Daftar Isi Artikel
Ada dua orang memegang kain panjang, kemudian digosok-gosokkan ke rambut satu orang teman yang lain.
Setelah kain diangkat, rambutnya jadi berdiri seperti orang yang baru terkena sengatan listrik. Sekilas, hal ini tampak ajaib ya? Tapi ini bukan sihir lho! Fenomena ini disebut dengan listrik statis.
Pengertian
Sebelum memahami apa itu listrik statis, pertama-tama kamu perlu memahami tentang muatan listrik. Menurut seorang profesor fisika dari Rochester Institute of Technology, semua benda fisik itu terdiri dari atom.
Kandungan atom adalah proton (bermuatan positif), elektron (negatif), dan neutron (netral).
Muatan yang berlawanan (negatif dan positif) akan menarik satu sama lain. Sedangkan muatan yang sama (positif dan positif atau negatif dan negatif) akan saling tolak.
Kebanyakan benda, memiliki muatan positif dan negatif seimbang, sehingga membuat benda itu netral.
Sedangkan listrik statis adalah hasil dari ketidakseimbangan antara muatan negatif dan positif dalam suatu benda.
Disebut “statis” karena muatan tetap di satu area, alias tidak bergerak atau mengalir ke area lain. Salah satu cara untuk melepaskannya adalah dengan gesekan.
Penyebab
Salah satu penyebab umum penumpukan muatan statis adalah kontak antara bahan padat. Ketika dua benda digosok bersama untuk
menciptakan listrik statis, satu benda melepaskan elektron dan menjadi lebih bermuatan positif, sementara bahan lainnya mengumpulkan elektron dan menjadi bermuatan negatif.
Hal ini dapat terjadi karena satu bahan memiliki ikatan elektron yang lemah, dan bahan lain memiliki banyak kekosongan di kulit elektron terluarnya,
sehingga elektron dapat berpindah dari benda pertama ke benda kedua. Kemudian keduanya menciptakan ketidakseimbangan muatan setelah dipisahkan.
Benda-benda yang bisa kehilangan atau mendapatkan elektron dengan cara ini disebut dengan “tribolistrik”.
Contohnya adalah kaca dengan bulu kucing/anjing, sisir plastik dengan rambut, kaca digosok dengan sutra, karet keras digosok dengan bulu, dan sebagainya.
Fenomena Listrik Statis
Listrik tidak hanya terdapat pada saluran listrik dan elektronik buatan manusia lho, tapi juga terdapat di alam, seperti:
1. Petir
Petir terjadi ketika energi elektrostatis dalam jumlah besar menumpuk di dalam awan dan menghasilkan energi badai.
Ketika sekumpulan awan yang bermuatan listrik ini melepaskan energinya, kilatan listrik yang besar dapat terlihat di langit. Petir sendiri bisa terjadi dari awan ke awan atau dari awan ke tanah.
Biasanya, satu sambaran petir membawa arus listrik lebih dari 30.000 amp dan menghasilkan 500 megajoule energi.
Konon, panasnya petir bisa memanaskan udara di sekitarnya hingga suhu lima kali lebih panas dari permukaan matahari.
Panas inilah yang menyebabkan udara di sekitarnya mengembang dan bergetar dengan cepat,
yang kemudian menciptakan suara gemuruh (guntur) yang biasa terdengar beberapa saat sebelum atau setelah kilatan petir.
2. Hewan
Beberapa hewan menggunakan listrik untuk bertahan hidup di alam, mulai dari mendeteksi objek di sekitar (seperti melihat) atau untuk melawan predator dan bahkan berburu makanan. Beberapa contoh hewan ini adalah:
- Belut Listrik
Hewan ini memiliki sel elektrogenik yang bisa digunakan untuk menyetrum mangsanya, bertahan dari predator, dan bahkan berkomunikasi dengan belut listrik lainnya.
Listrik yang dihasilkan hewan ini bisa melumpuhkan kuda besar dan bahkan membuat jantung manusia berhenti berdetak.
- Tokek
Pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana tokek bisa memanjat permukaan yang halus? Ternyata, kemampuan Spider-Man tokek sebagian besar disebabkan oleh gaya elektrostatis pada bantalan jari kakinya.
