LISTRIK PERTEMUAN OL 12 HARLINDA SYOFYAN, S.Si., M.Pd PENDIDIKAN GURU SEKOLAH DASAR FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

KEMAMPUAN AKHIR YANG DIHARAPKAN Mampu memahami pengertian Listrik Statis Mampu memberi contoh listrik statis

PETA KONSEP

PENGERTIAN LISTRIK STATIS Listrik statis (dalam bahasa inggris disebut electrostatic) adalah ilmu yang mempelajari pengumpulan muatan listrik dan sifat-sifatnya pada suatu benda. Listrik statis berkaitan dengan gejala kelistrikan yang diam atau tidak mengalir. Listrik statis tidak dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain, melainkan hanya menyala sekejap di satu tempat. Jadi, listrik statis tidak dapat menghasilkan arus listrik.

SEJARAH LISTRIK STATIS Listrik statis pertama kali ditemukan oleh ahli matematika berkebangsaan Yunani Kuno, Thales of Miletus (625-547 SM).  Kala itu, beliau mengambil batu berwarna kuning yang disebut dengan batu ambar. Thales kemudian menggosok-gosokkan batu tersebut dengan kain wol. Tanpa diduga, bulu ayam yang berada di sekitarnya tertarik dan menempel. Dalam penggosokan tersebut, ternyata Thales telah memberikan muatan listrik ke batu ambar melalui kain wol. Muatan inilah yang menyebabkan bulu ayam yang berada di sekitar batu ambar tertarik dan menempel pada batu ambar tersebut. Inilah kemudian menjadi sejarah awal ditemukannya listrik statis.

CONTOH PROSES TERJADINYA LISTRIK STATIS Peristiwa listrik statis dapat terjadi baik pada isolator maupun konduktor. Peristiwa listrik statis terjadi setelah adanya materi yang menjadi bermuatan karena proses gesekan (gosokan). Diistilahkan dengan charging by friction, atau menjadi bermuatan karena gesekan. Gesekan atau gosokan antara dua materi ini akan membuat electron dari atom materi yang satu berpindah ke atom materi yang lain, sehingga kedua materi menjadi bermuatan. Materi yang melepaskan elektronnya, menjadi bermuatan positif, sebaliknya bermuatan negatif. Jadi, perpindahan elektron pada peristiwa listrik statis terjadi karena proses gesekan atau gosokan.

CONTOH PROSES TERJADINYA LISTRIK STATIS (2) Setelah materi menjadi bermuatan listrik maka terjadilah peristiwa listrik statis, seperti penggaris plastik bermuatan menarik serpihan kertas. Penggaris plastik yang awalnya tidak bermuatan atau netral digosok- gosok dengan kain wol, elektron-elektron yang ada pada kain wol akan berpindah ke penggaris plastik tersebut. Akibatnya, penggaris plastik disebut sebagai benda yang bermuatan listrik negatif. Ketika penggaris tersebut didekatkan ke sobekan kertas, sobekan kertas akan tertarik oleh penggaris. Hal tersebut menunjukkan bahwa benda yang bermuatan listrik negatif dapat menarik benda-benda ringan di sekitarnya yang bermuatan listrik positif.

CONTOH PROSES TERJADINYA LISTRIK STATIS (2) Setelah materi menjadi bermuatan listrik maka terjadilah peristiwa listrik statis, seperti penggaris plastik bermuatan menarik serpihan kertas. Penggaris plastik yang awalnya tidak bermuatan atau netral digosok- gosok dengan kain wol, elektron-elektron yang ada pada kain wol akan berpindah ke penggaris plastik tersebut. Akibatnya, penggaris plastik disebut sebagai benda yang bermuatan listrik negatif. Ketika penggaris tersebut didekatkan ke sobekan kertas, sobekan kertas akan tertarik oleh penggaris. Hal tersebut menunjukkan bahwa benda yang bermuatan listrik negatif dapat menarik benda-benda ringan di sekitarnya yang bermuatan listrik positif.

CONTOH PROSES TERJADINYA LISTRIK STATIS (3) Sisir yang telah digosok dengan kain wol dapat menarik sobekan-sobekan kertas. Mengapa hal ini terjadi? Pada awalnya, kain wol dan sisir keduanya tidak bermuatan. Tidak bermuatan berarti jumlah elektron dan proton dalam atom plastik dan wol tersebut adalah sama. Gosokan kain wol pada sisir mengakibatkan elektron-elektron yang terdapat pada kain wol berpindah ke sisir. Dengan demikian, sisir tersebut akan menerima elektron dari kain wol sehingga jumlah elektronnya lebih banyak daripada protonnya. Sisir tersebut menjadi bermuatan negatif. Ketika didekatkan dengan sobekan-sobekan kertas, sobekansobekan kertas ini akan tertarik oleh sisir tersebut. Dengan menggosok-gosokkan dua benda (sisir dan kain wol) dapat membuat benda bermuatan listrik. Metode ini disebut metode gesekan.

