Listrik Statis Dijelaskan: Bagaimana Geser Bahan Menghasilkan Muatan
Lampau sebelum fisika modern, ilmuwan mengamati bahwa bahan-bahan tertentu saling tertarik setelah digosokkan. Misalnya, menggosok sutra terhadap kaca membuat kedua permukaan saling menempel, dan daya tarik tersebut berlanjut bahkan ketika objek dipisahkan.
Kaca dan sutra bukan satu-satunya bahan yang berperilaku demikian. Siapa pun yang telah menggosok balon karet terhadap rambut tahu bagaimana balon akan menempel pada rambut. Eksperimen awal juga mencatat bahwa menggosok lilin parafin dengan wol menghasilkan daya tarik yang serupa.
Fenomena ini menjadi lebih menarik ketika peneliti menemukan bahwa bahan identik, setelah digosokkan dengan kain mereka sendiri, selalu saling menolak.
Selanjutnya, sepotong kaca yang digosokkan dengan sutra menarik sepotong lilin yang digosokkan dengan wol.
Semua bahan yang menunjukkan daya tarik atau penolakan dapat dikelompokkan menjadi dua kategori: yang tertarik ke kaca dan ditolak oleh lilin, dan yang ditolak oleh kaca dan tertarik ke lilin. Tidak ada bahan yang pernah ditemukan tertarik pada keduanya atau ditolak oleh keduanya.
Perhatian kemudian beralih ke kain yang digunakan untuk menggosok. Menggosok dua potong kaca dengan dua kain sutra menyebabkan kaca dan kain saling menolak. Pola yang sama muncul ketika wol menggosok lilin.
Yang luar biasa adalah tidak ada objek ini yang menunjukkan perubahan terlihat setelah digosokkan, namun interaksi mereka berubah secara dramatis. Perubahan yang mendasarinya tidak terlihat.
Ilmuwan awal menduga bahwa “fluida” tak terlihat ditransfer selama menggosok, yang melindungi gaya melalui jarak. Charles Dufay adalah antara pertama untuk menunjukkan bahwa menggosok menghasilkan dua efek yang berbeda—daya tarik dan penolakan—yang mengarah pada konsep muatan.
Benjamin Franklin mengusulkan bahwa satu fluida ditukarkan antara objek yang digosokkan, dan dua muatan yang diamati adalah sekiranya kelebihan atau kekurangan dari fluida tersebut. Eksperimen dengan lilin dan wol menunjukkan bahwa wol menghapus fluida dari lilin, meninggalkan wol dengan kelebihan dan lilin dengan kekurangan, sehingga menciptakan daya tarik saat fluida mencoba untuk menyeimbangkan kembali.
Hipotesis Franklin menjelaskan mengapa semua bahan yang digosokkan jatuh ke salah satu dari dua kategori yang berlawanan dan mengapa mereka selalu saling menarik. Ia juga menyebut muatan lilin “negatif” (kekurangan) dan wol “positif” (kelebihan), terminologi yang bertahan hingga saat ini.
Pada tahun 1780-an, ilmuwan Prancis Charles Coulomb mengukur muatan listrik menggunakan naskah torsi, menetapkan satuan “coulomb.” Dua titik muatan 1 C, 1 m terpisah, memberikan gaya sekitar 9 × 109 N (≈ 2 × 109 lb). Satu coulomb setara dengan sekitar 6,25 × 1018 elektron, membuat muatan dasar ≈ 1,60 × 10-19 C.
Penelitian selanjutnya mengungkapkan bahwa “fluida” ini sebenarnya adalah elektron—partikel kecil yang dinamai dari kata Yunani untuk ambre, bahan yang juga menunjukkan muatan saat digosokkan.
Komposisi Atom
Semua objek terdiri dari atom, yang pada gilirannya terdiri dari proton, neutron, dan elektron. Sebagian besar atom mengandung ketiga partikel ini, namun beberapa, seperti protium (¹H¹), hanya memiliki satu proton dan satu elektron. Meskipun tidak terlihat, atom dapat digambarkan sebagai inti padat yang dikelilingi oleh elektron yang langka.
Di antara inti dan elektron terdapat sejumlah besar ruang kosong. Inti—yang terdiri dari proton dan neutron yang erat terikat—menentukan identitas elemen: mengubah jumlah proton mengubah elemen, seperti yang diharapkan oleh alkemis untuk mengubah timah menjadi emas.
Neutron mempengaruhi massa dan dapat merendap elemen radioaktif, namun mereka tidak mempengaruhi perilaku kimia. Elektron, namun, dapat dengan mudah dikeluarkan atau ditambahkan dengan energi yang relatif sedikit. Ketika elektron keluar atau masuk ke dalam atom, keseimbangan muatan positif (proton) dan negatif (elektron) berubah, memberikan atom muatan keseluruhan.
Dalam atom, proton dan elektron saling menarik melalui jarak, sedangkan muatan yang sama saling menolak. Gaya inti kuat mengikat proton dan neutron bersama dalam inti pada jarak yang sangat pendek. Karena elektron membawa muatan negatif dan proton positif, jumlah yang sama dari masing-masing menghasilkan atom netral. Elektron tambahan atau hilang menciptakan muatan bersih, membuat atom berinteraksi dengan partikel bermuatan lainnya.
Ketika dua bahan digosokkan bersama, elektron ditransfer dari satu ke yang lain—tepat “fluida” yang dijelaskan oleh Benjamin Franklin.
Apa Itu Listrik Statis?
Listrik statis timbul ketika elektron tidak terdistribusi merata di antara objek. Istilah “statis” mencerminkan bahwa elektron yang terpisah tetap sebagian besar diam pada permukaan insulator. Misalnya, eksperimen menunjukkan bahwa elektron bergerak dari wol ke lilin, berlawanan dengan asumsi awal Franklin. Penyebutan muatan—negatif untuk elektron berlebih, positif untuk kekurangan—masih digunakan.
Pada tahun 1832, Michael Faraday menunjukkan bahwa listrik statis pada dasarnya sama dengan listrik yang dihasilkan oleh baterai atau generator. Meskipun sering dianggap sebagai gangguan, listrik statis dapat merusak rangkaian semikonductor dan menyalakan serbuk mudah nyala. Namun, ia memiliki penggunaan praktis dalam xerografi, filter udara elektrostatis, dan generator Van de Graaff.
UJIAN:
- Semua bahan terdiri dari atom.
- Atom mengandung proton, neutron, dan elektron, kecuali isotop hidrogen-1.
- Elektron membawa muatan negatif; proton, muatan positif; neutron netral.
- Elektron dapat dikeluarkan atau ditambahkan lebih mudah daripada proton atau neutron.
- Jumlah proton menentukan identitas elemen.
LEMBAR KERJA TERKAIT:
- Lembar Kerja Listrik Statis
- Lembar Kerja Struktur Atom
