1. Pengertian

 

Gaya elektrostatis adalah gaya yang timbul pada dua benda yang memiliki muatan listrik statik. Jika muatannya sama atau sejenis maka akan saling menolak sementara jika muatannya berlawanan jenis maka akan saling menarik.

 

 

Gaya tolak menolak atau gaya tarik menarik antara dua buah benda bermuatan listrik ini biasa kita sebut dengan gaya Coulomb. Hal ini sesuai dengan bunyi hukum coloumb ”Gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) antara dua muatan listrik sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik.” (Hk. Coulomb).

 

Hukum coloumb dapa ditulis :

 

Hukum coulomb

 

dimana:   F = Gaya …………………….. Newton (N)

q = Muatan Listrik …………….Coulomb (C)

r  = Jarak……………………….Meter (m)

 

Contoh soal :

Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05 μC dipisahkan pada jarak 10 cm. Carilah (a) besarnya
gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainnya dan (b) Jumlah satuan muatan dasar pada masing-masing muatan.

 

Jawaban :

 

 

DISTRIBUSI MUATAN DISKRIT DAN KONTINYU

 

Gaya Coulomb di sekitar suatu muatan listrik akan membentuk medan listrik. Dalam membahas medan listrik, digunakan pengertiankuat medan. Untuk medan gaya Coulomb, kuat medan listrik adalah vektor gaya Coulomb yang bekerja pada satu satuan muatanyang kita letakkan pada suatu titik dalam medan gaya ini, dan dinyatakan dengan :

 

Berdasarkan distribusi muatannya, gaya elektrostatis dibedakan menjadi dua yaitu :

 

1. Distribusi muatan diskrit

Muatan yang menghasilkan medan listrik disebut muatan sumber. Misalkan muatan sumber berupa muatan titik q. Kuat medan listrik yang dinyatakan dengan    pada suatu vektor posisi     terhadap muatan sumber tsb, adalah medan pada satu satuan muatan uji. Bila kita gunakan muatan uji sebesar q’    0 pada vektor posisi     relatif terhadap muatan sumber, kuat medan       harus sama dengan

 

 

dimana adalah vektor satuan arah radial keluar.

 


Muatan sumber q berupa muatan titik seharga q dan terletak pada posisi.

Titik P berada pada posisi, sehingga posisi relatif P terhadap muatan sumber adalah .

Vektor satuan arah SP haruslah sama dengan.

Jadi kuat medan listrikpada titik oleh muatan titik q pada , harus sama dengan

 

 

 

 

2. Distribusi muatan kontinyu

 

Jika distribusi muatan tersebut adalah kontinu, maka medan yang ditimbulkannya di setiap titik P dapat dihitung dengan membagi elemen2 yang sangat kecil dq. Medan  yang ditimbulkan oleh setiap elemen akan dihitung, dengan memperlakukan elemen2 tsb sebagai muatan titik .diberikan oleh

 

Dimana r adalah jarak dari elemen muatan dq ke titik P. medan resultan kemudian dicari dari prinsip superposisi dengan menjumlahkan kontribusi2 medan yang ditimbulkan oleh semua elemen muatan, atau

 

 

Aplikasi Elektrostatis

 

1.   Halilintar.

Halilintar terjadi disaat belum terjadinya hujan adalah awan dalam keadaan netral, yaitu jumlah dari elektron dan proton nya sama. Nah disaat hujan turun, terjadilah pergesekan diantara partikel diawan dengan udara yang menyebabkan dihasilkanya awan bermuatan listrik statis. Kemudian disaat proses pelepasan dari muatan listrik dari awan dimulai, maka akan menghasilkan bunga api listrik yg kita kenal dgn sebutan halilintar.

Benjamin Franklin ialah orang yg pertama kalinya pada tahun 1700 menyebutkan bahwa halilintar merupakan salah satu penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari. Dalam penyelidikan yang diungkapkannya disebut bahwa listrik statis itu bisa bergerak dengan cepat tergantung pada media yang menjadi perantaranya atau bahan-bahan tertentu. Disebut juga bahwa permukaan yang bentuknya lancip  atau uncing juga akan dengan mudah menarik lebih banyak elektron jika dibandingkan dengan permukaan datar.

2.   Generator Van De Graff

 

 

Rambut akan berdiri karena Generator Van de Graaff. Dilaboratorium-laboratorium penelitan biasa dipakai mesin pembangkit listrik yang bernama Generator Van de Graff. Generator inilah contoh kedua penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari karena merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan listrik statis tersebut. Cara kerjanya adalah dengan metode gesekan, yaitu gosokan antara silinder bagian bawah dengan sabuk karet yang menjadikan adanya muatan listrik negatif di sabuk karetnya.

 

3.   Silinder politilen

Dibagian lain, gesekan diantara silinder politilen bagian atas dan sabuk karet akan menimbulkan muatan listrik positif disabuk karet lainnya tersebut. Kemudian gerakan dari sabuk karet menuju atas akan membawa muatan negatif yang dihasilkan mengalir melalui bagian ujung yang lancip dibagian atas kekubah .

