14
kemungkinan sel tersebut akan berotasi sampai sejajar medan listrik. Rotasi ini disebabkan oleh dipol listrik
C. Dipol Listrik
Dipol listrik adalah sistem muatan yang terdiri dari dua buah kumpulan muatan yang besarnya sama tapi berbeda jenis + dan - Kane, Joseph W.,
dkk,1988: 156 .
a b
Gambar 5. digram skematis dari distribusi muatan atom atau dari molekul nonpolar
ajika medan listrik luar tidak ada, Pusat muatan negatif berimpit dengan pusat muatan positif b dengan adanya medan listrik dari luar, pusat
muatan positif dan pusat muatan negatif berpindah, menghasilkan momen dipol induksi yang mempunyai arah searah dengan medan listrik
luarnya Tipler, Paul A, 2001:24
Dalam atom, pusat massa elektron – elektron berimpit dengan inti, dan karena itu momen dwikutub listrik rata-rata dari atom adalah nol Gambar 5a.
Jika suatu medan listrik eksternal dimanfaatkan, maka gerakan elektronnya akan terdistrosi dan pusat massa elektron – elektron itu akan bergeser relatif terhadap
inti Gambar 5b. Karena itu atom akan terpolarisasi dan menjadi sebuah
dwikutub listrik yang bermomen P. Momen itu sebanding dengan medan eksternal E Alonso, Marcelo.,dkk, 1994: 26.
± - +
E P
Pusat muatan negatif berimpit dengan pusat mutan positif
15
Momen dipol suatu atom atau molekul nonpolar di dalam medan listrik
luar disebut momen dipol induksi. Momen dipol induksi P mempunyai arah sama dengan arah medan listrik E. Jika medan listriknya homogen, tidak ada gaya total
dipol sebab gaya pada muatan positif maupun negatif sama besar dan berlawanan arah Tipler, Paul A, 2001: 24 . Besarnya momen dipol induksi untuk medan
listrik uniform adalah
E P
⋅ =
α
...9 =
E a .
4
3
∈
π
...10 =
v 3
∈ ...11
Konstanta α disebut sebagai polarisabilitas atom. Nilainya bergantung pada
struktur atom. Masing- masing atom memiliki nilai polarisabilitas yang berbeda- beda. Sedangkan v adalah volume atom yang besarnya 10
-30
m
3
Griffith, David J., 1995:159.
Karakteristik suatu dipol dinyatakan dengan momen dipol P. Banyak
molekul mempunyai momen dipol intrinsik, misalnya sel biologis. Dua muatan sama besar tapi berlawanan tanda + q dan – q yang terpisah sejauh
L
dengan
jari-jari atom a akan membentuk dipol listrik. Momen dipol P menunjuk dari
muatan negatif ke positif Kane, Joseph W., dkk, 1988: 157. Pada Gambar 5 dapat dikatakan bahwa keseimbangan atom terjadi ketika inti mengalami
pergeseran sejauh L dari pusat massa atom. Saat pusat medan listrik eksternal mendorong inti kekanan medan internalnya menarik kekiri sampai terjadi
kesimbangan yaitu
e
E E
= , dimana
e
E medan yang dihasilkan oleh elektron. Medan listrik sejauh L dari pusat masa inti atom besarnya:
16
L
3
4 1
a qL
E
e
⋅ ∈
= π
...11 Dengan cara yng sama didapatkan,
3
4 1
a qL
E ⋅
∈ =
π ...12
Karena
E P
⋅ =
α
maka
= P
3
4 a
∈
π
3
4 1
a qL
⋅ ∈
π ...13
Sehingga
L P
⋅ = q
…14 Griffith, David J., 1995:160.
Momen dipol dapat disebabkan oleh adanya imbas dari medan listrik eksternal. Ketika dipol berada dalam ruang yang bermedan listrik, maka dipol akan
mengalami momen gaya Kane, Joseph W., dkk, 1988: 157 .
Gambar 6. sebuah dipol listrik di dalam sebuah medan uniform
E
cenderung
menghasilkan rotasi yang a searah dengan perputaran jarum jam
b berlawanan dengan arah jarum jam c dipol didalam keadaan kesetimbangan Kane, Joseph W., dkk, 1988: 157 .
-qE +qE
E
-q +q
p
θ
E
a b
-qE +qE
E
-q
+q
p
-q
+q
c
E
17
Gambar 6 memperlihatkan sebuah dipol listrik di dalam sebuah medan
uniform
E
. Gaya pada muatan positif itu adalah q
E
, dan gaya pada muatan negatif
adalah –q
E
. Jumlahnya adalah nol, sehingga gaya netto pada sebuah dipol listrik di
dalam sebuah medan listrik uniform adalah nol Kane, Joseph W.,dkk, 1988: 157 . Akan tetapi, torka netto pada dipol tersebut tidak sama dengan nol, karena
gaya-gaya yang sama besarnya tetapi yang berlawanan arahnya mempunyai garis- garis aksi dan membuat sebuah kopel. Torka yang ditimbulkan oleh sebuah kopel
adalah sama relatif terhadap setiap titik, sehingga kita dapat memilihnya terhadap muatan –q untuk menghitung torka. Gaya pada –q menghasilkan torka. Muatan +q
dipengaruhi oleh gaya q
E
dan beraksi pada jarak
L
. Jadi momen gaya pada dipol adalah :
− −
+ +
× +
× =
F r
F r
τ …15
E qL
qE L
qE L
× =
⎥⎦ ⎤
⎢⎣ ⎡
− ×
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛−
+ ⎥⎦
⎤ ⎢⎣
⎡ ×
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
= 2
2 …16
Sehingga sebuah dipol P pada medan listrik uniform E yang ditimbulkan oleh
torka adalah τ
E P
× =
...17 Griffith, David J., 1995:162.
Besarnya torka itu adalah pE sin θ, dan diarahkan sedemikian rupa
sehingga dipol itu cenderung menyejajarkan dirinya sejajar dengan medan tersebut. Bila dipol itu diorientasikan seperti di dalam Gambar 6a, maka torka
diarahkan ke dalam halaman gambar, yang cenderung merotasikan dipol itu dalam arah perputaran jarum jam. Torka diarahkan ke luar halaman gambar di dalam
18
Gambar 6b dan cenderung merotasikan dipol itu dalam arah berlawanan dengan perputaran jarum jam. Pada Gambar 6c torka tersebut adalah nol, dan dipol itu
berada di dalam kesetimbangan stabil bila diarahkan sepanjang medan Kane, Joseph W.,dkk, 1988: 157 .
Momen dipol yang tidak searah dengan medan listrik maka partikel atau sel tersebut akan berputar sehingga arahnya searah dengan arah medan listrik.
Pada sel telur ikan Lele, karena sel tersebut juga memiliki sejumlah muatan maka secara teoriakan terjadi momen dipol sehingga sel tersebut mempunyai kecepatan
anguler. Peristiwa ini dideteksi melalui suatu teknik elektrorotasi
D. Elektrorotasi
Kategori