Muatan listrik adalah
Muatan dasar yang dimiliki oleh partikel penyusun atom, kecuali neutron. Karakteristik
Muatan dasar hanya dimiliki oleh proton dan elektron.
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. Interaksi antarmuatan
listrik akan terjadi jika benda-benda yang bermuatan didekatkan satu sama lain. Gaya tolak-menolak terjadi pada benda-benda yang bermuatan sejenis,sedangkan gaya tarik-menarik akan terjadi pada benda-benda yang bermuatan tidak sejenis. Konsep mengenai
Muatan listrik dijadikan sebagai prinsip dasar untuk menjelaskan tentang fenomena
listrik.
Penamaan
Benjamin 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.
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.
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.
Muatan listrik pada suatu benda dapat diperoleh melalui 3 cara, yaitu memberikan efek tribolistrik, 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.
= 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 listrik 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.
= Gaya elektrostatik
=
Muatan listrik memiliki gaya elektrostatik antara dua
Muatan listrik partikel dengan nilai 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. 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.
Hukum
= Hukum kekekalan Muatan
=
Hukum kekekalan
Muatan adalah hukum yang menyatakan bahwa jumlah
Muatan listrik yang dihasilkan pada dua benda yang berbeda dalam suatu proses pemindahan
Muatan adalah nol. Benda yang memperoleh
Muatan positif dari benda lain tetap akan menghasilkan sejumlah
Muatan negatif dengan jumlah yang sama pada daerah atau benda di sekitarnya. Benjamin Franklin (1706–1790) mengatakan bahwa dampak dari adanya hukum kekekalan
Muatan yaitu adanya perpindahan
Muatan dari benda yang satu ke benda yang lain.
Muatan baru yang terdapat di dalam suatu benda bukanlah hasil ciptaan, melainkan hanyalah pemindahan
Muatan dari benda lain di sekitarnya.
= Hukum Coulomb
=
Gaya tarik-menarik terjadi pada dua
Muatan yang berlawanan sedangkan gaya tolak-menolak terjadi pada dua
Muatan yang tidak sejenis. Hukum Coulomb menyatakan bahwa "besarnya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak antarmuatan
listrik sebanding dengan ukuran
Muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antarmuatan
listrik”. Hubungan antara gaya
listrik dengan ukuran
Muatan listrik dan jarak antarmuatan ini dipelajari dan dikemukakan oleh fisikawan Prancis yang bernama Charles Augustin de Coulomb pada tahun 1785. Dalam percobaan, Coulomb menggunakan neraca puntir.
Penerapan konsep
=
Induksi
listrik merupakan pemisahan
Muatan listrik pada suatu benda akibat didekatkan dengan benda lain yang bermuatan
listrik. Pemisahan
Muatan dari benda netral dapat dilakukan oleh benda bermuatan positif maupun benda bermuatan negatif. Pemisahan
Muatan dapat terjadi karena adanya gaya tarik atau gaya tolak
Muatan listrik. Induksi
listrik digunakan untuk membuat benda netral menjadi bermuatan
listrik. Gaya tarik akan terjadi pada benda bermuatan negatif yang didekatkan pada benda netral sehingga
Muatan positif pada benda netral bergeser ke sisi lain dari benda netral dan
Muatan negatif dari bertambah ke sisi yang lain. Benda menjadi bermuatan positif jika
Muatan negatif dihubungkan dengan permukaan tanah kemudian diputus.
=
Muatan listrik mampu menghasilkan medan
listrik. Pembuatan medan
listrik dapat dilakukan oleh elektron, ion, atau proton di dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Satuan medan
listrik dnyatakan dalam Newton/Coulomb atau disingkat N/C. Medan
listrik umumnya dipelajari dalam bidang fisika dan bidang elektronika, khususnya dalam kajian penghantar
listrik seperti kawat atau kabel.
Penerapan praktis
= 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 mengubah 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.
= Elektroskop
=
Elektroskop digunakan untuk mengetahui keberadaan suatu
Muatan listrik dan jenis
Muatan listrik yang ada di dalam suatu benda. Ektroskop terdiri dari sebuah peti kaca, dua buah daun elektroskop, bola logam, dan konduktor yang disekat dari peti. Peti kaca menjadi rumah bagi dua buah daun elektroskop. Kedua daun elektroskop dapat bergerak dan dihubungkan ke bola logam yang berada di luar peti kaca melalui konduktor.
Referensi
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. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
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. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
Listiana, dkk. (2009). Ilmu Pengetahuan Alam 2 (PDF). Surabaya: Amanah Pustaka. ISBN 978-602-8542-06-7.
Ponto, Hantje (2018). Dasar Teknik
listrik (PDF). Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2021-01-29. Diakses tanggal 2021-01-24.
Yuberti (2014). Konsep Materi Fisika Dasar 2 (PDF). Bandar Lampung: AURA Printing & Publishing. ISBN 978-602-1297-30-8.
Pranala luar
How fast does a charge decay?
History of the electrical units.