CONTOH PROSES TERJADINYA LISTRIK STATIS (4) Contoh lain adalah ebonit akan bermuatan negatif jika digosok dengan kain wol dan kaca akan bermuatan positif jika digosok dengan kain sutra. J Jadi, dapat disimpulkan bahwa sebuah benda yang bermuatan listrik dapat menarik bendabenda di sekitarnya. Listrik statis adalah listrik yang muatanmuatannya tidak mengalir atau ada dalam keadaan diam.

MUATAN LISTRIK Atom terdiri atas inti atom yang tersusun oleh proton dan neutron. Inti atom ini diselimuti oleh kulit atom. Pada kulit atom, terdapat elektron-elektron. Proton disebut juga muatan positif, sedangkan neutron merupakan muatan listrik netral. Adapun elektron adalah muatan listrik negatif.

MUATAN LISTRIK (2) Suatu materi mempunyai jumlah proton sama dengan jumlah elektron, materi tersebut dikatakan tidak bermuatan atau netral. Jika jumlah proton lebih banyak daripada jumlah elektron, sehingga atom-atomnya kekurangan elektron, maka atom tersebut dikatakan bermuatan positif. Adapun atom dikatakan bermuatan negatif jika jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton, sehingga atom-atomnya kelebihan elektron.

MUATAN LISTRIK ELEMENTER Suatu benda dikatakan bermuatan listrik jika atom-atom benda tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Besarnya muatan listrik bergantung pada seberapa banyak atom-atom tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Semakin banyak atom-atomnya kekurangan atau kelebihan elektron, maka semakin besar muatannya. Dalam sistem satuan internasional (SI), satuan muatan adalah Coulomb (C). Berapakah muatan listrik sebuah elektron, proton, dan neutron? Muatan elektron= –1,6 × 10-19 Coulomb Muatan proton = +1,6 × 10-19 Coulomb Muatan neutron = 0 (tidak bermuatan)

MANFAAT / PENERAPAN LISTRIK STATIS

1. PENGECATAN MOBIL Pada saat cat disemprot, butiran halus cat akan memiliki muatan karena bergesekan dengan udara. Permukaan mobil yang akan dicat diberi muatan yang berlawanan dengan muatan butir-butir cat agar butiran cat dapat tertarik ke permukaan mobil tersebut. Cara ini sangat efektif diterapkan pada permukaan yang tidak rata. Hal ini terjadi karena butir cat menempel dengan mengikuti medan listrik yang ada. Akibatnya, butir-butir cat akan menutupi semua permukaan mobil yang mungkin tersembunyi dari semprotan cat. Cara ini dapat menghasilkan hasil pengecatan yang rata dan menjangkau tempat yang tersembunyi.

2. MESIN FOTOCOPI Mesin fotokopi memiliki bagian utama berupa pelat foto konduktif. Pelat ini tidak mampu menghantarkan listrik ketika berada dalam ruang yang gelap. Pelat konduktif ini baru akan menghantarkan listrik jika dikenai cahaya. Mula-mula pelat foto konduktif diinduksi dengan menggerakkan kawat bermuatan listrik negative di sepanjang permukaannya. Di permukaan pelat foto itu akan terbentuk muatan induksi yang bermuatan positif. Ketika kertas yang akan difotokopi disinari, pantulan cahaya mengenai pelat foto konduktif yang telah mengandung muatan induksi. Akibatnya, terbentuk muatan listrik persis seperti pada kertas yang akan dikopi. Kemudian, tinta yang bermuatan negatif disemprotkan pada pelat. Selanjutnya, tinta itu dipindahkan ke kertas lain untuk membuat fotokopinya. Ketas ini dipanaskan agar tinta menempel kuat.

BAHAYA LISTRIK STATIS

1. PETIR (HALILINTAR) Udara panas yang naik ke langit saat hari sedang cerah dapat mengandung muatan. Muatan ini akan diberikan ke butiran air di awan. Jika melintas di atas gedung, awan bermutan negatif besar menimbulkan induksi pada atap gedung. Karena muatan induksi berlawanan dengan muatan awan, mengakibatkan tarik-menarik antara keduanya. Jika kedua muatan ini sangat besar, maka akan menimbulkan aliran elektron dalam jumlah banyak ke atap gedung. Aliran itu berbentuk loncatan bunga api listrik yang disebut petir. Petir selalu mencari jalan tersingkat untuk sampai ke bumi. Dengan begitu, muatan listrik yang dikandung awan mendung dapat ternetralkan. Olehnya itu, gedung tinggi, pepohonan, dan bahkan orang yang berdiri ditengah lapangan saat hujan dapat menjadi sasaran petir.

