BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pembelajaran mengenai pembahasan listrik terbagi atas dua hal: listrik dinamis dan

listrik statis. Listrik dinamis merupakan hal yang mempelajari tentang muatan lisrtrik yang

bergerak atau arus listrik. Yang telah kita pelajari pada saat kelas X dulu. Sementara itu,

listrik statis merupakan hal mempelajari tentang muatan listrik diam.

Padahal begitu mudahnya dan banyaknya aplikasi ataupun prinsip kerja dari listrik

statis tersebut yang sering kita jumpai atau kita lihat dalam kehidupan sehari-hari kita.

Contohnya sebuah sisir yang telah di gosok-gosokan kerambut akan dapat menarik robekan-

robekan kertas tipis. Hal ini dapat terjadi akibat sisir yang awalnya bersifat netral berubah

menjadi bermuatan akibat berpindahnya elektron dari rambut ke kepala yang memebuat sisir

tersebut dapat menarik robekan kertas meskipun dalam skala yang kecil.

Atau bahkan pemasangan sebuah pengendap elektrostatis pada pabrik-pabrik, kapasitor

keping sejajar yang terdapat pada keyboard komputer, penggunaan kapasitor pada kamera

dengan blitz, dan bahakan alat defibrilator yang menggunakan kapasitor. Alat tersebut

berfungsi untuk memprbaiki ritme jantung normal pada korban serangan jantung.

Hal inilah yang membuat penulis merasa tertarik untuk meneliti dan menelaah

mengenai aplikasi listrik statis dalam kehidupan sehari-hari. Yang menggangkat tema

“Listrik Statis” Karena mungkin kita hanya sering melihat atau hanya sekedar mengetahui

nama alat tersebut tanpa mengetahui prinsip kerja dari alat tersebut. Dan juga sesengguhnya

pengunaan sifat-sifat listrik statis yang memberikan banyak manfaat dalam kehidupan kita.

B. Rumusan Masalah

1. Apakah yang dimaksud dengan listrik statis?

2. Apa saja hukum-hukum yang berhubungan dengan Listrik Statis?

3. Apa saja aplikasi hukum-hukum yang berhubungan dengan Listrik Statis dalam

kehidupan sehari-hari ?

4. Apakah yang dimaksud dengan potensial listrik dan medan listrik?

5. Apakah yang dimaksud dengan kapasitor?

6. Bagaimana cara kerja kapasitor keping sejajar ?

1

7. Bagaimana pengaruh dielektrium terhadap kapasitor keping sejajar?

8. Apa saja aplikasi kapasitor dalam kehidupan sehari-hari?

C. Tujuan Makalah

Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini adalah :

1. Untuk lebih memahami mengenai materi Listrik Statis

2. Untuk mengetahui berbagai penerapan Listrik Statis dalam kehidupan sehari-hari dan

manfaatnya bagi masyarakat

D. Manfaat Makalah

Manfaat disusunnya makalah ini adalah sebagai berikut:

1. Dapat menambah wawasan mengenai Listrik Statis

2. Dapat mengetahui dan memahami penerapan Listrik Statis dalam kehidupan sehari-

hari

3. Dapat mengetahui eratnya materi-materi fisika dalam kehidupan sehari-hari,

khususnya mengenai Listrik Statis

4. Dapat digunakan untuk materi tambahan dalam belajar fisika

2

BAB II

ISI DAN PEMBAHASAN

A. Mengenai Listrik Statis

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 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 yang lebih dikenal sekarang.

Orang pertama yang melakukan percobaan tentang listrik statis adalah Thales of

Miletus. Ia menggosokkan batu ambar dengan kain wol, kemudian ia dekatkan ke bulu ayam.

Ternyata bulu ayam terbang dan menempel pada batu ambar beberapa saat kemudian jatuh

lagi.

Listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir atau listrik yang muatan-muatan

listriknya berada dalam keadaan diam. Contoh peristiwa listrik statis adalah peristiwa petir dan

sisir plastik yang dapat menarik sobekan-sobekan kertas.

a. Penggaris Bermuatan Listrik

Penggaris plastik yang digosok-gosokkan

pada rambut, menjadi bermuatan listrik

karena elektron dari rambut berpindah ke

penggaris plastik, sehingga penggaris plastik

kelebihan elektron. Akhirnya penggaris

plastik tersebut menjadi bermuatan negatif

dan menyebabkan sobekan kertas kecil dapat tertarik ke penggaris.

b. Terjadinya petir

Timbulnya petir akibat loncatan muatan listrik statis di ionosfer. Loncatan muatan

listrik terjadi pada saat muatan listrik bergerak secara bersama-sama. Kejadian ini disebut

pengosongan listrik statis. Petir terjadi karena pelepasan muatan listrik dari satu awan

cumulonimbus ke awan lainnya, atau dari awan langsung ke Bumi. Dapat disimpulkan

bahwa petir terjadi akibat perpindahan muatan negatif menuju ke muatan positif.

3

2. Fenomena Listrik Statis

Tahun 1700-an, seorang Ilmuan bernama Du Fay menunjukkan bahwa ada

dua jenis gejala kelistrikan statik. Pertama bahwa gejala listrik ini dapat menimbulkan

efek tarik-menarik pada benda tertentu dan yang kedua dapat menyebabkan tolak-

menolak. Dari dua gejala ini disimpulkan terdapat dua jenis sumber listrik (yang

kemudian disebut muatan listrik). Du Fay menamakan gejala ini dengan istilah resinous

(-) dan vitreous (+).

Seorang ilmuan, sastrawan, politisi dan terutama salah seorang penggagas

deklarasi kemerdekaan Amerika, Benjamin Franklin pada tahun 1752 kemudian

menyatakan bahwa kedua jenis listrik (muatan listrik) ini sebagai positif (+) dan negatif

(-). Penamaan ini dipakai hingga saat ini dan amat membantu dalam menjelaskan gaya

elektrostatik.

Robert A. Millikan (1869-1953) kemudian melakukan eksperimen yang

bertujuan mencari harga muatan yang paling kecil yang bisa didapatkan. Percobaan

Millikan dikenal sebagai percobaan tetes-minyak (oil-drop). Percobaan ini dilakukan

dengan meneteskan minyak dengan tetesan kecil melalui dua pelat logam dengan beda

potensial yang dapat diatur. Medan listrik yang dihasilkan dari kedua pelat akan menarik

muatan listrik dari tetesan minyak tadi pada pelat bagian atas, dan jika beda tegangan

diatur agar cukup bisa mengimbangi gaya gravitasi pada tetes minyak, maka partikel-

partikel minyak yang mengandung muatan tadi akan melayang karena keseimbangan

gaya ini. Pada keadaan ini gaya gravitasi (yang dapat kita hitung) sama dengan gaya

elektrostatik, sehingga muatan dapat diketahui besarnya. Melalui banyak percobaan

dengan tetes minyak yang beragam massanya, maka Millikan mengamati bahwa hasil

dari muatan listrik yang diperoleh selalu kelipatan dari 1,602 x 10-19 C. Hasil percobaan

tetes minyaknya didapatkan harga muatan terkecil sebesar 1,6 x 10-19. Harga muatan ini

dimiliki oleh partikel terkecil elektron, sehingga bilangan tersebut disebut e (muatan

elektron). e = 1,602 x10-19 C. Artinya benda apapun yang bermuatan listrik, muatannya

adalah kelipatan bilangan bulat dari harga e (1e, 2e, 3e, dst). Atas percobaan ini Millikan

menerima hadiah Nobel bidang Fisika.

3. Sifat-sifat Muatan Listrik

Beberapa sifat muatan listrik adalah :

4

a. Muatan listrik digolongkan menjadi dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif

b. Jika muatannya sama akan saling tolak menolak, jika muatannya berbeda akan saling

tarik menarik

4. 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 negatip 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”

Muatan Listrik dalam Suatu Atom

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 positip atau negatip, dan disebut ion.

