Materi Ajar Fisika: Elektrostatis dan Kapasitor
Rosmawati, S.Pd
Materi Ajar Fisika
Elektrostatik
Untuk SMA/ MA Kelas XII
Sumber: http://nugrahiniwijayanti.files.wordpress.com/2010/05/2106491898_8a764d1176.jpg
Gambar 1. Petir
Setelah Anda selesai mempelajari materi ajar elektrostatik ini, Anda diharapkan mampu:
- Mengingat dua jenis muatan listrik
- Mengingat benda dapat bermuatan positif atau bermuatan negatif, atau netral
- Menjelaskan bagaimana bahan menjadi bermuatan
- Membedakan antara konduktor dan isolator
- Menyatakan hukum kekekalan muatan
- Menyatakan Hukum Coulomb
- Menjelaskan manfaat listrik statis
- Mengetahui bahaya listrik statis
ELEKTROSTATIK
A. Pengantar
Arus dapat mengalir melalui seorang individu pada kondisi tertentu, tergantung pada seberapa baik tubuh dapat menerima listrik.
- Ketika Anda berdiri di atas permukaan yang tidak menghantarkan listrik (non-konduktif), misalnya tikar karpet maka Anda tidak akan merasa dampak listrik statis. Namun, jika ada yang berkeringat lalu berdiri di dalam air, hal ini dapat berakibat fatal, listrik statis akan terjadi dalam tubuh Anda, bahkan bisa meninggal dunia.
- Lamanya waktu arus mengalir melalui tubuh:
Semakin lama kontak listrik, semakin besar arus, dan sengatan pun akan semakin besar.
- Jalan arus ketika mengalir ke seluruh tubuh:
Jalan yang paling berbahaya adalah melalui organ-organ vital.
B. Muatan Listrik
Anda mungkin sudah akrab dengan beberapa contoh umum pengaruh muatan elektrostatik. Misalnya, pernahkah Anda terkejut ketika tangan Anda menyentuh layar TV? Apakah yang menyebabkan peristiwa sengatan yang kadang-kadang disertai rasa sakit itu? Sengatan itu merupakan akibat yang ditimbulkan oleh listrik statis. Petir yang sering Anda lihat pada saat hari hujan itu juga merupakan contoh peristiwa alam yang disebabkan listrik statis. Apakah listrik statis itu?
1) Pengertian Listrik Statis
Kata “listrik” dalam bahasa Inggris electric, berasal dari bahasa Yunani elektron, yang berarti “amber”. Amber adalah pohon damar yang membatu, dan pengetahuan kuno membuktikan bahwa jika Anda menggosok batang amber dengan sepotong kain, maka amber menarik potongan daun kecil-kecil atau debu. Batang karet keras, batang kaca, atau penggaris plastik, jika digosok dengan sepotong kain juga akan menunjukkan “efek amber” atau listrik statis sebagaimana yang kita sebut sekarang. Barangkali Anda telah memiliki pengalaman tentang listrik statis yakni ketika Anda menyisir rambut kering, atau ketika menyetrika baju nilon. Pada setiap kasus tadi, suatu benda menjadi “bermuatan” listrik karena proses gosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik.
Listrik statis adalah Apakah seluruh muatan listrik sama? Atau mungkinkah terdapat lebih dari satu jenis?
2) Jenis Muatan Listrik
Sesuai dengan hasil percobaan Anda, terdapat dua jenis muatan listrik. Ketika penggaris plastik kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama didekatkan pada penggaris plastik pertama, penggaris pertama bergerak menjauhi penggaris kedua. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 2a. Ketika batang kaca kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama didekatkan pada batang kaca pertama, batang kaca kedua juga bergerak menjauhi batang kaca pertama. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 2b. Tetapi, jika batang kaca yang bermuatan didekatkan pada penggaris plastik yang bermuatan, akan didapatkan bahwa keduanya akan saling menarik, Gambar 2c.
Gambar 2 Muatan yang tak sejenis tarik menarik, sedangkan muatan
yang sejenis tolak menolak satu dengan yang lain.
Karena itu, muatan pada batang kaca haruslah berbeda dengan muatan pada penggaris plastik. Memang, melalui eksperimen seluruh muatan benda dapat dikategorikan ke dalam dua jenis. Setiap benda bermuatan yang ditarik oleh penggaris plastik, akan ditolak oleh batang kaca, atau setiap benda yang ditolak oleh penggaris plastik, akan ditarik oleh batang kaca. Jadi terdapat dua jenis muatan listrik yaitu, muatan yang ditolak batang kaca bermuatan, dan muatan yang ditarik batang kaca bermuatan.
