Muatan listrik
| Muatan listrik | |
|---|---|
 Medan listrik dari titik muatan positif dan negatif | |
| Simbol umum | Q |
| Satuan SI | coulomb |
| Satuan lainnya | |
| Dalam satuan pokok SI | C = A s |
| Dimensi SI | T I |
| Artikel ini merupakan bagain dari seri |
| Listrik dan Magnet |
|---|
 |
Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki oleh setiap partikel penyusun atom, kecuali neutron. Karakteristik muatan dasar hanya dimiliki oleh proton dan elektron.[1] Muatan listrik hanya dibedakan menjadi muatan positif dan muatan negatif; serta muatan netral yang tersusun dari gabungan muatan positif dan muatan negatif dalam jumlah yang sama. Selain itu, muatan hanya ditemui pada sistem tertutup yang tidak sama dengan massa dan tidak teramati secara empiris. Keadaan dasar dari muatan adalah selalu memiliki kuantisasi berupa kelipatan bilangan bulat dengan nilai 1,602 × 10-19 C atau 4,77 ×10-10 satuan elektrostatik.[2]
Penamaan
Benyamin Franklin (1706-1790) merupakan fisikawan yang memperkenalkan dan menggunakan istilah muatan listrik untuk pertama kali. Ia memperoleh dan menyimpan muatan listrik melalui tabung Leyden. Muatan listrik ini diperoleh dari tali layang-layang berlapis logam yang diterbangkan ketika banyak terjadi petir.[3]
Jenis
Muatan listrik hanya dibedakan menjadi dua jenis, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Penetapan muatan listrik menjadi hanya dua jenis dilakukan oleh ilmuwan berkebangsaan Amerika Serikat yaitu Benjamin Franklin. Kesimpulan bahwa muatan listrik hanya ada dua jenis diperoleh oleh Franklin melalui percobaan pada sebuah penggaris plastik dan sebuah batang kaca yang saling digosokkan.[4]
Sifat-sifat
Pembentukan
Setiap benda memiliki atom dengan bagian berupa proton, elektron dan neutron. Pembentukan muatan listrik pada suatu benda merupakan akibat dari susunan proton dan elektron dalam jumlah tertentu pada partikelnya. Sesuai dengan teori atom model Thomson, model Rutherford dan model Bohr, atom terdiri dari muatan positif di inti atom dan muatan negatif di luar inti atom. Di dalam inti atom, terdapat proton yang dijadikan sebagai muatan positif. Percobaan muatan listrik yang dilakukan oleh Milikan memperoleh muatan terkecil dengan nilai sebesar 1,6 ×1010 Coulomb. Pembentukan muatan hanya terjadi jika jumlah proton dan elektron tidak sama. Jika proton dan elektron dalam jumlah yang sama, maka benda dikatakan bermuatan netral. Benda dikatakan bermuatan negatif jika jumlah elektron lebih besar dibandingkan proton. Sedangkan benda dikatakan bermuatan positif jika jumlah proton lebih besar dibandingkan elektron. Proses pembentukan muatan listrik terjadi ketika atom melakukan ionisasi dengan cara melepas atau menangkap elektron.[3]
Muatan listrik pada suatu benda dapat diperoleh melalui 3 cara, yaitu memberikan efek tribolistik, konduksi atau induksi. Efek tribolistrik diperoleh dengan menggosokkan benda yang tidak bermuatan ke benda yang bermuatan. Konduksi dilakukan dengan menghubungkan benda bermuatan dengan benda yang tidak bermuatan, sedangkan induksi dilakukan dengan mendekatkan benda yang tidak bermuatan ke benda yang bermuatan.[5]
Massa
Massa dari muatan listrik berbeda dengan massa pada gaya gravitasi. Massa pada gaya gravitasi hanya terdiri dari massa positif, sedangkan pada muatan listrik, massa terbagi menjadi massa positif dan massa negatif. Keberadaan dua jenis massa menyebabkan muatan listik dapat melakukan gaya tarik dan gaya tolak. Ini berbeda dengan gaya gravitasi yang hanya mampu melakukan gaya tarik karena hanya meiliki satu jenis massa.
