Listrik Statis dan Contoh Soal

Sahabat aku-pembelajar, pada saat hujan turun, pernahkah kamu 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. Akibat berbahayanya petir, maka gedung-gedung bertingkat yang cukup tinggi dilengkapi dengan penangkal petir. Apa yang menyebabkan terjadinya petir? Mengapa gedung-gedung bertingkat yang tinggi dilengkapi dengan penangkal petir? Temukan jawabannya dengan mempelajari materi ini.

 
A. Susunan Atom
Thales Militus, seorang ilmuwan Yunani, menemukan gejala listrik yang diperoleh dengan menggosok batu ambar, yang dalam bahasa Yunani disebut elektron.
Setelah digosok ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda kecil yang berada di dekatnya. Sifat seperti ini dalam ilmu listrik disebut elektrifikasi. Listrik yang terjadi pada batu ambar yang digosok disebut listrik statis yaitu listrik yang tidak mengalir.


Teori Atom
Suatu zat terdiri atas partikel-partikel kecil yang disebut atom. Atom berasal dari kata atomos, yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Tetapi, dalam perkembangannya ternyata atom ini masih dapat diuraikan lagi.


Atom terdiri atas dua bagian, yaitu inti atom dan kulit atom. Inti atom bermuatan positif, sedangkan kulit atom terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif yang disebut elektron.
Inti atom tersusun dari dua macam partikel, yaitu proton yang bermuatan positif dan netron yang tidak bermuatan(netral).

Suatu atom dikatakan netral apabila di dalam intinya terdapat muatan positif(proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada kulitnya.

Suatu atom dikatakan bermuatan positif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih banyak daripada muatan negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya.

Suatu atom dikatakan bermuatan negatif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom.
Atom yang paling sederhana adalah atom hidrogen yang hanya tersusun atas 1 proton dan 1 elektron. Karena jumlah proton dan elektronnya sama, maka atom hidrogen dikatakan sebagai atom netral.
Atom helium terdiri atas 2 proton, 2 netron dan 2 elektron. Karena jumlah proton dan jumlah elektronnya sama, maka atom helium juga dikatakan sebagai atom netral.



B. Muatan Listrik
Menurut Benyamin Franklin, ada dua muatan lisrik :
  1. Muatan listrik positif
  2. Muatan listrik negatif


Sifat Muatan Lisrik
  • Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak
  • Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik




C. Interaksi Benda Bermuatan Listrik

Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif.

Ketika ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif.
Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan positif


D. Hukum Coulomb



Pada tahun 1785, Charles Agustin Coulomb menemukan hukum dasar tentang gaya listrik antara dua partikel yang bermuatan.
Hasil penelitiannya dikenal dengan Hukum coulomb, yang berbunyi :
“Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda”.
Secara matematis Hukum Newton dituliskan :
Keterangan :
F = Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N)
k = Konstanta (9.109 N.m2/C2)
Q1, Q2 = muatan listrik (C)
r = jarak antara dua muatan (m)




E. Induksi Listrik
Induksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan pada suatu benda karena pada benda tersebut didekati benda lain yang bermuatan listrik.
Contoh :
Benda netral didekati benda bermuatan negatif, maka muatan-muatan negatif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan positif mendekati benda yang menginduksi.
Benda netral didekati benda bermuatan positif, maka muatan-muatan positif benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan negatif mendekati benda yang menginduksi.




F. 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)


G. Medan Listrik 
Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi oleh
gaya listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik.
Sifat-sifat garis gaya listrik
1. Garis gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif
2. Garis gaya listrik tidak pernah berpotongan
3. Semakin rapat garis gaya listrik, semakin kuat medan listriknya


Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan persamaan :

E = Kuat medan listrik (N/C)
F = Gaya coulomb (N)
Q = muatan listrik (C)


Sumber: www.indonesiacerdas.web.id



Soal Listrik Statis

1. Model atom di bawah ini terdiri atas ….
A. 2 elektron, 2 proton, 2 neutron
B. 2 elektron, 2 proton, 1 neutron
C. 2 elektron, 2 proton, 1 neutron
D. 4 elektron, 2 proton, 1 neutron

Pembahasan:
Elektron bersimbol negatif pada lingkaran atau kulit luar, pada pada bagian inti ada proton yang bermuatan positif (+) dan neutron tidak bermuatan.


2. Perhatikan nama benda di bawah ini.
  1. Karet                     4. Kaca
  2. Tembaga                5. Gabus
  3. Seng                      6. Kuningan
Dari data di atas, benda yang bersifat konduktor adalah ….
A. 1, 2 dan 5
B. 1, 3 dan 4
C. 2, 3 dan 6
D. 4, 5 dan 6


3.Perhatikan gambar bahan di Pernyataan yang tepat dari bahan-bahan diatas adalah ....

