Moshi-moshii, kali ini saya
bawakan tema baru di blog ini, yaa fisika. Namun pembahasan fisika yang akan
kita bahas terbatas pada materi "Cara pemberian muatan pada benda
netral". Nah loh, emang
bisa benda netral jadi bermuatan? Gimana caranya? Okey, tanpa basa basi mari kita simak pembahasan di bawah ini.
bisa benda netral jadi bermuatan? Gimana caranya? Okey, tanpa basa basi mari kita simak pembahasan di bawah ini.
Pernahkah kamu mengalami kejadian di bawah ini?
Sumber: cahyokrisma.com
Gambar penggaris menarik potongan kertas
Menurutmu,
kenapa penggaris dapat menarik potongan kertas?
Agar kamu dapat
menjawab pertanyaan diatas, mari simak penjelasan berikut ini.
1. Benda Netral
Apa yang terbayang dalam benakmu ketika disebut
kata "netral"? Mungkin jika kamu pernah belajar kimia tentang asam
basa, kamu akan berpikir bahwa netral itu ketika kondisi tidak asam dan tidak
basa. Atau jika kamu pernah mendengar dua orang yang berselisih dan yang lain
mengatakan berada di pihak yang "netral", mungkin kamu akan langsung
beranggapan bahwa orang yang mengatakan netral tersebut tidak memihak kepada
salah seorang dari dua orang yang berselisih. Lalu, benda netral yang akan kita
bahas adalah benda yang seperti apa? Karena ranah kita disini dalam konteks
fisika, maka kita akan mendefinisikan benda netral secara fisika. Sederhananya,
benda dikatakan netral apabila benda tersebut memiliki jumlah muatan positif
dan muatan negatif yang sama. Karena pembawa muatan positif dikatakan proton
dan pembawa muatan negatif dinamakan elektron, maka dikatakan benda netral
adalah benda yang memiliki jumlah proton dan elektron yang sama.
Sumber: http://siyavula.com
Gambar ilustrasi benda netral
Dilihat dari
ilustrasi diatas, dapat kita lihat perbandingan jumlah proton dan elektronnya
sama. Walaupun telah diketahui bahwa ukuran ataupun massa proton dan elektron
jauh berbeda, tetapi yang kita tinjau disini adalah muatannya atau sifatnya
bukan dimensinya, sehingga diilustrasikan ukuran positif dan negatifnya sama
yang menandakan sifat positif dan negatifnya seimbang.
Lalu apa yang
terjadi ketika benda netral mengalami interaksi dengan benda lain yang
bermuatan netral? Kamu pasti sudah bisa menebak apa jadinya. Ya, ketika benda
netral berinteraksi dengan cara didekatkan dengan benda netral lainnya,
terlihat tidak akan terjadi interaksi listrik/Coulomb antara keduanya (karena
disini kita membahas elektrostatika, kita mengabaikan interaksi massa yang
merupakan interaksi gravitasi).
2. Benda
Bermuatan Listrik
Setelah
mengetahui apa itu benda netral, selanjutnya mari kita bahas benda bermuatan
listrik. Sebuah benda dikatakan bermuatan listrik apabila memiliki kelebihan ataupun kekurangan elektron. Benda yang memiliki kelebihan elektron (jumlah muatan negatif lebih besar dari jumlah muatan positif) dikatakan benda tersebut bermuatan negatif. Begitu juga sebaliknya, benda yang memiliki kekurangan elektron (jumlah muatan positif lebih banyak dibanding jumlah muatan negatif) dikatakan benda tersebut bermuatan positif. Interaksi antara benda bermuatan dapat berupa interaksi tarik-menarik ataupun tolak-menolak. Benda yang bermuatan sejenis akan tolak-menolak, sedangkan benda yang berlawanan jenis akan tarik-menarik.
Sumber: quora com
Gmbar ilustrasi interaksi dua benda yang bermuatan listrik
3. Cara Membuat
Benda Netral Menjadi Bermuatan Listrik
a.
Menggosok
Perhatikan
video dibawah ini
Sumber: https://youtu.be/yc2-363MIQs
Video diatas menunjukkan salah satu contoh peristiwa benda netral menjadi bermuatan listrik melalui gosokkan. Terdapat pokok bahasan menarik untuk menjelaskan peristiwa pemberian muatan listrik melalui gosokkan, yaitu efek tribolistrik/triboelectricity.