Dua jenis muatan listrik yang ditunjukkan tersebut dinyatakan oleh seorang Amerika, seorang saintis, seorang filosuf yang bernama Benjamin Franklin (1706-1790) sebagai muatan positif dan muatan negatif. Franklin memilih muatan pada batang kaca yang digosok adalah muatan positif, sedangkan muatan pada penggaris plastik yang digosok (atau amber) adalah muatan negatif. Sampai sekarang kita masih mengikuti perjanjian ini.
3) Muatan Listrik dalam Suatu Atom
Gambar 3 memperlihatkan model atom sederhana, terdiri dari muatan positif di dalam inti, dikelilingi satu atau lebih elektron. Inti berisi protonproton bermuatan positif, dan netron yang tidak bermuatan listrik. Besarnya muatan proton dan elektron adalah sama, tetapi tandanya berlawanan. Karena itu atom-atom netral berisi proton-proton dan elektronelektron dengan jumlah yang sama. Meskipun demikian, suatu atom kadangkadang akan kehilangan satu atau lebih elektron, atau akan memperoleh elektron-elektron ekstra. Pada kasus ini, atom akan bermuatan positif atau negatif, dan disebut ion.
Gambar 3 Model atom sederhana
Umumnya, ketika benda dimuati melalui gosokan, benda-benda akan mempertahankan muatannya hanya sebentar, kemudian kembali ke keadaan netral. Kemana muatan pergi? Dalam beberapa kasus, hal ini dinetralkan oleh ion-ion bermuatan di udara (misalnya, oleh tumbukan dengan pertikel-partikel bermuatan, yang kita kenal sebagai sinar kosmik dari ruang angkasa yang mencapai bumi). Hal yang penting diketahui, bahwa muatan dapat lepas ke inti air di udara. Ini karena molekul-molekul air adalah polar, meskipun molekul-molekul air tersebut adalah netral, muatan molekul-molekul air tidaklah disalurkan secara seragam sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 4. Jadi elektron-elektron ekstra pada penggaris plastik, dapat lepas ke udara karena ditarik menuju molekul-molekul positip air. Di sisi lain, benda-benda yang dimuati secara positif, dapat dinetralkan oleh hilangnya (berpindahnya) elektron-elektron air dari molekul-molekul udara ke bendabenda bermuatan positip tersebut. Pada udara kering, listrik statis lebih mudah diperoleh karena udara berisi lebih sedikit molekul-molekul yang dapat berpindah. Pada udara lembab, adalah sulit untuk membuat benda bermuatan tahan lama.
Gambar 4 Sebuah molekul air. Karena molekul air mempunyai
muatan yang berlawanan pada ujung yang berbeda, maka disebut
sebuah molekul “polar”.
4) Cara Memperoleh Muatan Listrik
Bila sebuah benda logam bermuatan positif disentuhkan dengan benda logam lain yang tidak bermuatan (netral), maka elektron-elektron bebas dalam logam yang netral akan ditarik menuju logam yang bermuatan positif tersebut sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 5. Karena sekarang logam kedua tersebut kehilangan beberapa elektronnya, maka logam ini akan bermuatan positif. Proses demikian disebut memuati dengan cara konduksi atau dengan cara kontak, dan kedua benda tersebut akhirnya memiliki muatan dengan tanda yang sama.
Gambar 5 Batang logam netral memperoleh muatan ketika disentuh dengan benda logam lain yang bermuatan.
Bila benda yang bermuatan positip didekatkan pada batang logam yang netral, tetapi tidak disentuhkan, maka elektron-elektron batang logam tidak meninggalkan batang, namun elektron-elektron tersebut bergerak dalam logam menuju benda yang bermuatan, dan meninggalkan muatan positif pada ujung yang berlawanan, seperti diperlihatkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Memberi muatan dengan jalan induksi
Muatan tersebut dikatakan telah diinduksikan pada kedua ujung batang logam. Proses demikian disebut memuati dengan cara induksi. Tentu saja tidak ada muatan yang dihasilkan dalam batang; muatan hanya dipisahkan. Jumlah muatan pada batang logam masih sama dengan nol. Meskipun demikian, jika dipotong menjadi dua bagian, kita akan memiliki dua benda yang bermuatan, satu bermuatan positif dan yang lain bermuatan negatif.