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. Jadi elektron-elektron ekstra pada penggaris plastik,

dapat lepas ke udara karena ditarik menuju molekul-molekul positip air. Di sisi lain,

benda yang dimuati secara positip, 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

5

sedikit molekul-molekul yang dapat berpindah. Pada udara lembab, adalah sulit untuk

membuat benda bermuatan tahan lama.

B. Hukum-hukum yang berkaitan dengan Listrik Statis

1. Hukum Coulomb

Bila dua buah muatan listrik dengan harga q1 dan q2, saling didekatkan, dengan

jarak pisah r, maka keduanya akan saling tarik-menarik atau tolak-menolak menurut

hukum Coulomb adalah:

“Berbanding lurus dengan besar muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan

kuadrat jarak antara kedua muatan”.

F = k q1 q2

r2

Dengan, F = Gaya Listrik (N)

k = tetapan Coulumb = 9 × 109 Nm2/C2

q1,q2 = muatan listrik (C)

r = jarak antara dua muatan (m)

Saling tarik menarik - Saling tolak-menolak

a. Muatan –muatan yang segaris

Besarnya gaya Coulomb pada suatu muatan yang dipengaruhi oleh beberapa

muatan yang sejenis langsung dijumlahkan secara vektor. Pada Gambar, gaya

Coulomb pada muatan q1 dipengaruhi oleh muatan q2 dan q3 adalah F = F12 + F13.

Apabila arah ke kanan dianggap positif dan arah ke kiri negatif, besar gaya Coulomb

pada muatan:

F = k q1 q2

r122 −

k q1q3

r132

6

b. Muatan –muatan yang tidak segaris

Tiga buah muatan q1, q2, q3 ditunjukkan seperti pada

gambar. Untuk menentukan gaya Coulomb pada muatan q1

dapat dicari dengan menggunakan rumus kosinus sebagai

berikut.

7

F1 = √ F122+F13

2+2F122 F13

2 , dengan:

F12 = k q1 q2

r122 dan F13=

k q1 q3

r132

2. Hukum Gauss

“Jumlah garis gaya total/fluks listrik (yang masuk dan keluar) dalam suatu permukaan

bidang sebanding dengan jumlah muatan total yang terdapat didalam bidang tersebut”

Jumlah garis-garis medan listrik yang menembus secara tegak lurus pada suatu bidang

dinamakan dengan fluks listrik dan disimbolkan φ. Fluks berkaitan dengan besaran medan

yang “menembus” dalam arah yang tegak lurus suatu permukaan tertentu. Fluks listrik

menyatakan medan listrik yang menembus dalam arah tegak lurus suatu permukaan.

Ilustrasinya akan lebih mudah dengan menggunakan deskripsi visual untuk medan listrik

(yaitu penggambaran medan listrik sebagai garisgaris). Dengan penggambaran medan seperti

itu (garis), maka fluks listrik dapat digambarkan sebagai banyaknya “garis” medan yang

menembus suatu permukaan.

Fluks listrik yang dihasilkan oleh medan E pada permukaan yang luasnya dA adalah

keterangan: φ = fluks listrik (weber)

E = kuat medan listrik (N/C)

A = luas bidang yang terbatas garis-garis gaya (m2)

θ = sudut antara E dengan normal bidang

Bunyi hukum Gauss yang dikemukakan oleh Karl Friedrich Gauss (1777-1855) adalah :

“Jumlah garis medan (fluks listrik) yang menembus suatu permukaannya sebanding

dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tersebut”.

Φ=Qε0

8

φ= E . A atau φ = E . A cos θ

Ada beberapa hal penting mengenai garis-garis medan listrik, yaitu:

a. Garis-garis medan tidak pernah berpotongan

b. Garis-garis medan magnet selalu mengarah radial keluar menjauhi muatan positif dan

radial ke dalam mendekati muatan negatiif

c. Tempat dimana garis-garis listrik rapat menyatakan tempat yang medan listriknya

kuat. Sedangkan tempat dimana garis-garis medan listrik renggang menyatakan

tempat yang medan listriknya rendah

d. Garis-garis medan magnet untuk yang menjauhi muatan positif sama banyaknya

dengan banyaknya garis medan magnet yang mendekati muatan negatif

e. Pola garis-garis medan yang dibentuk oleh biji-biji halus diantara dua elektroda titik

yang muatannya berlawanan disebut dipol listrik.

