Hai, sobat pinter semuanya! Pembahasan kali ini akan menyinggung seputar konsep bab Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari yang menjadi salah satu materi pelajaran IPA untuk SMP Kelas IX. Kamu tentunya sudah mengetahui sedikit banyak mengenai listrik sebelumnya, karena hal tersebut berhubungan erat dengan manfaatnya dalam pemenuhan kebutuhan sehari-hari. Untuk pembahasan secara lengkapnya, mari ikuti ringkasan artikel di bawah ini dengan semangat!
Daftar Isi
Konsep Listrik Statis
Bahasan utama dari konsep listrik statis akan dimulai dengan beberapa topik seperti muatan listrik, hukum Coulomb, medan listrik, serta beda potensial dan energi listrik. Ayo, simak dengan baik dan catat pokok-pokoknya dalam buku catatan kamu supaya lebih mudah dalam mengingat!
Muatan Listrik
Secara garis besar, atom itu sebenarnya tersusun atas partikel subatom yang bernama proton (bermuatan positif), neutron (tidak bermuatan), serta elektron (bermuatan negatif). Lokasi neutron dan proton berada di inti atom, sedangkan elektron bergerak di sekitar inti atom. Elektron memiliki hubungan erat yang sangat berkaitan dengan fenomena kelistrikan pada suatu benda.
Benda yang kebanyakan elektron disebut sebagai benda yang bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan elektron disebut sebagai benda yang bermuatan positif. Jika kedua benda yang berbeda muatan tersebut didekatkan pastinya akan ada interaksi saling tarik menarik. Tetapi jika dua benda bermuatan sama didekatkan akan terjadi interaksi tolak menolak. Interaksi yang terjadi antar kedua muatan inilah yang kemudian dapat kamu sebut dengan gejala listrik statis.
Secara umum, banyak jumlah elektron dan proton pada atom dari sebuah benda itu adalah sama besar. Jadi, secara otomatis benda tersebut tidak memiliki muatan atau bersifat netral. Salah satu cara untuk mengubah benda menjadi bermuatan adalah dengan menggosokkan benda.
Seperti contoh fenomena sisir atau penggaris plastik yang kemudian digosokkan pada rambut kering. Sisir atau penggaris plastik akan mengalami kelebihan elektron sebab terjadi perpindahan elektron dari rambut kering ke sisir atau penggaris plastik tersebut.
Berbeda halnya dengan kaca yang digosokkan pada rambut kering yang kemudian berubah menjadi bermuatan positif sebab kaca mengalami kekurangan elektron yang terjadi karena elektron dari kaca berpindah ke rambut yang kering.
Baca juga: Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup, Yuk Belajar!
Hukum Coulomb
Jika berbicara mengenai hukum Coulumb, pasti berkaitan dengan penelitian yang dilakukan oleh seorang ilmuwan dari Prancis yang bernama Charles Augustin Coulomb. Charles menyelidiki tentang kajian penelitian terkait dengan hubungan gaya tolak menolak ataupun gaya tarik menarik yang terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik terhadap besar muatan listrik serta jaraknya dengan menggunakan pemanfaatn alat neraca puntir Coulomb.
Berdasarkan hasil percobaannya dengan neraca puntir Coulomb tersebut, berhasil disimpulkan mengenai interaksi dua benda yang bermuatan adalah sebagai berikut.
- Semakin besar jarak dari kedua benda yang bermuatan, makan akan semakin kecil gaya listrik antara benda tersebut, dan juga akan berlaku sebaliknya.
- Semakin besar dari muatan kedua benda, maka akan semakin besar pula gaya listrik yang terjadi antar benda tersebut.
