Fenomena Elektrostatis dan Tegangan Listrik

Muatan listrik adalah salah satu sifat dasar dari partikel elementer tertentu. Terdapat dua jenis muatan, muatan positif dan muatan negatif. Muatan positif pada bahan dibawa oleh proton, sedangkan muatan negatif oleh elektron. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan dengan tanda berbeda saling tarik menarik seperti dalam gambar-1.1.

Satuan muatan ”Coulomb (C)”, muatan proton adalah +1,6 x 10E-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10E-19C. Prinsip kekekalan menjadikan muatan selalu konstan. Bila suatu benda diubah menjadi energi, sejumlah muatan positif dan negatif yang sama akan hilang.


Gambar 1.1 Sifat muatan listrik dan gambar 1.2 Fenomena elektrostatis.

Sebatang plastik digosokkan pada kain beberapa saat. Dekatkan batang plastik pada potongan kertas kecil. Yang terjadi potongan kertas kecil akan menempel ke batang plastik.

Kejadian diatas menunjukkan fenomena muatan elektrostatis, dimana batang plastik bermuatan positif menarik potongan kertas yang bermuatan negatif. Dua benda yang muatannya berbeda akan saling tarik menarik satu dengan lainnya. Batang plastik digantung bebas dengan benang, batang plastik lainnya digosokkan dengan bulu binatang dan dekatkan ke batang plastik tergantung (gambar-1.3), yang terjadi kedua batang benda saling tolak menolak. Artinya kedua batang plastik memiliki muatan yang sama dan saling tolak menolak.


Gambar 1.3 dan 1.4 Fenomena muatan listrik antar dua benda.

Batang plastik digantung bebas dengan benang. Batang kaca digosokkan dengan kain sutra dan dekatkan ke batang plastik tergantung (gambar 1.4). Yang terjadi kedua batang benda saling tarik menarik. Artinya batang plastik dan batang gelas memiliki muatan yang berbeda dan saling tarik menarik.

Persamaan muatan listrik :

Q = n.e

Q Muatan listrik (Coulomb)
n Jumlah elektron
e Muatan elektro -1,6 x 10E-19C

Contoh : Muatan listrik -1C, hitung jumlah elektron didalamnya

Jawaban :

Q = n.e
n Q e= -1/-1,6. 10E-19 = 6,25. 10E18

Satu Coulomb adalah total muatan yang mengandung 6,25. 10E18 elektron

Fenomena elektrostatis ada disekitar kita, muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10E-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10E-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik.

1.2. Generator Elektrostatis Van de Graf

Robert J Van de Graf menciptakan alat generator elektrostatis (lihat gambar 1.5) Prinsip kerjanya ada dua roda poly yang dipasang sebuah sabuk non-konduktor. Roda poly atas diberikan selubung yang bisa menghasilkan muatan positif. Roda poly diputar searah jarum jam sehingga sabuk bergerak. Sabuk akan menyentuh konduktor runcing, muatan elektrostatis positif akan berkumpul dibola bulat bagian kiri. Logam bulat bermuatan positif dan selubung yang bermuatan negatif akan muncul garis medan elektrostatis.


Gambar 1.5 Generator elektrostatis Van de Graff

1.3. Tegangan Listrik

Tegangan atau beda potensial antara dua titik, adalah usaha yang dibutuhkan untuk membawa muatan satu coulomb dari satu titik ke titik lainnya.
sepert i digambarkan dibawah ini.


gambar 1.6 model visual tegangan.

1.Dua bola yang bermuatan positif dan bermuatan negatif, karena muatan keduanya sangat lemah dimana beda potensial antara keduanya mendekati nol, maka kedua bola tidak terjadi interaksi, kedua bola hanya diam saja (gambar 1.6a).

2.Dua buah bola yang masing-masing bermuatan positif, dan negatif. Dengan muatan berbeda kedua bola akan saling tarik menarik. Untuk memisahkan kedua bola, diperlukan usaha F1 (gambar 1.6b).

3.Kejadian dua buah bola bermuatan positif dan negatif, dipisahkan jaraknya dua kali jarak pada contoh no.2, untuk itu diperlukan usaha F2 sebesar 2.F1 (gambar 1.6c).

4. Ada empat bola, satu bola visual tegangan bermuatan positif dan satu bola bermuatan negatif, dua bola lainnya tidak bermuatan. Jika dipisahkan seperti contoh no.3, diperlukan usaha F2 sebesar 2.F1 (gambar 1.6d).

Persamaan tegangan :


U = W/Q [U] = Nm/C = VAs/As = V

dimana;
U =Tegangan (V)
W = Usaha (Nm, Joule)
Q = Muatan (C)

Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik pada saat melakukan usaha sebesar satu joule untuk memindahkan muatan listrik sebesar satu coulomb.

Contoh : Jika diperlukan usaha 50 Joule untuk setiap memindahkan muatan
sebesar 10 Coulomb. Hitung tegangan yang ditimbulkan ?

Jawaban :

U = W/Q = 50Joule/10Coulomb = 5 V