Contoh Soal Listrik Statis : Pengertian, Rumus, Penerapan, Proses

Pengertian listrik statis

Listrik statis adalah ilmu yang mempelajari akumulasi muatan listrik dan sifat-sifatnya pada suatu benda. Jika dilihat dari asal katanya, kata listrik diikuti dengan kata “statis” yang artinya “diam”. Hal ini menunjukkan bahwa listrik statis berkaitan dengan fenomena listrik yang diam atau tidak mengalir. Listrik statis tidak dapat mengalir dari satu tempat ke tempat lain, tetapi hanya berkedip sebentar di satu tempat. Jadi, listrik statis tidak dapat menghasilkan arus listrik.

Dalam sejarah kelistrikan, kelistrikan pertama kali ditemukan oleh para ahli sebelumnya. Listrik yang kita nikmati saat ini merupakan hasil pengembangan dari listrik statis ini. Listrik statis pertama kali ditemukan oleh matematikawan Yunani kuno, Thales of Miletus (625-547 SM). Saat itu ia mengambil sebuah batu kuning yang disebut amber. Thales kemudian menggosok batu itu dengan kain wol. Tak disangka, bulu ayam tersebut tertarik dan tersangkut.

Selama menggosok, ternyata Thales mengalirkan muatan listrik ke amber melalui kain wol. Muatan ini menyebabkan bulu ayam di sekitar ambar tertarik dan melekat pada ambar. Inilah yang kemudian menjadi sejarah awal penemuan listrik statis.

Rumus untuk listrik statis

Pada tahun 1785 seorang fisikawan Prancis menelepon Charles Agustin Coulomb Menyelidiki besarnya gaya yang bekerja pada dua benda bermuatan listrik. Instrumen yang digunakan adalah keseimbangan torsi (keseimbangan torsi). Hasil investigasi menemukan hubungan bahwa “besarnya gaya listrik berbanding lurus dengan besar muatan listrik kedua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda bermuatan listrik“. Pernyataan ini dikenal dengan nama hukum Coulomb. Sebagai imbalan atas jasanya, nama coulomb digunakan sebagai satuan muatan listrik.

persamaan Coulomb

Hukum Coulomb dapat ditulis secara matematis:

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

Penerapan listrik statis

Penerapan listrik statis sudah dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Aplikasi ini membawa manfaat bagi kehidupan manusia. Berikut beberapa contoh penerapan listrik statis:

1. Penanam asap untuk mengurangi polusi

Pada tahun 1906, seorang ahli kimia Amerika, Frederick Gardner Cottrel, berhasil menemukan alat yang berfungsi untuk menggumpalkan asap yang berasal dari abu pabrik batu bata sehingga dapat menekan polusi udara. Perangkat sederhana ini bekerja berdasarkan prinsip gaya Coulomb dan induksi muatan. Caranya adalah dengan memasang dua logam dengan muatan besar namun berlawanan arah pada cerobong asap pabrik. Partikel asap yang mengalir melalui cerobong asap akan terinduksi sehingga memiliki muatan induksi. Muatan yang dihasilkan adalah positif dan negatif. Partikel-partikel asap akan saling tarik-menarik untuk membentuk partikel yang lebih besar dan lebih berat. Peningkatan berat partikel menyebabkan partikel tidak mengalir ke atas bersama asap. Partikel akan jatuh ke dasar cerobong asap.

2. Cat mobil

Saat cat disemprotkan, partikel cat halus akan memiliki muatan saat bergesekan dengan udara. Permukaan mobil yang akan dicat diberi muatan yang berlawanan dengan muatan partikel cat sehingga partikel cat dapat tertarik ke permukaan mobil. Cara ini sangat efektif pada permukaan yang tidak rata. Hal ini terjadi karena butiran cat menempel dengan mengikuti medan listrik yang ada. Alhasil, butiran cat akan menutupi seluruh permukaan mobil yang bisa disembunyikan dari cat semprot. Sehingga cara ini dapat menghasilkan hasil lukisan yang merata dan menjangkau tempat-tempat yang tersembunyi.

3. Mesin fotokopi

Bagian utama dari mesin fotokopi adalah pelat foto konduktif. Pelat ini tidak dapat menghantarkan listrik saat berada di ruangan gelap. Pelat konduktif ini hanya akan menghantarkan listrik jika terkena cahaya. Awalnya, pelat foto konduktif diinduksi dengan menggerakkan kabel bermuatan negatif di sepanjang permukaannya. Dengan cara ini, muatan induksi bermuatan positif akan terbentuk pada permukaan pelat fotografi. Ketika kertas yang akan disalin disinari, cahaya yang dipantulkan mengenai pelat fotografi konduktif yang sudah berisi muatan induksi. Akibatnya, muatan listrik terbentuk persis seperti pada kertas yang akan disalin. Kemudian tinta bermuatan negatif disemprotkan ke papan tulis. Selanjutnya, tinta dipindahkan ke kertas lain untuk membuat fotokopi. Kertas ini dipanaskan agar tinta melekat kuat.

