Halaman
Listrik Statis
143
Untuk mempermudah memahami materi ini, perhatikan peta konsep berikut ini.
P
eta
K
onsep
Listrik Statis
Muatan Listrik
Alirannya
Jenisnya
Muatan
Positif
Muatan
Negatif
Elektro-
statika
Elektro-
dinamika
Teori Atom
Dalton,Thomson,
Rutherford, dan Bohr
Konsep Atom
Sifat Kelistrikan
Hukum Coulomb
12
2
Fk
r
dimunculkan
dibedakan
dibedakan
ditinjau menurut
membahas
ditulis ke dalam
persamaan
memuat tentang
Setelah kalian memahami peta konsep di atas, perhatikan kata-kata kunci berikut
yang merupakan kunci dan cara memahami materi ini.
•
Muatan listrik
•
Deret tribolistik
•
Hukum Coulomb
Pada minggu yang cerah, Icha menyetrika baju seragamnya. Sambil
menunggu panasnya setrika, ia menggosok-gosokkan setrika pada bajunya yang
tipis. Ternyata Icha melihat dan merasakan seakan-akan baju itu tertarik oleh
setrika dan terdengar olehnya bunyi gemercik. Mengapa semua itu bisa terjadi?
Bagaimana hubungannya dengan konsep fisika? Untuk menjawab pertanyaan ini
perlu diperhatikan beberapa konsep, yaitu menggosok, panas, dan baju tipis. Saat
Icha menggosok baju dengan setrika ada perpindahan energi gerak yang diberikan
ke baju. Setrika yang panas akan memudahkan perpindahan muatan, sedangkan
sifat atau jenis baju sangat menentukan mudah tidaknya terjadi perpindahan
muatan. Oleh karena itu, baju yang kering akibat disetrika, akan mudah
menimbulkan sifat kelistrikan begitu juga pada rambut kering bila digosok dengan
sisir, maka sisir itu akan bermuatan listrik. Mengapa harus yang kering? Tentu
karena air mempunyai sifat konduktor yang kurang baik dan energi yang
ditimbulkan akibat gosokan antara rambut basah dan sisir plastik akan diserap oleh
air tersebut, sehingga tidak muncul gejala kelistrikannya. Gejala lain dari sifat
kelistrikan secara alami adalah petir. Untuk memahami konsep listrik statis dan
penerapannya lebih lanjut akan dijelaskan pada bab ini.
Bab
7
Listrik Statis
K
ata
K
unci
IPA Terpadu IX
144
Sifat kelistrikan suatu benda ditunjukkan adanya muatan listrik yang
terdapat pada benda tersebut. Ada dua jenis muatan listrik yaitu muatan
positif dan negatif. Suatu benda dikatakan bermuatan positif jika
kelebihan proton atau kekurangan elektron, dan sebaliknya benda akan
bermuatan negatif jika kelebihan elektron atau kekurangan proton.
Muatan listrik yang ditimbulkan oleh sisir atau mistar masih sulit untuk
ditunjukkan bahwa muatannya bersifat positif atau negatif. Untuk
mengetahuinya kita dapat melakukan kegiatan berikut!
Lakukan kegiatan ini secara kelompok (ikuti petunjuk guru).
A. Tujuan
Untuk mengetahui sifat kelistrikan yang ditimbulkan oleh
penggaris plastik.
B. Alat dan Bahan
1. Dua buah penggaris plastik yang masih baru.
2. Benang
3. Tiang statif
4. Dua batang kaca
5. Kapas
C. Cara Kerja
1. Ambil dua buah mistar plastik.
2. Gantungkan salah satu mistar itu dengan benang pada
sebuah statif seperti gambar berikut.
Kegiatan
Listrik Statis
145
3. Gosok-gosokkan salah satu ujung mistar itu pada rambut
yang kering.
4. Ambil mistar yang lain, dan gosokkan ujung mistar itu pada
rambut yang kering.
5. Dekatkan kedua ujung mistar yang telah digosok seperti
gambar. Amatilah apa yang terjadi.
6. Diskusikan hasil pengamatan ini dengan teman satu kelompok
kalian.
7. Ambillah dua batang kaca.
8. Gantungkan salah satu batang kaca dengan seutas benang
pada sebuah statif seperti gambar di bawah ini.
9. Gosok-gosokkan salah satu ujung kaca itu dengan kapas
yang kering.
10. Ambil kaca yang lain dan gosokkan ujung kaca dengan kapas
yang kering.
IPA Terpadu IX
146
11. Dekatkan kedua ujung kaca yang telah digosok. Amatilah
apa yang terjadi.
12. Diskusikan hasil pengamatan ini dengan teman satu kelompok
kalian.
13. Dekatkan ujung mistar yang telah digosok rambut kering
dengan ujung kaca yang telah digosok kapas kering. Amatilah
apa yang terjadi.
