Listrik Statis, Fakta, Definisi, dan Cara Kerjanya

 


Listrik Statis, Fakta, Definisi, dan Cara Kerjanya


Muatan listrik ada di sekitar Anda, tetapi Anda hanya benar-benar memperhatikannya pada kesempatan langka, seperti ketika rambut Anda berdiri di ujungnya setelah Anda melepas topi atau ketika Anda mendapatkan zap tajam ketika Anda menjangkau untuk menyentuh sesuatu setelah menggosok kaki Anda di sepanjang karpet.


Kedua fenomena ini adalah contoh listrik statis, sesuatu yang mungkin Anda pelajari ketika Anda masih kecil. Tapi bagaimana muatan statis membuat rambut Anda berdiri di ujung dan mengapa itu bisa memberi Anda kejutan statis?


Apa yang sebenarnya terjadi pada tingkat atom yang menghasilkan pengalaman universal ini? Mempelajari detail tentang listrik statis memberi Anda wawasan yang jauh lebih rinci tentang properti materi yang menarik ini. (sejarah penemuan listrik)


Dasar-Dasar Pengisian Daya Listrik


Muatan listrik adalah fokus mendasar dari materi. Muatan listrik ini dipisahkan menjadi muatan positif dan muatan negatif, dan meskipun beberapa partikel netral secara elektrik - seperti neutron - ini sebenarnya terdiri dari partikel yang lebih mendasar yang membawa muatan listrik.


Dua partikel bermuatan paling penting untuk diketahui ketika Anda belajar tentang listrik statis adalah dua komponen utama atom: proton dan elektron.


Proton bermuatan positif, dengan muatan +e, sedangkan elektron bermuatan negatif pada –e, di mana e = 1,602 × 10−19 C. C di sini adalah singkatan dari coulombs, yang merupakan unit SI untuk muatan listrik. 10−19 memberi tahu Anda bahwa partikel bermuatan memiliki nilai muatan yang sangat kecil dibandingkan dengan satu coulomb - dua muatan hanya 1 C yang dipisahkan oleh meteran akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar dari dorongan peluncuran roket Saturn V!


Aturan mendasar untuk cara kerja muatan listrik adalah bahwa muatan yang berlawanan menarik dan seperti muatan mengusir. Jadi jika Anda membawa elektron di dekat elektron lain, mereka akan mendorong diri mereka terpisah, sedangkan jika Anda membawa elektron di dekat proton, itu akan tertarik untuk itu.


Definisi Listrik Statis


Pada tingkat yang paling dasar, listrik statis hanya mengacu pada muatan yang tidak bergerak. Namun, ada lebih dari itu! Hal utama tentang listrik statis adalah bahwa hal itu terjadi ketika ada ketidakseimbangan muatan, dan ketidakseimbangan ini pada dasarnya menciptakan potensi listrik, yang berarti bahwa ada potensi arus listrik mengalir (untuk menyeimbangkan kembali muatan) karena posisi partikel pengangkut muatan.


Dalam atom, dan dengan ekstensi sebagian besar objek sehari-hari, ada keseimbangan antara muatan positif dan negatif (yaitu antara proton dan elektron), sehingga mereka netral secara elektrik ketika dianggap bersama-sama.


Jadi jika Anda membawa satu atom dekat dengan yang lain, tidak akan ada kekuatan listrik di antara mereka karena semua muatan positif diimbangi dengan muatan negatif, sehingga tidak ada muatan bersih untuk menghasilkan kekuatan.


Meskipun sedikit lebih rumit dari ini (karena elektron selalu bergerak, sehingga mereka tidak selalu memblokir muatan positif dari proton), situasi netral ini menciptakan kontras yang jelas dengan apa yang terjadi ketika ada penumpukan muatan statis.


Intinya, ketika suatu objek (seperti rambut Anda setelah menggosok balon di atasnya) mendapatkan kelebihan atau defisit muatan (jadi lebih atau lebih sedikit elektron daripada dalam keadaan biasa), maka itu tidak lagi netral dan dapat menghasilkan apa yang Anda sebut listrik statis. Sebaliknya, listrik biasa adalah pergerakan pengisian daya yang berkelanjutan (dalam bentuk elektron dalam arus listrik), sementara listrik statis tidak melibatkan gerakan sampai muatan menyeimbangkan satu sama lain - dan mungkin memberi Anda zap tajam dalam prosesnya!


