MUATAN LISTRIK DAN PENERAPANNYA

Bismillahirrahmaanirrahiim

Selamat datang di situs IPA MTs, situs yang menyediakan informasi mengenai bahan ajar mata pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam yang terdiri dari biologi, fisika dan kimia. Selain itu, situs IPA MTs juga menyediakan kunci jawaban disertai pembahasan soal-soal IPA, menyediakan aplikasi berbasis excel yang berkaitan dengan administrasi guru.

Apakah kamu tahu, jika benda-benda di sekitarmu seperti kertas, penggaris plastik, kaca, besi, kain, sedotan minuman dan lain-lainnya, ternyata mempunyai listrik ?. Lho, kok bisa? Yups, listrik yang terkandung dalam benda-benda tersebut timbul karena adanya muatan listrik.

Muatan listrik di dalam benda dapat muncul karena adanya perubahan jumlah elektron di dalam atom penyusunnya. Bila atom tersebut kekurangan elektron, maka benda akan bermuatan listrik positif. Namun bila atomnya memperoleh tambahan elektron, maka benda akan bermuatan negatif.

Perubahan jumlah elektron tidak terjadi dengan sendirinya melainkan karena adanya peristiwa atau perlakuan terhadap benda sehingga benda tersebut melepas atau menangkap elektron. Salah satu cara membuat benda bermuatan listrik adalah dengan menggosokkan permukaan suatu benda dengan permuakaan benda lain secara searah. 

Baca juga : Konfigurasi elektron dan manfaatnya

Ketika suatu benda memiliki muatan listrik, maka benda tersebut mempunyai sifat-sifat tertentu. Sifat-sifat muatan listrik antara lain dapat menarik atau menolak benda bermuatan listrik lainnya dan menghasilkan arus listrik.

Saat ini, pengetahuan tentang muatan listrik sudah diterapkan ke dalam alat-alat yang digunakan sehari-sehari oleh manusia. Tujuan penerapan teknologi tersebut, agar memudahkan pekerjaan manusia dalam aktivitasnya.

Bagaimana penjelasan lengkapnya mengenai muatan listrik? Postingan ini akan membahasnya. Tujuan penulisan ini yaitu memberikan informasi mengenai cara membuat benda dapat bermuatan listrik, sifat-sifat muatan listrik, rumus muatan listrik dan contoh alat-alat yang menerapkan konsep muatan listrik. Baca sampai selesai dan dengan santai.. Selamat membaca.

Pembuatan Benda Bermuatan Listrik

Suatu benda terbentuk dari susunan atom-atom yang berikatan. Setiap atom tersebut mengandung proton, neutron dan elektron. Proton merupakan kandungan atom yang bermuatan positif, neutron merupakan kandungan atom yang tidak bermuatan, dan elektron merupakan kandungan atom yang bermuatan negatif.

Pada umumnya, jumlah proton dan elektron pada sebuah atom penyusun benda adalah sama, sehingga atom tersebut tidak bermuatan atau netral. Kamu dapat mengetahui jumlah proton dan elektron sebuah atom melalui tabel periodik atom lalu lihat nomor atomnya.

Baca juga : Nomor atom, nomor massa dan kegunaannya

Akan tetapi, melalui beberapa perlakuan, sebuah atom dapat memiliki muatan listrik. Hal tersebut disebabkan oleh elektron terluar yang terdapat pada kulit atom dapat berpindah dari suatu benda ke benda lainnya. Perpindahan elektron tersebut dapat menjadikan suatu benda bermuatan listrik.

Ada tiga cara yang dapat dilakukan untuk membuat benda bermuatan listrik. Cara-cara tersebut antara lain :

A. Penggosokan

Cara pertama membuat benda bermuatan listrik adalah penggosokan. Penggosokan dilakukan dengan menggesekkan dua permukaan benda secara searah dan berulang. Ketika kamu menggesekkan permukaan suatu benda dengan benda lain secara berulang dan searah maka elektron dari salah satu benda yang kamu gesekkan akan berpindah ke benda lainnya. Contohnya saat kamu menggosokkan penggaris plastik ke rambut yang kering berulang kali dan searah, seperti gambar di bawah ini.

Pembentukan muatan listrik dengan penggosokkan

Berdasarkan gambar dapat diketahui bahwa elektron dari rambut akan berpindah ke penggaris, sehingga rambut bermuatan listrik positif karena kehilangan elektron, dan penggaris plastik bermuatan listrik negatif karena menerima elektron dari rambut.