Bola Konduktor Bermuatan (Charged Conductor Ball)

Bola konduktor berjari-jari R diberi muatan Q maka muatan itu akan tersebar

pada permukaan bola. Besaran-besaran yang timbul antara lain:

Medan listrik

Arah medan listrik oleh bola bermuatan sama dengan muatan titik yaitu

meninggalkan muatan positif dan menuju muatan negatif. Sedangkan kuat medan

listriknya dapat ditentukan dari hukum Gauss. Dari hukum Gauss dapat dijelaskan bahwa

medan listrik timbul jika ada muatan yang dilingkupinya. Bagaimana jika titiknya berada

di dalam bola? Coba kalian lihat titik A pada Gambar. Luasan yang dibutuhkan titik A

tidak melingkupi muatan berarti kuat medannya nol, EA = 0. Untuk titik di permukaan

bola dan di luar bola akan memiliki luasan yang melingkupi muatan Q tersebut sehingga

dapat diturunkan dengan hukum Gauss sebagai berikut:

Φ=Qε0

E (4πR2) = Qε0

E = 1

4 π ε0

Q

R2

Jadi dapat disimpulkan kuat medan listrik oleh bola konduktor sebagai berikut:

- di dalam bola : E = 0

- di luar/permukaan : E = kQ

r2 , (permukaan r = R)

9

Potensial Listrik

Potensial listrik oleh bola bermuatan juga ada dua keadaan. Pertama : di dalam bola ternyata sama dengan di permukaan. Kedua, di luar bola.

- Di dalam/di permukaan : V = kQR

- Di luar : V = kQr

Keping Sejajar Bermuatan (Parallel Charged Plates)

Keping sejajar adalah dua keping konduktor dengan luas sama dan bahan

sama. Jika dihubungkan dengan sumber tegangan V maka akan menyimpan muatan

yang sama besar berlainan jenis seperti pada Gambar. Di daerah antar keping dapat

digambarkan permukaan yang tertembus garis-garis medan seluas A secara tegak

lurus (sejajar garis normal) sehingga akan berlaku hukum Gauss sebagai berikut:

Φ=Qε0

E. A. Cos 00 = Qε0

Jadi, E = Q

Aε0

Berarti bila ada muatan positif +q atau dilepas di sekitar

keping A maka muatan tersebut akan mendapat gaya ke

kanan sebesar : F = Q. A

Jika muatan telah berpindah dari titik A ke titik B maka akan

terjadi perubahan energi potensial sebesar :

W = ∆ Ep

F.d = QV

Q.E.d = QV

E = Vd

Medan gaya elektrostatis (medan listrik) merupakan medan gaya konservatif berarti

pada gerak muatan di antara keping sejajar akan berlaku hukum kekekalan energi

mekanik.

EmA = EmB

EpA + EkA = EpB + EkB

Jika muatan dilepaskan dari A maka EkA = 0 dan EpB akan bernilai nol karena

elektron telah sampai pada kutub negatif sehingga berlaku :

10

q V + 0 = 0 + ½ m v2

q V = mv2

dengan : q = muatan yang bergerak atau dilepas (C)

V = beda potensial (volt)

m = massa partikel (kg)

v = kecepatan partikel saat menumbuk keping (m/s)

C. Aplikasi Listrik Statis

1. 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. Penangkal petir merupakan contoh pengosongan

muatan statis yang tidak menimbulkan kerusakan. 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.

Penangkal petir menyediakan suatu jalan aman bagi arus listrik petir sehingga

mengalir masuk ke dalam tanah dan tidak melewati bangunan tinggi tersebut.

