Nokadela
Basyari
Materi Ajar Fisika
Elektrostatik
Untuk SMA/ MA Kelas XI
Sumber: http://nugrahiniwijayanti.files.wordpress.com/2010/05/2106491898_8a764d1176.jpg
Gambar 1.
Petir
Setelah
Anda selesai mempelajari materi ajar elektrostatik ini, Anda diharapkan mampu:
- Mengingat dua jenis muatan listrik
- Mengingat benda dapat bermuatan positif atau bermuatan negatif, atau netral
- Menjelaskan bagaimana bahan menjadi bermuatan
- Membedakan antara konduktor dan isolator
- Menyatakan hukum kekekalan muatan
- Menyatakan Hukum Coulomb
- Menjelaskan manfaat listrik statis
- Mengetahui bahaya listrik statis
ELEKTROSTATIK
A.
Pengantar
Arus
dapat mengalir melalui seorang individu pada kondisi tertentu, tergantung pada
seberapa baik tubuh dapat menerima listrik.
-
Ketika Anda berdiri di atas permukaan
yang tidak menghantarkan listrik (non-konduktif), misalnya tikar karpet maka
Anda tidak akan merasa dampak listrik statis. Namun, jika ada yang berkeringat
lalu berdiri di dalam air, hal ini dapat berakibat fatal, listrik statis akan
terjadi dalam tubuh Anda, bahkan bisa meninggal dunia.
-
Lamanya waktu arus mengalir melalui
tubuh:
Semakin
lama kontak listrik, semakin besar arus, dan sengatan pun akan semakin besar.
-
Jalan arus ketika mengalir ke seluruh tubuh:
Jalan
yang paling berbahaya adalah melalui organ-organ vital.
B. Muatan Listrik
Anda
mungkin sudah akrab dengan beberapa contoh umum pengaruh muatan elektrostatik. Misalnya,
pernahkah Anda terkejut ketika tangan Anda menyentuh layar TV? Apakah yang
menyebabkan peristiwa sengatan yang kadang-kadang disertai rasa sakit itu? Sengatan itu merupakan akibat yang
ditimbulkan oleh listrik statis.
Petir yang sering Anda lihat pada saat hari hujan itu juga
merupakan contoh peristiwa alam yang
disebabkan listrik statis. Apakah listrik statis itu?
1) Pengertian Listrik Statis
Kata
“listrik” dalam bahasa Inggris electric, berasal dari bahasa Yunani elektron, yang berarti “amber”. Amber adalah
pohon damar yang membatu, dan pengetahuan kuno membuktikan bahwa jika Anda
menggosok batang amber dengan sepotong
kain, maka amber menarik potongan daun kecil-kecil atau debu. Batang karet keras, batang kaca,
atau penggaris plastik, jika digosok dengan sepotong kain juga akan menunjukkan
“efek amber” atau listrik statis
sebagaimana yang kita sebut sekarang. Barangkali Anda telah memiliki pengalaman tentang listrik statis
yakni ketika Anda menyisir rambut kering,
atau ketika menyetrika baju nilon. Pada setiap kasus tadi, suatu benda menjadi “bermuatan” listrik karena proses
gosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik.
Listrik
statis adalah Apakah seluruh muatan listrik sama? Atau mungkinkah terdapat
lebih dari satu jenis?
2) Jenis Muatan Listrik
Sesuai
dengan hasil percobaan Anda, terdapat
dua jenis muatan listrik. Ketika penggaris plastik kedua yang telah dimuati
dengan cara yang sama didekatkan
pada penggaris plastik pertama,
penggaris pertama bergerak menjauhi penggaris kedua. Peristiwa ini ditunjukkan
pada Gambar 2a. Ketika batang kaca kedua yang telah dimuati dengan cara yang
sama didekatkan pada batang kaca
pertama, batang kaca kedua juga bergerak menjauhi batang kaca pertama. Peristiwa ini ditunjukkan pada
Gambar 2b. Tetapi, jika batang kaca yang
bermuatan didekatkan pada penggaris plastik yang bermuatan, akan didapatkan
bahwa keduanya akan
saling menarik, Gambar 2c.