2. KEBAKARAN TANGKI MINYAK Tangki minyak ketika dalam keadaan kosong akan mengandung banyak uap gas yang rentan terbakar. Uap ini dapat meledak atau terbakar jika ada loncatan bunga api yang ditimbulkan aktivitas listrik statis. Olehnya itu, orang yang bekerja di dalam atau dekat tangki harus memakai pakaian khusus anti listrik statis.

PENGERTIAN RANGKAIAN SERI Rangkaian seri adalah salah satu model rangkaian listrik yang dikenal dewasa ini. Rangkaian seri adalah suatu rangkaian yang semua bagian-bagiannya dihubungkan berurutan, sehingga setiap bagian dialiri oleh arus listrik yang sama. Rangkaian ini disebut juga dengan rangkaian tunggal, membiarkan listrik mengalir keluar dari sumber tegangan, melalui setiap bagian, dan kembali lagi ke sumber tegangan. Kuat arus yang mengalir selalu sama di setiap titik sepanjang rangkaian. Hambatan yang dirangkai secara seri akan semakin besar nilai hambatannya. Sedangkan, lampu yang dirangkai secara seri nyalanya menjadi semakin redup. Apabila satu lampu mati, maka lampu yang lain juga akan mati.

CIRI-CIRI RANGKAIAN SERI Ciri-ciri rangkaian seri adalah semua komponen listrik yang akan dipasang disusun secara berderet atau berurutan. Kabel penghubung semua komponen tersebut tidak memiliki percabangan sepanjang rangkaian, sehingga hanya ada satu jalan yang dilalui oleh arus. Akibatnya, arus listrik (I) yang mengalir di berbagai titik dalam rangkaian sama besarnya, sedangkan beda potensialnya berbeda. Artinya semua komponen yang terpasang akan mendapat arus yang sama pula. 

CIRI-CIRI RANGKAIAN SERI (2) Rangkaian seri memiliki hambatan total yang lebih besar daripada hambatan penyusunnya. Hambatan total (Rtotal) ini disebut hambatan pengganti. Beda potensial atau tegangan total (Vtotal) dari rangkaian seri adalah hasil jumlah antara beda potensial pada tiap resistor. Semua pernyataan ini dapat dirumuskan menjadi:

CIRI-CIRI RANGKAIAN SERI (3) Keuntungan menggunakan rangkaian seri adalah dapat mengurangi biaya pemakaian kabel listrik. Sedangkan kelemahannya, energi yang diserap masing-masing alat listrik menjadi semakin kecil. Contoh: lampu menjadi redup jika dirangkai seri. Jika salah satu dari komponen listrik putus/rusak maka semua komponen tidak dapat bekerja. Selain itu, hambatan listrik jika komponen dirangkai seri akan semakin besar.

BEBERAPA GAMBAR RANGKAIAN SERI Rangkaian Seri Resistor

BEBERAPA GAMBAR RANGKAIAN SERI Rangkaian Seri pada Lampu

PENGERTIAN RANGKAIAN PARALEL Rangkaian paralel adalah salah satu model rangkaian yang dikenal dalam kelistrikan. Secara sederhana, rangkaian paralel diartikan sebagai rangkaian listrik yang semua bagian-bagiannya dihubungkan secara bersusun. Akibatnya, pada rangkaian paralel terbentuk cabang di antara sumber arus listrik. Rangkaian ini disebut juga dengan rangkaian bercabang. Dalam rangkaian ini, semua percabangan yang ada dapat dilalui oleh arus listrik. Di setiap cabang itulah komponen listrik terpasang, sehingga masing-masing komponen itu memiliki cabang dan arus tersendiri. Arus tersebut mengaliri semua komponen listrik yang terpasang secara bersamaan. Rangkaian paralel diperlukan jika kita akan melakukan pengaturan arus listrik, dengan membagi arus listrik dengan cara merubah beban yang lewat di tiap percabangan.