Cara Kerja Listrik Statis


Listrik statis pada dasarnya tergantung pada ketidakseimbangan antara muatan positif dan muatan negatif, tetapi benar-benar hanya elektron yang benar-benar bergerak untuk menciptakan ketidakseimbangan ini.


Dalam atom, proton terikat erat di inti (bersama dengan neutron), dan kedua hal ini jauh lebih berat daripada elektron bermuatan negatif yang tinggal di "awan" di sekitar bagian luar inti.


Karena partikel-partikel yang lebih ringan ini berada di luar, ketika satu objek melakukan kontak dengan yang lain itu adalah elektron yang dapat mentransfer di antara mereka, dan menggosoknya bersama-sama meningkatkan tingkat penumpukan muatan. Jadi jika objek mengambil elektron ekstra, itu menjadi bermuatan negatif, sedangkan jika kehilangan elektron itu menjadi bermuatan positif.


Bahan isolasi memegang muatan statis dengan baik, sedangkan konduktor yang baik hanya akan mempertahankan muatan statis dalam situasi tertentu. Konduktor yang diberikan elektron ekstra tidak memegang muatan statis karena elektron dapat mengalir bebas ke seluruh bahan (yang merupakan definisi dari konduktor yang baik).


Jadi setiap penumpukan muatan terlalu cepat untuk menciptakan listrik statis yang nyata, dan dapat ditransfer ke objek lain kecuali benar-benar terisolasi dari seluruh lingkungan. Karena arus tidak dapat mengalir dalam isolator, penumpukan statis dengan cepat menciptakan ketidakseimbangan muatan yang penting dan dengan demikian menghasilkan listrik statis.


Karena seperti muatan mengusir, dan muatan yang berlawanan menarik, ketika sesuatu memiliki muatan statis itu akan menempel pada item yang bermuatan berlawanan, dan kadang-kadang juga kadang-kadang dapat mempolarisasi atom di objek netral lainnya dan menempel padanya juga - cara balon menempel ke dinding setelah Anda menggosoknya di kepala Anda.


Jika penumpukan muatan cukup besar dan tegangan yang relatif tinggi dicapai antara dua permukaan atau objek, muatan dapat melompat dari satu objek ke objek lainnya. Inilah sebabnya mengapa Anda bisa mendapatkan zap dari kejutan statis jika Anda menggosok kaki Anda di lantai dan kemudian menyentuh gagang pintu.


Contoh Listrik Statis


Ada banyak contoh listrik statis yang akan Anda temui dalam kehidupan sehari-hari, bahkan jika Anda tidak selalu memikirkan peran yang dimainkan oleh muatan statis dalam operasi mereka.


Salah satu contoh yang sangat umum adalah menempel statis dalam pakaian, terutama setelah menggunakan drier, yang menjaga kondisi ideal untuk listrik statis berkembang, dan juga melibatkan pakaian yang saling menggosok dan berpotensi mengambil elektron ekstra di jalan. Kejutan statis dari pakaian yang dikenakan dengan cara ini cenderung cukup kecil, tetapi Anda pasti masih memperhatikannya ketika Anda mendapatkannya!


Mesin fotokopi adalah contoh yang bagus tentang bagaimana listrik statis dapat digunakan dengan baik. Cahaya terang yang memindai dokumen menciptakan "bayangan" listrik gambar pada sabuk fotokonduktif (yaitu peka cahaya), dan saat sabuk berputar, ia mengambil partikel toner bermuatan negatif karena muatan statis.


Di bawah ini, sabuk lain membawa selembar kertas di sekitar, memberikannya muatan statis positif yang kuat dalam prosesnya. Ketika tuduhan negatif dari toner memenuhi muatan positif di atas kertas, toner mencetak dirinya ke selembar kertas, dalam pola yang sama dengan bayangan yang diambil oleh sabuk fotokonduktif.


Contoh lain harus membawa Anda kembali ke kelas fisika di sekolah: Generator Van de Graaff, dan demonstrasi klasik di mana seseorang menyentuh bola memiliki rambut mereka berdiri di ujungnya. Generator bekerja berdasarkan pergerakan muatan listrik statis, dengan sabuk bergerak yang berjalan di atas panjang perangkat dan dua "sisir" logam untuk mengontrol muatan statis.


Sisir bermuatan positif di bagian bawah (terhubung ke pasokan listrik) menarik elektron dari sabuk, meninggalkannya dengan muatan positif bersih, dan muatan ini diambil oleh sisir di bagian atas, yang menyebarkannya ke kubah besar di bagian atas. Jika Anda menyentuh kubah selama proses pengisian daya, untaian individu rambut Anda mengambil muatan yang cocok dan saling mengusir, membuatnya berdiri di ujung!