14. Diskusikan hasil pengamatan ini dengan teman satu kelompok.
15. Buatlah suatu kesimpulan yang disertai alasan yang
menunjukkan adanya sifat kelistrikan dari dua benda yang
berbeda atau sama yaitu antara mistar dan kaca, mistar dan
mistar, dan kaca dan kaca.
16. Presentasikan hasil pengamatan kegiatan ini.
A. Muatan Listrik
Di dalam kehidupan kita sehari-hari kata listrik
bukan merupakan hal yang asing lagi. Banyak
peralatan rumah tangga yang menggunakan listrik,
misalnya setrika, radio, televisi, lemari es, kipas
angin, mesin jahit listrik, magic jar, dan mesin cuci.
Hal ini menunjukkan bahwa di dalam kehidupan kita
energi listrik sudah menjadi kebutuhan pokok. Oleh
karena itu penting bagi kita untuk mempelajari listrik.
Dalam ilmu fisika, listrik dibedakan menjadi dua
macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik
statis mempelajari sifat kelistrikan suatu benda tanpa
memperhatikan gerakan atau aliran muatan listrik.
Dalam ilmu fisika disebut
elektrostatika
. Sebaliknya,
jika memperhatikan adanya muatan listrik yang
bergerak atau mengalir, maka disebut listrik dinamis
atau
elektrodinamika
.
Thales
dari Milete (540 –
546 SM) adalah ahli pikir Yunani purba, yang menurut
sejarahnya bahwa gejala listrik statis terjadi pada
batu ambar yang digosok dengan bulu. Ternyata batu
ambar tersebut dapat menarik benda-benda ringan
yang lain misalnya bulu ayam. Dalam bahasa Yunani
batu ambar sering disebut elektron.
Listrik Statis
147
Sesuai dengan pengamatan pada kegiatan di atas
ternyata benda-benda tertentu yang telah digosok
dapat menarik benda-benda kecil yang ada di
sekitarnya. Benda-benda yang telah digosok dan
dapat menarik benda kecil yang ada di sekitarnya ini
disebut benda yang telah bermuatan listrik.
Dari kegiatan di atas yang telah kalian
lakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Plastik yang telah digosokkan pada
rambut kering akan bermuatan listrik
negatif.
2. Kaca yang telah digosok dengan bulu
akan bermuatan listrik positif.
3. Dua buah benda yang bermuatan listrik
sejenis akan tolak-menolak dan jika
muatan listriknya berbeda akan tarik-
menarik.
Untuk menerangkan pengertian adanya
sifat kelistrikan pada suatu benda, perlu
dipahami adanya konsep atom yang
dimunculkan oleh para ahli di antaranya, teori
atom Dalton, Thompson, Rutherford dan
Bohr. Secara umum dapat dijelaskan bahwa:
1. Benda terdiri atas atom-atom sejenis.
2. Setiap atom terdiri atas sebuah inti yang dikelilingi
oleh satu atau lebih elektron.
3. Inti atom bermuatan positif, elektron bermuatan
negatif.
4. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan
positif dan netron yang tidak bermuatan listrik.
Elektron
Inti atom
e
–
e
–
e
–
Elektron
Proton
Bola pejal
Gambar 7.1
Percobaan listrik
statis
Gambar 7.2
a) Model atom Thomson, b) atom Rutherford, c) inti atom
Sumber:
www.britannica.com
ab
c
IPA Terpadu IX
148
Benda atau materi pada umumnya
mempunyai jumlah proton sama dengan
jumlah elektron benda disebut dalam
keadaan netral. Jika keseimbangan antara
jumlah proton dan jumlah elektron terusik
yaitu adanya pengurangan atau
penambahan muatan elektron, maka benda
tersebut dikatakan bermuatan listrik. Benda
akan bermuatan listrik positif bila
kekurangan elektron dan benda bermuatan
negatif apabila kelebihan elektron.
Cara tradisional untuk memperoleh
benda bermuatan listrik bisa dilakukan
dengan gosokan. Jika dua benda saling
digosokkan, maka elektron dari benda
yang satu akan pindah ke benda yang
lain, sehingga benda yang kehilangan
elektron akan bermuatan positif dan
benda yang menerima pindahan elektron
akan bermuatan negatif. Menurut
Benjamin Franklin
(1706–1790),
adanya perpindahan muatan dari benda
satu ke benda yang lain merupakan
implikasi dari hukum kekekalan muatan,
artinya pada saat terjadi gosokan antara dua benda,
tidak menciptakan muatan listrik baru namun
prosesnya merupakan perpindahan muatan dari satu
benda ke benda yang lain.
Sebenarnya untuk perpindahan elektron antara
dua benda keduanya tidak perlu digosok-gosokkan,
cukup dikontakkan atau ditempelkan saja, tetapi
dengan saling digosokkan, maka perpindahan
elektron akan lebih mudah. Mengapa?
