Awan Bermuatan Listrik
PROSES TERJADINYA AWAN BERMUATAN LISTRIK
َ ْأَلَمْ تَرَ أَنّ اللّهَ يُزْجِي سَحَابًا ثُمّ يُؤَلِفُّ بَيْنَهُ ثُمّ يَجْعَلُهُ رُكَامًا فَتَرَى الْوَد
ق
ْيَخْرُجُ مِنْ خِللِهِ وَيُنَزِلُ مِنَ السّمََاءِ مِنْ جِبَالٍ فِيهَا مِنْ بَرَدٍ فَيُصِيبُ بِهِ مَن
ِيَشَاءُ وَيَصْرِفُهُ عَنْ مَنْ يَشَاءُ يَكَادُ سَنَا بَرْقِهِ يَذْهَبُ بِالبْصَار
Tidakkah engkau melihat bahwa Allah menjadikan awan bergerak perlahan, kemudian
mengumpulkannya, lalu Dia menjadikannya bertumpuk-tumpuk, lalu engkau lihat hujan keluar
dari celah-celahnya, dan Dia (juga) menurunkan (butiran-butiran) es dari langit, (yaitu) dari
(gumpalan-gumpalan awan seperti) gunung-gunung, maka ditimpakan-Nya (butiran-butiran) es
itu kepada siapa yang Dia kehendaki dan dihindarkan-Nya dari siapa yang Dia kehendaki.
Kilauan kilatnya hampir-hampir menghilangkan penglihatan.
Para ahli cuaca telah menemukan bahwa awan cumulonimbus yang menghasilkan hujan es ini
dapat mencapai ketinggian hingga 7 sampai 9 kilometer. Dapat kita bayangkan bahwa awan ini
memang ukurannya benar-benar seperti gunung sebagaimana yang disebutkan di dalam ayat Al
Qur'an di atas: "... dan Allah (juga) menurunkan (butiran-butiran) es dari langit, (yaitu)
dari (gumpalan-gumpalan awan seperti) gunung-gunung,...".
Proses Pembentukan Awan
Banyaknya uap air yang terkandung dalam sejumlah massa udara dikenal dengan
kelembapan, Jika tingkat kelembapan relatif telah mencapai 100%, massa udara akan mencapai
KAPITA SELEKTA FISIKA
1
titik jenuh sehingga dapat terjadi proses kondensasi (pengembunan), di mana uap air akan
berubah kembali menjadi titik-titik air di atmosfer. Ada kalanya pada saat kelembaban udara
mencapai titik jenuh (100%), suhu udara sudah sangat rendah sampai berada di bawah titik beku
sehingga uap air tidak lagi mengalami proses kondensasi. Uap air mengalami terjadi sublimasi di
mana uap air berubah menjadi bentuk kristal-kristal es. Kumpulan titik-titik air atau dalam
bentuk kristal-kristal es tersebut di atmosfer disebut awan.
Proses pembentukan awan bermuatan diawali dengan adanya aliran udara naik ke
lapisan atmosfer, aliran udara naik karena perbedaan tekanan yang diakibatkan oleh panas dari
sinar matahari dan juga pengaruh angin yang membawa uap air dengan kandungan partikelpartikel bebas. Karena semakin tinggi dari permukaan tanah temperatur udara semakin dingin,
maka uap air dan partikel bebas tersebut berubah menjadi kristal es. Karena adanya angin kristalkristal es tersebut saling bergesekan dan bertabrakkan. Ketika tabrakkan dan gesekan tersebut
berlangsung, akan ada proses perpindahan muatan-muatan listrik yang ada didalan kristal-kristal
es tersebut, sehingga muatan kristal-kristal es tersebut tidak netral lagi, bisa bermuatan positif
atau bermuatan negatif. Kristal es tersebut memiliki massa atau berat yang berbeda-beda, ada
yang lebih ringan ada yang berat. Kristal es yang lebih berat kemudian akan bermuatan negatif
dan kristal es yang lebih ringan akan bermuatan positif.
Pada bagian bawah awan akan lebih bermuatan negatif dibandingkan dengan
bagian atas awan, karena kristal es yang lebih berat akan berkumpul dibagian bawah awan dan
yang lebih ringan berkumpul diatas awan, karena perbedaan gaya gravitasi padanya. Karena
muatan negatif awan berada dibawah, sehingga permukaan bumi bermuatan lebih positif, karena
muatan negatif bumi ditolak oleh muatan negatif awan.
Fenomena Terjadinya Petir
Kondisi atmosfir bumi tertentu seperti suhu, tekanan udara dan kelembaban yang
tinggi akan menyebabkan awan badai terbentuk. Hal ini akan memperbesar massa/ bobot awan
yang terbentuk, pada bagian bawah awan biasanya merupakan jenis awan hujan, bagian bawah
ini terdiri dari tetesan air sedangkan pada level yang lebih tinggi terdapat kandungan kristalkristal es.
Gerakan yang disebabkan oleh angin dalam awan jenis ini akan menimbulkan
muatan listrik (charging) dalam awan. Dengan pengaruh beban massa tetesan uap air tersebut
KAPITA SELEKTA FISIKA
2
akan memisahkan muatan listrik yang terbentuk. Pada bagian atas awan akan berkumpul muatanmuatan positif, sedangkan muatan negatif akan berkelompok pada bagian bawah awan.
Dalam keadaan tertentu terbentuk muatan listrik positif yang terdapat pada bagian
bawah awan, walaupun dengan jumlah yang kecil. Awan bermuatan ini kemudian menciptakan
beda potensial yang semakin tinggi dengan permukaan bumi. Dikarenakan kenaikan muatan
pada awan negatif tersebut, maka medan listrik di atmosfer juga akan mempengaruhi keadaan
mutan listrik yang ada di permukaan tanah. Kenaikan tegangan tanah ini berkisar antara 10
hingga15 kV/ meter. Pada situasi seperti ini potensi pelepasan muatan listri dari awan petir ke
lingkungan sekitar akan meningkat.
(Gambar 1 : distribusi muatan listrik di awan, dan perubahan nilai medan listrik di tanah.)
Tahap Pembentukan Sambaran Petir
Tahap yang permulaan dari peristiwa sambaran petir dimulai dengan gerakan
muatan listrik dengan intensitas rendah yang menuju ke tanah ( downward leader) (Fig.2a). Pada
saat yang bersamaan, muatan listrik yang terdapat pada permukaan tanah meningkat menjadi lebih tinggi.
Setiap titik yang berada di permukaan tanah seperti tiang listrik, atap rumah,
pepohonan atau penangkal petir di sekitarnya secara alamiah/ natural akan berlangsung
serangkaian proses ionisasi berupa terjadinya pengisian debit muatan listrik pada sekitar benda
tersebut. Ini adalah yang dimaksud dengan efek korona ( corona effect) seperti yang tampak
KAPITA SELEKTA FISIKA
3
selama badai petir seperti warna biru yang berwarna menyelubungi permukaan tanah bila dilihat
dari kejauhan, atau kadang-kadang fenomena ini terdengar menyerupai dengung lebah sesaat
sebelum badai petir terjadi. Pada saat downward leader sudah cukup dekat menyentuh dengan
tanah, ionisasi karena pengaruh efek korona tersebut meningkat, dan akhirnya berubah menjadi
sebuah aliran arus listrik menuju ke atas: gerak keatas dari aliran arus listrik ini
dinamakan upward leader (Fig.2b)
Ketika terjadi kontak antara uppward leader dan downward leader maka akan
terbentuk jalur konduktif yang memungkinkan arus listrik yang lebih besar mengikuti masuk
dalam jalur kondutif itu. Fenomena petir ini ditandai oleh flashing/ kilatan yang terang dan bunyi
guntur yang keras bergemuruh. (Fig.2c) Sambaran petir ini dapat terdiri dari sejumlah jalur arus
listrik yang berturut-turut, yang terpisah dalam jeda yang singkat.