Cara lain untuk menginduksi muatan pada benda logam adalah dengan jalan menghubungkan logam tersebut menuju ground melalui kawat konduktor sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 7a (berarti ground).
Selanjutnya benda dikatakan di “ground-kan” atau “dibumikan”. Karena bumi sangat besar dan dapat menyalurkan elektron, maka bumi dengan mudah dapat menerima ataupun memberi elektron-elektron; karena itu dapat bertindak sebagai penampung (reservoir) untuk muatan. Jika suatu benda bermuatan negatif didekatkan ke sebuah logam, maka elektron-elektron bebas dalam logam akan menolak dan beberapa electron akan bergerak
menuju bumi melalui kabel (Gambar 7b).
Gambar 7 Induksi muatan pada suatu benda yang dihubungkan ke bumi.
Ini menyebabkan logam bermuatan positif. Jika sekarang kabel dipotong,
maka logam akan memiliki muatan induksi positif
Konduktor dan Isolator
Pada saat kita menggosok suatu benda dengan benda lain, kita bukan menciptakan muatan listrik. Akan tetapi, hanya memindahkan elektron (yang sudah ada disitu) yang bermuatan negatif dari suatu benda ke benda lain. Pemindahan elektron ini dapat terjadi dengan mudah atau sulit, bergantung pada ikatan elektron di dalam atom (buka kembali teori ikatan elektron yang digagas Neils Bohr). Apabila ikatan elektron pada atom sangat kuat, maka sulit untuk melepaskan elektron-elektron yang tidak bebas bergerak tersebut. Jika hal ini terjadi, maka benda tersebut digolongkan benda yang sukar menghantarkan atau mengalirkan muatan listrik. Benda itu disebut isolator listrik. Sebaliknya, apabila ikatan elektron pada atom sangat lemah sehingga mudah dilepaskan, maka benda tersebut dapat menghantarkan atau mengalirkan muatan listrik. Benda ini disebut konduktor listrik.
Beberapa bahan yang tergolong konduktor dan isolator:
a. Konduktor
- Konduktor baik : berbagai jenis logam (perak, tembaga, logam)
- Konduktor jelek : air, tanah, badan manusia
b. Isolator : karet, berbagai plastik (PVC, politen, perspeks)
Pada bahan-bahan yang tergolong isolator, elektron-elektron pada setiap atom diikat dengan kuat, sehingga dalam keadaan normal, elektron-elektron tidak bebas bergerak. Akibatnya bahan isolator sukar menghantarkan muatan listrik.
Kapasitor
Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan sehingga dapat dikatakan bahwa kapasitor adalah sebuah alat elektronika yang mampu menyimpan muatan dalam jumlah tertentu dalam waktu singkat. Meskipun kapasitor terlihat sebagai alat elektronika yang pejal, tetapi sebenarnya di dalam kapasitor (antara penyekatnya) terdapat bahan isolator. Isolator dalam kapasitor (dinamakan dielektrik) bervariasi untuk mendapatkan nilai kapasitas penyimpanan muatan yang berbeda pula karena setiap bahan isolator yang digunakan dalam kapasitor mempunyai konstanta dielektrik yang berbeda.
Eksperimen menunjukan bahwa muatan yang tersimpan dalam kapasitor sebanding dengan 
Sehingga dapat ditulis
dengan C adalah konstanta kesebandingan positif yang dinamakan kapasitansi. Secara fisis, kapasitansi adalah ukuran kapasitas penyimpanan muatan listrik. Satuan SI kapasitansi adalah farad (F).
1 Farad = 1 coulumb/volt = 1 C/V
Kapasitansi pada kapasitor biasanya berada dalam rentang pikofarad (1pF = 10-12F) sampai miliFarad (1mF = 10-3F).
5) Hukum Kekekalan Muatan
Franklin mengusulkan bahwa jumlah muatan yang dihasilkan oleh suatu benda melalui suatu proses penggosokan, adalah sama dengan jumlah muatan positip dan negatip yang dihasilkan. Jumlah bersih muatan yang dihasilkan oleh suatu benda selama proses penggosokan adalah nol. Contoh, ketika penggaris plastik digosok dengan kain wol, plastik memperoleh muatan negatif dan kain wol memperoleh muatan positip dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan tersebut dipisahkan, namun jumlah kedua jenis muatan adalah sama. Ini adalah contoh dari suatu hukum yang berlaku sampai sekarang, yang dikenal dengan nama hukum kekekalan muatan listrik yang berbunyi:
Jumlah bersih muatan listrik yang dihasilkan pada dua benda yang berbeda (penggaris plastik dan kain wol) dalam suatu proses penggosokan adalah nol.
