PUBLIKASI PENDIDIKAN: Materi fisika smp
LISTRIK STATIS
A.
BENDA NETRAL DAPAT DIMUATI LISTRIK
1. Model atom
Atom adalah bagian terkecil dari suatu zat yang tak bias dibagi-bagi lagi.
Atom terdiri dari :
a. Elektron yaitu partikel atom yang bermuatan listrik negative dan bersifat mobile
mengelilingi inti atom.
b. Inti Atom (Nukleon) yang terdiri dari :
Proton yaitu partikel atom yang bermuatan positif.
Neutron yaitu partikel atom yang tak bermuatan (netral)
2. Jenis Muatan Atom
Elektron bersifat mobile / mudah berpindah dari suatu atom ke atom lainnya sehingga
mengakibatkan muatan listrik suatu menjadi berubah.
a. Atom bermuatan positif , apabila jumlah proton lebh banyak dari jumlah elektron, atau
tom yang melepaskan / kekurangan elektron.
- +
- - - +
- - - - - -
b. Atom bermuatan positif , apabila jumlah elektron lebuh banyak dari jumlah proton, atau
tom yang mendapatkan/ kelebihan elektron
- +
+ +| +
+ + +
+ + +
- c. Atom bermuatan positif , apabila jumlah proton sama banyak dari jumlah elektron.
Selanjutnya atom bermuatan positif disebut atom berpotensial tinggi, atom bermuatan
negatif disebut atom berpotensial rendah.
3. Cara Memuati Listrik
Memuati muatan listrik suatu benda dapat dilakukan dengan cara mengosokkan suatu
benda ke benda tertentu, misalnya :
Listrik Statis
1
Created by Opay
a. Kaca digosok dengan kain sutera, terjadi perpindahan elektron dari kaca ke sutera
sehingga kaca menjadi bermuatan positif
b. Plastik digosok kain wool, terjadi perpindahan elektron dari wool ke plastik sehingga
plastik menjadi bermuatan negatif.
Arus elektron adalah aliran muatan listrik negatif dari potensial rendah ke potensial tinggi
Arus listrik adalah aliran muatan listrik positif dari potensial tinggi ke potensial rendah
B.
INTERAKSI BENDA-BENDA BERMUATAN LISTRIK
1. Sifat Muatan Listrik
Bila dua benda bermuatan listrik saling didekatkan maka akan terjadi gejala
Muatan listrik
Positif
Negatif
Posotif
Negatif
Tarik menarik
Muatan listrik
Positif
Negatif
Negatif
Positif
Interaksi
Tolak Menolak
Tolak Menolak
Tarik Menarik
Tarik Menarik
tolak menolak
2. Hukum Coulomb
Interaksi antara dua benda bermuatan listrik ternyata juga menimbulkan gaya tarik
maupun gaya dorong. Fenomena munculnya gaya ini diselidiki oleh Charles de Agustine
Coulomb, dimana hasil penyelidikannya dikenal dengan Hukum Coulomb. Hukum Coulomb
menyatakan bahwa :
Listrik Statis
2
Created by Opay
”Besarnya gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara dua benda yang bermuatan akan
sebanding dengan hasil kali kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak
antara kedua muatan”.
F
Ket :
k.Q1.Q 2
2
r
F : gaya tolak/ tarik ……. Newton
K : bil tetap ……………. 9 x 109 Nm2/C2
Q : muatan listrik ……… Coulomb
r : jarak ………………… meter
contoh :
1. Dua buah muatan masing-masing +4 Coulomb dan -30 Coulomb berada pada jarak 2 meter.
Berapakah gaya tarik manarik antara kedua muatan ? ( k = 9 x 109 Nm2/C2 )
2. Dua buah muatan yang indentik pada jarak 6 meter memiliki gaya tolak 160 Newton. Jika
kedua jarak diuabah menjadi 8 meter. Berapakah gaya tolaknya sekarang
3. Induksi Listrik
Induksi listrik adalah pemisahan muatan listrik dalam penghantar akibat didekati benda
bermuatan listrik. Gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan dapat
berlangsung tanpa kedua benda harus saling bersentuhan. Hal ini menunjukkan bahwa disekitar
benda itu terdapat gaya listrik. Ruangan disekitar benda bermuatan listrik terdapat gaya listrik
disebut medan listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis lengkung dari muatan
positif ke muatan negatif.