Gbr.2: Karakteristik perkembangan proses petir yang terjadi
Berbagai Macam Tipe Petir
1. Petir dari awan ke tanah (CG)
Petir ini tergolong berbahaya dan paling merusak, berasal dari muatan yang lebih rendah lalu
mengalirkan muatan negatif ketanah. Terkadang petir jenis ini mengandung muatan positif (+)
terutama pada musim dingin
KAPITA SELEKTA FISIKA
4
2. Petir dalam awan (IC)
Merupakan tipe yang paling sering terjadi antara pusat muatan yang berlawanan pada awan
yang sama.
3. Petir antar awan (CC)
Petir ini terjadi antara pusat muatan dari dua awan yang berbeda. Pelepasan muatannya
sendiri terjadi saat uadara cerah antara awan tersebut.
4. Petir awan ke udara (CA )
KAPITA SELEKTA FISIKA
5
Petir ini terjadi jika udara di sekitaran awan yang bermuatan positif (+) berinteraksi dengan
udara yang bermuatan negatif (-). Jika ini terjadi pada awan bagian bawah maka merupakan
kombinasi dengan petir tipe CG.
Di daerah dengan iklim tropis, sebagian besar (sekitar 90%) dari petir adalah jenis
negatif dimana debit ke bawah adalah berasal dari awan bermuatan negatif yang menuju ke
tanah. (Fig.3a). Kadang-kadang juga terdapat downward leader dapat menghasilkan arus
bermuatan positif di dasar awan dan menyambar turun menuju ke tanah. Jenis petir ini disebut
sambaran petir positif (Fig.3b). Dalam kondisi atmosfer tertentu , upward leader dari petir dapat
melonjak secara spontan dari suatu titik (misalnya puncak gunung, menara telekomunikasi atau
bangunan tinggi). Petir yang dihasilkan dikenal sebagai sambaran petir upward leader positif
(Fig.3c), atau, upward leader negatif yang menuju ke atas (Fig.3d)
Petir merupakan gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan dimana di
langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan dan beberapa saat kemudian disusul oleh
suara yang menggelegar. Terdapat beberapa definisi dari petir, antara lain:
1. Fenomena alam yang merupakan pelepasan muatan elektrostatis yang berasal dari badai
guntur
2. Pelepasan muatan ini disertai dengan pancaran cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya
3. Arus listrik yang melewati saluran pelepasan muatan tadi dengan cepat memanaskan udara
dan berkembang sebagai plasma yang menimbulkan gelombang bunyi yang bergetar ( guntur
) di atmosfir.
KAPITA SELEKTA FISIKA
6
Bunyi dari getaran gelombang yang disebabkan oleh petir yang memanaskan udara
sampai 30.000 oC. Udara yang sangat panas itu mengembang dengan cepat dan mengerut ketika
dingin. Proses ini menimbulkan gelombang bunyi.
Petir terjadi karena adanya perbedaan potensial antara awan dan bumi. Proses
terjadinya muatan pada awan karena pergerakannya yang terus menerus secara teratur, dan
selama pergerakan itu dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negative akan
berkumpul pada salah satu sisi, dan muatan positif pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial
antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif ( electron)
untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses ini, media yang dilalui electron adalah udara, dan
pada saat electron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah akan terjadi ledakan
suara yang menggelegar. Petir lebih sering terjadi pada musim hujan karena pada keadaan
tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus
lebih mudah mengalir. Karena adanya awan yang bermuatan positif dan negatif, maka petir juga
bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan. Petir jenis ini dapat mengganggu aktifitas
penerbangan.
Awan, pada umumnya kurang lebih mengandung listrik. Secara mekanik,
thermodinamika, energi kimia diubah menjadi energi listrik dengan kutub yang terpisah.
Kebanyakan petir memiliki fase waktu, antara lain:
1. Fase Waktu Pertumbuhan, sekitar 10 - 20 menit
2. Fase Waktu Puncak, sekitar 15 - 30 menit
3. Fase Waktu Menghilang, sekitar 30 menit
Dalam kondisi cuaca yang normal, perbedaan potensial antara permukaan bumi
dengan ionosphere adalah sekitar 200.000 sampai 500.000 Volts, dengan arus sekitar 2×10 -12
Amperes/m2 . Perbedaan potensial ini diyakini memberikan kontribusi dalam distribusi badai
petir (Thunderstorm) di seluruh dunia. Pada lapisan atmosphere bertebaran gumpalan-gumpalan
awan yang diantaranya terdapat awan yang bermuatan listrik. Awan bermuatan listrik tersebut
terbentuk pada suatu daerah dengan persyaratan:
1. Kondisi udara yang lembab (konsentrasi air yang banyak)
2. Gerakan angin ke atas
3. Terdapat inti Higroskopis
KAPITA SELEKTA FISIKA
7
Kelembaban terjadi karena adanya pengaruh sinar matahari yang menyebabkan
terjadinya penguapan air di atas permukaan tanah (daerah laut, danau). Sedangkan pergerakan
udara ke atas disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan akibat daerah yang terkena panas
matahari bertekanan lebih tinggi atau karena pengaruh angin. Di samping itu terdapat Inti
Higroskopis sebagai inti butir-butir air di awan akibat proses kondensasi. Ketiga unsur inilah
yang diperlukan untuk menghasilkan awan guruh/awan Commulonimbus yang bermuatan
negatif yang karakteristiknya berbeda-beda sesuai dengan kondisi tempatnya. Muatan awan
bawah yang negatif akan menginduksi permukaan tanah menjadi positif maka terbentuklah
medan listrik antara awan dan tanah (permukaan bumi). Semakin besar muatan yang terdapat di
awan, semakin besar pula medan listrik yang terjadi dan bila kuat medan tersebut telah melebihi
kuat medan tembus udara ke tanah, maka akan terjadi pelepasan muatan listrik sesuai dengan
hokum kelistrikan, peristiwa inilah yang disebut petir.
Dengan letak geografis yang dilalui garis khatulistiwa, Indonesia beriklim tropis.
Hal ini mengakibatkan Indonesia memiliki hari guruh rata-rata per tahun yang sangat tinggi.
Oleh karena itu, dianggap perlu untuk membuat analisa jumlah rata-rata petir tahunan yang
dilakukan secara berkesinambungan (Iso Kreaunik Level) yang kemudian pada gilirannya dapat
digunakan sebagai acuan untuk pembuatan Hazard Map yang akan dihubungkan dengan skala
resiko (Lightning Strike Intensity Based On Risk Scale).
