Muatan Listrik Pada Listrik Statis

Listrik merupakan suatu hal yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Fenomena kelistrikan telah dipelajari masyarakat sejak zaman dahulu. Akan tetapi, jenis listrik yang dipelajari pada bab ini bukanlah listrik yang digunakan untuk menyalakan lampu, tv, dan kipas angin. Pada pembahasan kali ini kita akan mempelajari listrik yang tercipta pada saat muatan listrik terbentuk pada suatu benda. Listrik semacam ini disebut listrik statis.

1.        Sejarah muatan listrik

Lebih dari 2500 tahun yang lalu, Thales, ilmuwan dari yunani yang lahir di kota Miletos menyelidiki tentang listrik. Dia mengamati peristiwa tertariknya bulu-bulu ayam pada batu amber yang telah digosok dengan kain wol. Dia menciptakan kata electricity yang berarti listrik untuk menamai batu amber tersebut.

2.        Sifat muatan listrik

Sifat kelistrikan suatu benda ditunjukkan dengan adanya muatan listrik pada benda tersebut. Muatan listrik ada dua macam, yaitu muatan listrik positif dan negatif. Muatan listrik positif disebut proton dan disimbolkan dengan tanda positif (+). Muatan listrik negatif disebut elektron dan disimbolkan dengan tanda  (-). Satuan muatan listrik adalah coulomb (C). Muatan listrik yang sejenis akan tolak-menolak sedangkan muatan tidak sejenis akan tarik-menarik.

Pembahasan mengenai muatan listrik tidak terlepas dari teori atom. Secara umum, teori atom menerangkan hal-hal berikut.

a.       Atom merupakan bagian terkecil dari suatu benda.

b.      Atom terdiri atas inti atom dan kulit atom.

c.       Inti atom terdiri atas proton (muatan positif) dan neutron (tidak bermuatan atau netral).

d.      Elektron bergerak mengelilingi inti atom pada kulit atom.

e.       Besar muatan proton sama dengan elektron yaitu 1,6 x 10 pkt -19 C, yang membedakan hanyalah jenis muatan keduanya.

3.        Pemberian muatan listrik pada benda

Pada umumnya, benda bersifat netral. Benda netral memiliki jumlah proton sama dengan jumlah
elektron. Suatu benda netral dapat menjadi bermuatan listrik positif atau negatif dengan cara melepas atau menangkap elektron. Hal ini dapat terjadi karena elektron dapat bergerak bebas di dalam atom. Benda yang kehilangan elektron akan bermuatan positif karena jumlah elektron berkurang, sedangkan jumlah proton tetap. Benda yang menangkap elektron akan bermuatan negatif karena kelebihan elektron.

Pemberian muatan pada benda dapat dapat dilakukan dengan berbagai cara, misalnya menggosok suatu benda dengan benda lain. Jika dua buah benda digosokkan, elektron akan berpindah dari satu benda ke benda lain. Pernahkah anda langsung memakai baju yang baru saja disetrika?  mungkin akan mendengar bunyi percikan listrik kecil ketika memakai baju yang baru saja disetrika tersebut. Fenomena lain adalah ketika penggaris plastik digosok dengan kain wol, penggaris akan bermuatan negatif. Lain halnya dengan kaca yang digosok dengan kain sutra, kaca akan bermuatan positif.

4.        Konduktor, isolator, dan semikonduktor

Benda-benda yang dapat menghantarkan listrik disebut konduktor listrik. Benda-benda yang tidak dapat menghantarkan listrik disebut isolator listrik. Beberapa bahan konduktor dan isolator dapat dilihat dalam tabel berikut.

Konduktor	Isolator
Perak Tembaga Aluminium Karbon Besi	Karet Plastik Kain wol Kayu Udara

Selain bersifat konduktor dan isolator, ada benda-benda yang bersifat di antara kedua kategori tersebut. Silikon, germanium, dan arsen dapat bersifat baik sebagi konduktor maupun isolator bergantung pada suhunya. Benda-benda tersebut disebut semikonduktor.

5.        Hukum coulumb

Dua buah muatan listrik saling berdekatan akan mengalami interaksi. Interaksi antarmuatan listrik dapat berupa gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak. Muatan yang sejenis akan tolak-menolak, sedangkan muatan yang tidak sejenis akan tarik-menarik. Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antarmuatan telah diselidiki oleh Charles Augustin de Coulomb, seorang ilmuwan Prancis. Berdasarkan percobaan yang ia lakukan, dapat dinyatakan bahwa peristiwa tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan disebabkan oleh gaya yang selanjutnya disebut sebagai gaya coulomb. Persamaan gaya coulomb dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

F = gaya Coulomb (N)

k = konstanta (9 x 10⁹ N m²/C²)

q₁ , q₂ = jarak antarmuatan (m)

berdasarkan persamaan tersebut, besar gaya Coulomb berbanding lurus dengan besarnya nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Istilah lain untuk gaya tarik atau gaya tolak antarmuatan ini disebut gaya elektrostatis. Peristiwa-peristiwa yang terjadi akibat gaya elektrostatis disebut sebagai listrik statis, yaitu peristiwa yang diakibatkan perpindahan muatan dalam suatu benda. Contoh gaya elektrostatis terjadi pada dua buah batang kaca yang telah digosok dengan kain sutra. Jika dua batang kaca yang telah digosok kain sutra didekatkan, keduanya akan tolak-menolak.

Semoga bermanfaat.

Karangan : Rifiyani Casanah dan Muhammad Luthfi Hidayat

Wassalam..