- Ikan Hidung Gajah
Jangan bayangkan kalau ikan ini memiliki belalai panjang seperti gajah ya. Justru sebaliknya, tonjolan panjang pada ikan ini ternyata adalah dagunya, yang biasa digunakan untuk mendeteksi impuls listrik mangsa terutama saat gelap gulita.
- Lebah Oriental
Lebah dengan nama unik ini mendapatkan kekuatan listrik dari sinar matahari.
Serangga ini memiliki jaringan kuning khusus yang dapat menyerap sinar matahari, serta jaringan coklat yang bisa menghasilkan listrik.
Listrik ini kemudian digunakan sebagai sumber tenaga, seperti untuk terbang dan mencari makan.
- Hiu
Hiu memiliki reseptor khusus pada moncongnya yang disebut Ampullae of Lorenzini. Reseptor ini membantu hiu mendeteksi medan listrik yang dilepaskan oleh mangsanya.
Karena itu, hiu bisa mendeteksi mangsa yang berada jauh darinya di dalam laut yang gelap atau mungkin menyamarkan diri.
3. Tubuh Manusia
Manusia memiliki sistem saraf kompleks di seluruh tubuh yang menggunakan sinyal listrik untuk mengontrol semua hal.
Contohnya adalah saat kamu menggerakkan otot tangan atau kaki, ini adalah hasil dari sinyal listrik yang dikirim dari otak kamu ke otot untuk menyuruhnya bergerak.
4. Bumi
Jauh di dalam Bumi, ada arus listrik besar yang dihasilkan oleh inti besi Bumi.
Arus listrik ini menghasilkan medan magnet yang bisa menembus permukaan Bumi dan bahkan ke luar angkasa. Fungsi medan magnet adalah menopang kehidupan di Bumi.
Tanpanya, Bumi akan terpapar radiasi dalam jumlah besar dari Matahari dan atmosfernya akan bebas bocor ke luar angkasa.
Selain itu, medan magnet juga berguna dalam pembuatan dan penggunaan kompas untuk mengetahui arah.
Kegunaan
Listrik statis sangat berguna untuk dalam kehidupan manusia, seperti:
1. Cerobong Asap
Kebanyakan pabrik modern mengurangi polusi dari cerobong asap dengan listrik statis.
Pertama, asap pabrik diberikan muatan listrik. Saat melewati elektroda dari muatan yang berlawanan, sebagian besar partikel asap akan menempel pada elektroda. Akibatnya, polusi tidak akan terbang ke atmosfer.
5. Penyegar Udara
Ada satu benda yang bisa menyegarkan dan memurnikan udara, namanya adalah ionizer.
Benda ini bekerja dengan prinsip yang sama dengan cerobong asap. Perangkat ini melepaskan elektron dari molekul asap, partikel debu, dan udara-udara kotor lainnya.
Partikel debu dan asap yang bermuatan ini kemudian ditarik dan menempel pada pelat perangkat dengan muatan yang berlawanan, sehingga udara menjadi bersih.
Namun karena partikel bermuatan tadi juga bisa menempel pada permukaan netral, beberapa partikel akan menempel pada dinding di dekat ionizer.
6. Mesin Fotokopi
Mesin fotokopi menggunakan listrik statis untuk menyalin cetakan ke halaman kosong lainnya.
Satu perangkat mengisi tinta secara elektrik, dan perangkat lain menggunakan muatan untuk menempelkan tinta ke drum mesin fotocopy untuk selanjutnya ditransfer ke atas kertas.
7. Mengecat Mobil
Beberapa pabrik mobil menggunakan listrik statis untuk mengecat mobil. Pertama, permukaan yang akan dicat dimasukkan ke dalam bilik.
Kemudian, cat bermuatan listrik dituang ke mesin khusus dan disemprotkan secara halus ke bilik, dan partikel cat bermuatan akan otomatis menempel ke bodi mobil.
8. Printer Laser
Printer laser menggunakan teknologi dasar yang sama dengan mesin fotokopi dan bahkan cara kerjanya juga sangat mirip.
Prinsip dasarnya adalah mengubah listrik menjadi tinta, dengan cara kerja sebagai berikut:
- Saat kamu mengklik perintah “print” pada laptop, laptop kamu akan mengirimkan aliran data elektronik sangat besar ke printer laser (biasanya beberapa megabyte atau jutaan karakter).