Penangkal petir memang terbuat dari logam karena logam dapat menghantarkan arus

listrik sehingga petir hanya melewati bangunan saja. Bila penangkal petir tidak terbuat

dari logam maka petir akan langsung menghantam bangunan tersebut. Pada dasarnya

peralatan elektronik memiliki medan listrik sehingga bila ada petir yang mendekati

medan listrik tersebut maka medan listrik pada peralatan elektronik akan berubah

secara drastis. Bila hal ini terjadi maka peralatan elektronik akan rusak. Bila terjadi

hal demikian maka petir akan menyambar pohon yang lebih tinggi dari penangkal

petir. Ini terjadi karena petir akan mencapai pohon lebih dahulu daripada rumah

berpenangkal petir.

2. Listrik Statis Yang Timbul Saat Menyetrika Baju

11

Setrika yang panas akan memudahkan perpindahan muatan, sedangkan sifat

atau jenis baju sangat menentukan mudah tidaknya terjadi perpindahan muatan. Oleh

karena itu, baju yang kering akibat disetrika, akan mudah menimbulkan sifat

kelistrikan begitu juga pada rambut kering bila digosok dengan sisir, maka sisir itu

akan bermuatan listrik. Panas dapat mempermudah benda memperoleh muatan lisrik

karena listrik juga dapat mengeluarkan panas sehingga antara benda panas dan listrik

memiliki suhu yang sama yang dapat mempermudah benda panas memperoleh

muatan listrik.

3. Proses Dasar Printer Laser

Prinsip kerja dasar dari laser printer adalah listrik statis, energi yang sama

yang bisa membuat pakaian menempel pada pengering atau kilatan petir yang

menyambar ke tanah. Listrik statis adalah muatan listrik sederhana yang terjadi pada

objek yang terisolasi, seperti balon atau tubuh kita. Sejak muatan atom yang

berlawanan saling berinteraksi, objek yang berbeda muatan listriknya akan saling

tarik-menarik.

Komponen Dasar Laser Printer

Printer laser menggunakan fenomena ini seperti sebuah lem yang bisa dilepas

dan direkatkan kembali. Komponen Inti dari system ini adalah photoreceptor, secara

umum seperti revolver drum atau silinder. Drum assembly ini membuat

photoconductive material yang banyak yang ditembak oleh sinar proton.

Pada mulanya drum memberikan muatan positif total yang didapat dari kabel corona,

kabel dengan aliran listrik yang mengalirinya. (beberapa printer menggunakan roler

yang bermuatan didalam kabel corona, tapi sama dalam prinsip kerjanya.) pada saat

drom berputar, printer akan mengeluarkan sinar laser tipis yang ditebakkan pada point

yang telah ditentukan. Pada saat ini, laser menggambar, huruf dan gambar yang akan

dicetak, seperti sebuah pola dari muatan listrik, yang disebut dengan electro static

image. System ini juga bisa bekerja sebaliknya, atau gambar yang dibuat oleh listrik

bermuatan positif yang dicetak pada latar belakang negative.

D. Potensial Listrik dan Medan Listrik

1. Potensial Listrik

12

Besarnya usaaha yang dipergunakan untuk memindahkan muatan

q dari titik a dengan jarak rA ke titik B dengan jarak rB adalah :

13

WAB = k.Q.q (1rB

− 1r A

¿

Bila rA = ~ maka, W~B = kQ qr B

Usaha untuk membawa muatan sebesar q dari ~ ke titik B yang jaraknya rB

terhadap titik Q adalah energi potensial dari q yang terletak di rB dari muatan Q.

Ep = kQ qr B

= 1

4 π ε0

Q qr B

Potensial listrik disuatu titik P yang berjarak “r” terhadap muatan Q adalah :

Besarnya energi potensial listrik (EP) di titik P persatuaan muatan di titik P tersebut.

V = Epq = k

QqrB q

V = k QrB

= 1

4 π ε0

Qr

Sehingga usaha yang diperlukan untuk membawa muatan listrik sebesar q dari

titik A ke titik B adalah:

WAB = q (vb - va)

Satuan dari potensial listrik adalah Joule/Coulomb = Volt atau dalam cgs dinyatakan

dalam statVolt.

