Medan Listrik
Pengertian medan listrik adalah daerah yang ada di sekitar benda yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik.
Penggambaran untuk medan listrik adalah dengan garis gaya listrik, yang mana untuk yang mempunyai muatan positif akan digambarkan dengan bergerak keluar sedangkan yang bermuatan negatif bergerak ke dalam (menuju ke pusat). Sehingga garis gaya listrik mempunyai gerakan dari muatan positif menuju muatan negatif.
Keterangan:
E = Kuat medan listrik satuan N/C
F = Gaya Coulomb satuan Newton (N)
Q = Muatan listrik satuannya coulomb (C)
Contoh soal.
Gaya Coulomb yang dialami muatan A dan B adalah sebesar 3 x 10 – 4 N. Jika besar muatan A dan B masing-masing adalah 2 x 10 – 6 C dan 1,5 x 10 – 6 C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji A oleh muatan B?
Pembahasan
Diket. F = 3 x 10 – 4 N
qA = 2 x 10 – 6 C
qB = 1,5 x 10 – 6 C
Ditany: E = …..?
F 3 x 10 – 4 N
Jawab: E = ------- ,E = --------------------- , E = 1,5 x 10 2 N/C = 150 N/C
qA 2 x 10 – 6 C
F. Beda Potensial dan Energi Listrik
Besarnya energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan 1 coulomb muatan dari satu titik ke titik yang lain.
Contoh: Pada saat terjadi petir ada loncatan muatan negatif (elektron) dari awan ke awan atau dari awan ke bumi
Muatan listrik (+) mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan elektron (-) mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.
Ketentuan tentang tinggi rendahnya potensial listrik:
- Sesama muatan positif maka yang jumlahnya lebih banyak mempunyai potensial yang lebih tinggi.
- Sesama muatan negatif maka yang jumlahnya lebih sedikit mempunyai potensial yang lebih tinggi.
- Antara muatan positif dan muatan negatif maka muatan positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dari muatan negatif.
Secara matematik besar beda potensial listrik dapat dihitung dengan rumus:
Keterangan:
V = Beda potensial listrik satuan volt (V)
W = Energi listrik satuan joule (J)
Q = Muatan listrik satuan coulomb (C)
Contoh soal 1:
Energi listrik sebesar 150 J digunakan untuk memindahkan 30 C muatan listrik dari titik A ke titik B. Berapa besar beda potensial listrik antara titik A dan titik B?
Pembahasan
Diket: W = 150 J
Q = 30 C
Ditanya: V =……?
Jawab:
W 150 J
V = ------- , V = -------- , V = 50 J/C
Q 30 C
Contoh soal 2:
Beda potensial antara dua titik pada kawat penghantar sebesar 9 V. Berapakah energi listrik yang digunakan untuk memindahkan muatan sebesar 30 C di antara dua titik tersebut?
Pembahasan
Diket: V = 9 V
Q = 30 C
Ditanya: W =……?
Jawab:
W = V x Q , W = 9 V x 30 C = 270 joule
G. Penerapan Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari
1) Kelistrikan pada Sel Saraf
Bagian-Bagian Sel Saraf
Bagian-bagian sel saraf seperti ini:
- Dendrit penonjolan badan sel yang bercabang dan berbentuk seperti pohon yang dibuat untuk menerima impuls/rangsangan dari sel lain dan diteruskan ke badan sel.
- Badan sel merupakan bagian yang ada di dalamnya adalah inti sel yang dimiliki sitoplasma. Badan sel ini bekerja sebagai bagian sel saraf yang dibuat impuls dari dendrit ke akson.
- Bekerja dengan meningkatkan impuls saraf dengan membantu meningkatkan beban. Bagian ini dibuat oleh sel schwann yang terdiri dari selubung lemak berlapis-lapis.
- Akson (Neurit) meneruskan impuls dari badan sel saraf ke sel lain atau ke sel otot atau ke arah sebaliknya. Akson ini merupakan penonjolan pada badan sel berbentuk panjang dan silindris. Ujung akson dikenal dengan terminal akson.
Nodus Ranvier merupakan daerah terbuka yang tidak terselubung dengan mielin.
Proses Kelistrikan pada Sel Saraf
- Saat neurotransmitter dilepaskan dari ujung akson pada sel saraf ke dendrit pada sel saraf lain, maka impuls akan diteruskan ke sel saraf berikutnya.
- Impuls ini akan membaca ion Na + yang diterbitkan di luar membran akson menjadi masuk ke dalam membran akson.
- Membran dalam akson menjadi lebih positif saat menerima rangsangan listrik atau impuls.