Gambar 2 Muatan yang tak sejenis tarik menarik,
sedangkan muatan
yang sejenis tolak menolak satu dengan yang lain.
Karena
itu, muatan pada batang kaca haruslah berbeda dengan muatan pada penggaris
plastik. Memang, melalui eksperimen seluruh muatan benda dapat dikategorikan ke
dalam dua jenis. Setiap benda bermuatan yang ditarik oleh penggaris plastik,
akan ditolak oleh batang kaca, atau setiap benda yang ditolak oleh penggaris
plastik, akan ditarik oleh batang kaca. Jadi terdapat dua jenis muatan listrik
yaitu, muatan yang ditolak batang kaca bermuatan, dan muatan yang ditarik batang
kaca bermuatan.
Dua
jenis muatan listrik yang ditunjukkan tersebut dinyatakan oleh seorang Amerika,
seorang saintis, seorang filosuf yang bernama Benjamin Franklin (1706-1790)
sebagai muatan positif dan muatan negatif. Franklin memilih muatan pada batang
kaca yang digosok adalah muatan positif,
sedangkan muatan pada penggaris plastik yang digosok (atau amber) adalah
muatan negatif. Sampai sekarang kita masih mengikuti perjanjian ini.
3) Muatan Listrik dalam Suatu Atom
Gambar 3 memperlihatkan model
atom sederhana, terdiri dari muatan positif di dalam inti, dikelilingi
satu atau lebih elektron. Inti berisi protonproton bermuatan positif, dan
netron yang tidak bermuatan listrik.
Besarnya muatan proton dan
elektron adalah sama,
tetapi tandanya berlawanan. Karena itu atom-atom netral berisi
proton-proton dan elektronelektron dengan jumlah yang sama.
Meskipun demikian, suatu atom kadangkadang akan kehilangan
satu atau lebih elektron, atau akan
memperoleh elektron-elektron ekstra. Pada kasus ini, atom akan bermuatan
positif atau negatif, dan disebut ion.
Gambar 3 Model atom sederhana
Umumnya,
ketika benda dimuati melalui gosokan, benda-benda akan mempertahankan muatannya
hanya sebentar, kemudian kembali ke keadaan netral. Kemana muatan pergi? Dalam beberapa
kasus, hal ini dinetralkan oleh ion-ion bermuatan di udara (misalnya, oleh
tumbukan dengan pertikel-partikel bermuatan, yang kita kenal sebagai sinar
kosmik dari ruang angkasa yang mencapai bumi). Hal yang penting diketahui,
bahwa muatan dapat lepas ke inti air di udara. Ini karena molekul-molekul air
adalah polar, meskipun molekul-molekul
air tersebut adalah netral, muatan molekul-molekul air tidaklah disalurkan
secara seragam sebagaimana diperlihatkan pada
Gambar 4. Jadi elektron-elektron ekstra pada penggaris plastik, dapat
lepas ke udara karena ditarik menuju molekul-molekul positip air. Di sisi lain,
benda-benda yang dimuati secara positif, dapat dinetralkan oleh hilangnya (berpindahnya)
elektron-elektron air dari molekul-molekul udara ke bendabenda bermuatan
positip tersebut. Pada udara kering, listrik statis lebih mudah diperoleh
karena udara berisi lebih sedikit molekul-molekul yang dapat berpindah. Pada
udara lembab, adalah sulit untuk membuat benda bermuatan tahan lama.
Gambar 4 Sebuah molekul air. Karena molekul air
mempunyai
muatan yang berlawanan pada ujung yang berbeda, maka
disebut
sebuah molekul “polar”.
4) Cara Memperoleh Muatan Listrik
Bila
sebuah benda logam bermuatan positif disentuhkan dengan benda logam lain yang
tidak bermuatan (netral), maka elektron-elektron bebas dalam logam yang netral
akan ditarik menuju logam yang bermuatan positif tersebut sebagaimana
diperlihatkan pada Gambar 5. Karena sekarang logam kedua tersebut
kehilangan beberapa elektronnya, maka logam ini akan bermuatan positif. Proses
demikian disebut memuati dengan cara konduksi atau dengan cara kontak,
dan kedua benda tersebut akhirnya memiliki muatan dengan tanda yang
sama.