Inilah rumusan gaya Coulomb (Fc) yang dapat kamu tulis sebagai berikut.
dengan keterangan :
Fc = Gaya Coulomb (Newton)
k = Konstanta (9 x 109 Nm2/C2)
q1 = Besar muatan listrik benda pertama (Coulomb)
q2 = Besar muatan listrik benda kedua (Coulomb)
r = Jarak antara dua muatan (meter)
Medan Listrik
Defini dari medan listrik adalah daerah yang ada di sekitar muatan yang dapat menimbulkan gaya listrik terhadap muatan lain yang digambarkan oleh serangkaian garis gaya listrik dengan arahnya yang ke luar dan ke dalam muatan. Untuk arah garis gaya listrik yang ke dalam itu menunjukkan muatan negatif sedangkan untuk arah garis medan listrik yang ke luar menunjukkan muatan positif sesuai dengan skema gambar garis medan listrik dua muatan berikut.
Supaya kamu dapat mengetahui besarnya kuat medan listrik yang dikarenakan oleh muatan Q, sebuah muatan uji q0 dengan muatan yang jauh lebih kecil akan diletakkan di dekat muatan Q dengan jarak tertentu (r). Nah, untuk rumus menghitung kuat medan magnet (E) adalah seperti di bawah ini.
dengan keterangan :
E = Medan listrik (N/C)
F = Gaya Coulomb (Newton)
k = Konstanta (9 x 109 Nm2/C2)
r = Jarak antara dua muatan (meter)
Q = Besar muatan listrik (Coulomb)
q0 = Besar muatan listrik uji (Coulomb)
Baca juga: Sistem Reproduksi pada Manusia, Yuk Ketahui!
Beda Potensial dan Energi Listrik
Benjamin Franklin, orang yang pertama kali menyatakan bahwa petir terjadi akibat adanya gejala listrik statis mengemukakan jika petir ini sebenarnya merupakan kilatan cahaya yang timbul akibat adanya perpindahan muatan negatif (elektron) antar awan dengan awan atau antar awan dengan bumi.
Petir dapat terjadi sebab adanya beda potensial yang sangat besar antara dua awan yang berbeda atau antara awan dengan bumi. Sehingga, berakibat pada lahirnya lompatan muatan listrik atau perindahan elektron secara besar-besaran dari awan ke awan atau dari awan ke bumi.
Untuk menghitung beda potensial (tegangan), kamu dapat menghitungan dengan rumus berikut.
dengan keterangan :
ΔV = Beda potensial listrik (Volt)
W = Energi listrik (Joule)
Q = Besar muatan listrik (Coulomb)
Penerapan Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari
Untuk bagian pembahasan pengaplikasian atau penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari akan dimulai dengan penjelasan rincian mengenai kelistrikan pada sel saraf, hewan-hewan penghasil listrik, sampai dengan penggunaan listrik statis dalam teknologi. Jadi, perhatikan dengan baik dan seksama tentang ulasan materinya di bawah ini!
Kelistrikan pada Sel Saraf
Gejala kelistrikan pada tubuh terutama yang terjadi pada sistem saraf diakibatkan oleh adanya impuls (sinyal pada sel saraf). Itulah mengapa ketika kulit dicubit akan terasa sakit, sebab kulit menerima rangsangan berupa cubitan yang selanjutnya diubah menjadi impuls oleh sel saraf. Biolistrik merupakan kajian khusus yang mempelajari tentang aliran impuls pada tubuh manusia.
Tegangan (beda potensial) pada tubuh sifatnya sangat berbeda dengan listrik rumah tangga. Listrik di dalam tubuh hanya berkaitan dengan komposisi ion tubuh, bukan seperti listrik yang mengalir seperti pada kabel listrik rumah.
Sel saraf akan menghantarkan impuls sebab terjadi pertukaran ion-ion yang ada di dalam dan di luar membran sel saraf. Pertukaran ion tersebut tentu saja tidak dapat terjadi tanpa adanya rangsangan yang cukup kuat. Ketika sel saraf tidak menghasilkan impuls, muatan positif (Na+) akan melingkupi bagian luar membran sel yang akhirnya menyebabkan membran sel bagian luar bermuatan listrik positif dan bagian dalamnya bermuatan negatif (Cl–).
