Fisika Listrik Statis

1. Konsep Dasar Listrik Statis

Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang telah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik.

Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda.

Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.

           2. Muatan Listrik

Benda bermuatan listrik ialah benda yang mempunyai kelebihan sejumlah elektron atau proton. Benda yang kelebihan sejumlah elektron akan bermuatan negatif dan yang kelebihan sejumlah proton dikatakan bermuatan positif. Sekelompok partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu menempati suatu volume tertentu. Jika ukuran volume yang ditempati partikel-partikel bermuatan tersebut sedemikian kecilnya di bandingkan dengan jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan tersebut dikatakan muatan titik.

Dalam literatur -biasa digunakan huruf q atau Q untuk menyatakan jumlah kelebihan muatan positif atau negatif pada suatu benda.

Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap muatan Q besar atau kecil, positif atau negatif adalah merupakan kelipatan dari:

e =1,602 X 1O^-19C

Di sini -e adalah muatan untuk satu elektron dan Coulomb (C) adalah satuan muatan listrik.

Sifat muatan listrik yaitu :

       a.     Benda yang bermuatan listrik sejenis, saling tolak-menolak.

       b.     Benda yang bermuatan listrik berlainan jenis, saling tarik menarik.

       3. Hukum Coulomb

Tahun 1785 seorang fisikawan Prancis yang bernama Charles Agustin Coulomb menyelidiki besarnya gaya yang terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik. Alat yang digunakannya adalah neraca puntir (torsion balance). Hasil investigasinya menemukan hubungan bahwa “besarnya gaya listrik sebanding dengan besarnya muatan listrik dua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara dua buah benda yang bermuatan listrik”.  Pernyataan ini dikenal dengan nama Hukum Coulomb. Sebagai penghargaan atas jasanya, nama coulomb digunakan sebagai satuan muatan listrik.

Persamaan Coulomb

Hukum Coulomb secara matematis dapat dituliskan :

F          = Gaya listrik (newton)
Q1       = Muatan listrik benda 1 (coulomb)
Q2       = muatan listrik benda 2 (coulomb)
r          = jarak pisah antara dua benda                                 bermuatan listrik (meter)
k          = tetapan (9 x 109  N m2 C-2)

     4. Medan Listrik

Daerah di sekitar benda yang bermuatan listrik disebut medan listrik. Benda-benda yang bermuatan listrik mempunyai garis-garis gaya listrik. Garis gaya listrik pada muatan positif bergerak keluar, sedangkan pada muatan negatif bergerak menuju ke pusat. Garis gaya listrik bergerak dari muatan listrik positif menuju muatan negative.

Medan listrik dapat dinyatakan dengan kerapatan garis-garis gaya listrik. Medan listrik yang terjadi antara muatan negative dan muatan positif sangat besar karena adanya kerapatan garis-garis gaya listrik. Sedangkan medan listrik yang terjadi antara muatan positif dengan muatan sangat kecil karena tidak adanya kerapatan garis-garis gaya listrik. Makin besar kerapatan garis-garis gaya listrik di suatu tempat antara 2 muatan, makin besar pula medan listriknya.

Kuat medan listrik dapat ditentukan dengan persamaan :

      E = kuat medan listrik (N/C)

      F = gaya listrik antara dua muatan (N)

      Q = besar muatan listrik (C)

     5. Hukum Gaus

Hukum gaus diperkenalkan oleh Karl Friedrich Gauss ( 1777 - 1866 ) seorang ahli matematika dan astronomi dari Jerman. Hukum Gauss menjelaskan hubungan antara jumlah garis gaya yang menembus permukaan yang melingkupi muatan listrik dengan jumlah muatan yang dilingkupi.

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung kuat medan listrik dari beberapa keping sejajar ataupun bola bermuatan. 

       6. Contoh Listrik Statis

Sebetulnya sering kita jumpai contoh listrik statis dalam kehidupan sehari-hari tetapi mungkin saja tidak kita sadari. Berikut ini contohnya.

1.     Saat Anda menyisir rambut, tanpa disadari terkadang rambut akan terbawa berdiri sendiri beriringan dengan gerakan sisir. Hal tersebut terjadi karena ada interaksi muatan antar sisir dengan rambut.

2.     Penggaris atau sisir yang digosok-gosok ke rambut atau tangan kering akan menarik potongan kertas kecil.

3.     Debu yang tertempel pada layar tv

4.     Kain sutra yang digosok-gosok dengan batang kaca. Akan terjadi reaksi tarik-menarik antara dua benda tersebut. Karena elektron dari batang kaca akan berpindah ke kain sutera sehingga batang kaca akan memiliki muatan positif dan batang kaca akan memiliki muatan negatif

5.     Menggosokan balon dengan tangan

6.     Penggaris plastik digosok dengan kain woll. Kedua benda tersebut memiliki muatan netral, tetapi saat dua benda tersebut digesekkan maka akan ada perpindahan elektron dari kain woll ke penggaris plastik. Sehingga penggaris plastik memiliki muatan negatif dan kain woll memiliki muatan positif.

7.     Ketika Anda mendekatkan tangan ke layar TV yang baru saja dimatikan. Perhatikan bulu atau rambut yang ada di tangan Anda akan berdiri.