Kegiatan
Hasil yang diperoleh
A.
Sisir digosok kain woll
Muatan kain woll pindah ke sisir
B.
Gelas digosok woll
Muatan kain woll pindah ke gelas
C.
Balon digosok sutra
Muatan sutra pindah ke gelas
D.
Sisir digosok kain sutra
Muatan sutra pindah ke sisir


4. Seorang siswa melakukan penyelidikan perilaku sisir terhadap serpihan kertas berikut.
Hasil penyelidikannya, sisir plastik tersebut dapat menarik serpihan kertas seperti pada gambar. Hal ini disebabkan sisir plastik telah ....

Digosok
Peristiwa
Muatan listrik
A
kain sutera
mendapat tambahan elektron
negatif
B
kain wol
mendapat tambahan elektron
negatif
C
kain sutera
kehilangan beberapa elektron
positif
D
kain wol
kehilangan beberapa elektron
positif


5. Bila penggaris plastik yang telah digosok dengan kain wool didekatkan pada kepala elektroskop, maka gambar di bawah ini yang benar adalah ....


6. Dua buah muatan masing-masing -4 x 10-9 C dan +2 x 10-9 C terpisah pada jarak 2 cm. Gaya Coulomb yang terjadi pada dua muatan tersebut adalah ….
A.    tarik-menarik 18 x 10-5 N
B.     tolak-menolak 18 x 10-5 N
C.     tarik-menarik 36 x 10-5 N
D.    tolak-menolak 36 x 10-5 N


7. Dua buah muatan masing-masing q1 = 6 μC dan q2 = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 109 dalam satuan standar!

Pembahasan
Data dari soal:
q1 = 6μC = 6 x 10−6 C
q2 = 12μC = 12 x 10−6 C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10−1 meter
F = ....?
Dari rumus gaya coulomb didapatkan




8. Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 1,6 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!

Pembahasan
Data :
q1 = 6μC = 6 x 10−6 C
q2 = 6μC = 6 x 10−6 C
F = 1,6 N
r =....?

Gunakan rumus yang sama dari soal nomor 1
Jarak kedua muatan dalam centimeter adalah 45 cm.


9. Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (1/3)2 adalah 1/9 kemudian dibalik menjadi 9/1 atau 9 saja. Jadi jawabannya adalah menjadi 9 F

Kenapa tiba2 begitu?
Jalan panjangnya seperti berikut ya:
Rumus dasar yang digunakan adalah ini

Untuk keadaan mula-mula, gayanya dikasih nama F1, dimana F1 nanti besarnya sama dengan F saja. Untuk keadaan kedua (saat jaraknya dijadikan 1/3 semula) gayanya dinamakan F2.

Jika dibandingkan, kedua gaya tadi maka


kQ1Q2 nya bisa dicoret saja, bukan berarti jadi nol, tapi diganti angka satu di bekas bagian yang dicoret.



Susun lagi yang bagus, pindahkan F1 ke ruas kanan, kita dapat rumus jadi untuk kasus-kasus seperti soal ini.



Saatnya dimasukkan datanya, r1 bisa dicoret, hingga diperoleh




10. Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan dijauhkan menjadi 4 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (4)2 adalah 16 atau dalam pecahan 16/1, kemudian dibalik menjadi 1/16. Jadi jawabannya adalah menjadi 1/16 F


11. Titik A dan titik B mempunyai beda potensial listrik sebesar 12 volt. Tentukan energi yang diperlukan untuk membawa muatan listrik 6μ Coulomb dari satu titik A ke titik B!

Pembahasan
Berikut rumus untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk membawa atau memindahkan muatan antara dua buah titik:

W = Q × Î”V

dimana:
W = energi atau usaha yang diperlukan dalam satuan joule (J)
Q = besar muatan dalam satuan Coulomb (C)
Δ V = beda potensial atau selisih potensial antara dua titik dalam satuan volt (V)

Sehingga:
W = Q × Î”V
W = 6μC × 12 volt = 72 μJ


12. Dua buah partikel bermuatan listrik didekatkan pada jarak tertentu hingga timbul gaya sebesar F. Jika besar muatan listrik partikel pertama dijadikan 1/2 kali muatan semula dan besar muatan partikel kedua dijadikan 8 kali semula maka gaya yang timbul menjadi....
A. 0,5 F
B. 4 F
C. 8,5 F
D. 16 F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas, terlihat besarnya gaya sebanding dengan besar perkalian kedua muatan. Sehingga tinggal dikalikan saja 1/2 × 8 = 4 . Jadi hasilnya adalah B. 4 F



13. Kaca yang digosokkan kain sutera akan bermuatan positif. Hal ini terjadi karena...
A. elektron berpindah dari kain sutera ke kaca
B. elektron berpindah dari kaca ke kain sutera
C. proton berpindah dari kain sutera ke kaca
D. proton berpindah dari kaca ke kain sutera
(Ebtanas 2003)

Pembahasan
Muatan kaca positif karena elektron dari kaca berpindah ke kain sutera.