Ringkasnya, manusia memiliki sistem saraf yang dapat mengontrol aktivitas tubuh, baik menerima, mengolah, serta mengirim rangsangan yang diterima panca indra. Setiap sel saraf akan terbagi menjadi tiga bagian yaitu badan sel saraf, dendrit, dan juga akson atau neurit. Selain itu, ada juga yang disebut sebagai bagian selubung myelin yang kemudian menyebabkan neuron dibagi menjadi dua macam yaitu neuron yang berselubung myelin dan neuron yang tidak berselubung myelin.
Setelah melihat gambar mengenai struktur neuron di atas, ayo perhatikan tabel di bawah ini yang berisi tentang deskripsi serta fungsi dari bagian sel saraf pada makhluk hidup.
| Bagian Sel Saraf | Deskripsi | Fungsi |
| Dendrit | Badan sel yang menonjol yang bercabang. | Menerima impuls yang berasal dari sel lain untuk diteruskan ke badan sel. |
| Badan Sel | Di dalam badan sel terdapat nukleus yang dikelilingi oleh sitoplasma yang mengandung sel organel (ribosom, mitokondria, badan golgi serta retikulum endoplasma / Nissl). | Meneruskan impuls atau rangsangan dari dendrit ke bagian akson. |
| Akson/ Neurit | Badan sel menonjol dengan bentuk panjang dan silindris. Pada tiap sel saraf hanya punya satu akson. Ujung akhir dari akson itu namanya terminal akson yang memiliki beberapa cabang dan berbonggol. Pada bonggol tersebut akan dilepaskan neurotransmitter yang disebut dengan bonggol sinaptik. | Meneruskan rangsangan dari badan sel saraf ke sel saraf lain atau ke sel otot dan kelenjar. Sinapsis atau komunikasi antara sel saraf satu dengan sel yang lain menggunakan neurotransmitter tersebut terjadi pada bonggol sinaptik. |
| Myelin | Merupakan selubung lemak berbentuk lapis yang dihasilkan oleh sel Schwann dengan sifat yang sukar ditembus oleh ion-ion yang keluar dan masuk membran sel saraf pada bagian akson. | Melindungi neurit dari terjadinya kerusakan serta adanya kebocoran impuls. |
| Nodus Ranvier | Daerah akson yang terbuka dan tidak diselubungi oleh myelin. | Menjadi tempat terjadinya tarik-menarik muatan listrik di membran sel saraf. |
| Sel Schwann | Merupakan sel yang mengelilingi selubung myelin, ditemukan oleh seorang peneliti Jerman bernama Theodore Schwann. | Mempercepat jalannya impuls atau rangsangan serta membantu menyediakan makanan bagi neurit sekaligus membantu peristiwa regenerasi pada neurit. |
Setiap sel saraf mempunyai satu akson yang membantu terjadinya hantaran arus listrik. Selain akson, penghantar listrik lain yang ada di dalam tubuh makhluk hidup adalah cairan tubuh yang dapat berbentuk darah, cairan jaringan dan sitosol yang terdapat dalam sitoplasma sel. Sel saraf juga memiliki isolator listrik yaitu selubung myelin pada akson.
Pada akson yang tidak memiliki selubung myelin, hantaran arus listrik yang terjadi akan berlangsung di sepanjang akson. Sedangkan untuk akson yang memiliki selubung myelin, beda potensial atau tegangan akan terjadi di daerah akson yang tidak berselubung myelin (nodus Ranvier). Tarik menarik muatan listrik tersebut akan terjadi di nodus Tanvier satu dan seterusnya.
Sehingga, selain berperan dalam melindungi akson, selubung myelin ini jugalah yang mampu membuat loncatan muatan listrik pada saraf menjadi lebih cepat. Berikut ilustrasi gambaran dari pergerakan impuls pada akson yang memiliki myelin dan tidak.