Proses listrik statis

Listrik statis dapat terjadi pada isolator dan konduktor. Peristiwa listrik statis terjadi setelah bahan diberi muatan akibat proses gesekan (gesekan). Ini disebut pemuatan gesekan, atau dibebankan sebagai akibat gesekan. Gesekan atau gesekan antara kedua bahan ini akan memindahkan elektron dari atom bahan yang satu ke atom bahan yang lain, sehingga kedua bahan menjadi bermuatan. Materi yang melepaskan elektronnya menjadi bermuatan positif, sebaliknya bermuatan negatif. Dengan demikian, perpindahan elektron pada peristiwa listrik statis terjadi akibat adanya gesekan atau gesekan.

Setelah bahan bermuatan listrik, terjadilah listrik statis, seperti penggaris plastik bermuatan yang menarik selembar kertas. Penggaris plastik yang awalnya tidak bermuatan atau netral digosok dengan wol, elektron yang ada di dalam wol akan berpindah ke penggaris plastik. Karena itu, penggaris plastik disebut sebagai benda bermuatan listrik negatif. Ketika penggaris didekatkan dengan secarik kertas, maka secarik kertas akan tertarik oleh penggaris. Hal ini menunjukkan bahwa benda yang bermuatan listrik negatif dapat menarik benda cahaya disekitarnya yang bermuatan positif.

Selain penggaris plastik, contoh peristiwa listrik statis lainnya adalah rambut panjang berdiri tegak saat mengenai kubah generator Van de Graff, munculnya petir disertai kilatan cahaya mengiringi guntur, dan sebagainya. Pada dasarnya, fenomena listrik statis ini terjadi sebagai upaya untuk melepaskan sebagian material bermuatan listrik agar kembali ke netral.

Contoh Listrik Statis

Adapun beberapa contoh listrik statis lainnya yang dapat kita jumpai dalam rutinitas sehari-hari, antara lain:

• saat kita menyisir rambut kita, tanpa kita sadari, rambut kita terkadang akan terbawa dengan sendirinya dengan gerakan sisir tersebut. Hal seperti ini bisa terjadi karena interaksi muatan antara sisir dan rambut kita.

• kain sutera bergesekan dengan batang kaca. Dalam hal ini, objek akan bereaksi untuk menarik satu sama lain. Kenapa ini terjadi? setelah keduanya digosokkan akan terjadi loncatan elektron dari batang kaca ke kain samping sehingga menyebabkan batang kaca bermuatan positif sedangkan kain samping bermuatan negatif, hampir sama dengan saat anda menggosok penggaris di rambutmu.

• penggaris plastik digosokkan pada kain wol. Kedua benda ini normalnya bermuatan netral, tetapi ketika keduanya digosok akan terjadi lompatan elektron dari wol ke penggaris plastik dan penggaris plastik menjadi bermuatan negatif sedangkan wol menjadi bermuatan positif.

• Saat mendekatkan tangan ke layar TV yang baru saja dimatikan. Dalam hal ini, jika Anda memperhatikan rambut atau rambut di tangan Anda, mereka akan berdiri, hal seperti ini disebabkan oleh listrik statis.

Contoh soal listrik statis

1. Jika AB=BC= 3 cm dan q = 2 x 10^-7 C, kemudian tentukan gaya yang bekerja pada muatan di titik B.

Resolusi:

Gaya pada B akibat masing-masing muatan:

2. Dua buah muatan yang berjarak 10 cm memiliki gaya interaksi sebesar 20 N. Jika jaraknya diperbesar menjadi 20 cm, maka besarnya gaya interaksi yang terjadi adalah…

Resolusi:

3. dua muatan listrik 12µC dan 3µC berada dalam minyak pada jarak 6 cm dari satu sama lain. Jika konstanta dielektrik oli adalah 2,5. Gaya tolak menolak antara kedua muatan tersebut adalah…

Resolusi:

4. Dua buah muatan listrik masing-masing Q_A = 4 μC dan Q_B = 9 μC di udara pada jarak 20 cm, dimana letak muatan sehingga resultan gaya yang bekerja padanya adalah nol…

Demikianlah apa yang dimaksud dengan ulasan Contoh soal listrik statis: definisi, rumus, aplikasi, proses Semoga apa yang dibahas di atas bermanfaat bagi pembaca. Demikian dan terima kasih.

Baca juga artikel referensi terkait lainnya disini: