Listrik Statis
Listrik statis ditemukan beberapa abad
lalu dan ditemukan pada suatu bahan yang secara misterius dapat menarik
satu sama lain setelah saling digosokkan. Contoh: secarik kain yang
digosok-gosokkan dengan gelas, setelah itu kain dan gelas tersebut
saling tarik menarik. Ada suatu gaya tarik yang dapat didemonstrasikan
bahkan saat kedua bahan ini dipisahkan:
Bukan hanya bahan kain dan gelas saja
yang diketahui berkelakuan demikian. Seseorang yang pernah
menggosok-gosokkan balon karet juga mendapatkan fenoma seperti ini juga.
Lilin dan kain wool juga merupakan bahan yang diketahui dapat
menghasilkan gaya tarik saat keduanya saling digosokkan:
Fenomena ini menjadi semakin menarik
ketika ditemukan bahwa bahan yang sejenis, setelah saling digosokkan
ternyata keduanya tidak saling tarik menarik, tetapi saling
tolak-menolak:
Diketahui juga bahwa saat sepotong gelas
digosokkan dengan kain lalu didekatkan dengan lilin dan wol, ternyata
bahan-bahan ini saling tarik-menarik:
Lebih jauh lagi, ditemukan bahwa
bahan-bahan ini dapat dikelompokkan sifat tarik atau menolaknya setelah
digosok menjadi dua kategori yang berbeda yaitu: menarik gelas dan
menolak lilin, atau menolak gelas dan menarik lilin. Tidak ditemukan
bahan dapat menarik atau menolak baik itu gelas atau lilin, dan tidak
ada juga benda yang tidak bereaksi apabila didekatkan dengan gelas atau
lilin.
Beberapa peneliti berspekulasi bahwa
“fluida” yang tak nampak ditransfer dari satu objek ke objek lainnya
selama proses penggosokan, dan “fluida” ini dapat menghasilkan gaya
fisik dalam jarak tertentu. Charles Dufay adalah peneliti pertama yang
mendemonstrasikan bahwa ada dua jenis perubahan yang berbeda dibuat
dengan cara menggosokkan sepasang objek tertentu. Kenyataanya ada lebih
satu jenis perubahan pada suatu bahan dilihat dari fakta ada dua jenis
gaya yang dihasilkan yaitu: tarikan dan tolakan. Hipotesis transfer
“fluida” ini dikenal sebagai sebuah muatan.
Seorang pelopor penelitian, Benjamin
Franklin, menyimpulkan bahwa hanya ada satu fluida yang ditukar diantara
benda yang digosok, dan kedua muatan berbeda itu dapat berupa kelebihan
atau kekurangan fluida. Setelah eksperimen dengan lilin dan wol,
Franklin menyatakan bahwa wol yang kasar memindahkan beberapa fluida
yang tak nampak dari lilin yang halus, menyebabkan kelebihan fluida
dalam wol dan kekurangan fluida pada lilin. Hasil perbedaan dari isi
fluida antara wol dan lilin kemudian menyebabkan sebuah gaya tarikan,
karena fluida itu mencoba kembali ke bentuk awalnya dari kedua bahan
ini.
Dalil tentang fluida yang menyatakan
kelebihan dan kekurangan pada proses gosokan ini adalah cara terbaik
untuk mendiskripsikan kelakuan: bahwa semua bahan akan masuk kesalah
satu dari dua kategori ketika digosok, dan yang terpenting, bahwa dua
bahan yang digosokkan satu sama lain akan selalu masuk ke kategori yang
saling berlawanan karena gaya tarikan yang dihasilkan dintara keduanya.
Dengan kata lain, tidak mungkin dua bahan yang digosok satu sama lain
akan menjadi baik itu sama-sama positif ataupun sama-sama negatif.
Melanjutkan spekulasi dari Franklin yang
telah bereksperimen dengan menggosok wol dengan lilin, jenis muatan yang
diasosiasikan dengan lilin yang digosok ini selanjutnya disebut
“negatif” (karena ia dianalogikan kekurangan fluida) sedangkan jenis
muatan yang berasosiasi dengan wol yang digosok disebut dengan “positif”
(karena ia dianalogikan dengan kelebihan fluida). Tetapi , dia tidak
tahu kalau dari analogi inilah, dia telah membuat para murid yang
mempelajari listrik menjadi sedikit bingung (para pelajar sering dibuat
bingung dengan arah arus konvensional dengan arah arus elektron).
Pengukuran muatan listrik yang presisi
dilakukan oleh seorang pakar fisika asal Prancis, Charles Coulomb pada
tahun 1780 menggunakan alat yang disebut torsional balance (keseimbangan
torsi) untuk mengukur gaya yang dihasilkan diantara dua objek bermuatan
listrik. Untuk menghargai kerja keras Coulomb ini, maka satuan untuk
muatan listrik disebut coulomb. Bula dua “titik” objek (secara
hipotesis, titik tidak mempunyai luas) sama-sama mempunyai muatan
sebesar 1 coulomb, dan jarak satu sama lain sebesar 1 meter, maka dua
titik ini akan menghasilkan sebuah gaya sekitar 9 miliar
newton(kira-kira 2 miliar pound), yang saling menarik atau saling
menolak tergantung dari jenis muatan keduanya (kalau sejenis tolak
menolak, kalau berlainan jenis tarik menarik). Definisi dari satuan
listrik satu coulomb (dalam terminologi menghasilkan gaya diantara titik
bermuatan) adalah sama dengan kelebihan atau kekurangan muatan sebesar
6,250,000,000,000,000,000 elektron. Atau sebaliknya, sebuah elektron
mempunyai muatan sebesar 0.00000000000000000016 coulomb. Dari nilai itu
dapat diketahui bahwa elektron adalah suatu objek pembawa muatan yang
sangat kecil sekali, selanjutnya elektron disebut sebagai muatan
elementer (elementary charge).
Penemuan selanjutnya diketahui bahwa
fluida ini sebenarnya tersusun atas potongan benda yang sangat kecil
yang disebut elektron, nama elektron berasal dari bahasa yunani kuno.
Eksperimen selanjutnya menemukan bahwa semua benda tersusun atas “blok
bangunan” yang sangat kecil disebut atom, dan atom-atom ini tersusun
atas komponen yang lebih kecil disebut partikel. Tiga Partikel penting
yang menyusun atom adalah proton, neutron, dan elektron. Kebanyakan atom
memiliki kombinasi proton, neutron, dan elektron, tetapi tidak semua
atom mempunyai neutron, contohnya adalah protium (1H1). Protium adalah
isotop dari hidrogen (hidrogen-1) yang merupakan unsur paling ringan.
Hidrogen hanya terbentuk dari satu proton dan satu elektron. Atom
terlalu kecil untuk dilihat, tetapi apabila kita dapat melihatnya,
kurang lebih gambarnya seperti ini:
Walaupun tiap atom pada suatu benda
cenderung saling terikat bersama sebagai satu kesatuan, tetapi
sebenarnya ada celah kosong diantara elektron dan sekelompok poroton
dengan neutron dibagian tengah.
Model kasar atom diatas adalah atom dari
karbon, dengan enam proton, enam neutron, dan enam elektron. Pada banyak
atom, proton dan neutron terikat sangat kuat satu sama lain. Ikatan
yang kuat antara proton dengan neutron dibagian tengah disebut sebagai
nukleus (inti), dan jumlah proton pada nukleus atom menentukan sifat
dari elemen tersebut: bila anda mengubah nomor proton pada nukleus atom,
berarti anda mengubah tipe atom tersebut. Pada kenyataannya, apabila
anda berhasil membuang tiga buah proton dari timah, anda akan berhasil
mewujudkan impian pakar kimia untuk meghasilkan atom emas (lihat nomor
atom pada tabel periodik unsur). Tetapi ikatan kuat antara proton dan
neutron dibagian nukleus membuat impian pakar kimia ini sulit terwujud.