Manfaat Petir
Petir dianggap berbahaya karena memiliki daya hancur yang luar biasa, tetapi
ternyata selain membuat kerusakan di permukaan bumi, juga mempunyai manfaat yang sangat
besar. Diantara manfaat petir adalah :
1. Manfaat Petir untuk Memproduksi Ozon (O3)
Hubunganya petir dengan lapisan ozon adalah bahwa lapisan ozon berperan membentuk
lapisan ozon. Lapisan ozon merupakan senyawa O 3. Petir berperan memicu terjadinya reaksi
kimia dari O2 atau oksigen menjadi O 3. Sederhanya tiga senyawa O2 akan pecah menjadi
enam senyawa O dan akhirnya terbentuk 2 senyawa O 3. Proses tersebut tidak akan terjadi
tanpa bantuan dari petir.
2. Manfaat Petir untuk Kesuburan Tanah
KAPITA SELEKTA FISIKA
8
Manfaat lain petir adalah bagi kesuburan tanah. Saat petir menyambar tidak hanya
terjadi pembentukan lapisan ozon saja, tapi banyak terjadi reaksi-reaksi kimia lain antara
udara dengan air hujan yang sedang turun. Misalnya nitrogen dengan air sehingga saat air
sampai di bumi menjadikan tanah lebih subur karena mendapat pasokan nitrogen lebih banyak
berupa unsur Hara. Proses yang terjadi di alam raya ini ibarat sebuah pabrik pupuk urea yang
menghasilkan pupuk urea berkadar Nitrogen tinggi. Sebagaimana diketahui, bahwa para
petani menggunakan pupuk urea untuk membantu proses penyuburan tanah.
3. Petir bermanfaat untuk membunuh kuman dan bakteri
Pada kondisi akan turun hujan, dimana awan melingkupi permukaan bumi, maka di
permukaan akan terasa panas. Kondisi ini cenderung menjadi semakin lembab, dengan
meningkatnya kandungan uap air di udara. Kondisi seperti ini sangat potensial untuk tumbuh
berkembangnya bakteri-bakteri juga kuman-kuman yang beterbangan di udara. Maka ketika
terjadi Kilat dan sambaran petir di udara, akan membunuh kuman-kuman dan bakteri ini. Hal
ini karena kilat dan sambaran petir merupakan aliran muatan listrik. Pada saat muatan listrik
ini mengalir melesat di udara akan memanaskan udara disekitarnya. Oleh karena itu, saat
terjadi hujan disertai dengan kilat dan petir yang menggelegar, juga sedang terjadi proses
pembersihan udara dari kandungan kuman dan bakteri yang melayang, disebabkan oleh
plasma petir yang sangat tinggi. Setelah hujan reda, petir sudah selesai, maka udara akan
terasa nyaman.
Sistem Deteksi Petir
Sistem deteksi petir yang digunakan adalah Sistem deteksi dan analisa petir secara
real-time menggunakan software Lightning/2000 yang dirangkai dengan Boltek Lightning
Detection System. Storm Tracker ini dapat mendeteksi strokes petir secara optimal sekitar 300
mil yang kemudian akan diplot secara otomatis dan real-time ke sistem, dimana semakin banyak
strokes maka semaikin maksimal penentuan posisi dari sistem. Storm Tracker bekerja dengan
mendeteksi sinyal radio yang dihasilkan oleh petir, dengan kata lain, antena Storm Tracker dapat
memberikan informasi arah dan jarak thunderstorm yang dikalkulasikan dengan kekuatan sinyal
yang diterima.
KAPITA SELEKTA FISIKA
9
Thunderstorm, biasa juga disebut Electrical storm/ Lightning storm, adalah sebuah
bentuk cuaca yang dicirikan oleh adanya kehadiran petir. Dari petir tersebut maka dapat dibuat
klasifikasi dan sistem peringatan terhadap aktifitas thunderstorm. Ada dua macam alarm yang
ada dalam system deteksi thunderstorm, antara lain:
1. Close Storm Alarm, yang akan aktif jika terdapat sebuah Thunderstorm yang bergerak
mendekat dari jarak sebelumnya.
2. Severe Storm Alarm, yang akan aktif jika jumlah sambaran petir (Lightning Strikes) per
menit melampaui jumlah sambaran petir sebelumnya.
Untuk mempermudah analisa, maka dibuat beberapa pengelompokan, yaitu:
1. Berdasarkan Kekuatan Storm
Pengelompokan berdasarkan Indeks kekuatan (Severity Index), yaitu Thundershower (022), thunderstorm (23-43), strong thunderstorm (44-75) dan Severe Thunderstorm (>76)
2. Berdasarkan Jarak Storm
Pengelompokan jarak storm dibagi menjadi 3, antara lain nearby (0-20 Km), regional (21-60
Km), dan distance (>60 Km).
Tinjauan Sudut Pandang Al-Qur’an
Selama hujan, guntur dan kilat yang tersusun dari pembentukan cahaya-cahaya
terang akibat pelepasan energi listrik di ruang atmosfir, sesungguhnya merupakan sumber energi
yang menghasilkan listrik lebih besar dari pada ribuan pembangkit listrik di samping sebagai
fenomena iklim. Berikut ini keajaiban kilat dan petir, antara lain :
KAPITA SELEKTA FISIKA
10
energi yang dilepas oleh sekali kilatan petir lebih besar dari pada energi yang dihasilkan
seluruh pembangkit listrik di Amerika.
Satu kilatan petir dapat menyalakan 100 watt bola lampu selama lebih dari tiga bulan.
Pada titik sentuh petir ke bumi, cuaca memanas hingga 25.000 oC. kecepatan kilatan petir
150.000 km/detik dan rata-rata ketebalannya 2,5-5 cm.
Petir menghasilkan molekul nitrogen yang dibutuhkan bagi tumbuh-tumbuhan di Bumi
utuk menunjang kehidupanya.
Setiap petir rata-rata memiliki 20.000 ampere daya listrik. Seorang tukang las hanya
menggunakan 250-400 ampere untuk mengelas baja.
Petir bergerak pada kecepatan 150.000 km/detik, hampir setengah kecepatan cahaya dan
100.000 kali lebih cepat dari kecepatan suara.
Suara yang dilepaskan oleh satu kilatan lebih besar dari pada cahaya 10 juta bola
lampu berdaya 100 watt. Ini menerangkan; apabila setiap rumah di Istanbul menyalakan satu
bola lampu, pancaran cahaya dari satu kilatan petir akan lebih besar. Allah menyatakan fenomena
kilat yang menakjubkan ini seperti
ِِالَبْصَار
ْ يَكَادُ سَنَا بَرْقِهِ يَذْهَبُ ب
“Kilauan kilat awan itu hampir-hampir menghilangkan penglihatan”. (QS. al-Nuur : 43)
Udara–yang dipanaskan oleh cahaya matahari–naik membawa molekul-molekul air
yang menguap di dalamnya. Ketika udara yang naik ini mencapai ketinggian 2-3 km, udara
tesebut bersentuhan dengan lapisan udara dingin. Saat kenaikan udara, kristal-kristal es yang
terbentuk di dalam awan melepaskan energi listrik statis yang terbentuk karena pergesekan.