Jika suatu benda atau suatu daerah ruang memperoleh muatan positif, maka akan dihasilkan sejumlah muatan negatif dengan jumlah yang sama pada daerah atau benda di sekitarnya.
6) Gaya Listrik
Gaya listrik merupakan salah satu bentuk gejala elektrostatika. Gaya listrik adalah interaksi listrik berupa gaya tarik menarik antara benda-benda bermuatan listrik tak sejenis atau gaya tolak menolak antara benda-benda bermuatan listrik sejenis. Jika benda-benda bermuatan listrik yang berinteraksi dengan gaya listrik berada pada jarak satu sama lain yang jauh lebih besar dari ukuran (geometri) benda-benda itu, maka benda-benda bermuatan listrik itu masing-masing disebut sebagai muatan titik.
Hukum Coulomb
Seorang ahli fisika Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) melakukan penyelidikan terhadap interaksi antara dua muatan. Interaksi antara dua muatan ini disebut juga dengan Adanya interaksi antara dua muatan berarti antara dua muatan tersebut terjadi gaya, yaitu gaya listrik.
Dalam penelitiannya, Coulomb menggunakan neraca puntir seperti yang ditunjukkan gambar di bawah. Jika bola a dan b bermuatan, misalkan bola a dan bola b keduanya bermuatan positif, maka gaya pada bola a akan cenderung memuntir serat gantungan dan dalam keadaan seimbang, terjadi penyimpangan sudut akibat gerakan bola a, lalu lengan neraca mencapai kedudukan yang baru. Untuk menghilangkan efek puntiran ini, Coulomb memutar kepala gantungan melalui sudut θ yang diperlukan untuk mengatur jarak antara kedua bola. Dari sudut puntiran inilah Coulomb mengukur gaya listrik. Dengan mengubah-ubah jarak antara bola a dan b, gaya listrik dapat diukur sebagai fungsi kuadrat jarak.
Gambar 2. Neraca puntir Coulomb
Dari hasil percobaan Coulomb tersebut, diperoleh bahwa gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua bola bermuatan. Secara matematis,
... (1)
... (1)Kemudian, Coulomb membagi muatan pada bola b dan memvariasikannya. Ternyata, gaya di antara muatan-muatan bergantung juga pada besar muatan-muatan yang berinteraksi satu sama lain. Coulomb menarik kesimpulan bahwa gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara dua bola bermuatan juga sebanding dengan muatan-muatannya. Sehingga:
... (2)Pernyataan Coulomb bahwa besar gaya listrik berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan ini dinamakan Hukum Coulomb, yaitu sebagai berikut.
Besar gaya tarik atau gaya tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.
…(3)Persamaan (3) yang merupakan bentuk matematis dari Hukum Coulomb ini hanya berlaku untuk benda-benda yang besar muatan-muatannya jauh lebih kecil daripada jarak di antara muatan-muatan tersebut.
Persamaan (3) dapat dituliskan sebagai sebuah kesamaan dengan menyisipkan sebuah konstanta yang biasanya dilambangkan dengan k, sehingga:
... (4)Dari persamaan (4) kita dapat menentukan F, q1, q2, dan r, sedangkan [epsilon nol] (konstanta permitivitas) merupakan sebuah tetapan yang besarnya
jika medium di mana muatan berada adalah vakum atau udara, maka diperoleh besar konstanta k adalah
Mengingat gejala antara batang kaca yang digantung, dapat disimpulkan adanya gaya yang menyebabkan tongkat kaca yang digosok dengan sutera akan berputar jika didekatkan dengan tongkat kaca lain yang juga sudah digosok dengan sutera. Besar gaya yang dirasakan masing-masing tongkat akibat interaksi dengan tongkat lainnya akan sama sesuai dengan prinsip aksi-reaksi pada Hukum III Newton.