Gambar 5 Batang logam netral memperoleh muatan
ketika disentuh dengan benda logam lain yang bermuatan.
Bila
benda yang bermuatan positip didekatkan pada batang logam yang netral, tetapi
tidak disentuhkan, maka elektron-elektron batang logam tidak meninggalkan
batang, namun elektron-elektron tersebut bergerak dalam logam menuju benda yang
bermuatan, dan meninggalkan muatan positif pada ujung yang berlawanan, seperti
diperlihatkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Memberi muatan dengan jalan induksi
Muatan
tersebut dikatakan telah diinduksikan pada kedua ujung batang logam. Proses
demikian disebut memuati dengan cara induksi. Tentu saja tidak ada muatan yang
dihasilkan dalam batang; muatan hanya
dipisahkan. Jumlah muatan pada batang logam masih sama dengan nol.
Meskipun demikian, jika dipotong menjadi dua bagian, kita akan memiliki dua
benda yang bermuatan, satu bermuatan positif dan yang lain bermuatan negatif.
Cara
lain untuk menginduksi muatan pada benda logam adalah dengan jalan
menghubungkan logam tersebut menuju ground melalui kawat konduktor sebagaimana
ditunjukkan pada Gambar 7a (berarti ground).
Selanjutnya
benda dikatakan di “ground-kan” atau “dibumikan”. Karena bumi sangat
besar dan dapat menyalurkan elektron, maka bumi dengan mudah dapat menerima ataupun memberi
elektron-elektron; karena itu dapat bertindak sebagai penampung (reservoir)
untuk muatan. Jika
suatu benda bermuatan
negatif didekatkan ke sebuah logam, maka elektron-elektron bebas
dalam logam akan menolak dan beberapa electron akan bergerak
menuju bumi
melalui kabel (Gambar 7b).
Gambar 7 Induksi muatan pada suatu benda yang
dihubungkan ke bumi.
Ini menyebabkan logam bermuatan positif. Jika
sekarang kabel dipotong,
maka logam akan memiliki muatan induksi positif
Konduktor
dan Isolator
Pada saat kita menggosok suatu benda dengan benda lain, kita
bukan menciptakan muatan listrik. Akan tetapi, hanya memindahkan elektron (yang
sudah ada disitu) yang bermuatan negatif dari suatu benda ke benda lain.
Pemindahan elektron ini dapat terjadi dengan mudah atau sulit, bergantung pada
ikatan elektron di dalam atom (buka kembali teori ikatan elektron yang digagas
Neils Bohr). Apabila ikatan elektron pada atom sangat kuat, maka sulit untuk
melepaskan elektron-elektron yang tidak bebas bergerak tersebut. Jika hal ini
terjadi, maka benda tersebut digolongkan benda yang sukar menghantarkan atau
mengalirkan muatan listrik. Benda itu disebut isolator listrik. Sebaliknya,
apabila ikatan elektron pada atom sangat lemah sehingga mudah dilepaskan, maka
benda tersebut dapat menghantarkan atau mengalirkan muatan listrik. Benda ini
disebut konduktor listrik.
Beberapa bahan yang tergolong konduktor dan isolator:
a.
Konduktor
-
Konduktor baik : berbagai jenis logam (perak, tembaga, logam)
-
Konduktor jelek : air, tanah, badan manusia
b.
Isolator : karet, berbagai plastik (PVC, politen, perspeks)
Pada
bahan-bahan yang tergolong isolator, elektron-elektron pada setiap atom diikat
dengan kuat, sehingga dalam keadaan normal, elektron-elektron tidak bebas
bergerak. Akibatnya bahan isolator sukar menghantarkan muatan listrik.