1 Volt = 1/300 stat Volt.

POTENSIAL BOLA YANG BERMUATAN LISTRIK

Bola A yang berjari-jari R meter bermuatan q Coulomb.

- Titik L yang berada di permukaan bola mempunyai potensial: VL = k qR

- Titik M yang berada di luar bola (r meter dari pusat bola) mempunyai potensial :

VM = k qR

14

- Titik K yang berada di dalam bola mempunyai potensial yang sama dengan

potensial di permukaan bola. Secara ringkas dapat digambarkan dalam diagram

berikut :

V K = V L = potensial bola

= k qR

VM = k qR

BIDANG POTENSIAL

Adalah tempat kedudukan titik-titik yang berpotensial

sama. Bidang ini memotong garis-garis gaya secara

tegak lurus untuk memindahkan muatan q di dalam

bidang potensial tak diperlukan usaha.

2. Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah dimana pengaruh dari muatan listrik ada.

Besarnya kuat medan listrik (“E”) pada suatu titik di sekitar muatan listrik (Q) adalah:

Hasil bagi antara gaya yang dialami oleh muatan uji “q” dengan besarnya muatan

uji tersebut.

Kuat medan listrik (E) adalah suatu besaran vector. Satuan dari kuat medan listrik

adalah Newton/Coulomb atau dyne/statcoulomb. Bila medan di sebuah titik

disebabkan oleh beberapa sumber; maka besarnya kuat medan total dapat dijumlahkan

15

dengan mempergunakan aturan vektor. Arah dari kuat medan listrik; bila muatan

sumbernya positif maka meninggalkan dan bila negatif arahnya menuju.

Contoh kuat medan listrik.

1. Kuat medan listrik yang disebabkan oleh bola berongga bermuatan.

- dititik R; yang berada didalam bola ER=0. Sebab di dalam bola tidak ada muatan.

- dititik S; yang berada pada kulit bola;

E= kQ

R2

2.Bila Bola pejal dan muatan tersebar merata di dalamnya dan dipermukaannya

( Muatan total Q ).

-Besarnya kuat medan listrik di titik P dan S sama seperti halnya bola berongga

bermuatan; tetapi untuk titik R kuat medan listriknya tidak sama dengan nol. ER =0

- Bila titik R berjarak r terhadap titik pusat bola, maka besarnya kuat medan

listriknya :

E= kQ q

R3

3. Kuat medan disekitar pelat bermuatan

- muatan-muatan persatuan luas pelat (= QA )

16

E. KAPASITOR

Kapasitor (kondensator) adalah : alat yang terdiri dari dua penghantar

berdekatan yang dimaksudkan untuk diberi muatan sama besar dan berlawanan jenis.

Fungsi dari Kapasitor antara lain:

1. Untuk menghilangkan bunga api listrik pada rangkaian-rangkaian yang

mengandung kumparan bila tiba-tiba diputuskan.

2. Pada rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil.

3. Untuk memperbesar effisiensi daya transmisi (penyebaran) arus bolak-balik.

4. Untuk memilih panjang gelombang (tuning) pesawat penerima radio.

Setiap kapasitor mempunyai kapasitas (C), yaitu perbandingan antara besar muatan

(Q) dari salah satu keping dengan beda potensial (V) antara kedua keping-kepingnya.

C = QV

dengan : C = Kapasitor (C/V)

Q = muatan listrik (C)

V = beda potensial (V)

KAPASITOR KEPING SEJAJAR

Kapasitor yang terdiri dari 2 buah keping sejajar yang masing-

masing luasnya A m2 terpisah sejauh d meter satu sama lain, bila

diantara kepin-kepingnya hampa udara kapasitasnya (C0) adalah:

Co = εoA

d, dengan ε o= permitivitas ruang hampa

Bila di antara keping-keping kapasitor disisipi bahan dielektrik

Besar kapasitasnya (C) menjadi :

Co = ε A

d, dengan εadalah permitivitas bahan dielektrik.

ENERGI SUATU KAPASITOR BERMUATAN.

