oleh: Kelompok 8Fetty Haryanti

Nadhia Kirana DiasNisaul Lauziah Safitri

Kompetensi Dasar: Memahami konsep listrik statis, muatan listrik, potensial listrik, hantaran listrik, kelistrikan pada sistem saraf, dan contohnya pada hewan-hewan yang mengandung listrik.

A. Listrik pada Sistem Saraf

Selama periode hujan badai pada tahun 1786, Luigi Galvani, seorang fisikawan dan dokter Italia menyentuh otot tungkai seekor katak dengan menggunakan suatu metal, dan teramati otot katak tersebut berkontraksi. Kontraksi otot diawali oleh datangnya impuls saraf. Sel saraf menghantarkan impuls dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya, impuls terdiri dari ion-ion yang yang mengalir sepanjang sel saraf.

Sel saraf atau neuron berfungsi mengirimkan pesan (impuls) yang berupa rangsang atau tanggapan. Jutaan sel saraf ini membentuk suatu sistem saraf. Setiap neuron terdiri dari satu badan sel yang di dalamnya terdapat sitoplasma dan inti sel. Dari badan sel keluar dua macam serabut saraf, yaitu dendrit dan akson (neurit). Dendrit berfungsi mengirimkan impuls ke badan sel saraf, sedangkan akson berfungsi mengirimkan impuls dari badan sel ke jaringan lain. Akson biasanya sangat panjang. Sebaliknya, dendrit pendek.

Setiap neuron hanya mempunyai satu akson dan minimal satu dendrit. Kedua serabut saraf ini berisi plasma sel. Pada bagian luar akson terdapat lapisan lemak disebut mielin yang merupakan kumpulan sel Schwann yang menempel pada akson. Sel Schwann adalah sel glia yang membentuk selubung lemak di seluruh serabut saraf mielin. Membran plasma sel Schwann disebut neurilemma. Fungsi mielin adalah melindungi akson dan memberi nutrisi. Bagian dari akson yang tidak terbungkus mielin disebut nodus Ranvier, yang berfungsi mempercepat penghantaran impuls.

Sel-sel mampu menghasilkan potensial listrik yang merupakan lapisan tipis muatan positif pada permukaan luar dan lapisan tipis muatan negatif pada permukaan dalam bidang batas/membran. Kemampuan sel saraf (neurons) menghantarkan isyarat biolistrik sangat penting. Gambar dibawah ini adalah sebuah sel saraf dengan ekor panjangnya yang disebut

1 | H a n d o u t L i s t r i k

LISTRIK pada makhluk hidup dan

benda

sebagai akson atau serat saraf membawa isyarat biolistrik atau pulsa saraf menjauhi sel menuju otot, kelenjar atau neuron lain .

Secarik akson dengan panjang 1 cm memiliki tahanan listrik sekitar 2,5 x 108 Ω.S . Saraf dalam keadaan istirahat memiliki konsentrasi ion di dalam dan luar sel saraf adalah sebagai berikut:

Ion Konsentrasi (mmol/L)Di dalam Di luar

Na+ 15 145K+ 150 5Cl 9 120Lainnya 156 30

2 | H a n d o u t L i s t r i k

B. Hewan Mengandung Listrik

Makhluk hidup tertentu diketahui memiliki kemampuan menghasilkan listrik. Beberapa ratus spesies ikan memiliki organ penghasil listrik, namun hanya sedikit yang dapat menghasilkan daya listrik yang kuat. Organ penghasil listrik yang dimiliki oleh kebanyakan ikan tersusun dari sel saraf dan sel otot yang telah mengalami perubahan penting. Bentuk organ listrik seperti piringan kecil yang memproduksi lendir disebut elektrosit, tersusun dan menyatu di bagian atas dari susunan lain yang sejajar. Pada umumnya, semua piringan menghadap arah yang sama yang memuat 150 atau 200 piringan setiap susunannya. Misalnya, pada ikan torpedo terdapat 140 sampai 1000 piringan listrik pada setiap kolom. Pada ikan torpedo yang sangat besar, jumlah seluruh piringan sampai setengah juta. Prinsip kerja piringan listrik ini mirip dengan cara kerja baterai. Ketika ikan beristirahat, otot-otot yang tidak berhubungan belum aktif. Namun jika menerima pesan dari saraf, akan segera bekerja secara serentak untuk mengeluarkan daya listrik. Pada saat itu, voltase semua piringan listrik atau elektrosit menyatu, sehingga mampu menghasilkan daya listrik sampai 220 volt pada ikan torpedo atau sampai 650 volt pada belut listrik.