Tribolistrik mengacu pada elektrifikasi benda atau bahan yang berbeda yang terjadi karena tabrakan yang mengakibatkan aliran elektron dari satu bahan ke bahan lainnya untuk menyeimbangkan perbedaan potensial. Efek tribolistrik terjadi akibat proses menggosok bahan satu sama lain sehingga meningkatkan kontak permukaan yang menghasilkan muatan listrik. Fenomena ini dapat dicontohkan ketika menggosokkan sisir kepada rambut kering sehingga menghasilkan listrik statis. Efek tribolistrik dikenal selama ribuan tahun. Meskipun tanpa sadar kita sering mengalaminya dalam kehidupan sehari-hari, mekanisme di balik tribolistrik masih diperdebatkan. Secara umum diyakini bahwa setelah dua bahan yang berbeda bersentuhan, ikatan kimia terbentuk antara beberapa bagian dari dua permukaan, yang disebut adhesi, dan muatan bergerak dari satu bahan ke bahan lainnya untuk menyamakan potensi elektrokimia mereka. Muatan yang ditransfer dapat berupa elektron atau dapat berupa ion / molekul. Ketika dipisahkan, beberapa atom berikatan memiliki kecenderungan untuk menjaga kelebihan elektron, dan beberapa kecenderungan untuk melepaskannya, mungkin menghasilkan muatan tribolistrik pada permukaan.
Efek tribolistrik mungkin terjadi untuk isolator daripada untuk konduktor, walaupun setiap bahan memiliki efek tribolistrik. Namun, kemampuan bahan untuk mendapatkan / kehilangan elektron tergantung pada polaritas bahan. Seri triboelectric pertama diterbitkan oleh John Carl Wilcke pada 1757. Tabel di bawah ini memberikan seri untuk beberapa bahan konvensional. Materi yang mengarah ke bagian bawah seri, ketika disentuh pada bahan di dekat bagian atas seri, akan mencapai muatan yang lebih negatif. Semakin jauh dua bahan dari satu sama lain pada seri, semakin besar muatan yang ditransfer.
Sumber tabel: AlphaLab .
Secara sederhana, dapat dikatakan bahwa suatu bahan yang memiliki afinitas elektron tinggi, maka bahan tersebut cenderung untuk menarik elektron sehingga bahan tersebut menjadi bermuatan negatif. Sedangkan bahan yang memiliki afinitas elektron rendah, maka bahan tersebut cenderung melepas elektron ketika digosok sehingga bahan tersebut menjadi bermuatan positif.
Nama isolator
|
Afinitas nC / J
|
Muatan yang diperoleh jika
digosok dengan logam (W = lemah, N = normal, atau konsisten dengan afinitas).
|
Tes dilakukan oleh AlphaLab,
Inc. (TriField.com)
|
Busa poliuretan
|
60
|
+ N
|
Semua bahan adalah isolator
yang baik (> 1000 T ohm cm) kecuali disebutkan.
|
Sorbothane
|
58
|
-W
|
Sedikit konduktif. (120 G ohm cm).
|
Box sealing tape (BOPP)
|
55
|
+ W
|
Sisi tidak lengket. Menjadi lebih negatif jika
diamplas ke film BOPP.
|
Rambut, kulit berminyak
|
45
|
+ N
|
Kulit konduktif. Tidak dapat diisi dengan
penggosokan logam.
|
Poliuretan padat, diisi
|
40
|
+ N
|
Sedikit konduktif. (8 T ohm cm).
|
Magnesium fluorida (MgF2)
|
35
|
+ N
|
Lapisan optik anti-reflektif.
|
Nilon, kulit kering
|
30
|
+ N
|
Kulit konduktif. Tidak dapat diisi dengan
penggosokan logam.
|
Oli mesin
|
29
|
+ N
|
|
Nylatron (nilon diisi dengan
MoS 2)
|
28
|
+ N
|
|
Gelas (soda)
|
25
|
+ N
|
Sedikit konduktif. (Tergantung kelembaban).
|
Kertas (salinan tidak dilapisi)
|
+10
|
-W
|
Sebagian besar kertas & karton memiliki kesamaan. Sedikit konduktif.
|
Kayu (pinus)
|
+7
|
-W
|
|
GE merek Silicone II (mengeras di udara)
|
+6
|
+ N
|
Lebih positif daripada kimia silikon lainnya (lihat di bawah).
|
Kapas
|
+5
|
+ N
|
Sedikit konduktif. (Tergantung kelembaban).
|
Karet nitril
|
+3
|
-W
|
|
Wol
|
0
|
-W
|
|
Polikarbonat
|
-5
|
-W
|
|
ABS
|
-5
|
-N
|
Secara sederhana, dapat dikatakan bahwa suatu bahan yang memiliki afinitas elektron tinggi, maka bahan tersebut cenderung untuk menarik elektron sehingga bahan tersebut menjadi bermuatan negatif. Sedangkan bahan yang memiliki afinitas elektron rendah, maka bahan tersebut cenderung melepas elektron ketika digosok sehingga bahan tersebut menjadi bermuatan positif.