- Sirkuit elektronik yang ada pada printer laser menggambarkan arti dari semua data tersebut dan menampilkannya pada permukaan kertas.
- Selanjutnya, printer membuat scan sinar laser secara bolak-balik melewati sebuah drum di dalam printer dan pada akhirnya menghasilkan pola listrik statis.
- Listrik statiskemudian menarik semacam bubuk tinta yang disebut toner ke permukaan kertas.
- Seperti pada mesin fotokopi, unit fuser mengikat toner ke permukaan kertas dan terciptalah gambar atau tulisan sesuai dengan yang kamu cetak.
9. Defibrillator
Saat jantung berhenti berdetak, darah dalam tubuh akan berhenti mengalir dan otak mulai kehilangan suplai oksigen.
Akibatnya, kamu bisa meninggal hanya dalam 5 menit. Agar aliran oksigen ke otak tetap terjaga, pasien serangan jantung membutuhkan CPR (resusitasi kardiopulmoner).
Sedangkan untuk menghidupkan kembali jantung dan membuatnya bekerja secara normal, dibutuhkan defibrilasi dengan kejutan listrik, yang alatnya disebut dengan defibrillator.
Alat ini bekerja dengan menggunakan tegangan listrik yang cukup tinggi (sekitar 200-1000 volt).
Agar arus listrik mengalir dengan baik tapi tidak membuat kulit terbakar, gel konduksi padat atau cair biasanya dioleskan ke dada pasien terlebih dahulu.
10. Penyemprot Tanaman
Alat penyemprot tanaman modern seperti sprinkle dan blower juga bergantung pada listrik statis untuk membuat herbisida menempel pada dedaunan tanaman dan mendistribusikan cairan secara merata di ladang kebun.
Cara ini terbukti lebih efektif daripada menggunakan penyiraman tradisional.
Percobaan Listrik Statis
Berikut adalah 6 contoh eksperimen yang bisa kamu lakukan di rumah untuk menyaksikan kekuatan listrik statis secara langsung.
Meskipun tidak terlalu sulit, tapi sebaiknya lakukan di tempat terbuka, jauh dari bahan yang mudah terbakar, dan jika kamu adalah anak-anak, harus didampingi oleh orang dewasa ya.
1. Kantong Plastik Terbang
Pernah mendengar mantra ‘Wingardium Leviosa’ dalam Film Harry Potter? Mantra ini berfungsi untuk membuat suatu benda melayang di udara. Sekarang, kamu juga bisa melakukannya. Benda yang kamu butuhkan:
- Pipa plastik pendek
- Selembar kain
- Kantong plastik ringan
Langkah-langkah:
- Gosok permukaan pipa dengan kain selama 40 detik
- Ratakan kantong plastik di atas meja dan gosok kain ke permukaan kantong plastik selama 40 detik
- Angkat kantong plastik ke udara dan pegang pipa tepat di bawah kantong plastik, dan kamu akan melihat kantong plastik melayang mengikuti gerakan pipa.
11. Rambut Berdiri
Percobaan ini hanya membutuhkan balon yang sudah ditiup dan selembar kain.
Kemudian gosok permukaan balon dengan kain selama 40 detik. Selanjutnya, pegang balon agak jauh di atas kepala dan rambut kamu akan berdiri ke atas menempel pada balon.
12. Memisahkan Garam dan Merica
Alat:
- Sendok plastik
- Garam
- Lada
- Selembar kain
Langkah-langkah:
- Campurkan 1 sdt merica dan garam
- Gosok sendok dengan kain selama 40 detik
- Pegang sendok di atas wadah garam dan merica tadi. Kamu akan melihat merica ‘melompat’ dan menempel pada sendok, sedangkan garam tetap di bawah
Penjelasan:
Butiran garam dan merica sama-sama bermuatan positif. Sendok yang memperoleh elektron dari kain menarik muatan positif.
Tapi, merica lebih ringan dari garam, sehingga lebih mudah menempel pada sendok.