Gaya tarik-menarik
Sifat dari gaya tarik suatu muatan listrik diketahui setelah Charles Coulomb melakukan eksperimen pada tahun 1736-1806. Coulomb menguji dan menentukan besar gaya tarik antara dua buah muatan listrik. Dari hasil eksperimen, diperoleh tiga kesimpulan. Pertama, jika dua buah muatan listrik dengan sifat yang berbeda (negatif dan positif) saling didekatkan, maka akan terjadi gaya tarik-menarik antara kedua muatan tersebut. Sebaliknya, jika kedua muatan memiiliki sifat yang sejenis (positif-positif atau negatif-negatif), maka kedua muatan akan saling tolak-menolak. Kedua, besar gaya tarik antara kedua buah muatan selalu berbanding terbalik dengan jarak antara kedua buah muatan tersebut. Ketiga, ukuran fisik dari muatan listrik menentukan besar gaya tarik antara kedua buah muatan listrik. Sifat gaya tarik ini dikenal dan dijelaskan secara rinci dalam rumusan-rumusan dari hukum Coulomb.[6]
Gaya elektrostatik
Muatan listrik memiliki gaya elektrostatik antara dua muatan listrik partikel dengan niali 1040 kali lebih besar dibandingkan dengan gaya gravitasi antara keduanya. Faktor penyebab besarnya gaya elektrostatik pada muatan listrik belum diketahui secara pasti. Namun, Arthur Eddington dan Paul A.M. Dirac memberikan perkiraan bahwa fakor gaya elektrostatik pada muatan listrik sarna dengan akar kuadrat dari jumlah materi yang ada di alam semesta.[2] Gaya yang terjadi antara dua buah muatan listrik memiliki arah yang tetap, yaitu pada garis medan listrik penghubung di antara kedua muatan. Penetapan arah muatan listrik didasarkan kepada pengertian ruang yang isotropi.[7]
Penerapan konsep
Xerografi
Chester Carlson menerapkan hukum Coulomb terhadap sebuah proses xerografi pada tahun 1940. Lapisan tipis fotokonduktif yang berbahan selenium diberikan ke permukaan silinder. Pada kondisi gelap, selenium akan bermuatan positif dan memiliki sifat konduktivitas yang buruk. Pencetakan gambar terjadi selama kondisi gelap, karena muatan listrik pada gambar tertahan di selenium. Pengumpulan gambar ke selenium dilakukan oleh suatu lensa cahaya. Selenium akan merubah menjadi konduktor yang baik saat diberi sinar. Muatan positif akan terbawa pada bagian yang menerima sinar karena cahaya membawa muatan pembawa yang menghilangkan muatan positif pada selenium. Pada bagian yang gelap, muatan positif tidak berpindah. Suatu tinta bubuk yang bermuatan negatif dihembuskan pada permukaan gelap tersebut, sehingga muatan negatif pada tinta bubuk akan menempel pada bahan selenium. Penempelan bahan pada selenium menghasilkan gambar yang kemudian dikirim ke lembaran kertas yang bermuatan positif. Gambar menjadi permanen setelah tinta bubuk dilelehkan dengan suhu tinggi.[8]
Referensi
- ^ Yuberti 2014, hlm. 137.
- ^ a b Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 3.
- ^ a b Listiana, dkk. 2009, hlm. 22-9.
- ^ Listiana, dkk. 2009, hlm. 22-10.
- ^ Yuberti 2014, hlm. 138.
- ^ Galih, Ngadiono, dan Purnomosari 2016, hlm. 34.
- ^ Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 4.
- ^ Galih, Ngadiono, dan Purnomosari 2016, hlm. 38.
Daftar pustaka
- Abdullah, Mikrajuddin (2017). Fisika dasar II (PDF). Bandung: Institut Teknologi Bandung.
- Galih, V., Ngadiono, dan Purnomosari, E. (2016). Pengantar Listrik Magnet dan Terapannya (PDF). Sleman: CV. Mulia Jaya. ISBN 978-602-72713-2-6.
- Gertshen, C., Kneser, H.O., dan Vogel, H. (1996). Fisika: Listrik Magnet dan Optik (PDF). Jakarta: Pusat Pembinaan dan Pengembangan Bahasa. ISBN 979-459-693-0.
- Listiana, dkk. (2009). Ilmu Pengetahuan Alam 2 (PDF). Surabaya: Amanah Pustaka. ISBN 978-602-8542-06-7.
- Yuberti (2014). Konsep Materi Fisika Dasar 2 (PDF). Bandar Lampung: AURA Printing & Publishing. ISBN 978-602-1297-30-8.
Pranala luar
| Umum | |
|---|---|
| Lain-lain | |
 | Artikel bertopik listrik ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya. |