Listrik Statis: Gaya Listrik

Petir menyambar. Sumber gambar: ucar.edu

          

          Pernahkah kalian melihat petir pada saat hujan? Petir merupakan gejala alam yang bisa kita istilahkan dengan sebuah kondensator raksasa, di mana awan adalah lempeng pertama (bisa positif atau negatif) dan bumi menjadi lempeng kedua (netral). Perbedaan potensial antara awan dan bumi yang cukup besar, merupakan penyebab terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi dan sebaliknya untuk mencapai kesetimbangan. Petir juga dapat terjadi dari awan ke awan, di mana salah satu awan bermuatan positif dan awan lainnya bermuatan negatif.

          Dilihat dari proses terjadinya, petir merupakan salah satu fenomena listrik statis. Petir disebut fenomena listrik statis karena benda-benda yang beraliran listrik saling berpautan tanpa adanya sumber daya listrik. Dengan kata lain, benda-benda tersebut menghasilkan proton dan elektron tanpa menggunakan pembangkit listrik.

           Listrik terbagi menjadi dua yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis adalah muatan listrik yang diam, sedangkan listrik dinamis adalah muatan listrik yang bergerak. Kali ini, penulis akan membahas tentang listrik statis.

          Jika dilihat dari fenomena petir, muatan listrik adalah unsur penting yang menyebabkan terjadinya listrik statis. Muatan listrik memiliki sifat-sifat sebagai berikut.

https://www.yuksinau.id/wp-content/uploads/2016/03/medan-listrik-statis.png

Muatan listrik digolongkan menjadi dua jenis, yaitu muatan positif dan muatan negatif.

https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSEBr8E_4iqYY3zgjbkYhopjoUPHKCzeGIaKdMl__GiMh5WQIZGYA

Muatan listrik yang sejenis akan tolak-menolak dan muatan listrik yang tidak sejenis akan tarik menarik.

          Dengan mempelajari sifat-sifat muatan listrik, dapat kita simpulkan bahwa gaya listrik adalah gaya tarik-menarik atau tolak menolak antar dua muatan yang sejenis atau berlawanan di mana gaya tersebut berbanding lurus dengan jumlah kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

Rumus gaya listrik (gaya Coulomb) adalah:

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEh_sz6SR0NhOnc5Jxpvgd9qrXSx8a4NP_bVxhUjmhthPfI582Rm8k60nJ0DixW14lNQohre2yR8rGhNAY1IJqZxS7TDw-7Uwpd20fPr9IRlg9DetG8AV07JPPHhx79WzFnHNgTep_Php5ms/s1600/3-min.png

Catatan: tidak usah melihat tanda + atau - pada muatan.

Karena berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dan berbanding lurus dengan jumlah muatan, maka

                           

 

 

Dalam kasus seperti berikut,

https://i2.wp.com/soalfismat.com/wp-content/uploads/2019/07/3-muatan-segaris.png?w=640&ssl=1

Gaya listrik yang bekeja pada Q2 dengan cara mencari gaya yang bekerja pada muatan Q2 dan Q1 serta Q2 dan Q3 kemudian menjumlahkan kedua gaya tersebut dengan rumus berikut.

F2 = F12 + F23

Namun, dalam kasus seperti ini,

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhotkKBLOnXDuATxiIOP2OYU2eyZe4yM2l_nqi7korekFUCpgtc48V2fmo-vzb0CU7F6gHhHT2jR0ezlzpvCMXqBkVFeHuOoFC7_PVkNUf2vntHT78Tdw6jXf9wWi1LUnIS9pqvSDpeCR-s/s1600/resultan-coulomb.jpg

Maka kita harus mencari resultan gaya dari ketiga muatan dengan cara berikut

https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTCXBVSvdRWmwpVDv9mpxA3iAloErvZEejQTIoH7PnTWRoUgyOx

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhuAdrEpShuI9b-LESws2GH4bK2vINKrK2X_ivqDkhnMwn0KUxEKshReuel7i6x2qcalQpgabpI4pIT-6jquwro7iedQ8dbQoSvYpn-vcUjHfVbiQq1A1FvwuHMLJw-oC22rPeFoNThTCA/s1600/gaya-Coulomb-pada-muatan-q1-1242013.jpg

Θ = sudut yang dibentuk pada Q1

dalam gambar di atas Θ = 60^o sehingga cos 60^o = 0,5

Contoh soal:

1. Ketiga muatan listrik Q, Q, dan Q adalah segaris dan d = 20.

     