Sampai sini elektron disebar kepermukaan kubah, namun kubah dibagian dalam tidak mengandung elektron. Bersamaan dengan itu, terjadi gerakan dari sabuk karet kebawah dengan membawa muatan listrik positif. Muatan listrik postif ini akan mengalir ketanah untuk dinetralkan melalui ujung lancipnya.

Proses terakhirnya adalah, silinder logan bagian bawah berjalan memakan motor listrik hingga sabuk karetnya bergerak terus dan hasilnya adalah muatan listrik negatif yang mengalir kekubah. Proses ini  bisa menghasilkan muatan listrik yang sangat besar di kubah generator Van de Graff, yakni bisa berjumlah 200.000.000 volt.

4.   Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda.


Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang sejenis dengan benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka).

5.   Mesin fotocopy elektrostatik   

Mesin fotocopy bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik menarik antar muatan yang tidak sejenis. Muatan positif di berikan pada silinder almumunium (Al) berlapis selenium (Se). selanjutnya silinder di sinari dengan proyeksi gambar/naskah yang akan di kopi. Selenium merupakanFotokonduktor, yaitu materi yang bersifat isolator dalam keadaan gelap dan bersifat konduktor jika mendapat cahaya. Bagian Se yang terkena sinar akan bersifat konduktif dan akan menghantarkan elektron dari Al untuk menetralkan muatan positif di bagian tersebut. Bagian Se yang tidak mendapat sinar tetap bermuatan positif. Partikel toner akan menempel pada lapisan Se yang bermuatan positif. Selembar kertas di beri muatan positif di lewatkan pada silinder itu  sehingga partikel toner yang bermuatan negatif akan di tarik menuju kertas yang bermuatan positif. Pola partikel toner pada kertas akan membentuk bayangan naskah/gambar yang di kopi. Toner akan melekat pada kertas yang selanjutnya di lewatkan di antara pelat penggulung yang panas. Prinsip ini juga berlaku padaprinter laser.

6.   Filter elektrostatik    

Filter (pengendap atau penyaring) elektrostatik banyak digunakan

dalam industri untuk menyaring partikel-partikel gas yang tidak di inginkan sebelum di buang ke atmosfer melalui cerobong asap.Di rumah-rumah, filter elektrostatik di gunakan untuk menyaring debu agar tidak mengganggu pernapasan penghuninya. Gas yang akan di saring di masukkan ke dalam tabung dengan peralatan yang dapat mengionisasi partikel gas. Partike yang bermuatan akan menempel pada dinding tabung yang bermuatan berlawanan dengannya.

 

 

7.   Elektrokardiograf  

 

Setiap kali jantung manusia berdetak, terjadi perubahan potensial listrikpada permukaannya. Hal ini dapat di deteksi dengan menggunakan logam kontak yang di pasang pada kulit. Perubahan potensial ini sangat kecil, hanya dalam orde milivolt (mV). Perubahan potensial ini dapat di tampilkan sebagai grafik, baik pada kertas maupun pada layar tabung sinar katoda (CRT).

Alat yang digunakan untuk merekam perubahan jantung manusia di sebut elektrokardiograf (electrocardiograph), sedangkan hasil remakannya di sebut elektrokardiogram.

Prinsip elektrostatis juga di terapkan pada proses pengecatan secara elektrostatis. Aplikasi Prinsip Kapasitora.       Keyboard KomputerBeberapa jenis keyboard yang digunakan pada komputer menggunakanprinsip kapasitor. Suatu keping logam yang ujungnya di hubungkan dengantombol keyboard  berfungsi sebagai salah satu keping dari sebuah kapasitor. Jika tombol ditekan, jarak pemisah antara keping kapasitor bagioan atas dan bagian bawah berubah sekitar 5 mm  smapai 0,3 mm, sehingga kapasitansinya berubah. Perubahan kapasitansi ini memicu sirkuit elektronika untuk memasukkan informasi pada komputer.

 

8.   Theremin 
Theremin merupakan salah satu alat musik yang dapat di mainkan tanpa menyentuhnya. Dua antena pada theremin berfungsi untuk mengaturvolume dan nada-nada musik. Saat seseorang mendekatkan telapak tangannya ke antena, efek yang akan terjadi sama dengan efek kapasitorpelat sejajar. Dalam hal ini, antena berlaku sebagai salah satu pelat sedangkan telapak tangan berlaku sebagai pelat pasangannya. Dengan mengubah jarak antena dengan telapak tangan berarti mengubah kapasitansi sistem kapasitor itu. perubahan kapasintansi ini di deteksi olehrangkaian elektronik yang segera mengonversinya menjadi perubahan volume atau nada-nada musik. Prinsip kapasitor juga di aplikasikan pada defibrator dan perangkat pencahayaan dalam kamera foto.

Ok, segitu dulu ya mengenai listik statis dan penerapan Listrik Statis dalam kehidupan sehari-hari.