Listrik Statis

Saat ini hampir semua peralatan di sekitar kita umumnya bergantung pada listrik, mulai dari lampu, kipas angin, TV, lemari es, HP, dan masih banyak lagi yang lainnya. Taukah kalian bahwa listrik yang kalian gunakan berasal dari pengembangan dari listrik statis.

A. Apa itu listrik statis?

Listrik statis adalah keadaan muatan listrik yang berada dalam kondisi diam. Jadi, pada listrik statis, muatan listrik yang berupa muatan positif atau negatif tidak bisa berpindah, kecuali ada gesekan dan penggosokan pada muatan tersebut. Fenomena listrik statis dapat kita jumpai pada saat timbul petir yang muncul akibat loncatan muatan listrik statis di ionosfer.

B. Muatan Listrik

Muatan listrik terdiri atas muatan listrik positif, muatan listrik negatif dan netral. Kita dapat mengamati gejala listrik statis, dengan mengamati interaksi antara dua muatan. Jika dua muatan yang sejenis didekatkan, maka muatan tersebut akan saling tolak menolak. Sedangkan jika dua muatan yang tidak sejenis didekatkan, maka muatan tersebut akan saling tarik menarik.

Gambar 1. Interaksi Gaya antar muatan

Pada kenyataannya, interaksi antara benda-benda dalam kehidupan sehari-hari merupakan gaya listrik. Hanya saja untuk benda-benda dalam skala besar muatannya secara umum adalah netral sehingga efek-efek kelistrikan tidak terlalu tampak.

C. Hukum Coloumb
Suatu benda dapat bermuatan listrik karena benda tersebut kelebihan atau kekurangan muatan listrik. Muatan listrik yang bergerak adalah elektron karena elektron merupakan muatan elementer dari atom yang mudah berpindah.
Ilmuwan yang pertama kali mengukur besarnya interaksi dari muatan listrik adalah Charles Augustin de Couloumb. Interaksi muatan yang dapat berupa tarik-menarik dan tolak-menolak diartikan bahwa gaya tersebut sedang bekerja. Melalui percobaan Coloumb pada tahun 1785 dihasilkan hukum Coloumb yaitu sebagai berikut.
- Gaya tarik-menarik atau tolak-menolak adalah sebanding dengan besar muatan-muatannya.
$$F\sim q_1 \cdot q_2$$
- Gaya tarik-menarik atau tolak-menolak adalah berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar dua muatan.
$$F\sim \frac{1}{r^2}$$
Sehingga penemuan Coloumb secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:
$$F=k\frac{q_1\cdot q_2}{r^2}$$
dengan:
$\begin {align*}
F&=gaya~ Coloumb ~antara ~q_1 ~dan ~q_2~ (N),\\
r&=jarak~ antar ~dua ~muatan (m),\\
k&=konstanta~ (9\times 10^9 Nm^2/C^2),\\
q_1&=muatan~ I ~(C),\\
q_2&=muatan ~II~ (C),\\
\end{align*}$
Gaya coloumb merupakan besaran vektor, sehingga untuk menentukan resultannya harus menggunakan kaidah kaidah vektor. Besar resultannya sebagai berikut.
$$F_R=\sqrt{F_1+F_2+2 F_1  F_2 \cos \theta}$$

D. Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah disekitar muatan yang masih dipengaruhi oleh muatan listrik tersebut.
Vektor-vektor medan listrik bisa digambarkan sebagai berikut.

Gambar 2. Arah vektor medan listrik pada muatan listrik

Kuat medan listrik didefinisikan sebagai besar gaya Coulomb per muatan uji. Secara matematis medan listrik dapat dituliskan sebagai berikut.

$$\begin{align*}
E&=\frac{F}{q^`}\\
E&=k\frac{q}{r^2}\\
\end{align*}$$
$\begin {align*}
E&= kuat~medan~listrik~(N/C),\\
F&=gaya\ Coloumb\ antara\ q_1\ dan \ q_2\ (N),\\
r&=jarak\ antar\ dua\ muatan (m),\\
k&=konstanta~ (9\times 10^9 Nm^2/C^2),\\
q&=muatan~sumber ~(C),\\
\end{align*}$

Jika kuat medan listrik ditimbulkan oleh beberapa muatan, maka harus ditentukan resultan kuat medan listriknya yaitu dengan menggunakan rumus metode jajar genjang sebagai berikut.
$$E_R=\sqrt{E_1+E_2+2 E_1  E_2 \cos \theta}$$

E. Potensial Listrik
Potensial listrik adalah usaha untuk memindahkan muatan listrik 1 C dari satu titik ke titik lain. Secara matematis Potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut.
$$\begin{align*}
V&=\frac{W}{q}=\frac{Fr}{q}=\frac{k\frac{q^2}{r^2}\times r}{q}\\
V&=k\frac{q}{r}
\end{align*}$$
dengan:
$\begin {align*}
W&=Usaha~(J),\\
V&=potensial~listrik~(volt),\\
F&=gaya~ Coloumb ~antara ~q_1 ~dan ~q_2~ (N),\\
r&=jarak~ antar ~dua ~muatan (m),\\
k&=konstanta~ (9\times 10^9 Nm^2/C^2),\\
q&=muatan~(C),\\
\end{align*}$
Potensial listrik termasuk besaran skalar, oleh karena itu potensial yang ditimbulkan oleh beberapa muatan sumber dihitung dengan penjumlahan skalar.
$$V=\sum V= V_1+V_2+V_3+.......+V_n$$