Konsep Dasar Listrik Statis

KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur atas kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan karunia-Nya, saya dapat menyelesaikan tugas makalah ini. Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan makalah yang berjudul “Alat-alat Optik” ini tidak lepas dari kesalahan dan kekurangan. Sehubungan dengan hal tersebut, maka saya mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca guna kesempurnaan makalah ini kedepan. Atas selesainya penyusunan tugas ini, saya sampaikan rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan atau dorongan. Saya berharap, semoga makalah ini bermanfaat.

Kendal,  14 Februari 2013


Penyusun

















BAB I
PENDAHULUAN
Konsep Dasar Listrik Statis

Ledakan petir merupakan contohnyata keberadaan listrik. Petir merupakan hasil pelepasan muatan listrik di awan. Energy yang dilepaskan petir sangat besar sehingga menimbulkan cahaya panas dan bunyi gelegar yang sangat keras. Tahukah anda bahwa besarnya tegangan listrik yang berasal dari petir dapat menghidupkan jutaan kendaraan?
Kehidupan manusia sering terhubung dengan listrik. Dapatkah anda bayangkan, bagaimana kehidupan di bumi jika tidak ada listrik? Dari manakah listrik ini berasal? Listrik yang kita gunakan sehari-hari adalah listrik yang mengalir (dinamis).
Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang berada dalam keadaandiam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yangtelah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas.Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik. Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif.
Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan electron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda. Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.


BAB II
PEMBAHASAN

A.  Hokum coulomb
1.   Interaksi Elektostatis antar dua muatan listrik
    Di kelas XI anda telah mempelajari hokum Grafitasi Newton yang menyatakan bahwa gaya tarik-menarik antara dua benda sebanding dengan hasil kali dua besaran yang menjadi cirri dari kedua benda tersebut. Cirri yang dimaksud adalah massa benda. Demikian pula halnya pada gaya listrik antar muatan. Gaya listrik antarmuatan terjadi akibat adanya besaran-besaran yang menjadi cirri dari kedua muatan tersebut. Besaran ini disebut muatan listrik
    Satu perbedaan dari kedua gaya tersebut adalah pada gaya listrik terdapat dua macam gaya, yaitu gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak. Adapun dari gaya Grafitasi Nweton tidak terdapat gaya tolak-menolak, hanya ada gaya tari-menarik.
    Benjamin Franklin menyarankan agar muatan lisrtik diberi nama muatan positif dan muatan negative, untuk mrmbedakan muatan-muatan yang menyebabkan gaya tolak-menolak dengan gaya tarik-menarik. Muatan positif merupakan muatan-muatan yang sejenis dengan muatan pada batang kaca yang digosokkan dengan kain sutra, sedangkan muatan negative adalah muatan-muata yang sejenis dengan muatan pada penggaris plastic yang digosokkan dengan kain wol. Dua benda yang bermuatan sejenis akan melakukan gaya tarik-menarik.
    Cara  terbaik dalam mempelajari gejalah kelistrikan diawali dengan pengetaahuan secara umum tentang pertikel-partikel penyusun materi. Materi tersusun atas molekul-molekul. Molekul unsure tersusun atas atom-atom. Atom terdiri atas inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh sejumlah electron yang bermuatan negative sehingga muatan total atom sama denagn nol. Didalam inti atom terdapat proton yang bermuatan positifdan neutron yang tidak (bermuatan netral).
    Suatu benda dikatakan bermuatan listrik negatif jika benda tersebut kelebihan electron, sedangkan suetu benda dikatan bermuatan listrik positif jika benda tersebut kekurangan elektron. Benda yang tidak bermuatab (netral) adlah benda yang jumlah muatan positifnya sama dengan jumlah muatan negatifnya.
    Saat batang kaca digsok dengan kain sutra maka electron-elektron dari batang kaca berpindah ke kain sutra sehingga batang kaca kekurangan electron dan bermuatan positif. Pada penggaris plastik digosok dengan kain wol, electron dari kain wol berpindah kepenggaris plastic sehingga batang plastik menjadi kelebihan elektrondan bermuatan negatif.
2.  Gaya Coulomb antar Dua Muatan Titik
    Telah kiketahui bahwa gaya listrik terjadi akibat adanya muatan listrik. Jenis muatan menentukan gaya listrik tersebut tarik-menarik atau tolak-menolak. Seorang ahli fisika berkebangsaan Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb untuk kali pertama menyelidiki hubungan antar dua muatan listrik, dalam penelitiannya tersebut ia menggunakan neraca punter,
3.  Resultan Gaya Coulomb pada Sebuah Muatan Akibat Pengaruh Muatan-Muatan Lain
    Secara umum, gaya total yang bekerja pada sebuah muatan merupakan resulan (panjumlahan vector) dari gaya-gaya yang bekerja pada muatan tersebut akibat interaksi dengan muatan-muatan yang ada disekitarnya.

