IPA 9 BAB 2 Listrik Statis Dan Dinamis

MATERI ILMU PENGETAHUAN ALAM KELAS 9 BAB 2 LISTRIK STATIS DAN DINAMIS

MATERI ILMU PENGETAHUAN ALAM KELAS 9


LISTRIK STATIS DAN DINAMIS

A. LISTRIK STATIS

Listrik statis (listrik tidak mengalir) adalah listrik yang tidak mengalir dan perpindahan arusnya terbatas. Listrik statis atau elektrostatiska merupakan bagian dari ilmu listrik yang mempelajari sifat -sifat muatan listrik. Dari pelajaran listrik statis, kita dapat mengetahui bahwa elektron adalah muatan listrik negatif yang mudah berpindah melalui bahan konduktor serta sulit berpindah melalui bahan isolator. Namun demikian, pemanfaatan listrik lebih banyak berkaitan dengan muatan listrik yang bergerak (listrik dinamis), seperti pemanfaatan listrik dalam kehidupan seharai- hari, baik di rumah, di kantor, di perusahaan, maupun di industri kecil dan besar.

Rumus dasar:


Listrik dinamis (listrik mengalir) adalah listrik yang mengalir. Sumber arus listrik yang dapat menghasilkan beda potensial yang dapat menyebabkan listrik dapat mengalir

rumus hukum ohm : 

V=I.R 

I=Q:T

Listrik telah ditemukan sejak manusia mulai mengamati efek yang timbul dari dua buah benda yang saling digosokkan. Hal ini juga tampak pada pesta anak-anak, misalnya dengan trik menggosok-gosok balon dan menempelkannya di langit-langit. Bahkan, mungkin kita pernah merasakan seperti sengatan pada kaki kita setelah berjalan di atas karpet yang terbuat dari nilon.

Dengan penalaran yang lebih mendalam, beberapa pertanyaan berikut ini akan muncul di benak kita. Gaya apakah yang menyebabkan elektron tetap pada orbimya mengelilingi inti atom? Gaya apakah yang menyebabkan gedung-gedung pencakar langit atau hamparan gunung tetap tegak kokoh? Gaya apakah yang menimbulkan kilat dan badai petir?

Peristiwa-peristiwa tersebut di atas merupakan gejala dari listrik statis. Listrik statis adalah gejala tentang interaksi rnuatan listrik yang tidak bergerak atau tidak bergerak secara permanen.

Listrik statis adalah gejala tentang interaksi rnuatan listrik yang tidak bergerak atau tidak bergerak secara permanen.

1.  Muatan Listrik

Muatan listrik adalah suatu sifat dasar alam. Dengan mempelajari interaksi elektrostatis, kita dapat memperoleh pengertian akan rnuatan listrik.

Jika batang politen didekatkan pada batang perspeks yang tergantung, kedua batang akan tarik-menarik. Akan tetapi, jika batang politen didekatkan pada batang politen lain yang juga telah digosok dengan kain wol kering maka keduanya akan tolak-menolak. Peristiwa tersebut menunjukkan bahwa rnuatan listrik pada politen dan perspeks berlainan jenis.

Benjamin Franklin memberi penandaan pada kedua jenis rnuatan listrik sebagai muatan positif dan muatan negatif. Hal ini hanya merupakan penandaan yang dirasa mudah, bukan pengertian lebih kecil dari nol untuk muatan negatif. Muatan positif dan negatif adalah sifat yang saling melengkapi atau komplementer.

Untuk mengetahui apakah suatu benda bermuatan listrik atau tidak, digunakan alat yang dinamakan elektroskop.

Dalarn suatu atom atau benda, apabila jumlah muatan positif (berasal dari proton) sama dengan muatan negatif (berasal dari elektron), maka atom atau benda tersebut tidak bermuatan (netral). Akan tetapi, mengingat elektron suatu atom atau benda dapat berpindah, maka dalarn suatu atom bisa terjadi jumlah muatan positif (proton) tidak sama dengan jumlah muatan negatif (elektron).