- Impuls kemudian akan mengalir atau bergerak sepanjang membran akson hingga ke ujung akhir sel saraf.
- Saat rangsangan telah mencapai ujung sel maka neurotransmitter akan dilepaskan lalu kembali ke arah sel saraf lain atau sel tujuan.
- Tegangan listrik pada sel berdasarkan impuls.
2). Hewan-hewan Penghasil Listrik antara lain:
a. Ikan Belalai Gajah
b. Ikan Pari Listrik
c. Hiu Kepala Martil
d. Echidna (Landak)
e. Belut Listrik
f. Lele Listrik
3). Penggunaan Listrik Statis dalam Teknologi
a. Pengendap Elektrostatis pada Cerobong Asap
b. Pengecatan Mobil
c. Mesin Fotocopy
d. Printer Laser
LISTRIK STATIS DALAM KEHIDUPAN
SEHARI-HARI
Elektroskop
Alat untuk mengetahui suatu benda bermuatan listrik atau tidak
Muatan negatif dari benda akan dibatalkan dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian naik jalan-jalan ke bawah / kaki.
Lebih lanjut, daun kaki yang tadinya netral, jumlah seimbang plus minusnya, sekarang menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan membuka gaya tolak ditolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop.
Kerja sebuah elektroskop yang kondisi awalnya tidak netral (katakanlah bermuatan negatif) yang didekati oleh benda bermuatan positif dan negatif dapat dilihat pada gambar dibawah. Jika suatu benda bermuatan negatif didekatkan, akan ada lebih banyak elektron yang turun menuju daun kaki sehingga kedua daun kaki akan semakin saling menjauh. Jika yang didekatkan adalah benda bermuatan positif, maka elektron akan tertarik dari daun kaki menuju kepala elektroskop mengakibatkan muatan negatif pada daun kaki berkurang sehingga jarak antar kedua daun makin merapat.
Penangkal petir
Penangkal petir adalah rangkaian jalur yang difungsikan sebagai jalan bagi petir menuju ke permukaan bumi, tanpa merusak benda-benda yang dilewatinya.
Ada 3 bagian utama pada penangkal petir:
1. Batang penangkal petir
2. Kawat konduktor
3. Tempat pembumian
Batang penangkal petir
Batang penangkal petir berupa batang tembaga yang ujungnya runcing. Dibuat runcing karena muatan listrik mempunyai sifat mudah berkumpul dan lepas pada ujung logam yang runcing. Dengan demikian dapat memperlancar proses tarik menarik dengan muatan listrik yang ada di awan. Batang runcing ini dipasang pada bagian puncak suatu bangunan.
Kabel konduktor
Kawat konduktor terbuat dari jalinan kawat tembaga. Diameter jalinan kabel konduktor sekitar 1 cm hingga 2 cm. Kabel konduktor berfungsi meneruskan aliran muatan listrik dari batang muatan listrik ke tanah. Kawat konduktor tersebut dipasang pada dinding di bagian luar bangunan.
Tempat pembumian
Tempat pembumian (grounding) berfungsi mengalirkan muatan listrik dari kabel konduktor ke batang pembumian (ground rod) yang tertanam di tanah. Batang pembumian terbuat dari bahan tembaga berlapis baja, dengan diameter 1,5 cm dan panjang sekitar 1,8-3 m.
Cara kerja
Saat muatan listrik negatif di bagian bawah awan sudah tercukupi, maka muatan listrik positif di tanah akan segera tertarik. Muatan listrik kemudian segera merambat naik melalui kabel konduktor, menuju ke ujung batang penangkal petir. Ketika muatan listrik negatif berada cukup dekat di atas atap, daya tarik menarik antara kedua muatan semakin kuat, muatan positif di ujung-ujung penangkal petir tertarik ke arah muatan negatif. Pertemuan kedua muatan menghasilkan aliran listrik. Aliran listrik itu akan mengalir ke dalam tanah, melalui kabel konduktor, dengan demikian sambaran petir tidak mengenai bangunan. Tetapi jika kabel konduktor penangkal petir terhubung dengan kawat jaringan listrik, sambaran petir dapat merambat ke dalam bangunan melalui kawat jaringan listrik tersebut dan bahayanya dapat merusak alat-alat elektronik di bangunan yang terhubung ke jaringan listrik itu, selain itu juga dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Untuk mencegah kerusakan akibat jaringan listrik tersambar petir, biasanya di dalam bangunan dipasangi alat yang disebut penstabil arus listrik (surge arrester).
Silahkan simak untuk video pembahasan terkait materi ini.
Tetap Semangat dalam Belajar. Semoga Sukses Selalu !