C. Elektroskop
Elektroskop adalah suatu piranti yang dapat digunakan untuk mendeteksi muatan. Sebagaimana diperlihatkan Gambar 8, di dalam sebuah peti kaca terdapat dua buah daun elektroskop yang dapat bergerak (kadangkadang yang dapat bergerak hanya satu daun saja), biasanya dibuat dari emas. Daun-daun elektroskop ini dihubungkan ke sebuah bola logam yang berada di luar peti kaca melalui suatu konduktor yang terisolasi dari peti. Apabila benda yang bermuatan positif didekatkan ke bola logam, maka pemisahan muatan terjadi melalui induksi, elektron-elektron ditarik naik menuju bola, sehingga kedua daun elektroskop bermuatan positip dan saling menolak (Gambar 9a).
Gambar 8 Elektroskop
Proses demikian disebut memuati dengan cara induksi. Sedangkan, jika bola dimuati dengan cara konduksi, maka bola logam konduktor, dan kedua daun elektroskop memperoleh muatan positif, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 9b. Pada setiap kasus, makin besar muatan, maka makin lebar pemisahan daun-daun elektroskop. Meskipun demikian, perlu dicatat bahwa dengan cara ini, anda tidak dapat menentukan tanda muatan, karena dalam setiap kasus, kedua daun elektroskop saling menolak satu dengan yang lain. Meskipun demikian, suatu elektroskop dapat digunakan untuk menentukan “tanda muatan” jika
Gambar 9 Elektroskop dimuati (a) dengan cara induksi, (b) dengan cara konduksi
pertama-tama pemisahan muatan dilakukan dengan cara konduksi, misalnya secara negatif, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 10a. Sekarang, jika benda bermuatan negatip didekatkan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 10b, maka lebih banyak elektron diinduksi untuk bergerak ke bawah menuju daun-daun elektroskop sehingga kedua daun ini terpisah lebih lebar. Di sisi lain, jika muatan positif didekatkan, maka elektron-elektron akan diinduksi untuk bergerak ke atas, sehingga menjadi lebih negatip dan jarak pisah kedua daun ini menjadi berkurang (menjadi lebih sempit), seperti pada Gambar 10c.
Gambar 10 Elektroskop yang pertama-tama dimuati dapat digunakan untuk menentukan
tanda dari suatu muatan yang diberikan.
D. Pengosongan Muatan Listrik
Pada saat turunnya hujan, pernahkah Anda melihat petir? Petir adalah peristiwa alam yang sangat berbahaya dan ditakuti semua orang, karena petir menimbulkan kilatan cahaya yang diikuti dengan suara dahsyat di udara. Apabila seseorang tersambar petir, maka tubuh orang tersebut akan terbakar. Terbakarnya tubuh orang tersebut menunjukkan bahwa petir sangat berbahaya. Oleh sebab itu, gedung-gedung bertingkat yang cukup tinggi dilengkapi dengan penangkal petir. Apa yang menyebabkan terjadinya petir? Mengapa tubuh orang yang tersambar petir bisa terbakar? Mengapa gedung-gedung bertingkat dilengkapi dengan penangkal petir?
Loncatan muatan listrik terjadi pada saat muatan listrik bergerak secara bersama-sama. Kejadian ini disebut pengosongan listrik statis. Pengosongan itu ditunjukkan oleh sambaran petir pada Gambar 11.
Gambar 10 Petir adalah contoh loncatan muatan listrik statis yang besar
Muatan listrik dapat hilang dengan pengosongan. Pengosongan terjadi apabila tersedia suatu jalan bagi elektron-elektron untuk mengalir dari suatu benda bermuatan ke benda lain. Perpindahan muatan listrik statis dari satu benda ke benda lain disebut penetralan atau pengosongan muatan statis. Pengosongan itu lazim juga disebut pentanahan, karena muatan itu sering dikosongkan dengan cara menyalurkan ke tanah.
Pengosongan muatan statis di udara dapat terjadi sangat besar sehingga menimbulkan suara dahsyat yang kita sebut guntur. Proses terjadinya petir dapat dijelaskan pada Gambar 12a, 12b, dan 12c. Bacalah keterangan ketiga gambar tersebut.
Gambar 12 Proses terjadinya petir
E. Penangkal Petir
Batang logam penangkal petir sering dipasang di atas atap rumah bertingkat atau di atas bangunan tinggi, dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam. Penangkal petir, melindungi rumah dan bangunan tinggi tersebut dari kerusakan oleh energi listrik yang besar di dalam petir. Penangkal petir ini menyediakan suatu jalan aman, atau pentanahan, agar arus listrik petir mengalir masuk ke dalam tanah, bukan melewati rumah atau bangunan lain.