CIRI – CIRI RANGKAIAN PARALEL Semua komponen listrik terpasang secara bersusun atau sejajar. Pada rangkaian paralel arus yang mengalir pada setiap cabang berbeda besarnya. Setiap komponen terhubung dengan kutub positif dan kutub negatif dari sumber tegangan, artinya semua komponen mendapat tegangan yang sama besar. Sedangkan, hambatan totalnya menjadi lebih kecil dari hambatan tiap- tiap komponen listriknya. Semuanya dapat ditulis dalam bentuk rumus matematis:

CIRI – CIRI RANGKAIAN PARALEL (2) Kelebihan menggunakan rangkaian paralel adalah apabila saklar dimatikan, maka tidak semua komponen mati kecuali  komponen yang dihubungkan dengan saklar yang dimatikan, misalnya lampu. Selain itu, Jika ada salah satu cabang atau komponen listrik yang putus atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi. Sebab masih ada cabang lain yang dapat dialiri arus listrik dan komponen yang tidak rusak itu masih mempunyai hubungan dengan kedua kutub sumber tegangan. Sedangkan, kelemahan rangkaian paralel adalah dibutuhkan lebih banyak kabel atau penghantar listrik untuk menyusun seluruh rangkaian.

GAMBAR RANGKAIAN PARALEL Rangkaian Paralel Lampu

GAMBAR RANGKAIAN PARALEL Rangkaian Paralel Baterai

RANGKAIAN LISTRIK Rangkaian listrik adalah susunan alat-alat listrik yang dihubungkan dengan sumber listrik sehingga menghasilkan arus listrik. Arus listrik  adalah aliran muatan listrik dari kutub positif (tegangan tinggi) ke kutub negatif (tegangan rendah).  Berdasarkan mengalir tidaknya arus, rangkaian listrik dibagi menjadi dua macam: Rangkaian Terbuka: susunan alat-alat listrik yang terputus sehingga arus listrik tidak mengalir. Rangkaian Tertutup: susunan alat-alat listrik yang menyebabkan arus mengalir. 

RANGKAIAN LISTRIK (1) gambar 1(a) menunjukan rangkaian terbuka yang mengakibatkan arus tidak mengalir dan lampu mati gambar 1(b) menunjukan rangkaian tertutup yang mengakibatkan arus mengalir dan lampu menyala

RANGKAIAN LISTRIK (2) Berdasarkan pemasangannya, rangkaian listrik dibedakan menjadi tiga macam: 1. Rangkaian Seri: susunan alat-alat listrik yang dipasang secara berurutan atau tanpa adanya cabang. gambar 2a menunjukan lampu yang dipasang seri  gambar 2a menunjukan baterai yang dipasang seri Keuntungan Rangkaian Seri: nyala lampu lebih terang  Kerugian Rangkaian Seri: # baterai cepat habis (boros)                                          # jika satu lampu mati, yang lain ikut mati

RANGKAIAN LISTRIK (4) 2. Rangkaian Paralel: susunan alat-alat listrik yang dipasang secara bercabang. gambar 3(a) menunjukan lampu yang dipasang paralel gambar 3(b) menunjukan baterai yang dipasang paralel Keuntungan Rangkaian Paralel: # baterai lebih awet                                                     # jika satu lampu mati, yang lain tetap menyala Kerugian Rangkaian: nyala lampu lebih redup

RANGKAIAN LISTRIK (5) 3. Rangkaian Campuran: susunan alat-alat listrik yang dipasang secara seri dan paralel gambar 4 menunjukan lampu yang dipasang campuran. gambar 4 merupakan rangkaian tertutup sehingga arus mengalir

RANGKAIAN LISTRIK (6) Dari gambar 4 dapat kita simpulkan sebagai berikut: a. Lampu A dengan Lampu B dipasang secara Seri b. Lampu A dengan Lampu C dipasang secara Paralel c. Lampu B dengan Lampu C dipasang secara Paralel d. Lampu D dipasang secara seri dengan lampu A/B/C e. Jika Lampu D mati, maka lampu yang lain akan mati f. Jika lampu A mati, maka Lampu B mati, Lampu C dan D tetap Menyala g. Jika Lampu C mati, maka Lampu A, B, dan C akan tetap Menyala

LATIHAN SOAL Kerjakanlah soal-soal berikut : Apa yang dimaksud Listrik Statis? Berikan contoh penerapan Listrik statis! Jelaskan muatan elementer listrik ! Tuliskan bahaya listrik statis! Tuliskan penemu listrik statis! Apa perbedaan rangkaian seri dam rangkaian paralel? Gambarkan contoh rangakaina seri dan rangkaian paralel! Jelaskan keuntungan dan kerugian memakai rangkaian seri dan rangkaian paralel!.

SELAMAT BELAJAR