Kapasitor
Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan sehingga
dapat dikatakan bahwa kapasitor adalah sebuah alat elektronika yang mampu
menyimpan muatan dalam jumlah tertentu dalam waktu singkat. Meskipun kapasitor
terlihat sebagai alat elektronika yang pejal, tetapi sebenarnya di dalam
kapasitor (antara penyekatnya) terdapat bahan isolator. Isolator dalam
kapasitor (dinamakan dielektrik) bervariasi untuk mendapatkan nilai kapasitas
penyimpanan muatan yang berbeda pula karena setiap bahan isolator yang
digunakan dalam kapasitor mempunyai konstanta dielektrik yang berbeda.
Sehingga dapat ditulis
dengan C
adalah konstanta kesebandingan positif yang dinamakan kapasitansi. Secara
fisis, kapasitansi adalah ukuran kapasitas penyimpanan muatan listrik. Satuan
SI kapasitansi adalah farad (F).
1 Farad = 1 coulumb/volt = 1
C/V
Kapasitansi pada kapasitor biasanya berada
dalam rentang pikofarad (1pF = 10-12F) sampai miliFarad (1mF = 10-3F).
5) Hukum Kekekalan Muatan
Franklin
mengusulkan bahwa jumlah muatan yang dihasilkan oleh suatu benda
melalui suatu proses penggosokan, adalah sama dengan jumlah muatan positip dan negatip
yang dihasilkan. Jumlah bersih muatan yang dihasilkan oleh suatu benda selama
proses penggosokan adalah nol. Contoh,
ketika penggaris plastik digosok dengan kain wol, plastik memperoleh muatan negatif
dan kain wol memperoleh muatan positip dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan
tersebut dipisahkan, namun jumlah kedua jenis muatan adalah sama. Ini adalah
contoh dari suatu hukum yang berlaku sampai sekarang, yang dikenal dengan
nama hukum kekekalan muatan listrik yang
berbunyi:
Jumlah bersih
muatan listrik yang dihasilkan pada dua benda yang berbeda (penggaris plastik
dan kain wol) dalam suatu proses
penggosokan adalah nol.
Jika
suatu benda atau suatu daerah ruang memperoleh
muatan positif, maka akan dihasilkan sejumlah muatan negatif dengan
jumlah yang sama pada daerah atau benda di sekitarnya.
6)
Gaya
Listrik
Gaya listrik merupakan
salah satu bentuk gejala elektrostatika. Gaya listrik adalah interaksi listrik berupa gaya tarik
menarik antara benda-benda bermuatan listrik tak sejenis atau gaya tolak
menolak antara benda-benda bermuatan listrik sejenis. Jika benda-benda
bermuatan listrik yang berinteraksi dengan gaya listrik berada pada jarak satu
sama lain yang jauh lebih besar dari ukuran (geometri) benda-benda itu, maka
benda-benda bermuatan listrik itu masing-masing disebut sebagai muatan titik.
Hukum Coulomb
Seorang ahli fisika Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) melakukan penyelidikan
terhadap interaksi antara dua muatan. Interaksi antara dua muatan ini disebut
juga dengan Adanya interaksi antara dua muatan berarti antara dua muatan
tersebut terjadi gaya, yaitu gaya listrik.
Dalam penelitiannya, Coulomb menggunakan neraca puntir
seperti yang ditunjukkan gambar di bawah. Jika bola a dan b bermuatan,
misalkan bola a dan bola b keduanya bermuatan positif, maka gaya
pada bola a akan cenderung memuntir
serat gantungan dan dalam keadaan seimbang, terjadi penyimpangan sudut akibat gerakan
bola a, lalu lengan neraca mencapai
kedudukan yang baru. Untuk menghilangkan efek puntiran ini, Coulomb memutar
kepala gantungan melalui sudut θ yang diperlukan untuk mengatur jarak antara
kedua bola. Dari sudut puntiran inilah Coulomb mengukur gaya listrik. Dengan
mengubah-ubah jarak antara bola a dan
b, gaya listrik dapat diukur sebagai
fungsi kuadrat jarak.
