BAB I . LISTRIK STATIS STANDAR KOMPETENSI : Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. KOMPETENSI DASAR : Mendeskripsikan muatan listrik untuk memahami gejala-gejala listrik statis serta kaitannya dalam kehidupan sehari-hari. I.1. Memberi muatan listrik dengan cara digosok PENDAHULUAN : Studi tentang listrik dibagi menjadi 2 bagian, yaitu: Listrik statis ( muatan listrik yang tidak mengalir atau diam) Listrik Dinamis ( muatan listrik yang mengalir / bergerak / arus listrik) Orang yang pertama kali melakukan eksperimen tentang listrik statis adalah seorang ilmuwan pada zaman Yunani kuno bernama THALES OF MILETUS.

Percobaannya dengan menggunakan batu ambar pada sepotong kain wol kemudian mendekatkannya pada benda ringan ( bulu ayam). Ternyata bulu ayam itu menempel pada batu ambar, ketika muatan listrik pada batu ambar habis maka bulu ayam jatuh. Proses ini disebut sebagai listrik statis. Jadi listrik statis adalah muatan listrik yang ada hanya sementara pada suatu benda.

URAIAN MATERI : Secara mikroskopis benda tersusun atas partikel-partikel kecil yang disebut atom. Kata atom pertama kali dinyatakan oleh LEUKIPAS. Atom berasal dari bahasa Yunani dari kata ATOMOS ( A artinya tidak, TOMOS artinya dapat dibagi). Sehingga oleh JOHN DALTON disimpulkan bahwa atom merupakan bagian terkecil dari suatu benda yang tidak dapat dibagi lagi. Seiring dengan perkembangan zaman dan teknologi ternyata atom bukan lagi bagian terkecil dari suatu benda yang tidak dapat dibagi lagi. Karena atom ternyata terdiri dari proton, electron dan neutron.

Sebuah atom tersusun atas inti / nucleon / nukleus dan kulit atom Sebuah atom tersusun atas inti / nucleon / nukleus dan kulit atom. Inti atom terdiri dari proton (p)bermuatan positif dan neutron (n) bermuatan netral. sedangkan pada kulit atom terdapat partikel electron (e- ) yang bermuatan negative bergerak mengelilingi inti atom. Besar muatan proton sama dengan electron yaitu 1,6 x 10 -19 C. I C terdiri dari 6,25 x 1018 buah electron atau proton. Akibat muatan listrik yang dimilikinya, proton dan electron dapat memberikan gaya elektrostatis satu sama lain. Sementara itu netron tidak memiliki muatan listrik dan tidak mengalami gaya elektrostatis (karena netron bersifat netral).

Keterangan : X = Lambang Atom Contoh Model Atom Helium ( He) Contoh Lambang Atom : A X Z Keterangan : X = Lambang Atom Z = Nomor Atom ( jumlah proton atau electron) A = Nomor Massa Atom ( jumlah proton dan netron) Contoh Soal : 1. Atom Litium mempunyai jumlah proton = electron = 3 dan netron = 4. jika lambang atom litium adalah Li maka tulislah rumus atom litium dan gambar model atomnya!

2. Atom Helium mempunyai jumlah proton = electron = 2 dan netron = 2 2. Atom Helium mempunyai jumlah proton = electron = 2 dan netron = 2. jika lambang atom Helium adalah He maka tulislah rumus atom Helium dan gambar model atomnya! Karena proton bermuatan positif sedangkan netron tidak bermuatan maka inti atom dikatakan bermuatan positif. Pada dasarnya sebuah atom bersifat netral (jumlah proton = electron ). Tetapi dalam keadaan tertentu benda netral bisa berubah menjadi bermuatan positif atau negative. Beberapa cara yang dapat digunakan untuk menimbulkan muatan listrik pada suatu benda yaitu dengan cara digosok, konduksi dan induksi.

DENGAN CARA DIGOSOK: Jika dua benda saling bergesekan maka electron kedua benda akan berubah jumlahnya. Benda yang satu akan kehilangan electron dan yang lain akan mendapat tambahan electron. Perpindahan electron tergantung pada jenis bahan yang digosok. Contoh : Jika kita menggosok plastik dengan kain wol maka electron wol akan pindah ke plastic sehingga plastic akan bermuatan negative Jika kita menggosok kaca dengan kain sutra maka electron kaca akan pindah kekain sutra sehingga kaca bermuatan positif

Kegiatan Eksperimen 1.1 Tujuan : Memberi muatan listrik dengan cara penggosokan Alat dan bahan: * Sebuah sisir plastic * Sepotong kaca * secarik kain sutra dan wol * Potongan kertas kecil Langkah kerja: Dekatkan sisir plastic ke potongan kertas. Apakah yang kamu amati ! Gosok ujung sisir plastic dengan kain wol beberapa saat. Lalu dekatkan lagi dengan potongan kerta kecil. Apakah yang kamu amati! Dekatkan potongan kaca dengan potongan kertas. Apakah yang kamu amati! Gosok ujung kaca dengan kain sutra beberapa saat. Lalu dekatkan lagi dengan potongan kertas kecil. Apakah yang kamu amati!