B.     Kuat Medan Listrik
Gaya antar dua buah partikel bermuatan yang dipisahkan oleh suatu jarak tertentu tampak kontak antar keduanya disebut sction at a distance. Cara pandang lain melihat gaya listrik yaitu, menggunakan konsep medan. Medan adalah ruang disekitar benda dimana setiap titik didalam ruang tersebut akan berpengaruh oleh gaya yang ditimbulkan oleh benda. Oleh karena partikel yang dibahas menghasilkan gaya listrik, maka medan disekitar partikel itu disebut medan listrik.
Medan listrik dapat digambarkan denagn garis-garis listrik yang menjahui (keluar dari) muatan positif dan mendekati (masuk ke) muatan negative.
Kerapatan garis-faris gaya listrik menggambarkan besarnya kuat medan listrik. Apabila dalam suatu ruang terdapat dua buah benda bermuatanb listrik yang sama besar.
Benda bermuatan listrik ialah benda yang mempunyai kelebihan sejumlah elektron atau proton. Benda yang kelebihan sejumlah elektron akan bermuatan negatif dan yang kelebihan sejumlah proton dikatakan bermuatan positif. Sekelompok partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu menempati suatu volume tertentu. Jika ukuran volume yang ditempati partikel-partikel bermuatan tersebut sedemikian kecilnya dibandingkan dengan jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan tersebut dikatakan muatan titik.
Dalam literatur biasa digunakan huruf q atau Q untuk menyatakan jumlah kelebihan muatan positif atau negatif pada suatu benda. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap muatan Q besar atau kecil, positif atau negatif adalah merupakan kelipatan dari: e =1,602 X 1O-19 C. Di sini e adalah muatan untuk satu elektron dan Coulomb (C) adalah satuan muatan listrik. Sifat muatan listrik yaitu :
Benda yang bermuatan listrik sejenis, saling tolak-menolak.
Benda yang bermuatan listrik berlainan jenis, saling tarik menarik.

Dengan mencermati sifat-sifat dari garis gaya medan listrik maka kita akanmen dapatkan tiga karakteristik garis-garis gaya medan tersebut sebagai berikut.
Garis gaya medan listrik tidak pernah berpotongan satu dengan yang lainnya.
Garis-garis gaya medan listrik selalu mengarah radial ke luar menjauhi muatan positif dan ke dalam menuju muatan negatif.
Tempat dimana garis-garis gaya medan listrik rapat menunjukkan medanlistrik yang kuat; sebaliknya tempat dimana garis-garis gaya medan listrik merenggang menunjukkan medan listrik yang lemah.
Selain hal di atas, penting untuk diperhatikan bahwa setiap muatan listrik selalu menghasilkan garis gaya listrik yang senantiasa menuju kepada muatanyang lebih negatif. Oleh karenanya kuat medan listrik di alam senantiasa memberi pengaruh kepada muatan-muatan lainnya termasuk terhadap muatan listrik yang adadalam tubuh kita. Jika kekuatan medan listrik (dan juga kuat medan elektromagnet) melebihi ambang batas dapat membahayakan kesehatan manusia. Rekomendasi Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) tahun 1987 menyebutkan bahwa kuat medan listrik di bawah 104 V/m atau 104 N/C tidak membahayakan manusia

1.   Kuat Medan Listrik Akibat Sebuah Muatan Titik
Efek medan listrik suatu muatan sumber q dapat ditinjau dengan meletakkan suatu muatan di sekitar medan listrik yang jauh lebih kecil dari pada muatan yang akan di hitung kuat medannya. Syarat muatan ujio seperti ini bertujuan agar muatan uji tidak mempengaruhi kuat medan yang akan di ukur.
Arah kuat medan listrik di suatu titik selalu searah dengan gaya yang dialami oleh muatan uji positif di titik tersebut sehingga arah kuat medan di suatu titk oleh muatan positif akan menjauh, sedangkan muatan negative akan mendekat.
2.  Kuat Medan Listrik Akibat Dua Muatan Titik