Gambar 2. Neraca puntir Coulomb
Dari hasil percobaan Coulomb tersebut, diperoleh bahwa gaya tarik
menarik atau gaya tolak menolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara
kedua bola bermuatan. Secara matematis,
Kemudian, Coulomb membagi muatan pada bola b dan memvariasikannya. Ternyata, gaya di antara muatan-muatan bergantung juga pada besar muatan-muatan yang berinteraksi satu sama lain. Coulomb menarik kesimpulan bahwa gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara dua bola bermuatan juga sebanding dengan muatan-muatannya. Sehingga:
... (2)
Pernyataan Coulomb bahwa besar gaya listrik
berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatannya dan berbanding terbalik
dengan kuadrat jarak kedua muatan ini dinamakan Hukum Coulomb, yaitu
sebagai berikut.
Besar gaya tarik atau
gaya tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya
dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.
Persamaan (3)
yang merupakan bentuk matematis dari Hukum Coulomb ini hanya berlaku untuk
benda-benda yang besar muatan-muatannya jauh lebih kecil daripada jarak di
antara muatan-muatan tersebut.
Persamaan (3) dapat
dituliskan sebagai sebuah kesamaan dengan menyisipkan sebuah konstanta yang
biasanya dilambangkan dengan k, sehingga:
Dari persamaan (4) kita dapat menentukan F, q1, q2, dan r, sedangkan [epsilon nol] (konstanta permitivitas) merupakan sebuah tetapan yang besarnya
Mengingat
gejala antara batang kaca yang digantung, dapat disimpulkan adanya gaya yang
menyebabkan tongkat kaca yang digosok dengan sutera akan berputar jika didekatkan
dengan tongkat kaca lain yang juga sudah digosok dengan sutera. Besar gaya yang
dirasakan masing-masing tongkat akibat interaksi dengan tongkat lainnya akan
sama sesuai dengan prinsip aksi-reaksi pada Hukum III Newton.
C. Elektroskop
Elektroskop adalah suatu piranti yang dapat digunakan
untuk mendeteksi muatan. Sebagaimana diperlihatkan Gambar 8, di dalam sebuah
peti kaca terdapat dua buah daun elektroskop yang dapat bergerak (kadangkadang
yang dapat bergerak hanya satu daun saja), biasanya dibuat dari emas. Daun-daun
elektroskop ini dihubungkan ke sebuah bola logam yang berada di luar peti kaca
melalui suatu konduktor yang terisolasi dari peti. Apabila benda yang bermuatan
positif didekatkan ke bola logam, maka pemisahan muatan terjadi melalui
induksi, elektron-elektron ditarik naik menuju bola, sehingga kedua daun
elektroskop bermuatan positip dan saling menolak (Gambar 9a).
Gambar 8 Elektroskop
Proses
demikian disebut memuati dengan cara induksi. Sedangkan, jika bola dimuati
dengan cara konduksi, maka bola logam konduktor, dan kedua daun elektroskop
memperoleh muatan positif, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 9b. Pada setiap kasus, makin besar muatan,
maka makin lebar pemisahan daun-daun elektroskop. Meskipun demikian, perlu
dicatat bahwa dengan cara ini, anda tidak dapat menentukan tanda muatan, karena
dalam setiap kasus, kedua daun elektroskop saling menolak satu dengan yang
lain. Meskipun demikian, suatu elektroskop
dapat digunakan untuk menentukan
“tanda muatan” jika
Gambar 9 Elektroskop dimuati (a) dengan cara
induksi, (b) dengan cara konduksi
pertama-tama
pemisahan muatan dilakukan dengan cara konduksi, misalnya secara negatif,
sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 10a. Sekarang, jika benda bermuatan negatip
didekatkan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 10b, maka lebih banyak elektron
diinduksi untuk bergerak ke bawah menuju daun-daun elektroskop sehingga kedua
daun ini terpisah lebih lebar. Di sisi
lain, jika muatan positif didekatkan, maka elektron-elektron akan diinduksi
untuk bergerak ke atas, sehingga menjadi lebih negatip dan jarak pisah kedua
daun ini menjadi berkurang (menjadi lebih sempit), seperti pada Gambar 10c.