Neutron-neutron kurang berpengaruh pada
karakter kimia dan identitas dari sebuah atom dari pada proton, walaupun
neutron ini sangat sulit ditambah atau dipindahkan dari nukleus, pada
ikatan yang sangat kuat. Bila neutron ditambah atau dikurangi, atom itu
masih tetap identitas kimianya, tetapi massanya akan berubah sedikit.
Proses pengurangan neutron ini biaisanya berkaitan dengan nuklir seperti
radioaktivitas.
Namun, elektron lebih bebas dalam
bergerak mengelilingi atom daripada proton dan neutron. Faktanya,
elektron dapat bergerak bahkan meninggalkan atom. Namun membutuhkan
energi. Apabila hal ini terjadi, atom masih memiliki sifat asli
kimianya, tetapi akan terjadi ketidakseimbangan. Elektron dan proton
adalah unik, mereka saling tarik-menarik pada jarak tertentu. Tarikan
pada jarak tertentu ini menyebabkan gaya tarikan diantara objek yang
digesek, dimana elektron akan meninggalkan atom aslinya dan bergabung ke
atom yang lainnya pada objek itu.
Elektron cenderung menolak elektron lain
dalam jarak tertentu, begitu pula suatu proton dengan proton yang
lainnya.Satu -satunya alasan proton-proton terikat pada nukleus atom
dikarenakan adanya gaya lebih yang disebut gaya nuklir yang kuat yang
hanya berpengaruh pada jarak yang sangat dekat. Karena tarikan/tolakan
diantara partikel, elektron-elektron dan proton-proton dikatakan
memiliki muatan listrik yang berlawanan. Tiap elektron memiliki muatan
negatif, dan proton memiliki muatan positif. Elektron dan proton
berjumlah sama dalam suatu atom, mereka saling berinteraksi menyebabkan
muatan total pada suatu atom sama dengan nol (atom netral). Inilah
mengapa gambar atom karbon di atas memiliki enam elektron : untuk
menyeimbangkan muatan listrik maka jumlah protonnya juga enam buah yang
terletak di inti (nukleus) atom. Bila ada elektron yang terlepas atau
bergabung pada atom, maka muatan listrik pada atom menjadi tidak
seimbang. Elektron bergerak meniggalkan satu atom dan berpindah ke atom
terdekat lainnya. Neutron tidaklah ditarik atau ditolak oleh elektron,
proton, atau oleh sesama neutron, karena neutron tidak mempunyai muatan
sama sekali.
Proses elektron datang dan berpidah
adalah kejadian yang terjadi saat anda menggosokkan dua benda: elektron
dari satu atom diberi gaya dari gosokan untuk meninggalkan atom tersebut
dan ditransfer ke atom lainnya pada benda yang lain. Dengan kata lain,
elektron adalah sama dengan “fluida” pada hipotesa yang disampaikan oleh
Benjamin Franklin.
Hasil dari ketidakseimbangan fluida
(elektron) antar objek disebut listrik statis (static electricity).
Disebut “statis” karena perpindahan elektron cenderung tetap/statis
setelah berpindah dari suatu material ke material lainnya. Pada kasus
lilin dan wol, eksperimen lebih jauh menyatakan bahwa elektron pada wol
sebenarnya ditransfer ke atom pada lilin, ini berlawanan dengan
perkiraan Franklin. Sebagai penghargaan untuk Franklin yang menyatakan
bahwa lilin bermuatan “negatif” dan wol bermuatan “positif”, elektron
dikatakan memiliki pengaruh muatan negatif. Sehingga, sebuah atom yang
menerima kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif, sementara itu
sebuah objek yang atomnya kekurangan elektron dikatakan bermuatan
positif, penanda ini selanjutnya akan membuat kebingungan. Waktu demi
waktu berlalu sejak penemuan Franklin ini hingga “fluida” elektris alami
ditemukan, aturan Franklin tentang penanda muatan ini tidak berubah
bahkan tetap berlaku hingga sekarang.
0 komentar:
Post a Comment