Contoh lain adalah belut listrik. Belut listrik (Electrophorus electricus) adalah sejenis ikan yang dapat menghasilkan aliran listrik kuat (sampai 650 volt) untuk berburu dan membela diri. Walaupun namanya belut listrik, ia bukan termasuk golongan belut melainkan ikan (Gymnotiformes). Belut listrik biasa ditemukan di sungai Amazon dan daerah sekitarnya. Belut ini bisa tumbuh hingga panjang 2,5 m (8,2 kaki) dan berat 20 kg (44 pound), walaupun biasanya ukuran rata-ratanya adalah 1 m. Dua per tiga tubuh ikan ini tertutup dengan alat-alat listrik, yang mempunyai sekitar 5000 hingga 6000 titik listrik. Oleh karena itu, mereka dapat menghasilkan arus listrik sebesar 500 volt per sekitar 2 ampere. Kira-kira kekuatannya melebihi yang digunakan oleh seperangkat TV biasa. Kemampuan menghasilkan listrik telah dianugerahkan kepada makhluk ini untuk tujuan pertahanan maupun penyerangan. Ikan ini menggunakan arus listrik untuk membunuh pemangsanya dengan memberi mereka kejutan listrik. Kejutan listrik yang dihasilkan oleh ikan ini cukup untuk membunuh ternak dari jarak 6,6 kaki (2 meter). Cara kerja penghasil listrik pada ikan ini dapat digunakan sangat cepat mencapai dua hingga tiga per seribu detik. Kekuatan yang luar biasa pada makhluk ini merupakan suatu keajaiban mengagumkan tentang penciptaannya. Sistem ini sangat rumit dan tidak mungkin dijelaskan melalui perkembangan setahap demi setahap. Hal ini karena sistem listrik tanpa pemanfaatan penuh tidak bisa membawa keuntungan apa pun bagi makhluk ini untuk mempertahankan diri. Dengan kata lain, semua bagian pada sistem ini harus telah tercipta secara sempurna di saat yang bersamaan.

3 | H a n d o u t L i s t r i k

C. Muatan Listrik

Benda juga dapat memiliki muatan listrik. Muatan listrik adalah partikel-partikel yang menentukan adanya gaya gerak listrik (GGL). Ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan listrik positif (proton) dan muatan listrik negatif (elektron).

Muatan listrik yang tidak mengalir pada suatu benda disebut listrik statis.Suatu materi tersusun atas partikel-partikel. Partikel itu dapat berupa atom, molekul, maupun ion.Atom merupakan bagian terkecil dari suatu zat.

D. Teori Atom

Atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. Terdiri dari inti atom dan kulit atom yang mengelilingi intinya. Di dalam inti atom (nukleon) terdapat proton dan netron. Proton merupakan bagian inti atom yang bermuatan positif (+). Neutron merupakan bagian inti yang bermuatan netral (tidak bermuatan). Pada kulit atom yang mengelilingi inti atom terdapat elektron. Elektron sebagai bagian atom yang bermuatan negatif (-). Muatan elektron (-) dapat bergerak atau berpindah dari suatu kulit ke kulit yang lain pada suatu atom atau berpindah ke atom lainnya. Muatan listrik positif (+) tidak dapat berpindah/bergerak. Atom netral adalah atom yang jumlah muatan elektron atau negatif (-) sama dengan jumlah muatan proton atau positif (+). Atom negatif adalah atom yang kelebihan muatan elektron (-) atau jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton. Atom positif adalah atom yang kekurangan muatan elektron (-) atau jumlah proton lebih banyak dari pada jumlah elektron.