14. Sepotong ebonit akan bermuatan listrik negatif bila digosok dengan wol, karena...
A. muatan positif dari ebonit pindah ke wol
B. elektron dari wol pindah ke ebonit
C. muatan positif dari wol pindah ke ebonit
D. elektron dari ebonit pindah ke wol
(Ebtanas 1991)

Pembahasan
Ebonit menjadi negatif karena elektron dari kain wol pindah ke ebonit.


15. Perhatikan gambar berikut!


Nomor atom dan nomor massa pada model atom di samping adalah...
A. 2 dan 4
B. 6 dan 4
C. 4 dan 2
D. 4 dan 6
(Ebtanas 1993)

Pembahasan
Untuk atom netral berlaku ketentuan berikut:
Nomor atom = jumlah proton
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

Dari gambar, jumlah proton (yang +) ada 2, jumlah netron (yang netral) ada 2 sehingga:
Nomor atom = jumlah proton = 2
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = 2 + 2 = 4


16. Perhatikan gambar penggaris plastik digosok kain wol berikut!


Setelah penggaris plastik digosok dengan kain wol, maka aliran elektron dan muatan yang terjadi pada penggaris plastik adalah...

Aliran elektron
Penggaris plastik
bermuatan
A
dari penggaris plastik ke wool
(−)
B
dari penggaris plastik ke wool
(+)
C
dari wool ke penggaris plastik
(+)
D
dari wool ke penggaris plastik
(−)
(Dari UN IPA Fisika SMP 2012)

Pembahasan
Tengok tabel di atas, setelah di gosok kain wool, penggaris plastik jadi negatif. Aliran elektron dari kain wool ke penggaris plastik.


17. Dari tiap-tiap pasangan objek bermuatan berikut ini, tentukan objek yang memiliki potensial listrik lebih tinggi!


Pembahasan
(i) Positif dengan positif, yang lebih BANYAK jumlah tanda positifnya lebih tinggi. -> A lebih tinggi
(ii) Positif dengan negatif, yang lebih tinggi ya yang positif -> A lebih tinggi
(iii) Negatif dengan negatif, yang lebih SEDIKIT jumlah tanda negatifnya lebih tinggi -> B lebih tinggi.

 

18. Dua buah benda bermuatan listrik ditunjukkan gambar berikut ini.

Jika kedua benda dihubungkan dengan seutas kawat konduktor, tentukan arah aliran elektron yang terjadi!

Pembahasan
Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi. Lain dengan perjanjian arah arus listrik. Kalo arah arus listrik dari potensial lebih tinggi ke rendah, jadi jangan terbalik.



Jadi arah aliran elektron dari benda B ke benda A.
Berikut dua soal dari UN IPA SMP/MTs tahun 2014 lalu, tabel di atas nampaknya masih relevan untuk menjawab  soal-soal tersebut di bawah:


19. Kaca yang digosok dengan sutera akan terjadi proses pemuatan listrik pada kaca maupun sutera. Pada tabel berikut ini penjelasan yang benar adalah....

Kehilangan Elektron
Menerima Elektron
Muatan Listrik
Positif
Negatif
A.
kaca
sutera
kaca
sutera
B.
sutera
kaca
kaca
sutera
C.
kaca
sutera
sutera
kaca
B.
sutera
kaca
sutera
kaca
(UN IPA SMP Tahun 2014)

20. Setelah kaca digosok-gosok dengan kain sutera, kaca bermuatan listrik. Proses terjadinya muatan listrik pada benda-benda tersebut ditunjukkan oleh....
Option
Kaca
Kain Sutera
Muatan kaca
A
Melepas proton
Menerima proton
Negatif
B
Menerima proton
Melepas proton
Positif
C
Menerima elektron
Melepas elektron
Negatif
D
Melepas elektron
Menerima elektron
Positif
(UN IPA SMP Tahun 2014)

Aku Pembelajar

Saya Cosmos Edwart Hutasoit, S.Pd seorang guru pembelajar yang tersertifikasi.

Posting Komentar

Please Select Embedded Mode To Show The Comment System.*

Lebih baru Lebih lama