13. Kaleng Berguling
Dengan listrik statis, kamu bisa membuat sebuah kaleng berguling tanpa benar-benar menyentuhnya. Benda yang kamu butuhkan adalah:
- Kaleng kosong
- Pipa plastik
- Selembar kain
Langkah-langkah:
- Gosok permukaan pipa dengan kain selama 40 detik
- Letakkan kaleng di atas permukaan yang rata dan halus
- Dengan satu tangan, pegang kain di dekat satu sisi kaleng, dan pegang pipa dengan tangan lain. Maka kamu akan melihat kaleng bergerak mengikuti gerakan pipa.
Penjelasan:
Menggosok pipa dengan kain menciptakan listrik statis, yang membuat pipa mendapatkan elektron bermuatan negatif.
Sedangkan kaleng yang bermuatan positif akan tertarik pada pipa sebagai daya tarik yang berlawanan.
14. Waterbending (Mengendalikan Air)
Tak harus punya kekuatan khusus lho untuk bisa mengendalikan air. Alat yang kamu butuhkan adalah pipa plastik, selembar kain, dan air mengalir dari kran. Langkah-langkahnya adalah:
- Gosok permukaan pipa dengan kain selama 40 detik
- Nyalakan keran agar air mengalir
- Letakkan pipa di dekat air dan secara ajaib kamu akan melihat aliran air menjadi bengkok
Penjelasan:
Ketika pipa bermuatan negatif mendekati air, pipa menolak elektron di dalam air, sehingga aliran air yang tadinya lurus akan terlihat membengkok.
15. Piring Melayang
Kamu hanya membutuhkan selembar kain dan dua piring styrofoam. Kemudian ikuti instruksi berikut ini:
- Gosok alas piring dengan kain
- Letakkan piring di atas permukaan yang rata
- Letakkan piring lainnya (alas menghadap ke bawah) di atas piring yang sudah digosok tadi, dan piring akan melayang sesaat.
Penjelasan:
Sulap sederhana ini bisa terjadi karena ada listrik statis saat kamu menggosok piring dengan kain.
Piring memperoleh elektron dari kain dan menjadi bermuatan negatif. Elektron ini menolak elektron lain di piring yang satunya, sehingga piring tidak jatuh.
Contoh Soal
- Titik A dalam medan listrik. Besarnya medan listrik di titik A = 0,5 NC -1. Jika muatan 0,25-C ditempatkan di titik A, maka gaya listrik yang diberikan pada muatan tersebut adalah…
Diketahui:
Medan listrik pada titik A = 0,5 NC -1
Muatan listrik pada titik A = 0,25 C
Ditanya: Gaya listrik
Jawab:
F = q E
F = (0,25 C) . (0,5 NC -1)
F = 0,125 N
- Dua buah muatan 4 C dan 5 C dipisahkan oleh jarak 3 meter. Jika konstanta Coulomb adalah 9 × 10 9 Nm 2 C –2, berapakah besar gaya listrik yang dialami oleh dua muatan?
Diketahui:
Muatan 1 (q 1) = 4 C
Muatan 2 (q 2) = 5 C
Jarak antara muatan 1 dan muatan 2 (r) = 3 meter
Konstanta Coulomb (k) = 9 × 10 9 Nm 2 C –2
Ditanya: Besarnya gaya listrik (F)
Jawab:
- Suatu medan listrik menghasilkan muatan positif dan mengalami gaya searah muatan sebesar 0,05 N pada titik q yang berada pada titik P. Besarnya listrik lapangan di titik P adalah 2 x 10 – 2 NC – 1. besar muatan listrik yang dihasilkan adalah…
Diketahui:
Gaya listrik (F) = 0,05 N
Medan listrik (E) = 2 x 10 –2 NC –1 = 0,02 NC –1
Jawab:
F = q.E
F (gaya listrik), E (medan listrik), q (muatan listrik)
q = F / E
= 0,05 N / 0,02 NC –1
= 2,5 Coulomb
Muatan q menghasilkan medan listrik karena mengalami gaya listrik ke arah muatan (+) positif, sehingga muatan q menjadi bertanda (-) negatif.
Jika digunakan dengan cara yang benar dan perhitungan yang tepat, listrik statis bisa menjadi berbagai alat yang membantu kehidupan manusia bahkan bisa menyelamatkan nyawa.
Kamu yang awam bahkan bisa melakukan eksperimen sederhana yang menyenangkan.