Gambar 10 Elektroskop yang pertama-tama dimuati
dapat digunakan untuk menentukan
tanda dari suatu muatan yang diberikan.
D. Pengosongan Muatan Listrik
Pada
saat turunnya hujan, pernahkah Anda
melihat petir? Petir adalah peristiwa
alam yang sangat berbahaya dan ditakuti semua orang, karena petir menimbulkan kilatan cahaya yang diikuti dengan
suara dahsyat di udara. Apabila seseorang tersambar petir, maka tubuh orang
tersebut akan terbakar. Terbakarnya tubuh orang tersebut menunjukkan bahwa
petir sangat berbahaya. Oleh sebab itu, gedung-gedung bertingkat yang cukup
tinggi dilengkapi dengan penangkal petir. Apa yang menyebabkan terjadinya petir? Mengapa tubuh orang yang tersambar
petir bisa terbakar? Mengapa gedung-gedung bertingkat dilengkapi dengan
penangkal petir?
Loncatan
muatan listrik terjadi pada saat muatan
listrik bergerak secara bersama-sama. Kejadian ini disebut pengosongan listrik
statis. Pengosongan itu ditunjukkan oleh
sambaran petir pada Gambar 11.
Gambar 10 Petir adalah contoh loncatan muatan
listrik statis yang besar
Muatan
listrik dapat hilang dengan pengosongan. Pengosongan terjadi apabila tersedia
suatu jalan bagi elektron-elektron untuk
mengalir dari suatu benda bermuatan ke benda lain. Perpindahan muatan listrik
statis dari satu benda ke benda lain disebut penetralan atau pengosongan muatan
statis. Pengosongan itu lazim juga disebut
pentanahan, karena muatan itu sering dikosongkan dengan cara menyalurkan
ke tanah.
Pengosongan muatan statis di udara dapat terjadi sangat besar sehingga menimbulkan suara dahsyat yang kita sebut guntur. Proses terjadinya petir dapat dijelaskan pada Gambar 12a, 12b, dan 12c. Bacalah keterangan ketiga gambar tersebut.
Gambar 12 Proses terjadinya petir
E. Penangkal Petir
Batang
logam penangkal petir sering dipasang di
atas atap rumah bertingkat atau di atas
bangunan tinggi, dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel
logam. Penangkal petir, melindungi rumah dan bangunan tinggi tersebut dari
kerusakan oleh energi listrik yang besar di dalam petir. Penangkal petir
ini menyediakan suatu jalan
aman, atau pentanahan, agar arus listrik petir mengalir masuk ke dalam tanah, bukan melewati
rumah atau bangunan lain.
Pernahkah
anda melihat penangkal petir? Pernahkah anda melihat bangunan
tinggi yang
dilengkapi dengan penangkal petir seperti
Gambar 13. Penangkal petir itu merupakan contoh pengosongan muatan
statis yang tidak menimbulkan kerusakan.
|
Gambar 13 Pada saat terjadi petir, pengosongan
listrik
statis dari bagian bawah awan yang bermuatan
ke Bumi akan melewati batang penangkal petir
ini. Muatan listrik akan mengalir ke bawah
dengan aman melalui kabel logam tersebut, dan
masuk ke dalam tanah.
F. Penggunaan Listrik Statis
1.
Mesin Fotokopi
Cara
kerja mesin fotokopi yaitu berdasarkan konsep listrik statis dan optik. Di
dalam mesin ini terdapat logam selenium (merupakan konduktor foto), yang
menghantarkan arus listrik saat terkena cahaya dan merupakan isolator listrik
saat dalam kegelapan.
Prinsip
kerja mesin fotokopi adalah sebagai berikut.
a) Pencahayaan
Cahaya yang sangat terang yang berasal dari lampu
expose yang menyinari dokumen yang sudah diletakkan di atas kaca dengan posisi
terbalik ke bawah pada kaca, gambar pada dokumen kemudian akan dipantulkan
melalui lensa, kemudian lensa akan mengarahkan gambar tersebut kea rah tabung
drum.
Sumber: Alive
Techindo, 2011.