Besarnya kuat medan listrik E pada suatu titik dapat diketahui dengan meletakkan sebuah
muatan q di tempat itu dan megukur besarnya gaya elektrostatis yang timbul.
E=F/q
Listrik Statis
3
Created by Opay
Dengan E = kuat medan listrik di suati titik dalam satuan N/c, F = gaya elektrostatis di
tempat itu dalam Newton dan q = besarnya muatan listrik dalam coulomb.
a. Elektroskop
Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui apakah sebuah benda
bermuatan listrik atau tidak dan juga dapat untuk mengetahui jenis muatan listrik suatu benda.
Elektroskop terdiri dari :
Kepala
Kotak kaca
Daun/ kaki yang bias membuka/ menutup
Konsep umum sebuah elektroskop adalah :
P N P ( Positif Negatif Positif )
N P N ( Negatif Positif Negatif )
PNP
NPN
b. Beda Potensial Listrik
Beda potensial listrik adalah banyaknya energi yang dipakai untuk memindahkan muatan
listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah.
V=W/Q
W = V.Q
Q=W/V
Ket :
V = Beda potensial listrik ………. Volt
W = Energi listrik ………………. Joule
Q = Muatan listrik ……………… Coulomb
Contoh :
1. Diperlukan energi sebesar 200 joule untuk memindahkan muatan sebanyak 50 coulomb dari
potensial tinggi ke potensial rendah. Berapakah beda potensial kedua titik tersebut ?
Penyelesaian :
V = W/Q = 200 J/ 50C = 4 Volt
2. Beda potensial listrik suatu baterai 12 volt. Berapa joule energi yang dihasilkan baterai jika
muatan yang dipindahkan sebanyak 60 coulomb ?
Listrik Statis
4
Created by Opay
Penyelesaian :
W = V x Q = 12 Volt x 60 Coulomb = 720 Joule
c. Gejala dan Penerapan Listrik Statis
1. Petir (Halilintar)
Awan yang bermuatan listrik negative yang melintas diatas atap gedung akan
menimbulkan induksi terhadap atap gedung. JIka muatannya sangat besdar akan terjadi
aliran loncatan electron yang sangat besar berupa loncatan bunga api yang disebut petir.
Petir yang sampai ke bumi disebut kilat. Kilat dapat menimbulkan panas yang besar.
Udara yang dilalui kilat akan mengalami pemuaian secara tiba-tiba dan mengahsilkan
bunyi yang keras disebut guruh atau Guntur. Petir selalu mencari jalan tersingkat untuk
mencapai bumi. Untuk menghindari sambaran petir digunakan alat penangkal petir yang
terbuat dari kawat tembaga.
2. Ledakan tangki minyak
Tangki m inyak yang kosong mengandung uap gas yang mudah terbakar. Uap ini bisa
melkedak jika ada loncatan elektron/ bunga api yang ditimbulkan oleh listrik statis.
Makanya kita sering melihat mobil tangki minyak memiliki rantai yang terjuntai hingga
ke jalan raya.
3. Generator Van de Graaff
Generator Van de Graaff adalah alat yang dapat menghasilkan muatan listrik statis dalam
jumlah yang sangat besar dengan cara penggosokan. Generator ini dirancang oleh Robert
Jemison Van de Graaff pada tahun 1931 di MIT USA.
4. Penggumpal Asap
Ditemukan oleh Frederick Gardner Cottrel pada tahun 1906 dengan alat ini asap pabrik
yang keluar dapat digumpalkan sehingga mengurangi polusi udara.
5. Pengecatan mobil
Ketika cat disemprotkan, butir-butir halus cat akan menjadi bermuatan listrik karena
bergesekan dengan udara. Mobil yang di cat diberi muatan yang berlawanan dengan
muatan butiran cat sehingga butiran cat akan tertarik ke mobil.
6. Mesin photocopy
Mesin fotocopy memiliki prinsip muatan induksi dan gaya coulomb. Bagian utama mesin
fotocopy adalah pelat photo konduktif yang akan bermuatan listrik jika diberikan cahaya.