B. Induksi

Cara kedua untuk menjadikan benda bermuatan listrik yaitu melalui induksi. Induksi dilakukan dengan mendekatkan benda yang bermuatan listrik (positif atau negatif) ke benda yang netral. Induksi tersebut menyebabkan benda netral menjadi benda bermuatan listrik. Muatan listrik dengan cara ini disebut muatan induksi.

Muatan listrik induksi berlawanan dengan muatan listrik benda penginduksi (benda bermuatan listrik yang didekatkan ke benda netral). Jika benda penginduksi bermuatan listrik positif, maka muatan induksi dari benda netral adalah negatif. Bila muatan listrik benda penginduksi adalah negatif, maka benda netral akan bermuatan positif atau muatan induksinya adalah positif.

Baca juga : Penjelasan Induksi elektromagnetik dan penerapannya pada dinamo, generator serta trafo

Ketika benda netral didekatkan dengan benda bermuatan listrik (negatif atau positif) atau sebaliknya, maka muatan listrik di dalam benda netral terpolarisasi. Perlu kamu ketahui, benda netral adalah benda dengan jumlah muatan positif dan negatif yang sama.

Ketika benda bermuatan positif didekatkan ke benda netral maka muatan negatif dari benda netral akan berkumpul di permukaan benda yang dekat dengan permukaan benda bermuatan positif, sedangkan muatan positifnya berkumpul di bagian dalam benda netral tersebut. Begitu pula bila benda bermuatan negatif didekatkan ke benda netral, maka muatan positif dalam benda netral akan tertarik dan berkumpul di permukaan yang dekat dengan permukaan benda bermuatan listrik negatif.

Sebagai contoh adalah saat kamu mendekatkan penggaris plastik yang sebelumnya digosokkan ke rambut sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif, kemudian penggaris plastik didekatkan ke serpihan kertas yang membuat serpihan kertas berloncatan dan menempel pada penggaris plastik seperti gambar di bawah ini.

Pembentukan muatan listrik secara induksi

Serpihan kertas yang sebelumnya benda netral setelah didekatkan penggaris plastik yang bermuatan listrik negatif, maka serpihan kertas tersebut akan bermuatan listrik positif sehingga tertarik dan menempel pada penggaris plastik.

Berdasarkan penjelasan di atas, kamu dapat mengetahui bahwa pembuatan benda bermuatan listrik dengan cara induksi, tidak terjadi perpindahan elektron. Tetapi, hanya terjadi polarisasi muatan di dalam benda netral yang disebabkan oleh gaya tarik dari benda bermuatan listrik. Gaya tersebut menyebabkan muatan listrik yang berbeda di dalam benda netral akan berkumpul di permukaan yang dekat dengan permukaan benda yang memiliki muatan listrik.

C. Konduksi

Cara yang ketiga untuk membuat benda bermuatan listrik yaitu dengan konduksi. Konduksi dilakukan dengan menempelkan benda netral ke benda yang bermuatan listrik.

Muatan listrik benda akan berlawanan dengan muatan listrik benda penempelnya. Jika yang ditempelkan adalah benda bermuatan listrik positif maka benda netral akan bermuatan listrik negatif. Bila benda bermuatan listrik negatif, maka benda netral akan bermuatan listrik positif.

Perubahan muatan listrik pada benda netral setelah ditempelkan benda bermuatan listrik disebabkan adanya polarisasi muatan listrik di dalam benda netral. Saat benda netral menempel pada benda bermuatan listrik positif, maka muatan negatif akan tertarik dan berkumpul pada permukaan benda yang menempel. Begitu pula bila benda netral menempel pada benda bermuatan negatif, maka muatan poisitif dalam benda netral tersebut akan menarik muatan positif dalam benda netral ke permuakaan yang menempel dengan benda bermuatan.

Sifat-sifat Muatan Listrik

Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki oleh suatu benda. Muatan listrik dilambangkan dengan Q dan memiliki satuan Coulomb (C). Muatan listrik suatu benda didasarkan pada jumlah elektron (e) di dalam atom penyusun benda tersebut.

Ok, pada bab sifat-sifat muatan listrik ini akan dijelaskan mengenai jenis-jenis muatan listrik, gaya tarik dan tolak serta polarisasi muatan listrik. So, tetap simak dengan santai.

A. Memiliki dua jenis muatan listrik

Sebuah atom terdapat proton, neutron dan elektron. Proton merupakan bagian inti atom yang bermuatan positif. Adapun neutron merupakan bagian inti atom yang tidak bermuatan. Di bagian kulit atom terdapat elektron yang bermuatan negatif.