Pernahkah anda melihat penangkal petir? Pernahkah anda melihat bangunan
tinggi yang dilengkapi dengan penangkal petir seperti Gambar 13. Penangkal petir itu merupakan contoh pengosongan muatan statis yang tidak menimbulkan kerusakan.
 |
Gambar 13 Pada saat terjadi petir, pengosongan listrik
statis dari bagian bawah awan yang bermuatan
ke Bumi akan melewati batang penangkal petir
ini. Muatan listrik akan mengalir ke bawah
dengan aman melalui kabel logam tersebut, dan
masuk ke dalam tanah.
F. Penggunaan Listrik Statis
1. Mesin Fotokopi
Cara kerja mesin fotokopi yaitu berdasarkan konsep listrik statis dan optik. Di dalam mesin ini terdapat logam selenium (merupakan konduktor foto), yang menghantarkan arus listrik saat terkena cahaya dan merupakan isolator listrik saat dalam kegelapan.
Prinsip kerja mesin fotokopi adalah sebagai berikut.
a) Pencahayaan
Cahaya yang sangat terang yang berasal dari lampu expose yang menyinari dokumen yang sudah diletakkan di atas kaca dengan posisi terbalik ke bawah pada kaca, gambar pada dokumen kemudian akan dipantulkan melalui lensa, kemudian lensa akan mengarahkan gambar tersebut kea rah tabung drum.
Sumber: Alive Techindo, 2011.
Gambar Prinsip kerja mesin fotokopi
Tabung drum adalah silinder dari bahan aluminium yang dilapisi dengan selenium yang sangat sensitif terhadap cahaya.
2. Pengecatan Mobil
Sebelum dicat, mobil biasanya diamplas terlebih dahulu, sehingga bergesekan dan akan menghasilkan muatan listrik. Sedangkan alat semprot cat elektrostatis saat akan disemprotkan maka butiran-butiran cat dari aerosol akan bergesekan dengan mulut pipa semprot dan udara sehingga butiran cat menjadi bermuatan listrik. Akibatnya muatatan tersebut akan ditarik ke badan mobil yang mau dicat. Cara ini sangat menghemat waktu dan murah biayanya.
3. Pengendap Elektrostatis/ Penggumpal asap
Apabila sebuah cerobong PLTU batu bara tidak dipasang pengendap elektrostatis maka cerobong tersebut akan mengeluarkan gas buang yang sangat kotor sehingga menyebabkan polusi udara. Akan tetapi, dengan memasang sebuah pengendap elektrostatis pada cerobong tersebut, polusi udara dari gas buang menjadi sangat berkurang. Bagaimanakah prinsip listrik statis diaplikasikan dalam suatu cerobong untuk mengurangi polusi udara?
Sumber: http://img231.imageshack.us/img231/7830/gambar5.png
Gambar (a) menunjukkan diagram skematik dari sebuah pengendap elektroststik. Potensial listrik negatif yang tinggi tertahan pada kumparan kawat yang ada di bagian tengah membentuk sebuah lompatan listrik di sekitar kawat. Gambar (b) menunjukkan contoh aplikasi pengendap elektrostatik, sedangkan gambar (c) adalah gambar cerobong tanpa pengendap elektrostatik. Jika dibandingkan, gambar (c) akan menghasilkan polusi udara lebih besar dibanding gambar (b). Jika intensitas pembuangan gas (asap pabrik) terlalu banyak, maka akan merusak lingkungan di sekitarnya. Hal terburuk yang akan terjadi secara perlahan-lahan adalah rusaknya lapisan ozon di atmosfer yang merupakan salah satu bentuk penyebab pemanasan global (global warming).
Pengendap elektrostatik berfungsi untuk membersihkan partikel-partikel abu hasil pembakaran gas pada cerobong asap sehingga mengurangi pencemaran udara. Terdiri dari dua plat logam datar dan kawat vertikal yang terbentang di antaranya. Plat-plat logam diketanahkan, sedangkan kawat-kawat di antara plat dijaga bermuatan sangat kuat. Dengan demikian, ada medan listrik kuat dalam daerah di antara kawat dan keping. Ion positif udara ditarik ke kawat bermuatan negative, tetapi ion negatif udara ditangkap oleh partikel polutan. Partikel polutan bermuatan positif ini lalu bergerak menuju plat logam dan terkumpul di bagian dasar.