4 | H a n d o u t L i s t r i k

Keterangan : a. atom bermuatan netral (elektron 3, proton 3, neutron 4)b. atom bermuatan positif (elektron 2, proton 3, neutron 2)c. atom bermuatan negatif (elektron 3, proton 2, neutron 2)

E. Cara Menimbulkan Muatan Listrik

1. Menggosok Jika dua benda digosokkan, maka akan terjadi perpindahan elektron dari satu benda

ke benda lainnya.a. Plastik digosok dengan rambut kering atau dengan kain wol menghasilkan muatan

listrik negatif pada plastik, karena elektron rambut atau kain wol pidah ke plastik sehingga plastikakan kelebihan elektron dan menjadi bermuatan negatif.

b. Batang kaca digosok dengan kain sutera menghasilkan listrik positif, karena elektron kaca pindah ke kain sutera sehingga kaca kekurangan elektron dan menjadi beruatan positif.

2. SentuhanSebuah penghantar yang bermuatan kemudian disentuhkan pada penghantar lain

yang tidak bermuatan, maka akan terjadi perpindahan muatan dari penghantar yang bermuatan pada penghantar yang tidak bermuatan. Sehingga penghantar yang tidak bermuatan menjadi bermuatan.3. Induksi

Peristiwa pemisahan muatan pada suatu konduktor karena konduktor itu didekati oleh benda bermuatan listrik.

F. Interaksi Antara Dua Muatan Sifat Muatan Listrik

Bila muatan-muatan listrik yang sejenis saling didekatkan, maka muatan-muatan tersebut akan saling tolak-menolak. Sebaliknya bila muatan-muatan listrik yang tidak sejenis saling didekatkan, maka muatan-muatan tersebut akan saling tarik-menarik. Peristiwa ini yang disebut dengan interaksi muatan-muatan listrik, sehingga:1. Muatan positif didekati muatan positif saling tolak-menolak2. Muatan positif didekati muatan negatif saling tarik-menarik3. Muatan negatif didekati muatan positif saling tarik-menarik4. Muatan negatif didekati muatan negatif saling tolak-menolak

G. Elektroskop: Pengertian dan Cara Kerja

1. Elektroskop merupakan alat yang dapat digunakan untuk menyelidiki muatan listrik pada suatu benda, tetapi elektroskop tidak dapat digunakan untuk menentukan jenis muatan listrik benda tersebut.

5 | H a n d o u t L i s t r i k

2. Bagian-bagian elektroskop

a. kepala elektroskop terbuat dari logamb. konduktor / penghantar yang menghubungkan kepala elektroskop dengan foilc. daun elektroskop (foil) terbuat dari kertas emas atau alumunium tipis

3. Cara kerja elektroskop:a. Elektroskop netral didekati benda bermuatan listrik negatif, maka elektroskop akan

mengalami induksi / pemisahan muatan , elektron-elektron yang ada pada kepala akan ditolak muatan negatif benda sehingga elektron berpindah menuju daun elektroskop. Akibatnya kepala elektroskop kekurangan elektron sehingga bermuatan positif sedangkan daun elektroskop kelebihan elektron sehingga bermuatan negatif. Karena daun elektroskop bermuatan sejenis (negatif-negatif) maka daun elektroskop akan membuka / mekar.

b. Eletroskop didekati benda bermuatan listrik positif, maka elektroskop akan mengalami induksi / pemisahan muatan, elektron-elektron pada daun elektroskop akan ditarik muatan positif benda ke kepala elektroskop. Akibatnya kepala elektroskop kelebihan elektron sehingga bermuatan listrik negatif, sedangkan foil kekurangan elektron sehingga bermuatan listrik positif akibatnya daun elektroskop membuka / mekar karena akan terjadi gaya tolak menolak antar muatan positif.

c. Elektroskop didekati bermuatan netral maka tidak terjadi reaksi induksi muatan listrik.

d. Elektroskop yang telah bermuatan dapat digunakan untuk mengetahui jenis muatan. Apabila benda yang didekatkan ke kepala elektroskop menyebabkan daun elektroskop lebih mekar, maka berarti muatan listrik pada kepala elektroskop sejenis dengan benda yang didekatkan. Apabila benda yang didekatkan menyebabkan daun elektroskop lebih kuncup, maka muatan listrik pada kepala elektroskop tidak sejenis dengan benda yang didekatkan.