Energi yang tersimpan di dalam kapasitor, bila suatu kapasitor diberi muatan adalah :

W = 12

Q 2

C atau W

12

C V 2

17

1. SUSUNAN KAPASITOR

Bila beberapa kapasitor yang masing-masing kapasitasnya C1,C2,C3, ...disusun seri,

maka:

- Qs = Q1 = Q2 = Q3 = .....

- Vs = Vab + Vbc + Vcd + Vde +.....

18

- 1

C s =

1C1

+ 1C2

+ 1C3

Kapasitor-kapasitor yang disusun paralel. Bila beberapa kapasitor C1,C2,C3, .......

disusun paralel, maka :

Beda potensial (Vab) total sama dengan beda potensial masing-

masing kapasitor.

- Qp = Q1 + Q2 + Q3 + .....

- Cp = C1 + C2 + C3 + .....

Beda potensial (Vab) total sama dengan beda potensial masing-masing kapasitor.

- Qp = Q1 + Q2 + Q3 + .....

- Cp = C1 + C2 + C3 + .....

2. MERUBAH BESARNYA KAPASITAS SUATU PENGHANTAR

Sebuah penghantar bermuatan, potensialnya semakin kecil kalau didekati

penghantar lain yang netral. Akan menjadi lebih kecil lagi bila penghantar netral itu

dihubungkan dengan bumi. Sebuah penghantar bermuatan, kapasitasnya semakin

besar kalau didekati penghantar lain yang netral. Akan menjadi lebih besar lagi bila

penghantar netral itu dihubungkan dengan bumi.

Besarnya Potensial Penghantar Gabungan:

Apabila dua penghantar baru yang bermuatan saling dihubungkan, terjadi sebuah

penghantar baru yang kapasitasnya sama dengan jumlah kapasitas penghantar masing-

masing

Untuk dua penghantar yang belum dihubungkan berlaku :

Q1 = C1 V1 atau Q2 = C2 V2 Setelah dihubungkan : (Jumlah Muatan Tidak

Berubah)

Q1 + Q2 = C V atau : C1 V1 + C2 V2 = C1 V + C2 V = ( C1 + C2 ) V

V =C1 V 1

+C2V 1

C1+C2

3. MACAM-MACAM KAPASITOR

19

1. Kondensator Bola:

Terdiri dari dua bola penghantar konsentris A dan B, yang berjari-jari R1 dan R2 cm.

Diantara kedua bola ada isolator dengan konstanta dielektrikum

Bola luar dihubungkan dengan bumi, sedangkan bola dalam diberi muatan melalui

kawat k. Di A akan terdapat muatan +Q dan di B terdapat muatan -Q (resultan=0)

2. Kondensator pelat (keping sejajar)

Medan antara pelat-pelat kondensator

homogen, bila jarak antara pelat kecil dan pelat

besarnya selalu sama.

3. Bidang Franklin

Terdiri dari lempeng kaca yang kedua sisinya dilapisi dengan timah putih. Antara

lempeng kaca dan timah putih diberi lapisan pernis.

4. Botol Leiden

Botol gelas dengan lapisan dalam a dan lapisan luar b yangterbuat dari timah

putih. Antara kedua lapisan itu dilapisi pernis tipis. Lapisan dalam dihubungkan

dengan kepala c sedangkan lapisan luar di bumikan. Melalui kepala c lapisan

dalam diberi muatan yang sangat amat besar.

5. Kondensator Balok : terdiri dari dua baris lapisan lempeng timah putih, yang satu

sama lain saling menyisip. Maksudnya dengan volumeyang relatif kecil dapat

menyimpan muatan yang relatif besar.

6. Kondensator variabel atau putar

20

Digunakan dalam peralatan radio. Bentuknya terdiri dari dua deret pelat

penghantar, pelat-pelat yang satu dapat dimasukkan di antara pelat-pelat yang

lainnya, dari deret yang berlainan.