Energi listrik ini mengandung unsur positif (+) pada lapisan atas awan dan unsur negatif (-) pada
lapisan bawahnya. Ketika awan cukup terisi untuk mengionisasi udara; maka petir terbentuk.
Petir memanaskan udara di sekitarnya hingga 30.000 oC dalam sepersejuta detik.
Udara yang dipanskan meluas, dan menyebarkan gelombang suara yang lebih cepat dari
kecepatan suara; dengan tekanan 100 kali lebih besar dari tekanan atmosfir normal. Sama halnya
dengan pesawat yang melintas dengan kecepatan suara, ini menyebabkan ledakan suara
(gemuruh) di udara, sehingga dinamakan gemuruh/guntur.
Mengapa cahaya dan suara guntur tidak bersamaan mencapai bumi? Ini dikarenakan suara guntur
mencapai pendengaran kita dengan kecepatan suara (340 m/detik di udara); sedangkan petir
KAPITA SELEKTA FISIKA
11
mencapai visual (penglihatan ) kita dengan kecepatan cahaya (99, 793 km/detik). Ini
menyebabkan perbedaan waktu antara dua peristiwa, dan dengan demikian membuat kilatan
(petir) mencapai bumi lebih sebelum guntur.
Ketika perbedaan muatan listrik menjadi lebih besar antara bumi dan awan, udara
menjadi lebih mudah ditembus dari bumi ke awan; pelepasan energi listrik dimulai melalui
saluran penghantar yang dibentuk oleh udara yang ditembus itu. Pelepasan energi listrik dari
awan disebut dengan kilat, dan pelepasan energi listrik dari bumi disebut petir atau sambaran
balik.
Kebenaran kilat yang dinyatakan dalam Qur’ân Surat Al-Ra’d–yang artinya
“Guruh” atau “Guntur”–merupakan salah satu surat dalam Qur’ân. Allah memberitahukan bahwa
guntur dibentuk oleh kilat yang bertasbih memujiNya :
ُوَيُسَبِحُِ الرّعْدُ بِحَمَْدِهِ وَالْمََلَئِكَةُ مِنْ خِيفَتِهِ وَيُرْسِل
ِالصّوَاعِقَ فَيُصِيبُ بِهَا مَن يَشَاءُ وَهُمْ يُجَادِلُونَ فِي اللّه
ِوَهُوَ شَدِيدُ الْمَِحَال
“Dan guruh itu bertasbih dengan memuji Allah, (demikian pula) para malaikat karena takut
kepada-Nya, dan Allah melepaskan halilintar, lalu menimpakannya kepada siapa yang Dia
kehendaki, dan mereka berbantah-bantahan tentang Allah, dan Dia-lah Tuhan Yang Maha keras
siksa-Nya.” (QS. al-Ra’d 13 : 13)
Sambaran kilat yang mengingatkan kita pada kematian
Pengalaman mereka yang selamat dari sambaran kilat yang dapat menyebabkan kematian ratusan
orang setiap tahunnya, mengingatkan kita pada kematian dan juga pengungkapan
ketakberdayaan seseorang di hadapan Allah. Kemungkinan seseorang tesambar petir adalah
1:700.000; akan tetapi tidak seharusnya seseorang meremehkan kemungkinan tersebut dan juga
dampak yang dihasilkan. Menurut pengakuan mereka yang pernah tersambar petir, aliran
listriknya–bahkan–dapat meledakkan kancing dan sleting baju dan seseorang dapat jatuh
pingsan. Karena kerusakan otak yang dialaminya, seseorang yang dirawat secara intensif di
KAPITA SELEKTA FISIKA
12
rumah sakit harus belajar kembali bagaimana caranya berjalan, menelan makanan/minuman, atau
dengan kata lain bagaimana caranya hidup kembali.
Mereka relah menggambarkan bagaimana yang dirsakannya, dan ketika itu seolaolah mereka “hidup merana dan kemudian dihidupkan kembali.” Dalam Qur’ân, peristiwa yang
sangat serupa terjadi ketika Allah tunjukkan pda kaum Nabi Musa as. Dengan keberanian yang
keliru dan memalukan, Bani Israel menuntut pada Nabi Musa as. agar mereka dapat melihat
Allah dengan mata mereka, dan sementara menuntut, mereka ditunjukkan dampak kilat yang
serupa.
Pernyataan dalam ayat berikut “maka kilat menyambarmu hingga kamu
mati” dan “kemudian kami membawamu kembali ke kehidupan setelah kamu mati,” menjadi
petunjuk dari kenyataan bahwa mereka –ketika itu –merasa hidup kembali setelah jantungnya
terhenti, akibat kejutan dan juga hilangnya kesadaran dan ingatan yang mereka alami. (Allah
mengetahui yang terbaik) Berikut ini adalah ayat-ayat yang berhubungan dalam Qur’ân:
ُوَإِذْ قُلْتُمْ يَا مُوسَىَ لَن نّؤْمِنَ لَكَ حَتّىَ نَرَى اللّهَ جَهْرَةً فَأَخَذَتْكُمُ الصّاعِقَة
َ ثُمّ بَعَثْنَاكُم مِن بَعْدِ مَوْتِكُمْ لَعَلّكُمْ تَشْكُرُون.َوَأ َنتُمْ تَنظُرُون
“Dan (ingatlah), ketika kamu berkata: “Hai Musa, kami tidak akan beriman kepadamu sebelum
kami melihat Allah dengan terang , karena itu kamu disambar halilintar, sedang kamu
menyaksikannya “. Setelah itu Kami bangkitkan kamu sesudah kamu mati , supaya kamu
bersyukur.” (QS. al-Baqarah 2 : 55-56)
Referensi
Anderson, R.B. and Eriksson, A.J., A Summary of Lightning Parameters foe Engineering
Aplications, Study Committee No. 33 (CIGRE), Electra No. 69, 1980.
Bustanam Beni, 1999.Penentuan Efektivitas Perlindungan Sistem Proteksi Petir Eksternal pada
Bangunan dengan Metode Volume Attraktif. Tugas Akhir, Teknik Elektro Fakultas Teknologi
Industri, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
DN, Taufik, Abdul Syakur, Yuningtyastuti, 2005.Analisa Kebutuhan Pemakaian Sistem Proteksi
Penangkal Petir pada Gedung Bertingkat, Tugas Akhir, Teknik Elektro Fakultas Teknik
UNDIP, Semarang.
KAPITA SELEKTA FISIKA
13
Hutauruk, T.S., 1983. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga Pengetanahan Peralatan, Penerbit
Erlangga.
Tim, Peraturan Umum Instalasi Penangkal Petir untuk Bangunan di Indonesia, Direktorat
Penyelidikan Masalah Bangunan, Jakarta.
Zoro Reynaldo, 2002.Dr., Sistem Proteksi terhadap sambaran petir pada struktur tinggi dengan
bangunan disekitarnya, Lab. Teknik Tegangan Tinggi dan arus Tinggi, ITB.
......., 2006.Analisa Biaya Manfaat Sistematik Atas Proteksi Sambaran Petir,
http://www.elektro_indonesia.co.id/analisenergi.html.
......, 1987.MIL-HDBK-419A Grounding, Bonding and Shielding for Electronics Equipments and
Facilities, Department of Defense, Washington D.C, USA.