DENGAN CARA KONDUKSI / HANTARAN Jika suatu konduktor (bahan yang dapat dengan mudah menghantarkan arus listrik) yang bermuatan disentuhkan dengan konduktor yang tidak bermuatan maka kedua konduktor akan saling berbagi muatan. Akibatnya konduktor yang tidak bermuatan menjadi bermuatan. Aliran muatan ini akan menimbulkan arus listrik yang akan di bahas pada bab berikutnya. Contoh konduktor :Logam ( Fe, Al, Cu dll) dan C, air , tubuh manusia. Bahan yang sulit menghantarkan arus listrik disebut isolator. Contoh Isolator kayu, plastic, karet, kapas dan kertas. Sedangkan bahan yang berada antara sifat konduktor dan isolator disebut semikonduktor. Pada suhu tinggi semikonduktor bersifat sebagai konduktor dan pada suhu rendah atau normal bersifat sebagai isolator. Contoh bahan semikonduktor adalah Arsen, Germanium dan Silikon.

PERCOBAAN DENGAN ELEKTROSKOP DENGAN CARA INDUKSI / INFLUENSI Pada metode ini terjadi pemisahan muatan pada suatu penghantar, karena pada penghantar itu didekatkan benda yang bermuatan. Contoh alat yang dapat diberi muatan listrik adalah elektroskop. ELEKTROSKOP adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui jenis muatan pada suatu benda. PERCOBAAN DENGAN ELEKTROSKOP Bagian-bagian utama elektroskop adalah 2 helai foil emas atau perak sebagai daun elektroskop, batang elektroskop dan kepala elektroskop.

Gambar Elektroskop: Bagian-bagian utama elektroskop adalah 2 helai foil emas atau perak sebagai daun elektroskop, batang elektroskop dan kepala elektroskop.

CARA MENGGUNAKAN ELEKTROSKOP: Apabila kepala / ujung elektroskop disentuh dengan benda listrik positif (kaca) maka foil mendapat gaya tarik karena muatan positif memiliki potensial tinggi sehingga muatan mengalir ke ujung elektroskop, karena elektronya telah berpindah maka foil menjadi bermuatan listrik positif dan mengalami gaya tolak menolak sehingga kedua daun elektroskop membuka lebar, sedangkan kepala elektroskop bermuatan negative Apabila kepala / ujung elektroskop disentuh dengan benda listrik negatif (sisir plastik) maka foil mendapat gaya tolak karena muatan negative memiliki potensial rendah sehingga muatan mengalir ke ujung elektroskop, karena elektronya telah berpindah maka foil menjadi bermuatan listrik negatif dan mengalami gaya tolak menolak sehingga kedua daun elektroskop membuka lebar, sedangkan kepala elektroskop bermuatan positif.

Jika kepala elektroskop yang didekatkan batang kaca disentuh dengan jari maka electron dari bumi mengalir ke elektroskop sampai menjadi netral, akibatnya foil menguncup( pada foil terdapat muatan + dan - ), ketika jari dilepas foil elektroskop tetap netral akan tetapi kepala elektroskop tetap bermuatan positif. Jika batang kaca disentuhkan lagi kekepala elektroskop maka foil mekar kembali karena muatan positif pada foil akan mengalir kekepala elektroskop dan foil bermuatan negative.

Terjadinya induksi listrik akibat adanya gesekan antara awan dan udara diangkasa yang bergerak akibat tertiup angin. Sehingga terjadilah awan yang bermuatan listrik positif dan negative. Makin lama muatan listrik pada awan makin besar. Apabila awan yang berbeda muatan ini saling berdekatan maka akan terjadi loncatan electron berupa bunga api listrik. Loncatan bunga api itu membawa energi panas yang sangat besar dan di ikuti dengan suara menggelegar yang disebut petir. Loncatan electron juga dapat terjadi antara awan dan bumi, benda yang menjadi perantara loncatan electron sering dikatakan disambar petir.

Untuk menghindari sambaran petir, bangunan bertingkat biasanya dilengkapi dengan penangkal petir. Bagian utama penangkal petir adalah batang logam lancip yang dipasang di atas bangunan (batang lancip mempunyai sifat mudah melepaskan electron). Batang tersebut dihubungkan dengan penghantar ke bumi, penghantar itu berakhir pada sebuah lempeng tembaga yang ditanam lebih kurang 2 meter didalam tanah. Jika ada awan positif mendekati ujung penangkal petir ,ujung penangkal akan terinduksi menjadi muatan negative dan muatan negative inidilepaskan ke molekul udara yang menyentuhnya.sebaliknya jika penangkal didekati awan negative maka ujung penangkal akan terinduksi menjadi muatan positif, dan electron dari awan akan ditarik dan dialirkan menuju bumi yang bersifat menetralkan.