C.  Hukum Gauss
Setelah anda mengetahui cara menentukan kuat medan listrik akibat partikel-partikel bermuatan, bagaimanakah cara menentukan kuat medan listrik akibat suatu distribusi muatan yang tersebar dalam suatu benda? Untuk menentukan kuat medan listrik akibat distribusi muatan tertentu, anda dapat menggunakanHukum Gauss. Hokum Gauss dinyatakan dalam banyaknya garis medan yang keluar dari suatu permukaan tertutup.
1.   Fluks Listrik
Apabila terdapat garis-garis gaya listrik dari suatu medan listrik homogeny yang menembus tegak lurus suatu bidang luas A, jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus tegak lurus bidang tersebut didefinisikan sama dengan perkalian antara E dean A.
2.  Kuat Medan Listrik pada Pelat Konduktor
Dalam suatu konduktor ada banyak sekali partikek-partikelbermuatan, yang didistribusinya tersebar didalan konduktor sehingga untuk menentukan kuat medannya dapat digunakan Hukum Gauss. Untuk menghitung kuat medan listrik pada suatu jarak tertentu, gunakan konsep Hukum Gauss sehingga harus dibuat terlebih dahulusuatu permukaan tertutup. Permukaan tertutup yang memudahkan perhitungan untuk kasus ini adalah berbentuk slinder.
3.  Kuat Medan Listrik pada Bola Konduktor Berongga
Jika sebuah bola konduktor berongga atau kulit bola yang berjari-jari diberi muatan listrik, maka muatan tersebut akan menyebar merata di permukaan bola sehinnga di dalam bola tidak terdapat muatan.

D.  Energi potensial Listrik dan Potensial Listrik
1.   Energi Potensial Listrik
Penjelasan mengenai energy potensial listrik serupa dengan penjelasan mengenai energy potensial akibat adanya medan gravitas. Energy potensial listrik akan timbul jika subuah muatan  uji didekatkan pada subuah muatan. Besarnya energy potensial yang timbul pada muatan sebanding denagn usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb. Perubahan energy potensial yang terjadi sama dengan isaha yang dilakukan oleh gaya coulomb untuk berpindah dan dapat dinyatakan dengan persamaan.
2.  Potensial Listrik
a.    Potensial Listrik oleh Sebuah Muatan Titik
b.    Potensial Listrik oleh Beberepa Muatan Titik
Potensi listrik adalah besaran skalar (tidak memiliki arah) sehingga potensial listrik total di suatu listrik akibat beberapa muatan lainnya merupakan penjumlahan aljabar biasa dari potensial listrik setiap muatan tersebut.
c.  Potensial listrik pada Bola Konduktor Berongga
anda telah mempelajari tentang kuat medan listrik pada bola konduktor berongga pada pembahasan sebelumnya, dimana kuat medan listrik di dalam bola sama dengan nol. Dapat disimpulkan bahwa potensial listrik dalam bola konduktor berongga sama dengan potensial listrik di permukaan bola resebut. Oleh karna potensial di seluruh ruang dalam bola konduktor berongga sama, dapat dikatakan bahwa bidang di dalam bola adalah bidang ekipotensial. Bidang ekipotensial adalah bidang yang setiap titik pada bidangtersebut memiliki potensial listrik sama.
3. Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik
a)      Sebuah pertikel Dipengaruhi oleh Potensial Listrik
Apabila ada partikel hanya terdapat resultan gaya yang berasal dari gaya coulomb, pada partikel tersebut berlaku hukum kekekalan Energi Mekanik.
b)      Sebuah partikel di Antara Dua Pelat Sejajar

E.  Kapasitor
     Kapasito adalah komponen listrik yang memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik. Pada perinsipnya, kapasitor terdiri atas du permukaan konduktor yang dipisahkan oleh suatu bahan isolator sehingga kedua permukaan konduktor tersebut memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik.
Pada pembahasan sebelumnya, telah dipelajari sebelumnya bahwa pada dua buah benda yang bermuatan tidak sejenis akan terdapat gaya elektrostatis yang tarik-menarik.
Fungsi kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik, yaitu:
Untuk menyimpan muatan listrik dan energi listrik;
Untuk memiliki frekuensi pemancar pada pesawat radio;
Sebagai perata tegangan dalam catu daya ( power supply);
Untuk menghilangkan percikan api pada sistem pengapian mobil.
1.   Kapasitas Kapasitor
Kemampuan kapasitor untuk memperoleh dan menyimpan muatan listrik disebut kapasitor atau kapasitansi. Satuan kapasitas kapasitor adalah farad (f). Kapasitas suatu kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan tetap antara muatan yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial antara kedua pelat konduktornya. Suatu kapasitor memiliki kasitansi satu farad apabila beda potensial sebesar satu volt menghasilkan muatan sebesar satu coulomb pada kapasitor tersebut.
Kapasitas kapasitor pelat sejajar
Dielektrik
Dielektrik adalah bahan isolatoryang digunkan untuk memisahkan kedua pelat konduktor pada suatu kapasitor pelat sejajar. Pemasangan dielektrik tersebut dapat meningkatkan kapasitas kapasitor.
Efisiensi relatif suatu bahan sebagai deiletrik di tujukan oleh konstanta dieletrik (K) dan permitivitas bahan. Konstanta dieletrik suatu baan di definisikan sebagai perbandingan antara kapasitas kapasitor pelat sejajar yang menggunakan dieletrik dari bahan tersebut dan kapasitor pelat sejajajr yang mengggunakan udara sebagai dieletriknya.
Maka dapat di simpulkan bahwa kapasitas kapasitator pelat sejajar bergantung pada dimensi kapasitator (luas pelat dan jrak pelat) serta bhan yang mengisi ruang antara kedua pelat. Perlu di ketahui pula bahwa kapasitas kapasitor tidak bergantung pada muatan yang tersimpan di dalam kapasitor dan beda potensial antara kedua pelatnya.
2. Rangkaian Kapasitor
a.  Rangkaian Seri Kapasitor
Tujuan Merangkai Seri kapasitor yaitu untuk mendapatkan kapasitas kapasitor yang lebih kecil sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan untuk mendapatkan kapasitas yang lebih besar maka kapasitor di rangkai secara paralel.
b.  Rangkaian Paralel kapasitor
Tujuannya yaitu untuk merangkai seri paralel kapasitor yang di rangkai secara paralel.