     Besar gaya Coulomb yang bekerja pada muatan Q2 adalah...
      A. 10cm di kiri B
      B. 10cm di kanan A
      C. 10cm di kiri A
      D. 40cm di kanan B
      E. 10cm di kiri A     

     
     
     https://usaha321.net/wp-content/uploads/2016/09/word-image-113.png

2. Tiga buah muatan terletak membentuk segitiga sama kaki dengan Q1 = +1C, Q2 = Q3 = -2C.                  Masing-masing muatan tersebut berjarak 10cm. Tentukanlah besar resultan gaya Coulomb pada          muatan Q1! (k = 9 ×10⁹ N·m²/C² )

    

    Dik: Q1 = +1C

            Q2 = Q3 = -2C

            k = 9 ×10⁹ N·m²/C²

    Dit: F1

    Penyelesaian:

    Kita akan mencari jawabannya menggunakan persamaan berikut

    

    Pertama, kita cari dahulu F12 dan F13 menggunakan rumus berikut.

    
    F12 = 9 ×10⁹ N·m²/C² . 1C . 2C

                                              10²

    F12 = 18 ×10⁷ N

    

    Karena Q2 = Q3 = -2C, maka dapat kita anggap bahwa F12 dan F13 sama. Oleh karena itu, langsung       saja kita masukan dalam persamaan 3.
    
    
    

Info singkat

sumber gambar: www.wikipedia.org

Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806) merupakan fisikawan asal Perancis yang merumuskan gaya tarik menarik antara benda bermuatan listrik yang dinamai sesuai namanya, yaitu Hukum Coulomb. Ia dilahirkan di Angouleme, Perancis pada tanggal 14 Juni 1736. Ia berprofesi sebagai insinyur militer selama tiga tahun di pelabuhan Bourbon, Martinique.

Penerapan dalam kehidupan sehari-hari

Mungkin kita yang sudah mempelajari gaya listrik bertanya-tanya apa manfaat mempelajari gaya listrik dalam kehidupan sehari-hari sehingga kita wajib mempelajarinya. Oleh karena itu dalam tulisan ini penulis akan memberikan aplikasi gaya listrik dalam kehidupan sehari-hari. Contoh dari penerapan listrik statis dalam kehidupan kita sehari-hari yaitu:

1. Pada mesin fotokopi

    Mesin fotokopi menggunakan daya tarik muatan listrik berbeda. Suatu pola muatan positif          pada pelat mesin fotokopi, mencitrakan bidang hitam yang akan digandakan, menarik                partikel bermuatan negatif dari bubuk hitam halus yang disebut toner.

    Toner menjadi bermuatan negatif, karena berhubungan dengan butir-butir gelas kecil di baki          pengembang. Pola toner dipindahkan di atas secarik kertas kosong dan dipanggang di atasnya.

2. Pada penangkal petir
    Penanggal petir berupa batang logam yang berujung lancip dan dihubungkan degan kawat            logam berukuran besar. Penangkal petir dipasang di atas atap rumah atau di atas gedung              bangunan tinggi dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam.

    Penangkal petir menyediakan jalan bagi muatan listrik di awan agar dapat berpindah menuju          tanah melalui kawat, sehingga tidak menimbulkan kerusakan pada bangunan.

Kesimpulan:

1. Apa yang saya pelajari?

    Selama saya mengikuti pelajaran listrik statis yang diajarkan oleh Bu Stelly Sumual, saya jadi mengerti bahwa semua topik yang dipelajari di sekolah tak ada yang tak berguna di kehidupan sehari-hari. Semua yang telah saya pelajari di sekolah memiliki aplikasi di kehidupan sehari-hari termasuk listrik.

2. Perspektif alkitab

    Pada Kejadian 1:10; 1:12; dan 1:31, Tuhan berkata bahwa semua yang diciptakan-Nya sungguh amat baik. Tuhan menciptakan gaya listrik juga adalah hal yang baik karena gaya listrik memiliki manfaat yang sangat besar bagi kehidupan kita sehari-hari.

Latihan soal

Dua buah muatan listrik berada pada jarak 4cm satu dengan yang lainnya. Saat kedua muatan saling dijauhkan hingga gaya tolak-menolaknya menjadi 0,25 kali awalnya. Tentukan jarak baru antara kedua muatan tersebut!

Kunci jawaban: 8cm

    

Penulis: Janitra Nelly Primasanti

Referensi:
https://bernas.co.id/biografi-charles-augustin-de-coulomb/

https://www.berwirausaha.net/2019/03/proses-terjadinya-petir-guruh-dan-guntur.html/

https://usaha321.net/soal-dan-pembahasan-tentang-listrik-statis.html

Buku Fisika Untuk SMA Kelas XII