KAPITA SELEKTA FISIKA
14
َ ْأَلَمْ تَرَ أَنّ اللّهَ يُزْجِي سَحَابًا ثُمّ يُؤَلِفُّ بَيْنَهُ ثُمّ يَجْعَلُهُ رُكَامًا فَتَرَى الْوَد
ق
ْيَخْرُجُ مِنْ خِللِهِ وَيُنَزِلُ مِنَ السّمََاءِ مِنْ جِبَالٍ فِيهَا مِنْ بَرَدٍ فَيُصِيبُ بِهِ مَن
ِيَشَاءُ وَيَصْرِفُهُ عَنْ مَنْ يَشَاءُ يَكَادُ سَنَا بَرْقِهِ يَذْهَبُ بِالبْصَار
Tidakkah engkau melihat bahwa Allah menjadikan awan bergerak perlahan, kemudian
mengumpulkannya, lalu Dia menjadikannya bertumpuk-tumpuk, lalu engkau lihat hujan keluar
dari celah-celahnya, dan Dia (juga) menurunkan (butiran-butiran) es dari langit, (yaitu) dari
(gumpalan-gumpalan awan seperti) gunung-gunung, maka ditimpakan-Nya (butiran-butiran) es
itu kepada siapa yang Dia kehendaki dan dihindarkan-Nya dari siapa yang Dia kehendaki.
Kilauan kilatnya hampir-hampir menghilangkan penglihatan.
Para ahli cuaca telah menemukan bahwa awan cumulonimbus yang menghasilkan hujan es ini
dapat mencapai ketinggian hingga 7 sampai 9 kilometer. Dapat kita bayangkan bahwa awan ini
memang ukurannya benar-benar seperti gunung sebagaimana yang disebutkan di dalam ayat Al
Qur'an di atas: "... dan Allah (juga) menurunkan (butiran-butiran) es dari langit, (yaitu)
dari (gumpalan-gumpalan awan seperti) gunung-gunung,...".
Proses Pembentukan Awan
Banyaknya uap air yang terkandung dalam sejumlah massa udara dikenal dengan
kelembapan, Jika tingkat kelembapan relatif telah mencapai 100%, massa udara akan mencapai
KAPITA SELEKTA FISIKA
1
titik jenuh sehingga dapat terjadi proses kondensasi (pengembunan), di mana uap air akan
berubah kembali menjadi titik-titik air di atmosfer. Ada kalanya pada saat kelembaban udara
mencapai titik jenuh (100%), suhu udara sudah sangat rendah sampai berada di bawah titik beku
sehingga uap air tidak lagi mengalami proses kondensasi. Uap air mengalami terjadi sublimasi di
mana uap air berubah menjadi bentuk kristal-kristal es. Kumpulan titik-titik air atau dalam
bentuk kristal-kristal es tersebut di atmosfer disebut awan.
Proses pembentukan awan bermuatan diawali dengan adanya aliran udara naik ke
lapisan atmosfer, aliran udara naik karena perbedaan tekanan yang diakibatkan oleh panas dari
sinar matahari dan juga pengaruh angin yang membawa uap air dengan kandungan partikelpartikel bebas. Karena semakin tinggi dari permukaan tanah temperatur udara semakin dingin,
maka uap air dan partikel bebas tersebut berubah menjadi kristal es. Karena adanya angin kristalkristal es tersebut saling bergesekan dan bertabrakkan. Ketika tabrakkan dan gesekan tersebut
berlangsung, akan ada proses perpindahan muatan-muatan listrik yang ada didalan kristal-kristal
es tersebut, sehingga muatan kristal-kristal es tersebut tidak netral lagi, bisa bermuatan positif
atau bermuatan negatif. Kristal es tersebut memiliki massa atau berat yang berbeda-beda, ada
yang lebih ringan ada yang berat. Kristal es yang lebih berat kemudian akan bermuatan negatif
dan kristal es yang lebih ringan akan bermuatan positif.
Pada bagian bawah awan akan lebih bermuatan negatif dibandingkan dengan
bagian atas awan, karena kristal es yang lebih berat akan berkumpul dibagian bawah awan dan
yang lebih ringan berkumpul diatas awan, karena perbedaan gaya gravitasi padanya. Karena
muatan negatif awan berada dibawah, sehingga permukaan bumi bermuatan lebih positif, karena
muatan negatif bumi ditolak oleh muatan negatif awan.
Fenomena Terjadinya Petir
Kondisi atmosfir bumi tertentu seperti suhu, tekanan udara dan kelembaban yang
tinggi akan menyebabkan awan badai terbentuk. Hal ini akan memperbesar massa/ bobot awan
yang terbentuk, pada bagian bawah awan biasanya merupakan jenis awan hujan, bagian bawah
ini terdiri dari tetesan air sedangkan pada level yang lebih tinggi terdapat kandungan kristalkristal es.
Gerakan yang disebabkan oleh angin dalam awan jenis ini akan menimbulkan
muatan listrik (charging) dalam awan. Dengan pengaruh beban massa tetesan uap air tersebut
KAPITA SELEKTA FISIKA
2
akan memisahkan muatan listrik yang terbentuk. Pada bagian atas awan akan berkumpul muatanmuatan positif, sedangkan muatan negatif akan berkelompok pada bagian bawah awan.
Dalam keadaan tertentu terbentuk muatan listrik positif yang terdapat pada bagian
bawah awan, walaupun dengan jumlah yang kecil. Awan bermuatan ini kemudian menciptakan
beda potensial yang semakin tinggi dengan permukaan bumi. Dikarenakan kenaikan muatan
pada awan negatif tersebut, maka medan listrik di atmosfer juga akan mempengaruhi keadaan
mutan listrik yang ada di permukaan tanah. Kenaikan tegangan tanah ini berkisar antara 10
hingga15 kV/ meter. Pada situasi seperti ini potensi pelepasan muatan listri dari awan petir ke
lingkungan sekitar akan meningkat.
(Gambar 1 : distribusi muatan listrik di awan, dan perubahan nilai medan listrik di tanah.)
Tahap Pembentukan Sambaran Petir
Tahap yang permulaan dari peristiwa sambaran petir dimulai dengan gerakan
muatan listrik dengan intensitas rendah yang menuju ke tanah ( downward leader) (Fig.2a). Pada
saat yang bersamaan, muatan listrik yang terdapat pada permukaan tanah meningkat menjadi lebih tinggi.
Setiap titik yang berada di permukaan tanah seperti tiang listrik, atap rumah,
pepohonan atau penangkal petir di sekitarnya secara alamiah/ natural akan berlangsung
serangkaian proses ionisasi berupa terjadinya pengisian debit muatan listrik pada sekitar benda
tersebut. Ini adalah yang dimaksud dengan efek korona ( corona effect) seperti yang tampak
KAPITA SELEKTA FISIKA
3
selama badai petir seperti warna biru yang berwarna menyelubungi permukaan tanah bila dilihat
dari kejauhan, atau kadang-kadang fenomena ini terdengar menyerupai dengung lebah sesaat
sebelum badai petir terjadi. Pada saat downward leader sudah cukup dekat menyentuh dengan
tanah, ionisasi karena pengaruh efek korona tersebut meningkat, dan akhirnya berubah menjadi
sebuah aliran arus listrik menuju ke atas: gerak keatas dari aliran arus listrik ini
dinamakan upward leader (Fig.2b)
Ketika terjadi kontak antara uppward leader dan downward leader maka akan
terbentuk jalur konduktif yang memungkinkan arus listrik yang lebih besar mengikuti masuk
dalam jalur kondutif itu. Fenomena petir ini ditandai oleh flashing/ kilatan yang terang dan bunyi
guntur yang keras bergemuruh. (Fig.2c) Sambaran petir ini dapat terdiri dari sejumlah jalur arus
listrik yang berturut-turut, yang terpisah dalam jeda yang singkat.