Sumber: stickmanphysics.com
Gambar ilustrasi gesekan antara dua benda yang memiliki afinitas berbeda
Sumber: stickmanphysics.com
Gambar ilustrasi menggosok benda
b. Induksi
Pernahkah kamu bereksperimen dengan elektroskop? Mari simak video dibawah terkait elektroskop
Sumber: https://youtu.be/CUXnL-kMZeM
Video benda bermuatan yang didekatkan dengan elektroskop
Berikut penjelasan dari video tersebut. Pada keadaan awal, elektroskop berada dalam keadaan netral dan seluruh muatan berada pada permukaan tombol elektroskop. keadaan netral ini ditunjukkan oleh keadaan daun elektrskop yang sejajar. Ketika tombol elektroskop didekatkan oleh benda bermuatan (misal benda tersebut bermuatan positif) maka muatan-muatan negatif yang ada pada tombol elelktroskop akan mengadakan interaksi tarik-menarik dengan benda bermuatan tersebut. Sebaliknya, muatan positif yang berada di permukan tombol elektroskop mengadakan gaya tolak-menolak dengan benda bermuatan yang disentuhkan tadi. Akibatnya, muatan-muatan positif dari permukaan tombol elektroskop ini menjauhi muatan benda dan berada pada kedua daun elektroskop. Sehingga kedua daun elektroskop terisi dengan muatan sejenis, yaitu positif yang menyebabkan kedua daun elektroskop mengadakan interaksi tolak-menolak yang ditunjukkan oleh mengembangnya daun elektroskop. Ketika kita mengamati peristiwa yang terjadi pada elektroskop, maka kita akan memperoleh suatu penjelasan bahwa dalam peristiwa tersebut terjadi gejala pemisahan muatan positif dan muatan negatif yang ada pada elektroskop. Peristiwa pemisahan muatan pada benda netral ketika didekatkan dengan benda bermuatan disebut induksi.
Peristiwa pemisahan muatan ini dapat kita kembangkan untuk menjadikan benda netral menjadi bermuatan listrik, namun muatan yang terbentuk nersifat sementara, ketika benda bermuatan di jauhkan dari benda netral, maka sifat muatan benda netral yang terbentukpun akan hilang.
Sumber: stickmanphysics.com
Gambar ilustrasi menginduksi benda netral dengan benda bermuatan positif
Sumber: stickmanphysics.com
Gambar ilustrasi menginduksi benda netral dengan benda bermuatan negatif
c. Konduksi
Pemberian muatan melalui konduksi melibatkan kontak objek yang bermuatan ke objek netral. Misalkan pelat aluminium bermuatan positif disentuh ke bola logam netral. Bola logam netral menjadi bermuatan karena dikontakkan dengan pelat alumunium yang bermuatan. Bola logam menjadi bermuatan positif krena elektron dari bola logam berpindah ke pelat alumunium. Dalam kasus konduksi, ketika benda netral dikontakkan dengan benda bermuatan positif, elektron dari benda netral akan berpindah ke benda netral. Begitu juga sebaliknya, ketika benda netral dikontakkan dengan benda bermuatan negatif, elektron dari benda bermuatan akan berpindah ke benda netral. Dengan kata lain, ketika benda netral dikontakkan dengan benda bermuatan positif, maka benda netral tersebut akan menjadi bermuatan positif, sedangkan ketika benda netral dikontakkan dengan benda bermuatan negatif, maka benda netral tersebut akan menjadi bermuatan negatif.
Pemberian muatan listrikdengan cara konduksi akan menciptakan objek yang diberi muatan memiliki muatan permanen. Perbedaan pemberian muatan dengan cara konduksi dan induksi adalah pada induksi benda netral hanya didekatkan dengan benda bermuatan sedangkan pada konduksi benda netral dikontakkan dengan benda bermuatan. Selain itu, sifat muatan pada induksi bersifat sementara sedangkan pada konduksi bersifat permanen.
Pemberian muatan listrikdengan cara konduksi akan menciptakan objek yang diberi muatan memiliki muatan permanen. Perbedaan pemberian muatan dengan cara konduksi dan induksi adalah pada induksi benda netral hanya didekatkan dengan benda bermuatan sedangkan pada konduksi benda netral dikontakkan dengan benda bermuatan. Selain itu, sifat muatan pada induksi bersifat sementara sedangkan pada konduksi bersifat permanen.
Sumber: stickmanphysics.com
Gambar ilustrasi peristiwa konduksi pada benda netral dengan benda bermuatan negatif
Referensi
E. Orr, David dan Bill W. 2018. The Triboelectric Series. Alphalab inc. https://www.alphalabinc.com/triboelectric-series/
Stickmanphysics. 2020.Electrostatics: Charging by Conduction, Induction, and Friction. https://www.stickmanphysics.com/stickman-physics-home/unit-7-electrostatics/electrostatics-conduction-induction-and-friction/
Tribonet. 2019. Triboelectricity. Universe of Twenty. https://www.tribonet.org/wiki/triboelectricity/
https://images.app.goo.gl/6e2WW5jj4yKGCP2R7
E. Orr, David dan Bill W. 2018. The Triboelectric Series. Alphalab inc. https://www.alphalabinc.com/triboelectric-series/
Stickmanphysics. 2020.Electrostatics: Charging by Conduction, Induction, and Friction. https://www.stickmanphysics.com/stickman-physics-home/unit-7-electrostatics/electrostatics-conduction-induction-and-friction/
Tribonet. 2019. Triboelectricity. Universe of Twenty. https://www.tribonet.org/wiki/triboelectricity/
https://images.app.goo.gl/6e2WW5jj4yKGCP2R7