Dengan perkataan lain, muatan dari suatu benda ditentukan oleh jumlah proton dan elektronnya.

Sebuah balon yang digosok-gosokkan pada sehelai kain akan menempel pada badan kita. Dua buah balon yang digosok-gosokkan pada kain yang sama akan tolak-menolak. Hal ini merupakan bukti fundamental bahwa muatan yang sejenis akan tolak-menolak, sedangkan muatan yang tidak sejenis akan tarik-menarik. Pakaian yang saling menempel pada saat diainbil dari pengering, debu yang menempel pada layar TV atau komputer, kejutan kecil pada saat memegang gagang pintu dari logam, merupakan contoh listrik statis.

Gaya listrik yang merupakan tarikan atau tolakan ini pertama kali diselidiki oleh seorang fisikawan besar Perancis bernama Charles Coulomb (1736 1806) pada akhir abad 18. Dia menemukan bahwa gaya antara muatan bekerja sepanjang garis yang menghubungkan keduanya dengan besar yang sebanding dengan besar kedua tnuatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Hasil pengamatan ini melahirkan hukum Coulomb yang secara matematis ditulis sebagai

dengan:



F = gaya coulomb (N),

ql, q2 = muatan masing-masing partikel (C),

r = jarak antara kedua muatan (m),

k = tetapan elektrostatis untuk ruang hampa

2. Medan Listrik

Medan listrik adalah suatu daerah (ruang) di sekitar muatan yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Oleh Michael Faraday medan listrik digambarkan sebagai garis medan listrik yang dimulai (keluar) dari muatan positif dan diakhiri (masuk) pada muatan negatif.

Kuat medan listrik yang semakin besar digambarkan dengan garis medan yang semakin rapat.

a. Kuat medan Listrik

Pada setiap titik di dalam medan listrik ada suatu kuantitas yang menyatakan tingkat kekuatan medan tersebut, yang disebut kuat medan lishik. Atas dasar ini, kuat medan listrik dapat didefinisikan sebagai berikut.

Kuat medan listrik (E) di sebuah titik adalah gaya per satuan muatan yang dialami oleh sebuah muatan di titik tersebut.

b. Energi Potensial Listrik

Sebagaimana medan gravitasi burni, medan listrik dari distribusi muatan yang statis juga bersifat kekal. Dengan demikian, kerja yang diperlukan untuk memindahkan sebuah muatan titik di dalam medan listrik juga tidak tergantung pada lintasan. Medan seperti ini disebut sebagai medan konservatif.

Karena medan listrik bersifat koservatif, maka kita dapat menghubungkannya dengan energi potensial. Kerja yang dilakukan untuk memindahkan sebuah muatan melawan gaya listrik akan tersimpan sebagai potensial muatan.

c. Definisi Energi Potensial :

Energi potensial suatu muatan di suatu titik adalah usaha untuk memindahkan suatu muatan uji dari tempat yang jauh tak terhingga ke suatu tempat di sekitar muatan sumber.

    Potensial Listrik

    Setiap titik di dalarn medan listrik selalu mempunyai gaya listrik, kuat medan listrik, dan potensial listrik. Gaya listrik dan kuat medan listrik adalah besaran vektor sedangkan potensial listrik adalah besaran skalar. Jadi, potensial listrik tidak memiliki arah. Potensial listrik diperoleh dari energi potensial per satuan muatan.

    Definisi Potensial Listrik :

    Potensial listrik di suatu titik pada medan listrik adalah besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan muatan listrik dari tak terhingga ke titik tersebut.

    Menghitung superposisi dari beberapa gaya listrik dan kuat medan listrik harus dilakukan secara vektor karena keduanya adalah besaran vektor.

d. Kapasitor

Di dalarn peralatan listrik elektronika, energi umumnya disimpan di dalam sepasang konduktor bermuatan yang dipisahkan oleh lapisan isolator. Alat penyimpan energi tersebut adalah kapasitor. Kapasitor digunakan untuk menyimpan energi dalam waktu yang singkat untuk kemudian dibebaskan kernbali dengan cepat. Sebagian besar peralatan elektronik seperti radio, TV, komputer dan lain sebagainya tidak mungkin bekerja tanpa pertolongan kapasitor.