Gambar Prinsip
kerja mesin fotokopi
Tabung
drum adalah silinder dari bahan aluminium yang dilapisi dengan selenium yang
sangat sensitif terhadap cahaya.
2.
Pengecatan Mobil
Sebelum
dicat, mobil biasanya diamplas terlebih dahulu, sehingga bergesekan dan akan
menghasilkan muatan listrik. Sedangkan alat semprot cat elektrostatis saat akan
disemprotkan maka butiran-butiran cat dari aerosol akan bergesekan dengan mulut
pipa semprot dan udara sehingga butiran cat menjadi bermuatan listrik.
Akibatnya muatatan tersebut akan ditarik ke badan mobil yang mau dicat. Cara
ini sangat menghemat waktu dan murah biayanya.
3.
Pengendap Elektrostatis/ Penggumpal asap
Apabila
sebuah cerobong PLTU batu bara tidak dipasang pengendap elektrostatis maka
cerobong tersebut akan mengeluarkan gas buang yang sangat kotor sehingga
menyebabkan polusi udara. Akan tetapi, dengan memasang sebuah pengendap
elektrostatis pada cerobong tersebut, polusi udara dari gas buang menjadi
sangat berkurang. Bagaimanakah prinsip listrik statis diaplikasikan dalam suatu
cerobong untuk mengurangi polusi udara?
Sumber: http://img231.imageshack.us/img231/7830/gambar5.png
Gambar (a) menunjukkan diagram skematik dari sebuah pengendap
elektroststik. Potensial listrik negatif yang tinggi tertahan pada kumparan
kawat yang ada di bagian tengah membentuk sebuah lompatan listrik di sekitar kawat.
Gambar (b) menunjukkan contoh aplikasi pengendap elektrostatik, sedangkan
gambar (c) adalah gambar cerobong tanpa pengendap elektrostatik. Jika
dibandingkan, gambar (c) akan menghasilkan polusi udara lebih besar dibanding
gambar (b). Jika intensitas pembuangan gas (asap pabrik) terlalu banyak, maka
akan merusak lingkungan di sekitarnya. Hal terburuk yang akan terjadi secara
perlahan-lahan adalah rusaknya lapisan ozon di atmosfer yang merupakan salah
satu bentuk penyebab pemanasan global (global warming).
Pengendap elektrostatik berfungsi untuk membersihkan
partikel-partikel abu hasil pembakaran gas pada cerobong asap sehingga
mengurangi pencemaran udara. Terdiri dari dua plat logam datar dan kawat vertikal yang terbentang di antaranya.
Plat-plat logam diketanahkan, sedangkan kawat-kawat di antara plat dijaga
bermuatan sangat kuat. Dengan demikian, ada medan listrik kuat dalam daerah di
antara kawat dan keping. Ion positif udara ditarik ke kawat bermuatan negative,
tetapi ion negatif udara ditangkap oleh partikel polutan. Partikel polutan
bermuatan positif ini lalu bergerak menuju plat logam dan terkumpul di bagian
dasar.
Di atas adalah beberapa aplikasi listrik statis yang
sangat bermanfaat dalam kehidupan kita, namun kita perlu berhati-hati terhadap
listrik statis ini karena dapat
membahayakan benda-benda yang lainnya maupun terhadap keselamatan dan
kesehatan manusia. Berikut akan dibahas tentang bahaya yang ditimbulkan oleh
listrik statis ini.
G. Bahaya Listrik Statis
1) Petir
(Seperti yang sudah kita bahas sebelumnya, yaitu
tentang pengosongan muatan dan juga disertai cara menanggulanginya).
2) Percikan
Api
Seringkali benda menjadi berbahaya ketika bermuatan listrik.
Putaran ban pada saat mobil truk berjalan menghasilkan muatan negative yang
diperoleh dari gesekan ban dengan jalan. Bagian badan logam mobil yang
berdekatan dengan ban menjadi bermuatan positif dengan cara induksi. Hal ini
dapat menimbulkan percikan api. Percikan api ini dapat membakar muatan mobil
yang mudah terbakar seperti bensin. Untuk menghindari peristiwa tersebut, truk
pengangkut bensin atau bahan yang mudah terbakar lainnya dilengkapi dengan
sepotong logam di bagian belakang mobil yang menyentuh tanah. Logam ini
menghantarkan electron dari tanah untuk menetralisir muatan positif yang ada di
badan logam mobil sebelum terjadi percikan api.