Eksperimen Layang-layang Benjamin Franklin


Petir adalah demonstrasi yang sangat dramatis tentang kekuatan listrik statis, dan Benjamin Franklin membuktikan hal ini dalam salah satu demonstrasi ilmiah paling terkenal sepanjang masa dengan nempelkan kunci ke benang layang-layang basah selama badai petir.


Meskipun itu adalah mitos bahwa layang-layang itu benar-benar disambar petir (ini kemungkinan akan membunuh Franklin), medan listrik dari badai diambil oleh senar, yang - seperti demonstrasi generator Van de Graaff klasik - membuat untaian twine berdiri di ujungnya. Akhirnya, Franklin menyentuh kunci dan merasakan zap kejutan statis, dengan jelas menunjukkan hubungan antara listrik dan petir.


Tentu saja, para ilmuwan telah mengisi lebih banyak detail tentang proses sejak zaman Benjamin Franklin. Sama seperti pakaian yang saling menggosok di pengering atau menggosok balon dengan rambut Anda, muatan statis yang menciptakan petir berasal dari gesekan, dan dari kristal es di udara dingin bertemu tetesan air dari massa udara hangat.


Pengisian daya dibangun di tempat yang berbeda di awan, dan ketika ada perbedaan yang cukup tinggi dalam potensi listrik antara tempat-tempat ini (yaitu tegangan yang cukup tinggi), itu dilepaskan dalam bentuk petir. Ini biasanya terjadi dalam awan atau di antara dua awan, tetapi kadang-kadang baut akan menyerang tanah.


Seri Triboelektrik


Penumpukan muatan statis yang disebabkan oleh gesekan dan gosok secara teknis disebut efek triboelektrik, dan berdasarkan artikel ini Anda sudah tahu detail apa penyebabnya dan cara kerjanya. Objek yang bersentuhan satu sama lain menyebabkan salah satu dari mereka mengambil elektron ekstra (semua membawa muatan negatif) dan yang lain mengembangkan defisit elektron dan karena itu muatan bersih positif.


Namun, tingkat di mana bahan yang berbeda mengambil muatan negatif atau kehilangan elektron dan mendapatkan muatan positif bervariasi berdasarkan karakteristik bahan. Sementara isolator umumnya lebih baik dalam mengambil muatan statis, isolator yang berbeda mengambilnya dengan tarif yang berbeda.


Misalnya, sebagian besar jenis karet, dan khususnya Teflon, mengambil elektron dengan sangat mudah dan karenanya sangat bagus untuk demonstrasi dan potongan teknologi tergantung pada listrik statis. Bahan berbeda berdasarkan "elektronegativitas" mereka, yang pada dasarnya berarti afinitas elektron mereka, atau kecenderungan mereka untuk mengambilnya dari objek lain.


Seri triboelektrik menempatkan bahan yang berbeda ke dalam urutan berdasarkan kemampuan mereka untuk mengambil positif atau muatan statis negatif. Item yang ditempatkan ke bagian atas seri triboelektrik rentan untuk mengambil muatan positif, sementara yang di bagian bawah lebih mungkin untuk mendapatkan elektron dan mengambil muatan negatif sebagai hasilnya. Semakin besar pemisahan antara dua item dalam seri triboelektrik, semakin banyak yang menggosoknya bersama-sama akan menciptakan muatan statis di keduanya.


Bahaya Listrik Statis


Meskipun sebagian besar demonstrasi listrik statis adalah tampilan yang menyenangkan atau keingintahuan kecil yang Anda temui dalam kehidupan sehari-hari, penting untuk diingat bahwa muatan statis yang tidak diinginkan dapat memiliki konsekuensi serius.


Misalnya, percikan tunggal dari listrik statis dapat menyalakan cairan atau gas yang mudah terbakar dan berpotensi mengakibatkan ledakan. Penumpukan statis dari meluncur di kursi mobil Anda bahkan berpotensi menyebabkan masalah ketika datang untuk mengisi ulang gas Anda, dan sehingga Anda harus selalu menyentuh bagian logam mobil sebelum mengisi.


Tentu saja, sebagian besar waktu listrik statis benar-benar hanya fenomena yang menarik, tetapi memahami cara kerjanya dapat membantu Anda menghindari bencana dalam beberapa situasi.


LihatTutupKomentar