7. Printer inkjet
Alat pencetak ini bekerja dengan cara menyemprotkan butiran halus tinta pada
permukaan kertas. Dengan banyaknya titik semprotan, materi yang akan dicetak
menampakan bentuknya. Namun untuk melakukan itu printer harus mengontrol tempat
jatuhnya semprotan tinta dengan menerapkan gaya elektrostatis.
Listrik Statis
5
Created by Opay
UJI KOMPETENSI
Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan singkat !
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Partikel penyusun atopm yang bermuatan negatif adalah …
Sebuah atom terdiri dari …
Berikut ini yang termasuk partikel pembentuk inti atom adalah …
Atom dikatakan netral jika …
Batang kaca digosok dengan kain sutra menjadi bermuatan positif karena …
Dua buah benda akan tolak-menolak jika ...
Alat yang digunakan untuk mengetahui jenis muatan listrik statis suatu benda adalah ...
Jika dalam ruangan di sekitar muatan listrik terdapat gaya listrik, ruangan itu disebut ...
Sebuah benda jika diletakkan pada penggaris plastik bermuatan ternyata ditolak. Jika didekatkan
pada sepotong kaca yang bermuatan, benda tersebut akan tertarik. Jenis muatan benda itu
adalah ...
10. Dua benda masing-masing bermuatan listrik sebesar 6 x 10-9 C dan 8 x 10-9 C pada jarak 4 cm.
Gaya tolak menolak antara kedua muatan itu adalah …
11. Dua benda bermuatan listrik statis jaraknya diubah menjadi seperempat kali dari jarak semula.
Gaya listrik statisnya sekarang ....
12. Ketika sedang turun hujan dengan petir yang sambar menyambar, apakah sebaiknya kita
berlindung di bawah pohon ?
13. Mengapa mengelap kaca yang basah lebih baik menggunakan kertas koran dibandingkan dengan
kaca ?
14. Menapa alat-alat yang bermuatan listrik cepat sekali berdebu ?
15. Untuk memindahkan muatan 6 C dari titik A ke titik B diperlukan energi 24 Joule. Maka beda
potensial kedua titik itu adalah ...
Listrik Statis
6
Created by Opay
Listrik Statis
7
Created by Opay
A.
BENDA NETRAL DAPAT DIMUATI LISTRIK
1. Model atom
Atom adalah bagian terkecil dari suatu zat yang tak bias dibagi-bagi lagi.
Atom terdiri dari :
a. Elektron yaitu partikel atom yang bermuatan listrik negative dan bersifat mobile
mengelilingi inti atom.
b. Inti Atom (Nukleon) yang terdiri dari :
Proton yaitu partikel atom yang bermuatan positif.
Neutron yaitu partikel atom yang tak bermuatan (netral)
2. Jenis Muatan Atom
Elektron bersifat mobile / mudah berpindah dari suatu atom ke atom lainnya sehingga
mengakibatkan muatan listrik suatu menjadi berubah.
a. Atom bermuatan positif , apabila jumlah proton lebh banyak dari jumlah elektron, atau
tom yang melepaskan / kekurangan elektron.
- +
- - - +
- - - - - -
b. Atom bermuatan positif , apabila jumlah elektron lebuh banyak dari jumlah proton, atau
tom yang mendapatkan/ kelebihan elektron
- +
+ +| +
+ + +
+ + +
- c. Atom bermuatan positif , apabila jumlah proton sama banyak dari jumlah elektron.
Selanjutnya atom bermuatan positif disebut atom berpotensial tinggi, atom bermuatan
negatif disebut atom berpotensial rendah.
3. Cara Memuati Listrik
Memuati muatan listrik suatu benda dapat dilakukan dengan cara mengosokkan suatu
benda ke benda tertentu, misalnya :
Listrik Statis
1
Created by Opay
a. Kaca digosok dengan kain sutera, terjadi perpindahan elektron dari kaca ke sutera
sehingga kaca menjadi bermuatan positif
b. Plastik digosok kain wool, terjadi perpindahan elektron dari wool ke plastik sehingga
plastik menjadi bermuatan negatif.
Arus elektron adalah aliran muatan listrik negatif dari potensial rendah ke potensial tinggi
Arus listrik adalah aliran muatan listrik positif dari potensial tinggi ke potensial rendah
B.