Gbr.2: Karakteristik perkembangan proses petir yang terjadi
Berbagai Macam Tipe Petir
1. Petir dari awan ke tanah (CG)
Petir ini tergolong berbahaya dan paling merusak, berasal dari muatan yang lebih rendah lalu
mengalirkan muatan negatif ketanah. Terkadang petir jenis ini mengandung muatan positif (+)
terutama pada musim dingin
KAPITA SELEKTA FISIKA
4
2. Petir dalam awan (IC)
Merupakan tipe yang paling sering terjadi antara pusat muatan yang berlawanan pada awan
yang sama.
3. Petir antar awan (CC)
Petir ini terjadi antara pusat muatan dari dua awan yang berbeda. Pelepasan muatannya
sendiri terjadi saat uadara cerah antara awan tersebut.
4. Petir awan ke udara (CA )
KAPITA SELEKTA FISIKA
5
Petir ini terjadi jika udara di sekitaran awan yang bermuatan positif (+) berinteraksi dengan
udara yang bermuatan negatif (-). Jika ini terjadi pada awan bagian bawah maka merupakan
kombinasi dengan petir tipe CG.
Di daerah dengan iklim tropis, sebagian besar (sekitar 90%) dari petir adalah jenis
negatif dimana debit ke bawah adalah berasal dari awan bermuatan negatif yang menuju ke
tanah. (Fig.3a). Kadang-kadang juga terdapat downward leader dapat menghasilkan arus
bermuatan positif di dasar awan dan menyambar turun menuju ke tanah. Jenis petir ini disebut
sambaran petir positif (Fig.3b). Dalam kondisi atmosfer tertentu , upward leader dari petir dapat
melonjak secara spontan dari suatu titik (misalnya puncak gunung, menara telekomunikasi atau
bangunan tinggi). Petir yang dihasilkan dikenal sebagai sambaran petir upward leader positif
(Fig.3c), atau, upward leader negatif yang menuju ke atas (Fig.3d)
Petir merupakan gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan dimana di
langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan dan beberapa saat kemudian disusul oleh
suara yang menggelegar. Terdapat beberapa definisi dari petir, antara lain:
1. Fenomena alam yang merupakan pelepasan muatan elektrostatis yang berasal dari badai
guntur
2. Pelepasan muatan ini disertai dengan pancaran cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya
3. Arus listrik yang melewati saluran pelepasan muatan tadi dengan cepat memanaskan udara
dan berkembang sebagai plasma yang menimbulkan gelombang bunyi yang bergetar ( guntur
) di atmosfir.
KAPITA SELEKTA FISIKA
6
Bunyi dari getaran gelombang yang disebabkan oleh petir yang memanaskan udara
sampai 30.000 oC. Udara yang sangat panas itu mengembang dengan cepat dan mengerut ketika
dingin. Proses ini menimbulkan gelombang bunyi.
Petir terjadi karena adanya perbedaan potensial antara awan dan bumi. Proses
terjadinya muatan pada awan karena pergerakannya yang terus menerus secara teratur, dan
selama pergerakan itu dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negative akan
berkumpul pada salah satu sisi, dan muatan positif pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial
antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif ( electron)
untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses ini, media yang dilalui electron adalah udara, dan
pada saat electron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah akan terjadi ledakan
suara yang menggelegar. Petir lebih sering terjadi pada musim hujan karena pada keadaan
tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus
lebih mudah mengalir. Karena adanya awan yang bermuatan positif dan negatif, maka petir juga
bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan. Petir jenis ini dapat mengganggu aktifitas
penerbangan.
Awan, pada umumnya kurang lebih mengandung listrik. Secara mekanik,
thermodinamika, energi kimia diubah menjadi energi listrik dengan kutub yang terpisah.
Kebanyakan petir memiliki fase waktu, antara lain:
1. Fase Waktu Pertumbuhan, sekitar 10 - 20 menit
2. Fase Waktu Puncak, sekitar 15 - 30 menit
3. Fase Waktu Menghilang, sekitar 30 menit
Dalam kondisi cuaca yang normal, perbedaan potensial antara permukaan bumi
dengan ionosphere adalah sekitar 200.000 sampai 500.000 Volts, dengan arus sekitar 2×10 -12
Amperes/m2 . Perbedaan potensial ini diyakini memberikan kontribusi dalam distribusi badai
petir (Thunderstorm) di seluruh dunia. Pada lapisan atmosphere bertebaran gumpalan-gumpalan
awan yang diantaranya terdapat awan yang bermuatan listrik. Awan bermuatan listrik tersebut
terbentuk pada suatu daerah dengan persyaratan:
1. Kondisi udara yang lembab (konsentrasi air yang banyak)
2. Gerakan angin ke atas
3. Terdapat inti Higroskopis
KAPITA SELEKTA FISIKA
7
Kelembaban terjadi karena adanya pengaruh sinar matahari yang menyebabkan
terjadinya penguapan air di atas permukaan tanah (daerah laut, danau). Sedangkan pergerakan
udara ke atas disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan akibat daerah yang terkena panas
matahari bertekanan lebih tinggi atau karena pengaruh angin. Di samping itu terdapat Inti
Higroskopis sebagai inti butir-butir air di awan akibat proses kondensasi. Ketiga unsur inilah
yang diperlukan untuk menghasilkan awan guruh/awan Commulonimbus yang bermuatan
negatif yang karakteristiknya berbeda-beda sesuai dengan kondisi tempatnya. Muatan awan
bawah yang negatif akan menginduksi permukaan tanah menjadi positif maka terbentuklah
medan listrik antara awan dan tanah (permukaan bumi). Semakin besar muatan yang terdapat di
awan, semakin besar pula medan listrik yang terjadi dan bila kuat medan tersebut telah melebihi
kuat medan tembus udara ke tanah, maka akan terjadi pelepasan muatan listrik sesuai dengan
hokum kelistrikan, peristiwa inilah yang disebut petir.
Dengan letak geografis yang dilalui garis khatulistiwa, Indonesia beriklim tropis.
Hal ini mengakibatkan Indonesia memiliki hari guruh rata-rata per tahun yang sangat tinggi.
Oleh karena itu, dianggap perlu untuk membuat analisa jumlah rata-rata petir tahunan yang
dilakukan secara berkesinambungan (Iso Kreaunik Level) yang kemudian pada gilirannya dapat
digunakan sebagai acuan untuk pembuatan Hazard Map yang akan dihubungkan dengan skala
resiko (Lightning Strike Intensity Based On Risk Scale).