Di atas adalah beberapa aplikasi listrik statis yang sangat bermanfaat dalam kehidupan kita, namun kita perlu berhati-hati terhadap listrik statis ini karena dapat membahayakan benda-benda yang lainnya maupun terhadap keselamatan dan kesehatan manusia. Berikut akan dibahas tentang bahaya yang ditimbulkan oleh listrik statis ini.
G. Bahaya Listrik Statis
1) Petir
(Seperti yang sudah kita bahas sebelumnya, yaitu tentang pengosongan muatan dan juga disertai cara menanggulanginya).
2) Percikan Api
Seringkali benda menjadi berbahaya ketika bermuatan listrik. Putaran ban pada saat mobil truk berjalan menghasilkan muatan negative yang diperoleh dari gesekan ban dengan jalan. Bagian badan logam mobil yang berdekatan dengan ban menjadi bermuatan positif dengan cara induksi. Hal ini dapat menimbulkan percikan api. Percikan api ini dapat membakar muatan mobil yang mudah terbakar seperti bensin. Untuk menghindari peristiwa tersebut, truk pengangkut bensin atau bahan yang mudah terbakar lainnya dilengkapi dengan sepotong logam di bagian belakang mobil yang menyentuh tanah. Logam ini menghantarkan electron dari tanah untuk menetralisir muatan positif yang ada di badan logam mobil sebelum terjadi percikan api.
3) Resiko sengatan listrik
4) Bahaya Listrik Statis di Pesawat
Listrik statis pesawat dibuang ke semua ujung dari struktur badan pesawat yaitu di atap sayap dan ekor bentuknya seperti penangkal petir berbentuk logam mencuat dan memanjang instrument pesawat sudah diproteksi sedemikian rupa tetapi bisa juga terjadi walaupun hanya berupa visual. Visual ini terlihat jika pesawat berada di ketinggian 30000 feet ke atas dan altimeter set ke 29.92Hg, partikel bebas dan ion2 di udara akan terkena gesekan body pesawat dan radiasi elektromagnetik dari sinyal HP akan meningkatkan sekian persen radiasi didalam pesawat, dimana sinyal HP akan dianggap sebagai radiasi dan diserap oleh struktur body dan dibuang ke setiap ujung badan pesawat, hal ini bisa mengakibatkan ujung-ujung pembuangan elektrostatis berpendar dan menyala sepeti kilat kecil. Hal ini memang tidak berbahaya, namun jika frekuensi HP sama dengan pesawat hal ini dapat menyebabkan mesin pesawat mati.
5) Bahaya Listrik Statis di SPBU
Sering terjadi kebakaran di SPBU akibat kecerobohan manusia. Untuk menghindari hal ini jangan sekali-kali masuk kembali kedalam kendaraan Anda saat pengisian bensin sedang berlangsung. Jika Anda memang terpaksa harus masuk kembali kedalam kendaraan Anda saat bensin dipompa, pastikan Anda keluar, menutup pintu sambil menyentuh logam, sebelum Anda menarik nozzle keluar. Dengan cara ini listrik statis dari tubuh Anda akan dibuang sebelum Anda menarik keluar nozzle.
6) Bahaya Listrik Statis di Rel Kereta Api
Roda KA dari baja berjenis ferritic, mempunyai medan magnet yang sangat kuat. Medan magnet inilah yang dapat mengakibatkan mesin kendaraan mati di tengah rel kereta api. Biasanya kendaraan yang mudah mati adalah kendaraan berbahan bakar bensin karena kendaraan berbahan bakar bensin masih menggunakan platina dan CDI. Jika terkena medan magnet, maka pengapiannya akan terpengaruh sehingga mesin bisa mati. Sedangkan solar berbeda. Selain accunya di atas 12 volt juga tidak menggunakan platina.
Daftar Pustaka
Halliday, dkk. 1978. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga
Jatmiko, B. 2004. Listrik Statis. [Online]. Tersedia: http://azkamiru.files.wordpress.com/2010/01/fis-20_listrik_statis.pdf
Kanginan, M. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga
Larson, A. 2006. Static Electricity Hazards. [Online]. Tersedia: http://www.ohiobwc.com/downloads/blankpdf/SafetyTalk-StaticHazards.pdf
Tipler, P.A. (1998). Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar