Listrik Statis

Pendahuluan

Ilmu pengetahuan tentang listrik bermula dari pengamatan yang dilakukan oleh Thales dari Miletus pada tahun 600 SM, bahwa batu ambar yang digosok dengan kain berbulu dapat menarik potongan jerami yang ada didekatnya. Pengatahuan tentang magnetisme kembali kepada pengamatan bahwa batu-batuan yang terdapat secara alami (yakni, magnetik) akan menarik besi. Kedua ilmu pengetahuan ini berkembang agak terpisah sampai tahun 1820, ketika Hans Christian Oersted (1777 – 1851) mengamati hubungan antara keduanya, bahwa arus listrik di dalam sebuah kawat dapat mempengaruhi sebuah jarum kompas magnetik. Ilmu pengetahuan baru mengenai elektromagnetisme dikembangkan lebih jauh oleh banyak peneliti, dan salah seorang yang paling penting diantaranya adalah Michael Faraday (1791 – 1867). James Clerk Maxwell (1831 – 1879) merumuskan hukum-hukum elektromagnetisme di dalam bentuk yang kita kenal seperti sekarang. 

Dalam kehidupan sehari-hari terdapat beberapa contoh gejala listrik statik, misalnya :

• Sisir atau penggaris yang digosok-gosokkan pada rambut yang kering atau kain wol akan menarik potongan kertas kecil. Perhatikan Gambar 1.

Gambar 1 Penggaris menarik potongan kertas kecil

• Batang kaca yang telah digosok dengan kain sutra akan cenderung saling menempel. Bahkan masih ada gaya tarik menarik walaupun batang kaca dan kain sutra telah dipisah pada jarak yang dekat. Perhatikan Gambar 2.
• Batang plastik yang telah digosok dengan kain wol akan mengalami gaya tarik-menarik jika didekatkan. Perhatikan Gambar 2.

Gambar 2 Gaya tarik-menarik antara benda yang berbeda muatan 

Fenomena ini menjadi menarik ketika ditemukan bahwa dua batang kaca yang ditelah digosokkan pada masing-masing kain sutra tadi terjadi gaya tolak-menolak ketika didekatkan. Begitu pula yang terjadi pada batang kaca yang yang telah digosokkan pada kain wol akan terjadi gaya tolak menolak diantara keduanya. Diketahui juga bahwa ketika batang kaca yang digosokkan pada sutra didekatkan dengan batang plastik yang digosokkan pada wol, maka akan terjadi gaya tarik-menarik. Perhatikan Gambar 4.

Gambar 3 Gaya tolak-menolak antara benda yang bermuatan sejenis

Selanjutnya ditemukan bahwa beberapa material yang menunjukkan sifat menarik atau menolak setelah digosok pada kain tertentu dapat dibedakan menjadi dua kategori : ditarik oleh kaca dan ditolak oleh plastik atau ditarik oleh plastik dan ditolak oleh kaca. Baik salah satu atau yang lainnya tidak ada material yang akan ditarik atau ditolak baik oleh kaca maupun oleh plastik atau bereaksi terhadap yang satu tanpa bereaksi tehadap yang lain.

Dua kain sutra yang tadi telah digosok oleh batang kaca memiliki perilaku yang sama dengan dua batang kaca yang didekatkan, yaitu tolak-menolak. Begitu juga dengan kain wol yang telah digosok oleh batang plastik akan tolak-menolak. Perhatikan Gambar 4.

Gambar 4 Gaya tarik-menarik antara benda yang sama bermuatan sejenis

Muatan Listrik

Beberapa contoh di atas menunjukkan adanya dua jenis muatan listrik. Benyamin Franklin (1706 – 1790) menyarankan muatan tersebut diberi nama muatan positif dan muatan negatif. Muatan positif adalah muatan yang sejenis dengan muatan kaca yang digosokkan dengan kain sutra, sedangkan muatan negatif adalah muatan yang sejenis dengan muatan plastik yang digosok dengan kain wol. Dua benda yang bemuatan sejenis akan melakukan gaya tolak-menolak, sedangkan muatan yang tidak sejenis akan tarik-menarik.

Pengukuran yang cermat terhadap muatan listrik dilakukan oleh Fisikawan Prancis Charles Augustin Coulomb dalam tahun 1780-an menggunakan alat yang disebut neraca puntir yang mengukur gaya yang dihasilkan antara dua objek muatan listrik. Hasil eksperimen Coulomb ini adalah jika dua titik objek (objek hipotesis yang memiliki luas daerah yang dapat diabaikan) bermuatan 1 Coulomb dan dipisahkan sejauh 1 meter, keduanya akan menghasilkan gaya sekitar 9 miliar Newton (mendekati 2 miliar pound), yang masing-masing tarik-menarik atau tolak-menolak tergantung pada jenis muatannya. Definisi Coulomb sebagai satuan muatan listrik (dalam istilah gaya yang dihasilkan diantara muatan titik) ditemukan bahwa 1 Coulomb = 6.250.000.000.000.000.000 elektron, atau 1 elektron bermuatan 0,00000000000000000016 Coulomb.

Cara terbaik untuk mempelajari gejala kelistrikan diawali dengan pengetahuan secara umum tentang partikel-partikel penyusun material. Material tersusun dari molekul-molekul. Molekul senyawa tersusun dari atom-atom dan atom adalah bagian terkecil dari unsur senyawa. Atom terdiri dari muatan positif dan dikelilingi oleh sejumlah elektron yang bermuatan negatif, sehingga muatan total atom sama dengan nol. Di dalam inti atom terdapat muatan positif dan neutron yang tidak bermuatan (netral). Perhatikan Gambar 5.

Gambar 5 Atom dan bagian-bagiannya

Suatu benda bermuatan positif jika benda tersebut kekurangan elektron, dan bermuatan negatif jika benda tersebut kelebihan elektron. Benda netral adalah benda yang jumlah muatan positifnya sama dengan jumlah muatan negatifnya.

Referensi :

1.    Halliday, David; Robert Resnick, “Fisika Jilid 2”, Diterjemahkan oleh: Pantur Silaban Ph.D dan Drs.Edwin Sucipto, Jakarta: Erlangga, 1996.

2.    Kuphaldt, Tony R., Lessons In Electric Circuits, Volume I – DC, Fifth Edition, 2004.