Manfaat Petir
Petir dianggap berbahaya karena memiliki daya hancur yang luar biasa, tetapi
ternyata selain membuat kerusakan di permukaan bumi, juga mempunyai manfaat yang sangat
besar. Diantara manfaat petir adalah :
1. Manfaat Petir untuk Memproduksi Ozon (O3)
Hubunganya petir dengan lapisan ozon adalah bahwa lapisan ozon berperan membentuk
lapisan ozon. Lapisan ozon merupakan senyawa O 3. Petir berperan memicu terjadinya reaksi
kimia dari O2 atau oksigen menjadi O 3. Sederhanya tiga senyawa O2 akan pecah menjadi
enam senyawa O dan akhirnya terbentuk 2 senyawa O 3. Proses tersebut tidak akan terjadi
tanpa bantuan dari petir.
2. Manfaat Petir untuk Kesuburan Tanah
KAPITA SELEKTA FISIKA
8
Manfaat lain petir adalah bagi kesuburan tanah. Saat petir menyambar tidak hanya
terjadi pembentukan lapisan ozon saja, tapi banyak terjadi reaksi-reaksi kimia lain antara
udara dengan air hujan yang sedang turun. Misalnya nitrogen dengan air sehingga saat air
sampai di bumi menjadikan tanah lebih subur karena mendapat pasokan nitrogen lebih banyak
berupa unsur Hara. Proses yang terjadi di alam raya ini ibarat sebuah pabrik pupuk urea yang
menghasilkan pupuk urea berkadar Nitrogen tinggi. Sebagaimana diketahui, bahwa para
petani menggunakan pupuk urea untuk membantu proses penyuburan tanah.
3. Petir bermanfaat untuk membunuh kuman dan bakteri
Pada kondisi akan turun hujan, dimana awan melingkupi permukaan bumi, maka di
permukaan akan terasa panas. Kondisi ini cenderung menjadi semakin lembab, dengan
meningkatnya kandungan uap air di udara. Kondisi seperti ini sangat potensial untuk tumbuh
berkembangnya bakteri-bakteri juga kuman-kuman yang beterbangan di udara. Maka ketika
terjadi Kilat dan sambaran petir di udara, akan membunuh kuman-kuman dan bakteri ini. Hal
ini karena kilat dan sambaran petir merupakan aliran muatan listrik. Pada saat muatan listrik
ini mengalir melesat di udara akan memanaskan udara disekitarnya. Oleh karena itu, saat
terjadi hujan disertai dengan kilat dan petir yang menggelegar, juga sedang terjadi proses
pembersihan udara dari kandungan kuman dan bakteri yang melayang, disebabkan oleh
plasma petir yang sangat tinggi. Setelah hujan reda, petir sudah selesai, maka udara akan
terasa nyaman.
Sistem Deteksi Petir
Sistem deteksi petir yang digunakan adalah Sistem deteksi dan analisa petir secara
real-time menggunakan software Lightning/2000 yang dirangkai dengan Boltek Lightning
Detection System. Storm Tracker ini dapat mendeteksi strokes petir secara optimal sekitar 300
mil yang kemudian akan diplot secara otomatis dan real-time ke sistem, dimana semakin banyak
strokes maka semaikin maksimal penentuan posisi dari sistem. Storm Tracker bekerja dengan
mendeteksi sinyal radio yang dihasilkan oleh petir, dengan kata lain, antena Storm Tracker dapat
memberikan informasi arah dan jarak thunderstorm yang dikalkulasikan dengan kekuatan sinyal
yang diterima.
KAPITA SELEKTA FISIKA
9
Thunderstorm, biasa juga disebut Electrical storm/ Lightning storm, adalah sebuah
bentuk cuaca yang dicirikan oleh adanya kehadiran petir. Dari petir tersebut maka dapat dibuat
klasifikasi dan sistem peringatan terhadap aktifitas thunderstorm. Ada dua macam alarm yang
ada dalam system deteksi thunderstorm, antara lain:
1. Close Storm Alarm, yang akan aktif jika terdapat sebuah Thunderstorm yang bergerak
mendekat dari jarak sebelumnya.
2. Severe Storm Alarm, yang akan aktif jika jumlah sambaran petir (Lightning Strikes) per
menit melampaui jumlah sambaran petir sebelumnya.
Untuk mempermudah analisa, maka dibuat beberapa pengelompokan, yaitu:
1. Berdasarkan Kekuatan Storm
Pengelompokan berdasarkan Indeks kekuatan (Severity Index), yaitu Thundershower (022), thunderstorm (23-43), strong thunderstorm (44-75) dan Severe Thunderstorm (>76)
2. Berdasarkan Jarak Storm
Pengelompokan jarak storm dibagi menjadi 3, antara lain nearby (0-20 Km), regional (21-60
Km), dan distance (>60 Km).
Tinjauan Sudut Pandang Al-Qur’an
Selama hujan, guntur dan kilat yang tersusun dari pembentukan cahaya-cahaya
terang akibat pelepasan energi listrik di ruang atmosfir, sesungguhnya merupakan sumber energi
yang menghasilkan listrik lebih besar dari pada ribuan pembangkit listrik di samping sebagai
fenomena iklim. Berikut ini keajaiban kilat dan petir, antara lain :
KAPITA SELEKTA FISIKA
10
energi yang dilepas oleh sekali kilatan petir lebih besar dari pada energi yang dihasilkan
seluruh pembangkit listrik di Amerika.
Satu kilatan petir dapat menyalakan 100 watt bola lampu selama lebih dari tiga bulan.
Pada titik sentuh petir ke bumi, cuaca memanas hingga 25.000 oC. kecepatan kilatan petir
150.000 km/detik dan rata-rata ketebalannya 2,5-5 cm.
Petir menghasilkan molekul nitrogen yang dibutuhkan bagi tumbuh-tumbuhan di Bumi
utuk menunjang kehidupanya.
Setiap petir rata-rata memiliki 20.000 ampere daya listrik. Seorang tukang las hanya
menggunakan 250-400 ampere untuk mengelas baja.
Petir bergerak pada kecepatan 150.000 km/detik, hampir setengah kecepatan cahaya dan
100.000 kali lebih cepat dari kecepatan suara.
Suara yang dilepaskan oleh satu kilatan lebih besar dari pada cahaya 10 juta bola
lampu berdaya 100 watt. Ini menerangkan; apabila setiap rumah di Istanbul menyalakan satu
bola lampu, pancaran cahaya dari satu kilatan petir akan lebih besar. Allah menyatakan fenomena
kilat yang menakjubkan ini seperti
ِِالَبْصَار
ْ يَكَادُ سَنَا بَرْقِهِ يَذْهَبُ ب
“Kilauan kilat awan itu hampir-hampir menghilangkan penglihatan”. (QS. al-Nuur : 43)
Udara–yang dipanaskan oleh cahaya matahari–naik membawa molekul-molekul air
yang menguap di dalamnya. Ketika udara yang naik ini mencapai ketinggian 2-3 km, udara
tesebut bersentuhan dengan lapisan udara dingin. Saat kenaikan udara, kristal-kristal es yang
terbentuk di dalam awan melepaskan energi listrik statis yang terbentuk karena pergesekan.