INTERAKSI BENDA-BENDA BERMUATAN LISTRIK
1. Sifat Muatan Listrik
Bila dua benda bermuatan listrik saling didekatkan maka akan terjadi gejala
Muatan listrik
Positif
Negatif
Posotif
Negatif
Tarik menarik
Muatan listrik
Positif
Negatif
Negatif
Positif
Interaksi
Tolak Menolak
Tolak Menolak
Tarik Menarik
Tarik Menarik
tolak menolak
2. Hukum Coulomb
Interaksi antara dua benda bermuatan listrik ternyata juga menimbulkan gaya tarik
maupun gaya dorong. Fenomena munculnya gaya ini diselidiki oleh Charles de Agustine
Coulomb, dimana hasil penyelidikannya dikenal dengan Hukum Coulomb. Hukum Coulomb
menyatakan bahwa :
Listrik Statis
2
Created by Opay
”Besarnya gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara dua benda yang bermuatan akan
sebanding dengan hasil kali kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak
antara kedua muatan”.
F
Ket :
k.Q1.Q 2
2
r
F : gaya tolak/ tarik ……. Newton
K : bil tetap ……………. 9 x 109 Nm2/C2
Q : muatan listrik ……… Coulomb
r : jarak ………………… meter
contoh :
1. Dua buah muatan masing-masing +4 Coulomb dan -30 Coulomb berada pada jarak 2 meter.
Berapakah gaya tarik manarik antara kedua muatan ? ( k = 9 x 109 Nm2/C2 )
2. Dua buah muatan yang indentik pada jarak 6 meter memiliki gaya tolak 160 Newton. Jika
kedua jarak diuabah menjadi 8 meter. Berapakah gaya tolaknya sekarang
3. Induksi Listrik
Induksi listrik adalah pemisahan muatan listrik dalam penghantar akibat didekati benda
bermuatan listrik. Gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan dapat
berlangsung tanpa kedua benda harus saling bersentuhan. Hal ini menunjukkan bahwa disekitar
benda itu terdapat gaya listrik. Ruangan disekitar benda bermuatan listrik terdapat gaya listrik
disebut medan listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis lengkung dari muatan
positif ke muatan negatif.
Besarnya kuat medan listrik E pada suatu titik dapat diketahui dengan meletakkan sebuah
muatan q di tempat itu dan megukur besarnya gaya elektrostatis yang timbul.
E=F/q
Listrik Statis
3
Created by Opay
Dengan E = kuat medan listrik di suati titik dalam satuan N/c, F = gaya elektrostatis di
tempat itu dalam Newton dan q = besarnya muatan listrik dalam coulomb.
a. Elektroskop
Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui apakah sebuah benda
bermuatan listrik atau tidak dan juga dapat untuk mengetahui jenis muatan listrik suatu benda.
Elektroskop terdiri dari :
Kepala
Kotak kaca
Daun/ kaki yang bias membuka/ menutup
Konsep umum sebuah elektroskop adalah :
P N P ( Positif Negatif Positif )
N P N ( Negatif Positif Negatif )
PNP
NPN
b. Beda Potensial Listrik
Beda potensial listrik adalah banyaknya energi yang dipakai untuk memindahkan muatan
listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah.
V=W/Q
W = V.Q
Q=W/V
Ket :
V = Beda potensial listrik ………. Volt
W = Energi listrik ………………. Joule
Q = Muatan listrik ……………… Coulomb
Contoh :
1. Diperlukan energi sebesar 200 joule untuk memindahkan muatan sebanyak 50 coulomb dari
potensial tinggi ke potensial rendah. Berapakah beda potensial kedua titik tersebut ?
Penyelesaian :
V = W/Q = 200 J/ 50C = 4 Volt
2. Beda potensial listrik suatu baterai 12 volt. Berapa joule energi yang dihasilkan baterai jika
muatan yang dipindahkan sebanyak 60 coulomb ?
Listrik Statis
4
Created by Opay
Penyelesaian :
W = V x Q = 12 Volt x 60 Coulomb = 720 Joule
c. Gejala dan Penerapan Listrik Statis
1. Petir (Halilintar)
Awan yang bermuatan listrik negative yang melintas diatas atap gedung akan
menimbulkan induksi terhadap atap gedung. JIka muatannya sangat besdar akan terjadi
aliran loncatan electron yang sangat besar berupa loncatan bunga api yang disebut petir.