1.2 sifat muatan listrik URAIAN MATERI PEMBELAJARAN: Ada dua jenis muatan listrik yaitu positif dan negative. Apabila muatan yang sejenis saling didekatkan maka akan terjadi gaya tolak menolak dan apabila muatan yang tidak sejenis saling didekatkan maka akan terjadi gaya tarik menarik. 1.3 Hukum Coulumb Charles Augustin Coulomb telah melakukan percobaan dengan neraca puntir. Ia memperoleh kesimpulan yang dikenal dengan hukum coulomb yang menyatakan sebagai berikut: besar gaya tolak menolak atau tarik menarik antara dua benda bermuatan listrik adalah sebanding dengan besar muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan jarak kedua benda.

Dalam bentuk rumus dapat ditulis: q1.q2 F = k --------- r2 Keterangan rumus: F = gaya tarik menarik atau tolak menolak (N) K = tetapan coulomb, dalam ruang hampa = 9.109 N m2 / C2 q1,q2 = muatan listrik masing-masing benda (C ) r = jarak kedua benda ( m ) CONTOH SOAL: Sebuah benda memiliki muatan listrik + 500 C didekatkan benda lain yang bermuatan – 200 C pada jarak 3 m. Berapa N gaya tarik menarik kedua benda tersebut! Gaya tarik menarik antara muatan + 3 µC dengan muatan lain yang berjarak 6 cm di udara adalah 54 N. tentukan besar muatan dan jenisnya!

3. Hitung besar gaya antara muatan + 50 µC dengan muatan + 20 µC diudara jika jarak antara kedua muatan itu 5 cm! Dua benda masing-masing bermuatan - 5 µC dan + 4 µC terpisah sejauh 30 cm satu sama lain. Tentukan besar dan jenis gaya coulomb yang terjadi! 5. sebuah benda memiliki muatan 30 C diletakan sejauh 6 cm dengan benda lain yang bermuatan 10 C. besar gaya antara kedua muatan tersebut adalah…. 6. Dua benda masing-masing bermuatan listrik + 6 x 108 C dan – 9 x 10-9 C. jika jarak kedua benda 50 cm, berapakah besar gaya tarik menarik antara kedua benda tersebut! 7. Dua benda pada jarak 30 cm, masing-masing mutannya 0,0002 C dan 0,00004 C tentukan besar gaya tolak menolak antara kedua benda tersebut! 8. Dua benda bermuatan listrik masing-masing – 1,5 C dan + 2 C, jarak kedua benda 20 Cm. tentukan besar gaya coulombnya!

1.4 Electric Potensial ( potensial listrik) Akibat adanya gaya tolak antara muatan yg sejenis maka menyebabkan timbulnya energi potensial pada kedua benda. Energi potensial ini disebut juga tegangan listrik,

Dirumuskan sebagai berikut: W V = ------- q Notes: W = usaha (Joule = J ) V = Potensial listrik ( Volt = V ) q = Muatan listrik ( Coulomb = C ) 1 Joule 1 Volt = ------------ 1 Coulomb Agar lebih memahami tentang potensial listrik perhatikan gambar berikut: + +++q+ ++P++++++ - - Potensial tinggi Potensial rendah

Problem Solving: Untuk memindahkan 5 C muatan listrik dari P ke titik Q diperlukan energi 60 J.Beda potensial antara titik P dan Q adalah…. Berapakah energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan 25 C pada beda potensial 12 V? Tentukan besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik 3 C dari satu titik ke titik lain dengan beda potensial 10 V? Besarnya usaha untuk memindahkan muatan 40 C adalah 4000 J. tentukan besarnya beda potensial listrik yang digunakan? Tentukan besar usaha untuk memindahkan muatan 20 C, jika beda potensial yang digunakan 3 V ?

1.5 The Electric Field (Medan Listrik) Medan listrik adalah daerah disekitar benda bermuatan listrik yg masih dipengaruhi gaya listrik.Medan listrik dilukiskan sbg garis gaya dengan arah dari muatan positif menuju muatan negatif. 1.figure: electric for lines between the negative and positif charges 2. Figure: electric force lines between two negative charges 3. Figure: electric force lines between two positive charges Notes: Garis-garis medan menunjukan arah medan listrik Garis-garis medan listrik dimulai dari muatan positif dan berakhir pada muatan negative

1.6 Electric Machine (Mesin Listrik) Electric machine is a tool to produce great electric charge. (mesin listrik adalah alat untuk menghasilkan muatan listrik yang besar). One of it is VAN DE GRAFF GENERATOR. Dasar kerja mesin ini adalah menimbulkan muatan listrik secara bergesekan.