Belajar IPA #dirumahaja: Bab 4. Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-Hari (Materi 1 : Atom dan Muatan Listrik)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.4 Menjelaskan konsep listrik statis dan gejalanya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kelistrikan pada sistem saraf dan hewan yang mengandung listrik.

Keterampilan

4.4 Menyajikan hasil pengamatan tentang gejala listrik statis dalam kehidupan sehari-hari.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan konsep atom dengan benar.

2. Membedakan atom positif, atom netral dan atom negatif dengan benar.

3. Mengidentifikasi jenis muatan listrik dengan benar.

4. Menjelaskan interaksi muatan listrik dengan benar.

5. Menjelaskan cara membuat benda bermuatan listrik dengan benar.

6. Menjelaskan prinsip kerja elektroskop dengan benar.

7. Menyebutkan fenomena listrik statis dalam kehidupan sehari-hari dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

Pada umumnya contoh listrik statis dapat kita jumpai ketika cuacanya sedang mendung, terutama ketika sedang terjadi petir. Saat petir sedang terjadi, maka akan terdapat peristiwa pengosongan listrik statis. Pengosongan ini ditunjukkan dalam bentuk sambaran petir. Seperti yang telah kita ketahui bahwa pengertian listrik statis secara umum ialah gejala-gejala kelistrikan yang terjadi akibat ketidakseimbangan muatan pada benda. Listrik statis ini menyebabkan elektron dari satu benda ke benda lain menjadi berpindah.

A. Konsep Atom

Setiap benda terdiri dari molekul-molekul, dan setiap molekul terdiri dari atom-atom.
Atom adalah bagian dari sebuah benda yang paling kecil sehingga tidak bisa dibagi-bagi lagi.
Sebuah atom disusun oleh 3 partikel yaitu proton, neutron, dan elektron.

Proton (p) = muatan positif (+).
Neutron/Netron (n) = muatan netral (tidak bermuatan).
Elektron (e) = muatan negatif (-).

Menurut Rutherford, proton dan neutron diam membentuk inti atom yang dikelilingi oleh elektron yang berada di kulit atom.
p = 1, n = 1, e = 1
Posisi elektron yang beredar, memungkinkan adanya perpindahan elektron dari satu atom ke atom yang lain. Hal ini menyebabkan adanya :

Atom Positif (Jika jumlah elektron lebih sedikit dari jumlah proton)
p=2, n=2, e=1
Atom Netral (Jika jumlah elektron sama dengan jumlah proton)
p=1, n=1, e=1

Atom Negatif (Jika jumlah elektron lebih banyak dari jumlah proton)

p=1, n=1, e=2

Untuk lebih mudah memahaminya, perhatikan tabel berikut.

Konfigurasi	Jenis atom	Istilah	Alasan
Jumlah elektron lebih sedikit dari jumlah proton	Positif	Kekurangan elektron	Kehilangan elektron
Jumlah elektron sama dengan jumlah proton	Netral	-	-
Jumlah elektron lebih sedikit dari jumlah proton	Positif	Kelebihan elektron	Mendapat elektron dari atom lain

Muatan yang lebih mudah berpindah dari satu atom ke atom yang lain hanya elektron, sehingga pada kolom istilah tabel di atas, hanya menggunakan elektron bukan proton.
Hal ini karena energi untuk melepaskan elektron jauh lebih kecil daripada energi untuk melepaskan proton.
Perpindahan elektron pada sebuah benda menghasilkan sifat :

Konduktor : benda-benda yang mudah menghantarkan elektron, contohnya : logam, tubuh manusia, air, tanah.
Isolator : benda-benda yang susah menghantarkan elektron, contohnya karet, plastik, kertas, porselen.
Semi konduktor : benda-benda yang bersifat di antara konduktor dan isolator. Benda ini dapat memindahkan elektron jika suhunya dinaikkan, contohnya : Germanium, Arsenikum dan Silikon.

B. Muatan Listrik

1. Jenis Muatan Listrik

Sebuah benda pada dasarnya memiliki muatan listrik di dalamnya. Benjamin Franklin menyatakan ada dua jenis muatan lisrik, yaitu :

Muatan positif (Karena kekurangan elektron)
Muatan negatif (Karena kelebihan elektron)

Muatan listrik dapat dihasilkan melalui alat disebut Generator Van De Graaf.

2. Interaksi Muatan Listrik

Interaksi antar muatan akan terjadi jika dua atau lebih muatan didekatkan satu sama lain.

Muatan yang sejenis akan tolak-menolak apabila didekatkan

Interaksi dua muatan sejenis (a) muatan positif dengan muatan positif,
(b) muatan negatif dengan muatan negatif

Muatan yang berbeda jenis akan tarik-menarik apabila didekatkan

Interaksi dua muatan berbeda jenis didekatkan

Contoh Soal :

Terdapat empat buah muatan A, B, C, dan D. Muatan A menolak B, A menarik C dan C menolak D. Jika D bermuatan positif, maka tentukan jenis muatan A, B, dan C!
Penyelesaian :

C menolak D berarti C dan D sejenis, karena D bermuatan positif maka C bermuatan positif.
A menarik C berarti A dan C tidak sejenis, karena C bermuatan positif maka A bermuatan negatif.
A menolak B, berarti A dan B sejenis, karena A bermuatan negatif maka B juga bermuatan negatif.
Jadi A (-), B (-) dan C (+).