Jika ingin memperoleh logam bermuatan dengan
cara gosokan, maka logam itu harus diisolasi dari
tanah agar muatannya tidak dinetralkan, karena
adanya aliran elektron ke tanah bila bendanya
bermuatan negatif, atau sebaliknya elektron dari
tanah bila benda tersebut bermuatan positif. Atau
jika pemegang tidak pakai sepatu yang bersifat
isolator maka muatan listrik bisa mengalir melalui
tangan, badan, dan kaki si pembuat eksperimen.
Benjamin Franklin
Info
MEDIA
Benjamin Franklin (1706-1790)
adalah seorang negarawan
terkemuka dan membantu
dalam penyusunan undang-
undang Amerika Serikat. Dia
juga seorang pengarang,
penerbit, filsuf, dan ilmuwan.
Selain penangkal petir, dia
menciptakan kursi goyang,
kompor berbahan bakar kayu,
dan kacamata dua fokus. Pada
tahun 1770, dia menemukan
arus hangat di Samudra
Atlantik yang diberi nama
Gulf
Stream
(Arus Teluk).
Listrik Statis
149
1. Gelas dan mika akan mendapat muatan negatif bila digosok dengan
bulu kelinci. Apakah muatan negatif tersebut mempunyai intensitas
yang sama? Jelaskan!
2. Apakah bulu kelinci juga bermuatan, bagaimana jumlah muatan pada
gelas dan bulu kelinci? Jelaskan dengan teori kekekalan muatan!
B. Hukum Coulomb
Pada materi terdahulu telah kita pelajari bahwa
ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif
dan muatan negatif.
Charles Augustin Coulomb
(1736 – 1806) seorang ahli bangsa Perancis telah
mengukur tarikan dan tolakan listrik secara kuantitatif
dengan suatu percobaan menggunakan alat yang
biasa disebut neraca puntir Coulomb.
Hasil pengamatan yang dilakukan oleh Coulomb
menunjukkan bahwa besar gaya tarik-menarik atau
tolak-menolak antara dua benda yang bermuatan
Tugas
Tabel 7.1 Deret Tribolistrik
No. Nama Benda No.
Nama Benda
1.
Bulu kelinci
8.
Kayu
2.
Gelas
9.
Batu Ambar
3.
Mika
10.
Damar
4.
Wol
11.
Logam (Cu, Ni, Ag)
5.
Bulu kucing
12.
Belerang
6.
Sutra
13.
Logam (Pt, Au)
7.
Kapas
14.
Seluloid
Seorang ahli telah menyusun deret benda-benda,
lihat Tabel 7.1! Deret benda tersebut menunjukkan
bahwa benda akan memperoleh muatan negatif bila
digosok dengan sembarang benda di atasnya, dan
akan memperoleh muatan positif bila digosok dengan
benda di bawahnya. Deret semacam ini dinamakan
deret tribolistrik.
IPA Terpadu IX
150
listrik sebanding dengan muatan masing-masing
benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak
antara kedua benda itu.
Jika muatan benda pertama dinyatakan dengan
Q
1
dan benda kedua
Q
2
, jarak antara dua muatan
adalah
r
, maka besarnya gaya tolak-menolak atau
tarik-menarik antara dua muatan sejenis maupun
tak sejenis,
F
, dapat ditulis sebagai berikut:
12
2
F=k
r
Dengan
k
adalah konstanta perbandingan dan
jika di ruang hampa udara besarnya 9 ×10
9
Nm
2
/C
2
.
Dalam satuan MKS besarnya
F
dinyatakan dalam
satuan newton, dan jarak antara dua muatan
dinyatakan dalam meter, sedang
Q
dinyatakan dalam
coulomb.
Contoh soal:
Dua buah muatan yang besarnya sama, masing-
masing
Q
A
dan
Q
B
didekatkan sehingga kedua muatan
tersebut saling menolak dengan gaya
F
. Jika masing-
masing muatan diperbesar dua kali, maka berapakah
gaya tolak antara keduanya?
Penyelesaian:
Diketahui :
Q
A
'
= 2
Q
A
Q
B
'
= 2
Q
B
Q
A
=
Q
B
;
A
B
2
F=k
r
Q
1
Q
2
r
F
Gambar 7.3
Neraca Puntir Coulomb
Sumber:
www.geocities.com
Gambar 7.4
Prinsip hukum Coulomb
Listrik Statis
151
Refleksi
Rangkuman
1. Listrik statis adalah muatan listrik yang berada dalam keadaan
diam.