Petir yang sampai ke bumi disebut kilat. Kilat dapat menimbulkan panas yang besar.
Udara yang dilalui kilat akan mengalami pemuaian secara tiba-tiba dan mengahsilkan
bunyi yang keras disebut guruh atau Guntur. Petir selalu mencari jalan tersingkat untuk
mencapai bumi. Untuk menghindari sambaran petir digunakan alat penangkal petir yang
terbuat dari kawat tembaga.
2. Ledakan tangki minyak
Tangki m inyak yang kosong mengandung uap gas yang mudah terbakar. Uap ini bisa
melkedak jika ada loncatan elektron/ bunga api yang ditimbulkan oleh listrik statis.
Makanya kita sering melihat mobil tangki minyak memiliki rantai yang terjuntai hingga
ke jalan raya.
3. Generator Van de Graaff
Generator Van de Graaff adalah alat yang dapat menghasilkan muatan listrik statis dalam
jumlah yang sangat besar dengan cara penggosokan. Generator ini dirancang oleh Robert
Jemison Van de Graaff pada tahun 1931 di MIT USA.
4. Penggumpal Asap
Ditemukan oleh Frederick Gardner Cottrel pada tahun 1906 dengan alat ini asap pabrik
yang keluar dapat digumpalkan sehingga mengurangi polusi udara.
5. Pengecatan mobil
Ketika cat disemprotkan, butir-butir halus cat akan menjadi bermuatan listrik karena
bergesekan dengan udara. Mobil yang di cat diberi muatan yang berlawanan dengan
muatan butiran cat sehingga butiran cat akan tertarik ke mobil.
6. Mesin photocopy
Mesin fotocopy memiliki prinsip muatan induksi dan gaya coulomb. Bagian utama mesin
fotocopy adalah pelat photo konduktif yang akan bermuatan listrik jika diberikan cahaya.
7. Printer inkjet
Alat pencetak ini bekerja dengan cara menyemprotkan butiran halus tinta pada
permukaan kertas. Dengan banyaknya titik semprotan, materi yang akan dicetak
menampakan bentuknya. Namun untuk melakukan itu printer harus mengontrol tempat
jatuhnya semprotan tinta dengan menerapkan gaya elektrostatis.
Listrik Statis
5
Created by Opay
UJI KOMPETENSI
Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan singkat !
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Partikel penyusun atopm yang bermuatan negatif adalah …
Sebuah atom terdiri dari …
Berikut ini yang termasuk partikel pembentuk inti atom adalah …
Atom dikatakan netral jika …
Batang kaca digosok dengan kain sutra menjadi bermuatan positif karena …
Dua buah benda akan tolak-menolak jika ...
Alat yang digunakan untuk mengetahui jenis muatan listrik statis suatu benda adalah ...
Jika dalam ruangan di sekitar muatan listrik terdapat gaya listrik, ruangan itu disebut ...
Sebuah benda jika diletakkan pada penggaris plastik bermuatan ternyata ditolak. Jika didekatkan
pada sepotong kaca yang bermuatan, benda tersebut akan tertarik. Jenis muatan benda itu
adalah ...
10. Dua benda masing-masing bermuatan listrik sebesar 6 x 10-9 C dan 8 x 10-9 C pada jarak 4 cm.
Gaya tolak menolak antara kedua muatan itu adalah …
11. Dua benda bermuatan listrik statis jaraknya diubah menjadi seperempat kali dari jarak semula.
Gaya listrik statisnya sekarang ....
12. Ketika sedang turun hujan dengan petir yang sambar menyambar, apakah sebaiknya kita
berlindung di bawah pohon ?
13. Mengapa mengelap kaca yang basah lebih baik menggunakan kertas koran dibandingkan dengan
kaca ?
14. Menapa alat-alat yang bermuatan listrik cepat sekali berdebu ?
15. Untuk memindahkan muatan 6 C dari titik A ke titik B diperlukan energi 24 Joule. Maka beda
potensial kedua titik itu adalah ...
Listrik Statis
6
Created by Opay
Listrik Statis
7
Created by Opay