103
Lampiran 3
2.4. Materi Listrik dan Kemagnetan
2.4.1 Medan Listrik
2.4.1.1 Muatan Listrik
Sejumlah percobaan sederhana menunjukkan adanya gaya listrik dan muatan listrik. Sebagai contoh, setelah menyisir rambut Anda yang kering, Anda
akan menemukan bahwa sisir dapat menarik potongan-potongan kertas. Gaya tarik ini cukup kuat untuk menangguhkan kertas tersebut.
Percobaan sederhana lainnya adalah dengan menggosok sebuah balon dengan wol. Balon kemudian menempel di dinding, selama berjam-jam. Ketika
suatu bahan berperilaku dengan cara ini, mereka dikatakan telah dimuati listrik atau menjadi bermuatan listrik.
Dalam serangkaian percobaan sederhana, ditemukan bahwa ada dua jenis muatan listrik, yang diberi nama positif dan negatif oleh Benjamin Franklin
1706-1790. Telah diidentifikasi bahwa muatan negatif sebagai jenis yang dimiliki oleh elektron dan muatan positif seperti yang dimiliki oleh proton.
Gambar 2.1. Muatan listrik a Sebuah batang karet bermuatan negatif yang diikat oleh benang tertarik pada batang kaca bermuatan positif. b Sebuah batang karet
bermuatan negatif ditolak oleh batang karet yang lain bermuatan negatif.
104
Kita dapat menyimpulkan bahwa muatan dengan tanda yang sama akan menolak satu sama lain dan muatan dengan tanda yang berlawanan akan menarik
satu sama lain. Aspek penting lainnya dari kelistrikan yang muncul dari pengamatan
eksperimental adalah bahwa muatan listrik selalu tetap dalam sebuah sistem yang terisolasi.
Dalam sistem SI , satuan muatan adalah Coulomb, yang didefinisikan dalam bentuk arus listrik, Ampere. Coulomb C adalah jumlah muatan yang
mengalir melalui suatu penampang kawat dalam waktu satu detik bila besarnya arus dalam kawat adalah satu ampere. Satuan dasar dari muatan listrik e
dihubungkan dengan Coulomb melalui: e = 1,60 x 10-19 C
2.4.1.2 Konduktor dan Isolator
Di beberapa bahan, seperti tembaga dan logam lainnya, elektron-elektron dapat bergerak bebas di dalam bahan tersebut. Material yang demikian disebut
sebagai konduktor. Di beberapa bahan lainnya seperti kayu, kaca, dimana semua elektronnya terikat pada atom dan tidak ada yang dapat bergerak bebas. Bahan ini
disebut Isolator. Dalam sebuah atom tunggal, 29 elektron terikat dengan inti melalui
tarikan elektrostatik antara muatan negatif elektron dan muatan positif inti. Elektron terluar mempunyai ikatan yang lebih lemah daripada elekron dalam
karena jaraknya lebih jauh dari inti dan karena gaya repulsive bekerja pada elektron dalam. Ketika atom-atom alam tembaga bergabung membentuk sekeping
105
logam tembaga, ikatan elektron-elektron pada masing-masing atom mengalami perubahan akibat adanya interaksi dengan atom-atom terdekat. Satu atau lebih
elektron terluar dari tiap atom Cu tersebut tidak lagi terikat pada masing-masing atom, tetapi dapat bergerak bebas di dalam keping tersebut seperti halnya
molekul-molekul gas yang bergerak bebas di dalam sebuah kotak. Jumlah elektron bebas bergantung pada jenis logamnya, tetapi pada umumnya satu elektron di
setiap atom. Atom Cu yang kekurangan satu elektron akn bermuatan positif dan disebut ion positif. Di dalam logam tembaga, ion-ion tembaga tertata dalam
susunan yang teratur di sebut kisi. Umumnya sebuah konduktor bersifat netral karena terdapat suatu ion kisi yng membawa satu muatan positif +e untuk tiap
elektron bebas yang membawa satu muatan –e. Suatu konduktor dapat diberi
muatan dengan cara menambahkan atau mengurangi elektron-elektron bebasnya. Suatu metode yang sederhana dan praktis untuk memberi muatan pada
suatu konduktor dilakukan dengan menggunakan elektron-elektron bebas yang siap bergerak dalam konduktor tersebut.
Gambar 2.2 Pemberian muatan dengan cara induksi
106
Pada Gambar 2.2 a Dua konduktor berada dalam keadaan kontak menjadi bermuatan dengan tanda berlawanan, karena batang yang bermuatan
positif menarik electron-elektron dari bola konduktor sebelah kiri sehingga bola konduktor sebelah kanan menjadi bermuatan positif. b Jika kedua bola
konduktor tersebut dipisahkan sedangkan batang berada di tempat semula, kedua bola akan mempertahankan besar muatan yang sama dan berlawanan tanda. c
Jika batang dipindahkan dan kedua bola dijauhkan satu dengan lainnya, bola-bola tersebut termuati secara merata dengan muatan yang sama.
Proses pemberian muatan pada bahan seperti contoh pada Gambar 2.2 a dan b dengan mendekatkan batang tanpa bersentuhan dan muatan pada batang
tidak terganggu dinamakan proses induksi elektrostatis.
2.4.1.3 Hukum Coulomb
Kategori