F. Aplikasi Kapasitor Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Kapasitor hanya menyimpan sejumlah kecil energi. Energi maksimum yang

tersimpan dalam sebuah kapasitor besar kira-kira hanya 10 Joule. Kapasitor

digunakan sebagai penyimpan energi karena dapat dimuati dan melepas muatannya

dengan sangat cepat. Penggunaan kapassitor dalam kehidupan sehari-hari adalah :

a. Blitz, yaitu alat penghasil kilat cahaya pada camera yang menggunakan sebuah

kapasitor. Kapasitor dalam sebuah blitz dimuati oleh baterai kecil. Muatan yang

tersimpan kemudian dilepaskan ketika tombol untuk mengambil gambar ditekan.

Muatan yang tersimpan dihantarkan kesebuah tabung cahaya dengan sangat cepat dan

menyinari subjek yang dipotret ketika lebih banyak cahaya yang dibutuhkan untuk

menghasilkan foto yang baik.

b. Kapasitor yang digunakan dalam memilih frekuensi pada radio penerima

c. Kapasitor yang digunakan untuk memisahkan arus bolak-balik dari arus searah (arus

searah ditahan oleh kapasitor, sedangkan arus bolak-balik hanya dihambat oleh

kapasitor).

d. Kapasitor yang digunakan sebagai filter pada rangkaian catu daya dan car=tu daya

cadangan ketika suplai listrik dan PLN terputus

e. Kapasitor untuk menghilangkan loncatan api dalam rangkaian skalar dan

menghilangkan bunga api pada sistem pengapian mobil

f. Defibrillator, yaitu alat yang digunakan untuk mengontrol cardiac fibrillation. Alat ini

menggunakan energi listrik yang tersimpan dalam sebuah kapasitor untuk

menjalankan suatu arus listrik terkontrol yang dapat menjalankan suatu arus listrik

terkontrol yang dapat memperbaiki ritme jantung normal pada korban serangan

jantung. Suatu pedal yang diletakkan pada dada dekat jantung dimuati sampai beda

potensial 1000 V. Kapasitor kemudian melepaskan muatannya dalam ribuan kali tiap

sekon. Dalam beberapa sekon, jantung biasanya dapat kembali pada pola denyut

normal.

21

BAB III

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat Penulis simpulkan dari berbagai uraian di atas antara

lain :

Listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir atau listrik yang muatan-muatan

listriknya berada dalam keadaan diam. Contoh peristiwa listrik statis adalah peristiwa

petir dan sisir plastik yang dapat menarik sobekan-sobekan kertas

Hukum-hukum yang berkaitan dengan listrik statis antara lain hukum coulumb dan

hukum Gauss

Aplikasi listrik statis dalam kehidupan sehari-hari adalah penangkal petir, panas pada

setrika baju dan proses dasar laser printer

Penerapan kapasitor dalam kehidupan sehari-hari adalah pemakaian prinsip kapasitor

pada blitz kamera, untuk memilih frekuensi pada radio penerima, memisahkan arus

bolak-balik dari arus searah, sebagai filter pada rangkaian catu daya, menghilangkan

loncatan api pada rangkaian skalar, dan lainnya.

22

B. Saran

Saran yang dapat Penulis berikan berhubungan dengan makalah ini adalah:

Hendaknya para pelajar lebih peka dan kritis terhadap lingkungan sekitar sebab

kebanyakan dari hal-hal tersebut sangat erat hubungannya dengan fisika.

Hendaknya bagi masyarakat juga mencari informasi dan wawasan mengenai

keadaan disekitarnya yang berhubungan dengan materi fisika Listrik Statis, karena

akan sangat membantu mereka dalam kehidupan sehari-hari.

DAFTAR PUSTAKA

Asmiarto, Didik. 2006. Panduan Belajar Kelas 12 SMA IPA. Yogyakarta : Primagama

Umar E. Fisika dan Kecakapan Hidup Kelas XII. Jakarta : Ganeca-Exact

Kanginan M. 2007. Fisika Untuk SMA Kelas XII. Jakarta : Erlangga

Kanginan, Marthen. 2010. Physics for Senior High School. Jakarta: Erlangga

Abadi Rinawan. 2010. PR Fisika utnuk SMA/MA. Klaten: Intan Pariwara

www.google.com

23