3) Resiko sengatan listrik
4) Bahaya
Listrik Statis di Pesawat
Listrik statis pesawat dibuang ke
semua ujung dari struktur badan pesawat yaitu di atap sayap dan ekor bentuknya
seperti penangkal petir berbentuk logam mencuat dan memanjang instrument
pesawat sudah diproteksi sedemikian rupa tetapi bisa juga terjadi walaupun
hanya berupa visual. Visual ini terlihat jika pesawat berada di ketinggian
30000 feet ke atas dan altimeter set ke 29.92Hg, partikel bebas dan ion2 di
udara akan terkena gesekan body pesawat dan radiasi elektromagnetik dari sinyal
HP akan meningkatkan sekian persen radiasi didalam pesawat, dimana sinyal HP
akan dianggap sebagai radiasi dan diserap oleh struktur body dan dibuang ke
setiap ujung badan pesawat, hal ini bisa mengakibatkan ujung-ujung pembuangan
elektrostatis berpendar dan menyala sepeti kilat kecil. Hal ini memang tidak
berbahaya, namun jika frekuensi HP sama dengan pesawat hal ini dapat
menyebabkan mesin pesawat mati.
5) Bahaya
Listrik Statis di SPBU
Sering terjadi kebakaran di SPBU
akibat kecerobohan manusia. Untuk menghindari hal ini jangan sekali-kali masuk
kembali kedalam kendaraan Anda saat pengisian bensin sedang berlangsung. Jika Anda
memang terpaksa harus masuk kembali kedalam kendaraan Anda saat bensin dipompa,
pastikan Anda keluar, menutup pintu sambil menyentuh logam, sebelum Anda
menarik nozzle keluar. Dengan cara
ini listrik statis dari tubuh Anda akan dibuang sebelum Anda menarik keluar nozzle.
6) Bahaya
Listrik Statis di Rel Kereta Api
Roda KA dari baja berjenis ferritic, mempunyai medan magnet
yang sangat kuat. Medan magnet inilah yang dapat mengakibatkan mesin kendaraan
mati di tengah rel kereta api. Biasanya kendaraan yang mudah mati adalah
kendaraan berbahan bakar bensin karena kendaraan berbahan bakar bensin masih
menggunakan platina dan CDI. Jika terkena medan magnet, maka pengapiannya akan
terpengaruh sehingga mesin bisa mati. Sedangkan solar berbeda. Selain accunya
di atas 12 volt juga tidak menggunakan platina.
Daftar Pustaka
Halliday,
dkk. 1978. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga.
Jakarta: Erlangga
Jatmiko,
B. 2004. Listrik Statis. [Online].
Tersedia: http://azkamiru.files.wordpress.com/2010/01/fis-20_listrik_statis.pdf
Kanginan,
M. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga
Larson,
A. 2006. Static Electricity Hazards. [Online]. Tersedia: http://www.ohiobwc.com/downloads/blankpdf/SafetyTalk-StaticHazards.pdf
Tipler, P.A. (1998). Fisika
untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga.
Thanks gan , artikelnya komplit
BalasHapusSangat membantu, semoga berkah.
BalasHapusIya, sama-sama Fauzi Irawan. Nardi Sunardi, terima kasih atas do'anya. Amin. Semoga bermanfaat, amin ya Rabbal 'alamin.
BalasHapusthanks bnget ktua
BalasHapusSaya kelas IX. Baru sadar ini materi XI, terimakasih, sangat mudah dimengerti.
BalasHapusIya, sama-sama Samuel Hasugian. Oh, Chyntia Divas kelas IX ya, syukurlah jika tulisan yang masih perlu kritik dan masukan ini sangat mudah dimengerti. Terima kasih sudah berkenan membaca tulisan kami.
BalasHapus