Energi listrik ini mengandung unsur positif (+) pada lapisan atas awan dan unsur negatif (-) pada
lapisan bawahnya. Ketika awan cukup terisi untuk mengionisasi udara; maka petir terbentuk.
Petir memanaskan udara di sekitarnya hingga 30.000 oC dalam sepersejuta detik.
Udara yang dipanskan meluas, dan menyebarkan gelombang suara yang lebih cepat dari
kecepatan suara; dengan tekanan 100 kali lebih besar dari tekanan atmosfir normal. Sama halnya
dengan pesawat yang melintas dengan kecepatan suara, ini menyebabkan ledakan suara
(gemuruh) di udara, sehingga dinamakan gemuruh/guntur.
Mengapa cahaya dan suara guntur tidak bersamaan mencapai bumi? Ini dikarenakan suara guntur
mencapai pendengaran kita dengan kecepatan suara (340 m/detik di udara); sedangkan petir
KAPITA SELEKTA FISIKA
11
mencapai visual (penglihatan ) kita dengan kecepatan cahaya (99, 793 km/detik). Ini
menyebabkan perbedaan waktu antara dua peristiwa, dan dengan demikian membuat kilatan
(petir) mencapai bumi lebih sebelum guntur.
Ketika perbedaan muatan listrik menjadi lebih besar antara bumi dan awan, udara
menjadi lebih mudah ditembus dari bumi ke awan; pelepasan energi listrik dimulai melalui
saluran penghantar yang dibentuk oleh udara yang ditembus itu. Pelepasan energi listrik dari
awan disebut dengan kilat, dan pelepasan energi listrik dari bumi disebut petir atau sambaran
balik.
Kebenaran kilat yang dinyatakan dalam Qur’ân Surat Al-Ra’d–yang artinya
“Guruh” atau “Guntur”–merupakan salah satu surat dalam Qur’ân. Allah memberitahukan bahwa
guntur dibentuk oleh kilat yang bertasbih memujiNya :
ُوَيُسَبِحُِ الرّعْدُ بِحَمَْدِهِ وَالْمََلَئِكَةُ مِنْ خِيفَتِهِ وَيُرْسِل
ِالصّوَاعِقَ فَيُصِيبُ بِهَا مَن يَشَاءُ وَهُمْ يُجَادِلُونَ فِي اللّه
ِوَهُوَ شَدِيدُ الْمَِحَال
“Dan guruh itu bertasbih dengan memuji Allah, (demikian pula) para malaikat karena takut
kepada-Nya, dan Allah melepaskan halilintar, lalu menimpakannya kepada siapa yang Dia
kehendaki, dan mereka berbantah-bantahan tentang Allah, dan Dia-lah Tuhan Yang Maha keras
siksa-Nya.” (QS. al-Ra’d 13 : 13)
Sambaran kilat yang mengingatkan kita pada kematian
Pengalaman mereka yang selamat dari sambaran kilat yang dapat menyebabkan kematian ratusan
orang setiap tahunnya, mengingatkan kita pada kematian dan juga pengungkapan
ketakberdayaan seseorang di hadapan Allah. Kemungkinan seseorang tesambar petir adalah
1:700.000; akan tetapi tidak seharusnya seseorang meremehkan kemungkinan tersebut dan juga
dampak yang dihasilkan. Menurut pengakuan mereka yang pernah tersambar petir, aliran
listriknya–bahkan–dapat meledakkan kancing dan sleting baju dan seseorang dapat jatuh
pingsan. Karena kerusakan otak yang dialaminya, seseorang yang dirawat secara intensif di
KAPITA SELEKTA FISIKA
12
rumah sakit harus belajar kembali bagaimana caranya berjalan, menelan makanan/minuman, atau
dengan kata lain bagaimana caranya hidup kembali.
Mereka relah menggambarkan bagaimana yang dirsakannya, dan ketika itu seolaolah mereka “hidup merana dan kemudian dihidupkan kembali.” Dalam Qur’ân, peristiwa yang
sangat serupa terjadi ketika Allah tunjukkan pda kaum Nabi Musa as. Dengan keberanian yang
keliru dan memalukan, Bani Israel menuntut pada Nabi Musa as. agar mereka dapat melihat
Allah dengan mata mereka, dan sementara menuntut, mereka ditunjukkan dampak kilat yang
serupa.
Pernyataan dalam ayat berikut “maka kilat menyambarmu hingga kamu
mati” dan “kemudian kami membawamu kembali ke kehidupan setelah kamu mati,” menjadi
petunjuk dari kenyataan bahwa mereka –ketika itu –merasa hidup kembali setelah jantungnya
terhenti, akibat kejutan dan juga hilangnya kesadaran dan ingatan yang mereka alami. (Allah
mengetahui yang terbaik) Berikut ini adalah ayat-ayat yang berhubungan dalam Qur’ân:
ُوَإِذْ قُلْتُمْ يَا مُوسَىَ لَن نّؤْمِنَ لَكَ حَتّىَ نَرَى اللّهَ جَهْرَةً فَأَخَذَتْكُمُ الصّاعِقَة
َ ثُمّ بَعَثْنَاكُم مِن بَعْدِ مَوْتِكُمْ لَعَلّكُمْ تَشْكُرُون.َوَأ َنتُمْ تَنظُرُون
“Dan (ingatlah), ketika kamu berkata: “Hai Musa, kami tidak akan beriman kepadamu sebelum
kami melihat Allah dengan terang , karena itu kamu disambar halilintar, sedang kamu
menyaksikannya “. Setelah itu Kami bangkitkan kamu sesudah kamu mati , supaya kamu
bersyukur.” (QS. al-Baqarah 2 : 55-56)
Referensi
Anderson, R.B. and Eriksson, A.J., A Summary of Lightning Parameters foe Engineering
Aplications, Study Committee No. 33 (CIGRE), Electra No. 69, 1980.
Bustanam Beni, 1999.Penentuan Efektivitas Perlindungan Sistem Proteksi Petir Eksternal pada
Bangunan dengan Metode Volume Attraktif. Tugas Akhir, Teknik Elektro Fakultas Teknologi
Industri, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
DN, Taufik, Abdul Syakur, Yuningtyastuti, 2005.Analisa Kebutuhan Pemakaian Sistem Proteksi
Penangkal Petir pada Gedung Bertingkat, Tugas Akhir, Teknik Elektro Fakultas Teknik
UNDIP, Semarang.
KAPITA SELEKTA FISIKA
13
Hutauruk, T.S., 1983. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga Pengetanahan Peralatan, Penerbit
Erlangga.
Tim, Peraturan Umum Instalasi Penangkal Petir untuk Bangunan di Indonesia, Direktorat
Penyelidikan Masalah Bangunan, Jakarta.
Zoro Reynaldo, 2002.Dr., Sistem Proteksi terhadap sambaran petir pada struktur tinggi dengan
bangunan disekitarnya, Lab. Teknik Tegangan Tinggi dan arus Tinggi, ITB.
......., 2006.Analisa Biaya Manfaat Sistematik Atas Proteksi Sambaran Petir,
http://www.elektro_indonesia.co.id/analisenergi.html.
......, 1987.MIL-HDBK-419A Grounding, Bonding and Shielding for Electronics Equipments and
Facilities, Department of Defense, Washington D.C, USA.
KAPITA SELEKTA FISIKA
14