6 | H a n d o u t L i s t r i k

e. Elektroskop netral dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik dan besar kecilnya muatan listrik pada suatu benda. Apabila benda yang didekatkan ke kepala elektroskop bermuatan maka daun elektroskop membuka / mekar, dan bila tidak bermuatan maka daun elektroskop tetap kuncup. Apabila benda yang didekatkan ke kepala elektroskop bermuatan kecil maka daun elektroskop membuka / mekar sedikit, dan bila benda bermuatan besar maka daun elektroskop akan membuka / mekar lebih lebar.

H. Hukum Coulomb

”Besarnya gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding hasil kali muatan listrik kedua benda itu dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda itu”Besar gaya tarik dan gaya tolak :a. sebanding dengan besar muatan, semakin besar muatan semakin besar

gayanya.b. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan, semakin besar

jaraknya, semakin kecil gaya yang timbulDirumuskan:

I. Medan Listrik dan Kuat Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah di sekitar suatu muatan listrik yang jika muatan listrik lain diletakkan dalam ruangan ini akan mengalami gaya listrik.Medan listrik digambarkan sebagai garis-garis gaya listrik berupa anak panah. Pada muatan listrik positif arah panah keluar dari muatan, sedangkan pada muatan listrik negatif arah panah menuju muatan.

7 | H a n d o u t L i s t r i k

Q1 Q2

F = k r2

F = gaya Coulomb (tarik/tolak) (N)Q1 Q2 = muatan benda (C) r = jarak antar dua muatan (m)k = konstanta = 9.109 (Nm2/C2)

Kuat medan listrik adalah besarnya gaya elektrostatis setiap satuan muatan listrik.

Kuat medan dirumuskan:

J. Potensial Listrik

Beda potensial antara dua titik dalam medan listrik adalah besarnya usaha yang harus dilakukan untuk menggerakkan muatan listrik sebesar 1 coulomb dari titik yang satu ke titik yang lain.Dirumuskan:

K. Listrik di Alam

Petir

8 | H a n d o u t L i s t r i k

FE =

Q

E = kuat medan listrik (N/C)F = gaya Coulomb (N)Q = muatan listrik (C)

WV =

Q

V = potensial listrik (volt)W = Usaha yang dilakukan (joule)Q = muatan listrik (coulomb)

Petir adalah loncatan bunga api listrik yang terjadi antara awan ke awan atau awan ke tanah karena adanya beda potensial yang sangat besar. Loncatan muatan listrik terjadi pada saat muatan listrik bergerak secara bersama-sama. Kejadian ini disebut pengosongan listrik statis. Petir merupakan salah satu contoh proses pengosongan. Pengosongan itu ditunjukkan oleh sambaran petir.

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 petir. Proses terjadinya petir dijelaskan dalam gambar sebagai berikut,

1. Apakah yang disebut dengan listrik statis itu?2. Muatan listrik statis terjadi di alam. Muatan itu juga dapat dibuat oleh manusia.

Berikan satu contoh listrik statis alamiah dan satu contoh listrik statis buatan manusia. Jelaskan bagaimana terjadinya masing-masing muatan tersebut!

3. Misalkan kamu baru saja mengisi sebuah elektroskop dengan batang gelas bermuatan positif. Hipotesiskan apa yang akan terjadi jika kamu menyentuh lagi elektroskop tersebut dengan benda lain bermuatan positif!

9 | H a n d o u t L i s t r i k

Asah Pemahaman!