B. LISTRIK DINAMIS

Listrik dinamis adalah listrik yang dapat bergerak. Cara mengukur kuat arus pada listrik dinamis dengan cara muatan listrik dibagai waktu dengan satuan muatan listrik adalah coulumb dan satuan waktu adalah detik. Kuat arus pada rangkaian bercabang sama dengan kuat arus yang masuk dengan kuat arus yang keluar.

1. Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Secara matematis dituliskan :


keterangan :

  • I = Kuat arus listrik (ampere)
  • Q = muatan listrik (coulomb)
  • t = waktu (sekon)


Arus listrik hanya mengalir pada rangkaian tertutup. Sehingga, ketika saklar dimatikan maka arus listrik akan terhenti.

2. Beda Potensial Listrik 

Beda Potensial listrik adalah banyaknya energi untuk memindahkan muatan listrik dari satu titik ke titik lain. Secara matematis dituliskan :



  • V = beda potensial (volt) 
  • W = energi listrik (joule) 
  • Q  = muatan listrik (coulomb) 


3. Rangkaian sumber tegangan 

a. Rangkaian tunggal 



pada rangkaian tunggal sumber tegangan berlaku persamaan : 

atau



b. Rangkaian seri 

  


pada rangkaian seri sumber tegangan berlaku persamaan : 



c. Rangkaian paralel 



pada rangkaian paralel sumber tegangan berlaku persamaan : 


keterangan : 

  • E = GGL sumber tegangan (volt) 
  • I = Kuat arus listrik (ampere) 
  • R = Hambatan luar (ohm) 
  • r = hambatan dalam (ohm) 
  • n = jumlah GGL/baterai 


4. Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan bahwa kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial pada ujung-ujung penghantar. 


keterangan : 

  • V = beda potensial (volt) 
  • I = kuat arus listrik (ampere) 
  • R = hambatan listrik (ohm) 


5. Hukum I Kirchoff

Hukum I Kirchoff menyatakan “Jumlah kuat arus yang masuk pada rangkaian bercabang besarnya sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”  

  


secara matematis dituliskan : 



                 I = I1 + I2 + I3 = I’ 


6. Rangkaian Hambatan   

a. Rangkain Seri 

 


pada rangkaian hambatan seri berlaku persamaan : 


b. Rangkaian Paralel 


pada rangkaian hambatan paralel berlaku persamaan :



keterangan : 

  • I = kuat arus total (A)
  • I 1 = kuat arus pada R1 (A)
  • I 2 = kuat arus pada R2 (A)
  • I 3 = kuat arus pada R3 (A)
  • V = tegangan total (A)
  • V 1 = tegangan pada R1 (A)
  • V 2 = tegangan pada R2 (A)
  • V 3 = tegangan pada R3 (A)


Rs  = Hambatan pengganti seri (ohm)

Rp  = Hambatan pengganti parallel (ohm)


C. LISTRIK STATIS DAN DINAMIS DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

1. Listrik Statis Dalam Kehidupan Sehari-hari

Listrik statis adalah fenomena kelistrikan dimana muatan listrik tidak bergerak, atau dalam bahasa lebih sederhana, listrik statis merupakan listrik yang diam untuk sementara pada suatu benda. Tidak bergeraknya listrik pada satu benda (statis) dikarenakan muatan listrik tidak mengalir dan perpindahan arusnya terbatas. Muatan listrik bisa negatif atau positif, dan muatan tersebut berupa zat terbentuk dari atom-atom. Setiap atom memiliki inti atom yang terdiri dari proton dan elektron yang mengelilinginya. Proton mempunyai muatan listrik positif, dan elektron mempunyai muatan listrik negatif. 