2. Konsep atom secara umum:
a. Benda terdiri atas atom-atom sejenis.
b. Setiap atom terdiri atas sebuah inti yang dikelilingi oleh satu
atau lebih elektron.
c. Inti atom bermuatan positif, elektron bermuatan negatif.
d. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif dan
netron yang tidak bermuatan listrik.
3. Untuk memperoleh muatan dapat dilakukan dengan:
a. gosokan
b. induksi
4. Hukum Coulomb: Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-
menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding
dengan besar muatan benda masing-masing dan berbanding
terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda itu.
12
2
F=k
r
Setelah kalian pelajari materi tentang listrik statis, coba kalian pecahkan
masalah berikut sebagai bahan refleksi.
Ketika kalian menyentuh logam pada pegangan pintu atau layar televisi,
terkadang kalian merasakan adanya sengatan dan disertai rasa sakit.
Nah, jelaskan berdasarkan konsep listrik statis yang telah kalian
pelajari pada peristiwa di atas!
Ditanya :
F
’
= . . . ?
Jawab
:
F’
=
A
B
2
k
r
=
A
B
2
2Q 2Q
k
r
=
4k
r
AB
2
= 4
F
IPA Terpadu IX
152
A. Pilihlah satu jawaban yang benar dengan memberi tanda
silang (X) pada huruf
a, b, c,
atau
d
!
1. Menurut deret tribolistrik, jika emas (Au) digosok dengan kain wol,
maka emas akan . . . .
a. bermuatan positif
b. bermuatan negatif
c. netral
d. mungkin positif, mungkin negatif
2. Sebuah benda akan bermuatan positif bila . . . .
a. kelebihan elektron
b. kekurangan elektron
c. kekurangan proton
d. jumlah proton sama dengan jumlah elektron
3. Sebuah benda akan bermuatan negatif bila . . . .
a. kelebihan elektron
b. kekurangan elektron
c. kekurangan proton
d. jumlah proton sama dengan jumlah elektron
4. Jika di dalam suatu benda terdapat keseimbangan antara jumlah
proton dengan jumlah elektron, maka benda tersebut . . . .
a. bermuatan positif
b. bermuatan negatif
c. netral
d. kadang-kadang bermuatan positif
5. Jika dua muatan listrik sejenis didekatkan akan tolak-menolak dan
bila tidak sejenis didekatkan akan tarik-menarik. Pernyataan tersebut
sesuai dengan . . . .
a. hukum Ohm
b. hukum Kirchoff
c. hukum Newton
d. hukum Coulomb
Uji Kompetensi
Listrik Statis
153
6. Pada hukum Coulomb besar gaya tarik atau gaya tolak antara dua
muatan berbanding terbalik dengan . . . .
a. besar muatan masing-masing
b. kuadrat muatan masing-masing
c. jarak antara dua muatan
d. kuadrat jarak antara dua muatan
7. Satuan sistem internasional gaya Coulomb adalah . . . .
a. meter
c. coulomb
b. newton
d. Nm
2
/C
2
8. Satuan sistem internasional muatan listrik adalah . . . .
a. coulomb
c. ampere
b. farad
d. mikrocoulomb
9. Dua buah muatan yang sejenis dan besarnya sama didekatkan pada
jarak
d
ternyata kedua muatan saling menolak dengan gaya
F
. Agar
gaya tolak menjadi
1
16
kali semula, maka jarak kedua muatan harus
diubah menjadi . . . .
a.
1
4
d
b.
1
2
d
d. 4
d
c. 2
d
10. Dua buah muatan A dan B yang besar dan sejenis didekatkan pada
jarak
r
sehingga mengalami gaya tolak
F
. Jika jarak keduanya diubah
menjadi setengah dari jarak semula, maka gaya tolak antara dua
muatan tersebut menjadi . . . .
a.
1
4
F
b.
1
2
F
c. 2
F
d. 4
F
IPA Terpadu IX
154
Proyek
B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!
1. Jelaskan pengertian listrik statis!
2. Kapan suatu benda dikatakan:
a. bermuatan positif,
b. bermuatan negatif,
c. netral?
3. Jelaskan terjadinya arus listrik di dalam suatu penghantar!
4. Bagaimanakah bunyi hukum Coulomb?
5. Dua buah muatan listrik yang tidak sejenis didekatkan akan tarik-
menarik dan apabila semakin didekatkan gaya tarik akan semakin
besar, mengapa demikian?
Bahan: Gelas, mika, bulu kucing, kapas, sutra, kayu, wool.
Urutkan data tersebut pada tabel sesuai dengan deret tribolistrik,
sehingga akan diperoleh muatan negatif bila salah satu benda digosok
dengan sembarang benda di atasnya.
Tabel Hasil Pengamatan
No.
Nama Zat
1..
..............................................................................................
2..
..............................................................................................
3..
..............................................................................................
4..
..............................................................................................
5..
..............................................................................................
6..
..............................................................................................
7..
..............................................................................................