Listrik Statis: Pengertian, Merubah Muatan, Hukum Coulomb, dan Medan Listrik
Listrik statis adalah suatu gejala yang ditimbulkan oleh perbedaan muatan yang dimiliki oleh benda. Ini terjadi karena setiap zat atau benda terdiri dari atom-atom sehingga suatu benda dapat bermuatan listrik, dapat juga netral, tergantung dari banyaknya muatan pada benda tersebut. Jadi, listrik statis dapat terjadi karena ada ketidakseimbangan muatan listrik dalam atau permukaan benda.
Contoh sederhana listrik statis yang sering dijumpai adalah sisir plastik yang digosok dengan rambut kering sehingga terjadi muatan negatif pada sisir. Hal ini karena terjadi perpindahan elektron dari rambut ke sisir sehingga sisir plastik kelebihan elektron.
A. Atom Bermuatan dan Atom Netral
Setiap atom mempunyai proton yang bermuatan positif (+) dan elektron yang bermuatan negatif (-). Setiap atom dapat berupa atom netral, bermuatan positif, atau bermuatan negatif, tergantung selisih antara jumlah proton dan jumlah elektron atom tersebut.
- Atom dikatakan bermuatan positif, jika jumlah proton lebih besar daripada jumlah elektron. Ini dapat terjadi kerena atom tersebut melepaskan atau kehilangan elektron sehingga kekurangan elektron.
- Atom dikatakan bermuatan negatif, jika elektron lebih besar dari jumlah proton. Ini dapat terjadi karena atom tersebut menangkap atau menerima elektron sehingga kelebihan elektron.
- Atom dikatakan netral, jika jumlah proton sama dengan jumlah elektron.
B. Merubah Muatan Benda
Suatu benda secara alami adalah netral, tetapi benda bisa menjadi bermuatan listrik jika dilakukan beberapa cara seperti berikut:
1) Menggosok
Menggosok adalah cara paling mudah untuk membuat suatu benda memiliki muatan. Contohnya:
2) Konduksi
Konduksi adalah pengumpulan muatan dengan cara disentuhkan langsung dengan benda lain, sehingga muatan negatif akan berpindah dari benda satu ke benda lainnya.
Contoh dari konduksi seperti pada gambar ilustrasi di atas. Ketika benda bermuatan positif disentuhkan dengan benda lain yang netral atau tidak bermuatan, maka elektron-elektron bebas yang ada dalam benda yang netral akan tertarik menuju benda yang bermuatan.
3) Induksi
Induksi adalah memisahkan muatan listrik yang tadinya tersebar merata pada suatu benda, menjadi teratur antara muatan positif dan negatifnya.
Contohnya, induksi seperti pada gambar ilustrasi di atas. Ketika benda netral didekati benda bermuatan positif, ujung dari benda netral tersebut akan berisi muatan negatif. Begitu juga ketika benda netral didekati benda bermuatan negatif, ujung dari benda netral tersebut akan berisi muatan positif.
C. Interaksi Antar Muatan Listrik
Muatan listrik dinyatakan dalam satuan coulomb (C). Muatan listrik sebesar 1 coulomb, yaitu muatan yang dipindahkan oleh arus listrik 1 ampere dalam waktu 1 detik. Dapat dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
- Q = muatan listrik, satuannya coulomb (Q)
- I = kuat arus listrik, satuannya ampere (A)
- t = waktu, satuannya sekon (s)
Dua buah benda yang bermuatan listrik yang berdekatan akan terjadi gaya interaksi, yaitu:
- Dua buah benda bermuatan listrik sejenis akan saling tolak-menolak.
- Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis akan saling tarik-menarik.
Baca Juga: Sumber Arus Listrik: Pengertian, Jenis-Jenisnya, dan Elemen Sumber
D. Hukum Coulomb
Hukum coulomb menyatakan sebagai berikut. “Besar gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak antara dua buah mautan listrik, sebanding dengan besar muatan masing-masing benda, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan”.
- Besarnya gaya coulomb sebanding dengan besar muatan listrik. Artinya, semakin besar muatan listrik, maka gaya coulomb semakin besar.
- Gaya coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Artinya, semakin besar jarak antara kedua muatan, maka gaya coulomb semakin kecil.
Rumus yang digunakan sebagai berikut:
Keterangan:
- F = gaya coulomb, satuannya Newton (N)
- Q1 = muatan benda 1, satuannya coulomb (C)
- Q2 = muatan benda 2, satuannya coulomb (C)
- r = jarak antara kedua muatan, satuannya meter (m)
- k = konstata = 9 . 10⁹ Nm²/C²
E. Medan Listrik
Medan listrik adalah ruangan di sekitar muatan listrik yang mana sebuah muatan listrik lain yang berada di ruang itu mengalami pengaruh gaya listrik.
Medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya keluarnya dari benda yang bermuatan positif, dan masuk pada benda yang bermuatan negatif.
F. Elektroskop
Elektroskop adalah alat untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik dan jenis muatan listrik pada benda. Bagian utama elektroskop adalah kepala elektroskop dan foil atau daun-daun elektroskop.
1) Cara mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada benda
Untuk mengetahui suatu benda bermuatan atau tidak, digunakan elektroskop netral yang foilnya menutup. Benda yang akan diselidiki disentuhkan pada kepala elektroskop. Kemudian, kita dapat mengetahui hasilnya:
- Jika elektroskop didekati benda A, foilnya membuka atau mekar, benda A bermuatan listrik.
- Jika elektroskop didekati benda B, foilnya tetap menutup, benda B itu tidak bermuatan.
2) Mengetahui jenis muatan listrik pada benda
Untuk mengetahui jenis muatan listrik pada benda, digunakan elektroskop bermuatan yang telah diketahui jenis muatannya. Misalnya elektroskop diberi muatan negatif. Benda yang akan diselidiki jenis muatannya didekatkan pada kepala elektroskop yang foilnya mekar itu.
- Jika elektroskop didekati benda B, kemudian foil yang mekar menjadi menutup, berarti muatan benda B adalah positif (berlawanan dengan muatan elektroskop)
- Jika elektroskop didekati benda A, kemudian foil yang mekar itu makin lebar, berarti muatan benda negatif (sejenis dengan muatan elektroskop)
G. Potensial Listrik
Arus listrik adalah besarnya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Jadi, arus listrik memindahkan muatan sehingga memerlukan energi. besarnya energi listrik untuk memindahkan tiap satu satuan muatan listrik disebut potensial listrik. Besarnya potensial listrik dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
- V = potensial listrik, satuannya volt (V)
- W = energi listrik, satuannya joule (J)
- Q = muatan listrik, satuannya coulomb (C)