Hewan-Hewan Penghasil Listrik
Bukan hanya manusia, hewan juga mampu menghasilkan listrik sebagai impuls rangsang dalam tubuhnya. Supaya dapat menanggapi rangsangan, bergerak, berburu mangsa, melawan predator, atau bahkan navigasi (penunjuk arah). Berikut ini merupakan deretan beberapa hewan yang dapat menghasilkan listrik dengan arus yang kuat.
Baca juga: Partikel Penyusun Benda dan Makhluk Hidup, Ayo Cari Tahu!
Ikan Belalai Gajah
Ikan yang punya mulut panjang seperti belalai gajah ini dilengkapi dengan organ khusus yang telah disusun oleh ribuan sel electroplax atau sel yang menghasilkan muatan negatif (di bagian dalam) dan muatan positif (di bagian luar) yang terdapat pada bagian ekor, sehingga mampu untuk memproduksi listrik statis bertegangan tinggi ketika ikan berada dalam keadaan istirahat. Tujuannya tentu saja agar ikan mampu mendeteksi keberadaan predator dan mangsa.
Ikan Pari Listrik
Ikan pari jenis ini memiliki kemampuan untuk mengendalikan tegangan listrik yang ada pada tubuhnya. Pada kedua sisi kepalanya bahkan mampu untuk menghasilkan listrik sampai dengan 220 volt. Besar jumlah dari tegangan ini sama seperti besar tegangan listrik yang ada di rumah.
Hiu Kepala Martil
Hiu yang memiliki ratusan ribu elektroreseptor atau sel penerima rangsang listrik tersebut dapat menerima sinyal listrik hingga setengah miliar volt. Hiu kepala martil juga terbiasa menggunakan kemampuan spesialnya ini dalam urusan mengetahui letak mangsa yang berada di bawah pasir, menghindari predator, serta mendeteksi arus laut yang bergerak sesuai dengan medan magnet bumi.
Echidna
Hewan ini mempunyai moncong yang memanjang yang fungsinya sebagai pengirim sinyal-sinyal listrik untuk menemukan serangga sebagai mangsanya. Echidna akan membasahi terus menerus elektroreseptornya supaya lebih mudah dalam menghantarkan listrik. Maka dari itu, mayoritas hewan berelektroreseptor berasal dari perairan.
Belut Listrik
Belut listrik mampu menghasilkan kejutan listrik tanpa lelah dengan durasi selama satu jam, dengan besar jumlah energi listrik yang diproduksi itu diyakini oleh para peneliti mampu menyebabkan kematian pada manusia dewasa.
Lele Listrik
Jenis ikan lele yang berasal dari air tawar daerah perairan tropis Afrika tersebut mampu menghasilkan listrik hingga 350 volt. Nah, besarnya energi listrik ini setara dengan komputer yang menyala selama 45 menit.
Penggunaan Listrik Statis dalam Teknologi
Selanjutnya, kamu akan mengetahui informasi tentang berbagai penggunaan listrik statis dalam teknologi. Seperti pengendap elektrostatis pada cerobong asap, pengecatan mobil, sampai dengan alat mesin fotokopi yang dibahas dalam ulasan berikut ini.
Pengendap Elektrostatis pada Cerobong Asap
Fungsinya adalah untuk membersihkan gas buang yang keluar dari cerobong asap supaya terbebas dari partikel-partikel kotor yang berpotensi mencemari udara. Komponen utama dari alat ini adalah kawat yang memiliki muatan negatif serta pelat logam yang bermuatan positif.
Ketika asap kotor melewati kawat, beberapa partikel abu akan menjadi bermuatan negatif yang kemudian membuat pelat logam yang bermuatan positif menarik partikel abu sehingga membentuk jelaga yang mudah untuk dibersihkan.
Pengecatan Mobil
Peristiwa gesekan yang terjadi diantara butiran cat mobil dengan mulut pipa semprot dan udara mampu menghasilkan muatan listrik pada butiran cat mobil tersebut. Butiran cat ini akan tertarik ke badan mobil jika badan mobil diberikan muatan yang berlawanan dengan muatan cat.