3. Cara Membuat Benda Bermuatan Listrik

Terdapat 2 cara yang dapat dilakukan untuk memberi muatan pada listrik statis, yaitu penggosokan dan induksi.
a. Penggosokan

Selama proses penggosokan dua benda satu sama lain, salah satu benda kehilangan elektron, sementara yang lainnya memperoleh elektron.
Proses yang terjadi pada benda bermuatan listrik dapat dilihat pada tabel di bawah.

Untuk memudahkan, kita gunakan deret tribolistrik (daftar yang memuat bahan-bahan dengan kecenderungan terbesar untuk bermuatan positif serta kecenderungan terbesar untuk bermuatan negatif) berikut :

Keterangan:

Benda akan menjadi bermuatan negatif bila digosok dengan benda di atasnya.
Benda akan menjadi bermuatan positif bila digosok dengan benda di bawahnya.

b. Induksi

Induksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan pada suatu benda karena pada benda tersebut didekati benda lain yang bermuatan listrik.
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.

C. Elektroskop

1. Bagian-Bagian Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui muatan listrik sebuah benda.

Elektroskop memiliki 3 bagian utama, yaitu :

Kepala elektroskop yang terbuat dari logam
Penghantar atau konduktor yang menghubungkan kepala elektroskop dengan daun elektroskop
Daun elektroskop yang terbuat dari lempeng emas atau alumunium.

2. Prinsip Kerja Elektroskop

Pemisahan muatan akan terjadi melalui induksi saat benda bermuatan didekatkan ke kepala elektroskop.
Muatan yang berbeda jenis akan ditarik oleh benda yang didekatkan pada kepala elektroskop.
Hal tersebut mengakibatkan kedua daun pada elektroskop bermuatan sama sehingga saling menolak.
Daun-daun pada elektroskop akan semakin saling menjauh jika daun-daun pada elektroskop memiliki muatan yang semakin besar.

3. Cara Kerja Elektroskop

a. Elektroskop Netral
1). Elektroskop Netral didekati benda bermuatan negatif

2). Elektroskop Netral didekati benda bermuatan positif

b. Elektroskop Bermuatan Listrik

1). Elektroskop Awal Bermuatan Negatif

Saat didekati benda bermuatan positif

Saat didekati benda bermuatan negatif

2). Elektroskop Awal Bermuatan Positif

Saat didekati benda bermuatan positif

Saat didekati benda bermuatan negatif

D. Fenomena Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-Hari

1. Terbentuknya petir saat hujan

Sebelum terjadi petir, muatan listrik terbentuk di dalam awan ketika butiran-butiran air saling bergesekan satu sama lain.
Kemudian terjadi pemisahan muatan di dalam awan. Bagian bawah awan menjadi bermuatan lebih negatif, menyebabkan muatan-muatan positif terinduksi ke permukaan tanah.
Terjadi sambaran petir dari awan ke tanah ketika muatan negatif (elektron) meloncat dari awan bagian bawah ke titik tertinggi di atas tanah yang bermuatan positif.

2. Penangkal petir

Ketika awan bermuatan listrik terbentuk di dekat bangunan dengan penangkal petir, batang logam penangkal petir memancarkan muatan listrik dari berbagai tempat di bumi untuk menetralkan awan. Jika awan bermuatan positif, bumi akan memberikan muatan listrik negatif dan sebaliknya sehingga awan itu akan menjadi netral dan tidak akan terjadi petir.
Namun, ketika muatan listrik di awan menjadi besar, maka akan ada lompatan muatan listrik dari awan ke bumi melalui batang logam dan kabel penangkal petir. Dengan demikian, bangunan selalu aman karena muatan listrik awan akan dikirim ke tanah melalui kabel konduktif tanpa mempengaruhi benda-benda di sekitarnya.

3. Tangan didekatkan dengan layar televisi

Ketika kita mendekatkan punggung tangan ke televisi yang baru saja dimatikan. Seketika tangan kita akan terasa disetrum oleh layar televisi tersebut.

4. Percikan api pada ban truk di jalan raya

Gesekan antara ban truk atau mobil dengan jalan raya bisa menghasilkan muatan listrik negatif. Sedangkan pada bagian badan logam truk atau mobil yang dekat dengan ban, terjadi induksi dan menjadikan bermuatan positif.

5. Mesin Foto Copy

Listrik Statis pada mesin fotocopy terjadi pada bagian Toner (tinta bubuk) dan terjadi di dalam tahapan Primary Charging. Primary Charging adalah tahapan dimana arus listrik dialirkan sehingga akan membentuk muatan. Hal ini menyebabkan akan terjadinya tarik-menarik antara muatan dengan toner.