinetralkan melalui ujung lancipnya.
Proses terakhirnya adalah, silinder logan bagian bawah
berjalan memakan motor listrik hingga sabuk karetnya bergerak terus dan
hasilnya adalah muatan listrik negatif yang mengalir kekubah. Proses ini
bisa menghasilkan muatan listrik yang sangat besar di kubah generator Van de
Graff, yakni bisa berjumlah 200.000.000 volt.
8.
Elektroskop
Elektroskop adalah alat yang
dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu
benda.Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah
benda bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang sejenis
dengan benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya
kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun
elektroskop membuka).
 |
9.
Mesin fotocopy elektrostatik
Mesin
fotocopy bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik menarik antar muatan yang tidak
sejenis. Muatan positif di berikan pada silinder almumunium (Al) berlapis
selenium (Se). selanjutnya silinder di sinari dengan proyeksi gambar/naskah
yang akan di kopi. Selenium merupakan Foto konduktor, yaitu materi yang
bersifat isolator dalam keadaan gelap dan bersifat konduktor jika mendapat
cahaya. Bagian Se yang terkena sinar akan bersifat konduktif dan akan
menghantarkan elektron dari Al untuk menetralkan muatan positif di bagian
tersebut. Bagian Se yang tidak mendapat sinar tetap bermuatan positif. Partikel
toner akan menempel pada lapisan Se yang bermuatan positif. Selembar
kertas di beri muatan positif di lewatkan pada silinder itu sehingga
partikel toner yang bermuatan negatif akan di tarik menuju kertas yang
bermuatan positif. Pola partikel toner pada kertas akan membentuk bayangan
naskah/gambar yang di kopi. Toner akan melekat pada kertas yang selanjutnya di
lewatkan di antara pelat penggulung yang panas.
 |
10. Printer Laser
Ketika
drum yang bermuatan positif berputar, laser bersinar melintasi permukaan yang
tidak bermuatan. Laser akan menggambar pada kertas yang bermuatan negatif.
Setelah melewati drum yang berputar kertas akan melewati fuser. Pada bagian fuser ini kertas akanmengalami
pemanasan, hal ini yang
menyebabkan kertas terasa panas pada saat keluar dari printer. Printer laser
lebih cepat, lebih akurat, dan lebih ekonomis.
 |
Daftar Pustaka
http://www.artikelbagus.com/2011/08/listrik-statis-muatan-listrik.html#_
http://www.ilmusiana.com/2015/10/listrik-statis-materi-lengkap.html
http://elektronikadasar.info/listrik-statis.htm
No comments:
Post a Comment