Baca juga : Partikel subatom dan teori atom

Muatan listrik dalam suatu benda didasarkan pada jumlah elektron yang ditangkap atau dilepas. Jika benda menangkap elektron dari benda lain sehingga elektron bertambah, maka benda tersebut akan bermuatan listrik negatif. Bila benda melepas elektron sehingga jumlah elektron berkurang maka benda akan bermuatan listrik positif. Namun bila jumlah elektron dan proton sama maka benda tersebut adalah netral (tidak bermuatan listrik). Perlu diketahui bahwa elektron yang terdapat pada kulit terluar atom akan mudah terlepas dan menangkap elektron.

Berdasarkan penjelasan di atas, kamu dapat mengetahui bahwa terdapat dua jenis muatan listrik yaitu positif (dengan tanda +) negatif (dengan tanda -).

B. Memiliki gaya tarik menarik dan tolak menolak antar muatan listrik

Apakah kamu mengetahui bahwa benda bermuatan listrik memiliki gaya tarik menarik atau tolak menolak. Benda bermuatan listrik akan tarik menarik bila didekatkan dengan benda dengan muatan listrik yang berlawanan seperti muatan positif bertemu muatan negatif. Namun, bila bertemu dengan muatan listrik yang sejenis maka akan tolak menolak.

Baca juga : Memahami Rumus Medan Listrik - IPA MTs

Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antar benda bermuatan listrik mengikuti hukum Coulomb. Jika kamu memperhatikan hukum Coulomb, kamu akan mengetahui bahwa gaya tarik menarik atau tolak menolak antar dua benda bermuatan listrik dipengaruhi oleh besar muatan listrik dan jarak antar muatan listrik. Penjelasan lengkap tentang hukum Coulomb dapat kamu baca di postingan situs IPA MTs dengan judul Rumus dan Contoh Soal Hukum Coulomb.

C. Dapat mengalami polarisasi muatan listrik

Sebagaimana yang sudah dijelaskan pada sub bab induksi dan konduksi, bahwa muatan listrik di dalam benda netral akan bergerak dan mengelompokkan diri ketika didekatkan benda bermuatan listrik. Pergerakan dan pengelompokkan muatan listrik tersebut dinamakan polarisasi muatan listrik.

Pada benda netral, muatan positif dan negatif bercampur, setelah diinduksi oleh benda bermuatan listrik, muatan positif dan negatif akan terpisah menggabungkan diri dengan sesamanya. Muatan yang berlawanan dengan muatan benda penginduksi akan tertarik menuju benda penginduksi.

Rumus Muatan Listrik

Muatan listrik termasuk besaran fisika. Setiap besaran fisika mempunyai satuan dan dapat diukur. Oleh karena itu, ada rumus untuk menghitung muatan listrik dari benda bermuatan listrik. Bagaimana rumus untuk menghitung muatan listrik? Pada Bab ini akan dibahas mengenai rumus atau cara menghitung jumlah muatan listrik.

Muatan listrik merupakan jumlah atau banyaknya elektron yang terdapat di dalam benda bermuatan. Berdasarkan pengertian tersebut dapat diketahui rumus dari muatam listrik yaitu :

Q = n.e

Keterangan :

• Q =  besar muatan listrik dengan satuan Couloumb (C)
• n = banyak elektron
• e = besar muatan elektron -1,6x10⁻¹⁹ C

Muatan listrik juga dapat didefinisikan dengan kuat arus listrik selama waktu tertentu. Adapun rumus penghitungan besar muatan listrik yang terkait kuat arus listrik dan waktu yaitu :

Q = I.t

Keterangan :

• Q = besar muatan listrik dengan satuan Coulomb (C)
• I = besar kuat arus listrik yang mengalir dengan satuan ampere (A)
• t = waktu dengan satuan sekon (s)

Faktor yang Mempengaruhi Muatan Listrik

Berdasarkan rumus muatan listrik di atas, kamu dapat mengetahui bahwa besar muatan listrik dipengaruhi oleh tiga faktor yaitu banyak elektron, kuat arus listrik dan waktu. Sekarang, mari simak penjelasan mengenai tiga faktor tersebut.

A. Jumlah Elektron

Elektron adalah bagian dari atom yang terletak di kulit atom. Elektron pada kulit terluar atom dapat berpindah ke atom lain. Perpindahan elektron tersebut membuat elektron dalam sebuah atom dapat bertambah atau berkurang, sehingga atom tersebut memiliki muatan listrik. Atom bermuatan listrik disebut ion. Adapun proses pembentukan ion dinamakan ionisasi.