3. Energi yang Tersimpan Dalam Kapasitor
Salah Satu Fungsi kapasitor yaitu untuk menyimpan energi listrik. Jika pada awalnya beda potensial antara kedua plat kapasitor  sama dengan nol, maka kapasitor tersebut tidak akan menyimpan muatan. Setelah kapasitor tersebut di hubungkan dengan baterai maka kapasitor akan terisi oleh muatan hingga beda potensial antara kedua plat kapasitor sama dengan beda potensial baterai.

 















BAB III
Penutup

Tinjauan mengenai konsep kelistrikan dilandasi dari pembicaraan mengenai listrik statis. Sesuai dengan namanya, listrik statik merupakan kajian mengenai kelistrikan yang mempelajari muatan listrik yang dalam keadaan diam. Telah lama orang memperhatikan fenomena sebuah benda yang dapat menarik  benda-benda tertentu.
Keajaiban yang semula dianggap sebagai sihir ini kemudian terbukti bahwa ada suatu kejadian fisis yang berkaitan dengan adanya gejala kelistrikan. Gejala kelistrikan statik baru dipelajari secara intensif oleh Dufay (pada tahun 1700-an) dimana ia berhasil menunjukkan ada dua jenis gejala,yaitu gejala listrik dapat menimbulkan efek tarik-menarik pada benda tertentu dan gejala listrik dapat menimbulkan efek tolak-menolak.
Pada perkembangan selanjutnya didefinisikan bahwa ada dua jenis muatan listrik: muatan positif danmuatan negatif. Charles Augustin de Coulomb menemukan bahwa muatan-muatansejenis akan menimbulkan efek tolak-menolak sedangkan muatan-muatan tidak sejenis akan menimbulkan efek tarik-menarik. Gaya tarik atau gaya tolak ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda/muatan dan sebandingdengan besarnya muatan benda tersebut.Cara lain dalam menjelaskan gejala kelistrikan adalah dengan konsepmedan listrik.
Medan listrik adalah daerah di sekitar muatan dimana pengaruhlistrik masih berpengaruh pada muatan lain. Kuat medan listrik dapat puladidefinisikan sebagai hasil bagi gaya Coulomb yang bekerja pada muatan ujidengan besar muatan uji tersebut. Kuat medan listrik termasuk besaran vektor.Oleh karena itu kuat medan listrik di suatu titik akibat adanyabeberapa muatansumber merupakan jumlah vektor (resultan)dari vektor-vektor kuat medan listrik yang dihasilkan oleh masing-masing muatan sumber. Konsep energi juga bergunadalam kelistrikan.
Gaya listrik F yang dikerjakan pada suatu muatan uji positif oleh suatu muatan sumber negatif adalah mengarah ke muatannegatif. Dalam analogi muatan listrik dengan benda di permukaan bumi, muatan negativedianggap sebagai bumi dan muatan positif sebagai benda yang jatuh (atausebaliknya).
Muatan positif q jatuh dari energi potensial lebih tinggi ke energi potensial lebih rendah.Seiring dengan demikian akibat usaha yang dilakukan padamuatan positif untuk berpindah maka telah terjadi pengurangan energi potensial.Dalam konsep medan listrik dibedakan antara pengertian potensial listrik  (V) Dengan energi potensial listrik (Ep).
Sebuah muatan sumber menimbulkan medanlistrik pada setiap titik dalam ruangan sferis di sekitarnya. Kapasitor pada prinsipnya merupakan komponen elektronika yang terdiri dari dua buah konduktor (dalam hal ini berbentuk pelat) yang berlawanan muatan, digunakan untuk menyimpan muatan listrik.
Kapasitas suatu kapasitor sejajar adalah: sebandingdengan luas keping, berbanding terbalik dengan jarak pisah antara kedua keping,dan sebanding dengan permitivitas bahan penyekat (dielektrik).