Mesin Fotokopi
Mesin ini juga menerapkan konsep listrik statis disamping konsep optik. Komponen utama pada mesin fotokopi yang mampu menerapkan listrik statis tersebut ialah dari penggunaan toner atau tempat bubuk hitam halus yang sengaja dibuat bermuatan negatif supaya dapat ditarik dengan mudah oleh kertas.
Pemahaman Akhir
Kita telah mempelajari beberapa aspek penting terkait fenomena listrik statis, mulai dari muatan listrik, hukum Coulomb, medan listrik, beda potensial, hingga energi listrik. Artikel ini memberikan pemahaman mendalam mengenai bagaimana listrik statis terjadi, bagaimana hukum-hukum yang mengatur interaksi muatan listrik, serta bagaimana penerapannya dalam berbagai aspek kehidupan kita.
Muatan listrik merupakan dasar dari semua fenomena kelistrikan. Setiap atom memiliki partikel subatom seperti proton, neutron, dan elektron. Elektron memiliki peran penting dalam gejala kelistrikan, di mana benda yang kelebihan atau kekurangan elektron akan memiliki muatan positif atau negatif. Interaksi antara benda-benda yang bermuatan berbeda atau sama menyebabkan gaya tarik menarik dan tolak menolak, yang merupakan dasar dari gejala listrik statis.
Hukum Coulomb yang ditemukan oleh Charles Augustin Coulomb menjelaskan bahwa gaya listrik antara dua benda bermuatan tergantung pada besar muatan kedua benda dan jarak di antara mereka. Semakin besar muatan dan semakin dekat jaraknya, semakin besar gaya listrik yang terjadi. Ini adalah hukum yang mendasari banyak fenomena listrik yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari.
Medan listrik adalah daerah di sekitar muatan yang dapat menimbulkan gaya listrik pada muatan lain. Medan listrik digambarkan oleh garis gaya listrik yang mengindikasikan arah dan kekuatan medan. Kuat medan listrik diukur dengan medan listrik, dan ini memberikan pemahaman tentang bagaimana muatan listrik dapat mempengaruhi muatan lain di sekitarnya.
Beda potensial dan energi listrik menjadi penting ketika membahas penggunaan listrik statis. Perbedaan potensial atau tegangan adalah perbedaan potensial antara dua titik dalam medan listrik, dan ini merupakan faktor yang memicu aliran arus listrik. Energi listrik juga dapat dihitung dari perbedaan potensial dan muatan listrik.
Dalam penerapannya, kita melihat bagaimana listrik statis memainkan peran penting dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya, dalam tubuh manusia, listrik statis memainkan peran dalam impuls saraf yang membantu kita merasakan dan bergerak. Hewan-hewan tertentu juga dapat menghasilkan listrik statis, seperti ikan belalai gajah dan ikan pari listrik, yang memainkan peran dalam melindungi diri dan mencari makan.
Dalam teknologi, listrik statis digunakan dalam berbagai cara, seperti pengendap elektrostatis untuk membersihkan asap, pengecatan mobil, dan mesin fotokopi. Penggunaan listrik statis dalam teknologi membantu mempermudah berbagai proses dan memungkinkan inovasi dalam berbagai bidang.
Dengan memahami konsep listrik statis dan penerapannya, kita dapat lebih menghargai bagaimana fenomena ini memengaruhi kehidupan kita dan bagaimana kita dapat memanfaatkannya dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari dan teknologi.
Pembelajaran mengenai konsep inti dari listrik statis di atas pasti membuat kamu dapat lebih mudah mempelajari serta memahaminya. Semua informasi tersebut akan mampu meningkatkan pengetahuan serta wawasan yang kamu miliki. Jangan lupa untuk juga selalu rajin membaca, supaya kamu makin pinter!
Sumber :
Suyoso. Listrik Magnet. Jakarta: Universitas Terbuka. 2007
Zubaedah, Siti dkk. Ilmu Pengetahuan Alam Edisi Revisi untuk SMP/ MTs Kelas IX. Jakarta: Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan. 2018