Jumlah elektron akan mempengaruhi jenis muatan listrik. Jika benda melepaskan elektron, maka benda tersebut bermuatan listrik positif. Bila benda menangkap elektron, maka benda tersebut bermuatan listrik negatif.

Selain jenis muatan listrik, jumlah elektron juga berpengaruh terhadap besar muatan listrik. Berdasarkan rumus Q=n.e, besar muatan listrik berbanding lurus dengan jumlah elektron. Semakin banyak elektron yang terkandung dalam benda bermuatan listrik, maka semakin besar muatan listrik, sedangkan bila semakin sedikit jumlahnya, maka muatan listrik semakin kecil.

B. Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik mempengaruhi besar atau kecilnya muatan listrik. Berdasarkan rumus Q=I.t, kuat arus listrik berbanding lurus dengan muatan listrik. Semakin besar arus listrik, maka semakin besar pula muatan listrik yang dibutuhkan atau dihasilkan. Semakin kecil arus listrik, maka muatan listrik yang dihasilkan semakin kecil juga.

Salah satu peristiwa alami yang menunjukkan hubungan kuat arus listrik dengan muatan listrik yaitu petir. Menurut artikel di laman sains.kompas.com dengan judul "Petani Tewas Tersambar Petir, Seberapa Besar Kekuatan Halilintar?" menuliskan bahwa arus listrik yang dihasilkan petir dapat mencapai 20.000 ampere. Arus listrik yang besar seperti itu tentunya dihasilkan dari jumlah muatan listrik yang besar pula. Muatan listrik yang besar tersebut dihasilkan oleh perpindahan elektron dalam jumlah yang sangat banyak antar partikel di awan.

C. Waktu

Berdasarkan rumus Q=I.t, kamu dapat mengetahui bahwa besar muatan listrik berbanding lurus dengan lama waktu arus mengalir. Semakin lama waktu arus listrik mengalir maka semakin besar muatan listrik yang dihasilkan.

Teknologi Penerapan Muatan Listrik

Pengetahuan tentang muatan listrik dan sifat-sifatnya memberikan manfaat yang banyak bagi kehidupan manusia dengan menciptakan teknologi-teknologi untuk memudahkan aktivitas dan pekerjaan manusia. Salah satu teknologi yang memanfaatkan konsep muatan listrik adalah baterai handphone.

Pada baterai handphone, tertulis 4030, 5000 atau 6000 mAh. Angka dan satuan mAh menunjukkan besar muatan listrik dari sebuah baterai. mAh merupakan singkatan dari miliAmpere hour. MiliAmpere merupakan satuan dari kuat arus listrik dan hour merupakan satuan dari waktu. Jika dibuat rumus menjadi I.t. semakin besar angkanya, maka semakin besar pula besar muatan listrik yang ditampung oleh sebuah baterai dan semakin lama penggunaan baterai tersebut.

Teknologi lainnya antara lain mesin fotocopy, printer, alat pembersih ruangan, elektroskop dan lainnya yang memanfaatkan gaya tarik menarik antar muatan listrik positif dan negatif. Silahkan baca cara kerja mesin fotocopy dan alat lainnya pada link di bawah.

Baca juga : Contoh Pemanfaatan Teknologi Listrik dan Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik

Penutup

Mungkin ada sebagian orang yang menganggap bahwa pengetahuan IPA di sekolah tidak memberikan manfaat apalagi bila sudah lulus dan bekerja. Cara berpikir tersebut sebaiknya diubah. Suatu konsep IPA akan dirasakan manfaatnya bagi seseorang bila seseorang tersebut berbuat sesuai pengetahuan IPA dan membuat karya yang berguna melalui pengetahuan IPA seperti konsep muatan listrik.

Nah, itulah penjelasan yang dapat penulis sampaikan mengenai muatan listrik dan teknologi penerapannya. Bila ada kesalahan dalam pemaparannya, silahkan hubungi penulis melalui fitur hubungi kami yang berada di bagian kaki situs IPA MTs. Artikel ini merupakan bahan ajar bagi guru IPA kelas 9 dan materi pembelajaran siswa kelas 9 semester 1. Selain itu dapat juga sebagai informasi tambahan bagi siswa SMA/MA dan mahasiswa Fisika.

Jika tulisan ini memberikan manfaat, silahkan bagikan artikel ini kepada siapa saja yang membutuhkan. Terima kasih sudah berkunjung dan membaca artikel ini. Silahkan baca juga artikel-artikel lainnya di situs IPA MTs yang dapat diakses dengan alamat www.ipamts.com.

Bagikan artikel :