Contoh Listrik Statis Dalam Kehidupan Sehari-hari Menggosok/menggesekan tangan dengan balon. Tangan yang memiliki inti atom yang dikelilingi oleh elektron akan tetapi mempunyai daya tarik lemah, kemudian ditempelkan/digosokan ke balon yang mempunyai daya tarik kuat. Gesekan tangan kebalon menyebabkan kedua material tersebuat bermuatan listrik, karena salah satu material tersebut kehilangan elektron yang akhirnya memiliki muatan listrik positif, dan kebalikannya ketika salah satu material kehilangan elektron, material lainnya justru mendapatkan elektron yang menyebabkan material tersebut memiliki muatan listrik negatif. Seperti diketahui bahwa tangan dan balon memiliki jumlah muatan listrik positif dan negatif sebanding, ketika kedua material tersebut belum di gosok/gesek. Karena proses gesekan terjadi antara tangan dan balon, maka jumlah muatan lisrik negatif bertambah terjadi pada balon sedangkan tangan mendapat jumlah muatan listrik positif lebih. Kedua mutan tersebuta akhirnya memiliki daya tarik menarik, hal ini dapat terjadi karena kedua muatan tersebut tidak sejenis, yaitu positif dan negatif. dari gesekan yang terjadi antara kedua material tersebut menyebabkan elektron-elektron bergerak dari satu objek ke objek lainnya, akan tetapi tidak memiliki perubahan jumlah total gabungan, dan hal inilah yang menyebabkan akhirnya balon dan tangan menghasilkan listrik statis. 

Contoh lain dari listrik statis adalah penggarisan yang digesekan ke rambut, menggosokkan penggaris plastik dengan kain wool, kaca dengan kain sutra, mika dengan kain wol atau mika dengan kain sutra, dan lain sebagainya. Pengertian 

2. Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari

Listrik dinamis adalah muatan listrik yang mengalir atau yang dapat bergerak, atau dalam arti sederhananya, bahwa listrik dinamis merupakan suatu gejala listrik yang diakibatkan oleh muatan listrik yang serta-merta bergerak atau mengalir dalam suatu rangkaian listrik. 

Contoh Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari Mobil mainan dengan menggunakan baterai. Mobil-mobilan yang menggunakan batu baterai sebagai penggeraknya. Ketika muatan listrik yang terdapat pada batu baterai mengalir dalam rangkaian listriknya, maka motor penggerak dari mobil-mobilan tersebut yang telah dialiri oleh muatan listrik menggerakan roda dan fungsi mobil mainan lainnya yang dapat bergerak, seperti roda. Contoh lain dari kejadian listrik dinamis adalah penggunaan lampu senter, laptop, handphone, televisi, dan lain sebagainya. 



3. Perbedaan Listrik Statis dengan Listrik Dinamis Tentunya listrik statis dan dinamis memiliki perbedaan, yaitu: 

  • Listrik statis tidak mengalir serta perpindahan arusnya terbatas, sedangkan listrik dinamis merupakan muatan listrik yang mengalir. 
  • Listrik statis terjadi karena gesekan atau gosokan dua material/benda, sedangkan listrik dinamis terjadi karena adanya arus searah dan bolak balik. 
  • Parameter listrik statis susah diukur, misalnya sulit mengukur arus, tegangan, hambatan, dan daya listrik, sementara listrik dinamis dapat diukur dengan alat ukur yang baku. 

4. Persamaan Listrik Statis dengan Listrik Dinamis

Adapun persamaan listrik statis dengan dinamis adalah: 

  • Kedua jenis listrik ini memiliki daya magnet yang saling tarik menarik. 
  • Terjadinya listrik statis dan dinamis Harus adanya dua material yang saling terhubung satu dengan lainnya untuk mengalirkan memindahkan ataupun mengalirkan muatan listrik. 
  • Listrik statis dan dinamis, sama-sama memiliki inti atom.


Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Cara Merubah File PDF ke Word

5 Cara Praktis  Merubah File PDF ke Microsoft Word 1. Merubah PDF ke Word dengan Google Docs Google menyediakan layanan gratis seperti Docs ...