close

Penerapan Listrik Statis

Penerapan Listrik Statis – Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang gaya Coulomb. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang penerapan listrik statis. Salah satu aplikasi dari listrik statis yang dapat kalian coba sendiri adalah menggosok-gosokkan penggaris plastik ke kain wol, lalu tempelkan pada potongan kertas. Amati ilustrasi berikut.

W1siZiIsIjIwMTUvMDYvMjMvMDQvMjEvMzQvNzUwL2NvdWxvbWJfMjAzLnBuZyJdLFsicCIsInRodW1iIiwiNjAweFx1MDAzZSIse31dXQ Penerapan Listrik Statis

Berdasarkan ilustrasi di atas, terlihat bahwa sobekan kertas membentuk kutub positif dan negatif saat didekatkan dengan penggaris yang bermuatan. Jika sobekan kertas didekatkan sampai jarak tertentu, maka akan tertarik dan naik menempel ke penggaris. Hal ini membuktikan terjadinya gaya Coulomb antara muatan di kertas dan penggaris. Gaya Coulomb (F) lebih besar daripada berat kertas (w), sehingga sobekan kertas tertarik ke atas dan menempel pada penggaris.
Dalam perkembangan teknologi, banyak mesin dan peralatan elektronik yang bekerja berdasarkan prinsip listrik statis. Alat-alat ini bekerja dengan memanfaatkan perbedaan jenis muatan dan juga gaya Coulomb yang terjadi ketika muatan-muatan listrik saling berikteraksi. Beberapa contoh yang dapat dipelajari ada sebagai berikut.

1. Penangkal petir

Molekul-molekul air yang terdapat di awan, sering mengalami gesekan satu sama lain sehingga menyebabkan molekul-molekul air menjadi bermuatan listrik. Gesekan antar molekul itu terdengar sebagai suara gemuruh, yaitu pertanda akan adanya petir atau halilintar. Meskipun muatan yang dibawa petir cukup besar, bumi masih dapat menetralkannya. Jika petir bermuatan positif, maka bumi akan menyuplai elektron dan sebaliknya. Petir cenderung menyambar benda-benda yang letaknya tinggi, seperti gedung pencakar langit.

W1siZiIsIjIwMTUvMDYvMjMvMDQvMjEvMzQvNzUwL2NvdWxvbWJfMjAzLnBuZyJdLFsicCIsInRodW1iIiwiNjAweFx1MDAzZSIse31dXQ Penerapan Listrik Statis

Untuk menghindari tersambarnya petir, gedung-gedung dilengkapi dengan penangkal petir. Penangkal petir terdiri dari logam atau kabel berukuran besar yang ujungnya ditanamkan ke tanah. Logam dan kabel bersifat konduktor sehingga dapat menyalurkan muatan listrik dari bumi ke awan. Logam penangkal petir mengandung muatan yang besarnya sama dengan petir, tetapi jenis muatannya berlawanan. Ketika tersambar petir, logam penangkal tersebut akan meneruskan loncatan muatan ke tanah, sehingga tidak merusak gedung.

2. Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang digunakan oleh ilmuwan terdahulu untuk mendeteksi muatan suatu benda. Cara kerjanya memanfaatkan induksi. Jika suatu benda di dekatkan pada ujung lingkaran, maka elektroskop akan bereaksi. Jika ujung-ujung elektroskop yang berada di dalam kaca bergerak, maka benda tersebut mempunyai muatan listrik. Jika tidak bergerak, maka benda tersebut netral. Ujung elektroskop yang ada di dalam kaca akan bergerak saling menjauhi karena mempunyai muatan sejenis yang besarnya sama. Jarak antara kedua ujung, sama dengan perhitungan gaya Coulomb pada ujung lingkaran yang didekatkan dengan benda bermuatan. Kelemahan elektroskop adalah tidak dapat membedakan muatan yang dimiliki benda tersebut positif atau negatif.

3. Elektrokardiograf

Merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi kondisi jantung seperti detak jantung, tekanan darah jantung, dsb. Alat ini bekerja berdasarkan besar-kecilnya gaya Coulomb yang ditimbulkan jantung. Jantung manusia mempunyai potensial listrik statik yang besar-kecilnya sesuai dengan kondisi jantung. Alat ini dilengkapi dengan sensor yang berupa logam kontak tipis dan ditempelkan di permukaan kulit jantung. Ketika jantung berdetak, akan timbul beda potensial di sekitar jantung. Muatan yang dihasilkan oleh jantung akan berinteraksi dengan muatan pada kontak tipis, sehingga terjadi gaya Coulomb. Gaya Coulomb inilah yang akhirnya diolah dan diterjemahkan oleh elektroradiograf sebagai pendeteksi kondisi jantung.

4. Mesin printer laser

Printer laser ini bekerja dengan memanfaatkan gaya Coulomb. Laser menembakkan elektron sesuai dengan bentuk tulisan yang diprint dari komputer ke drum assembly photoreceptor. Kemudian elektron akan menarik serbuk-serbuk tinta dari toner hopper dan akan menempel pada kertas yang dilewatkan di bawahnya. Setelah diberi serbuk, kertas akan melewati fuser yang berfungsi sebagai pemberi panas pada kertas, sehingga serbuk tinta menempel pada kertas. Printer laser ini menghasilkan keluaran berupa berwarna hitam-putih karena tonernya hanya bisa menampung tinta hitam.

Contoh Soal 1

Sebuah penggaris yang telah digosokkan kain wol mempunyai muatan sebesar +12 x 10-9 C. Penggaris digunakan untuk menarik sobekan kertas yang memiliki massa 0,02 gr. Kemudian kertas terpolarisasi dan memiliki muatan -12 x 10-9 C di bagian ujungnya. Agar kertas dapat tertarik ke penggaris, maka pada jarak minimal berapakah penggaris harus didekatkan dengan kertas ?
Penyelesaian
Diketahui:
Q1 = +12 x 10-9 C
Q2 = -12 x 10-9 C
m = 0,02 gr = 2 x 10-5 kg
g = 10 m/s2
k = 9 x 109 Nm2/C2
Ditanyakan: r ?
Jawab:
Agar dapat mengangkat sobekan kertas, gaya Coulomb minimal harus sama besar atau lebih besar daripada berat dari sobekan kertas sehingga berlaku persamaan berikut.

F=w 

kQ1Q2r2=mg 

r2=kQ1Q2mg 

r2=(9×109)(12×109)(12×109)(2×105)(10) 

r2=9×72×105 

r2=64,8×104 

r=8,04×102m=8,04cm 

Jadi, sobekan kertas dapat tertarik ke penggaris pada jarak minimal 8,04 cm.

Contoh Soal 2

Untuk menarik potongan kertas yang massanya 10 mgr, berapakah gaya Coulomb yang diperlukan?
Penyelesaian
Diketahui:
m = 10 mgr = 10-5 kg
g = 10 m/s2
Ditanyakan: F ?
Jawab:
Potongan kertas dapat tertarik jika gaya coulomb lebih besar daripada gaya gravitasi yang menarik kertas ke bawah.

F > w

F > mg

F > 10-5 x 10

F > 10-4 N

Jadi, gaya Coulomb yang diperlukan lebih dari 10-4 N.

Penerapan Listrik Statis | Admin | 4.5