Listrik Statis, Gaya Listrik, Muatan, Listrik, Elektroskop, Muatan Positif, Muatan Negatif

Muatan Listrik

1. Struktur atom

Pendapat tentang atom, di antaranya dikemukakan oleh Demokritus (460-370 SM) menyatakan atom partikel terkecil yang menyusun suatu zat yang tidak dapat dibagi-bagi lagi (atom = atomos, yang berarti tidak dapat di bagi-bagi lagi. 

Beberapa pendapat lainnya tentang atom oleh:

John Dalton (1803) mengemukakan model atom eksperimennya, yaitu:

• Atom merupakan bagian terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.
• Atom suatu unsur tidak dapat berubah menjadi atom unsur lain.
• Dua atom atau lebih dapat membentuk molekul.
• Atom suatu unsur semuanya serupa.

Sir Joseph Thomson (1856-1940) mengemukakan model atom, yaitu:

• Atom merupakan bola pejal, terdiri dari muatan positif (proton) dan negatif (elektron).
• Proton dan elektron tersebar merata di seluruh bagian atom.
• Jumlah proton = jumlah elektron sehingga atom bersifat netral.

Ernest Rutherford (1871-1937), mengemukakan:

• Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif
• Elektron tersebar merata mengelilingi inti atom
• Atom bersifat netral karena jumlah muatan inti = jumlah muatan elektronnya.
• Inti atom dan elektron saling tarik dengan gaya inti yang sama sehingga elektron tetap berada dalam lintasannya

Perkembangan terakhir diketahui bahwa atom terdiri dari partikel-partikel yang lebih kecil lagi, yaitu proton, elektron, dan neutron. Bagian tengah atom disebut inti atom (tersusun dari proton dan neutron). Di luar inti atom terdapat elektron yang mengelilingi inti atom dengan jarak tertentu. Muatan listrik hanya dimiliki oleh proton (positif) dan elektron (negatif). Muatan positif = muatan negatif sehingga muatan listrik yang dimilikinya, proton dan elektron dapat memberikan gaya elektrostatis satu sama lain. Neutron tidak bermuatan (bersifat netral), karena inti atom terdiri dari proton (positif) dan neutron (netral) jadi inti aom bermuatan positif. Atom dikatakan netral jika jumlah muatan positif = jumlah muatan negatif.

Satuan muatan listrik dalam SI adalah coulomb (C). 1 C setara dengan 6,25 x 10¹⁸ buah elektron (atau 6,25 x 10¹⁸ buah proton). Jadi, besarnya muatan satu elektron kira-kira -1,60 x 10^-19 C, dan muatan satu proton +1,60 x 10^-19 C. Muatan elektron disebut juga elementer, diberi simbol -e untuk muatan elektron dan +e untuk muatan proton.

2.  Muatan benda

Kebanyakan benda adalah netral (jumlah proton=jumlah elektron). Tetapi benda bisa saja kehilangan atau memperoleh tambahan elektron. Elektron yang mengitari inti atom dapat bergerak meninggalkan atom tersebut untuk bergabung dengan atom lain. Atom yang kehilangan elektron berarti jumlah elektronnya lebih sedikit dari jumlah protonnya, sehingga atom tersebut bermuatan positif. Atom yang menerima elektron berarti jumlah elektronnya lebih banyak dari jumlah proton sehingga atom tersebut bermuatan negatif.

Atom hanya dapat kehilangan atau memperoleh elektron. Hal ini karena proton terikat sangat kuat di dalam inti atom akibat adanya gaya inti atom. Atom yang bermuatan listrik disebut ion. Ion positif jika atom bermuatan positif dan ion negatif jika atom bermuatan negatif.

3. Konduktor dan isolator listrik

Atom tersusun dengan cara yang berbeda untuk benda yang berbeda. Akibatnya, setiap benda memiliki sifat-sifat fisis yang berbeda-beda. Berdasarkan kemampuannya menghantarkan listrik listrik, benda dibedakan menjadi konduktor dan isolator. Konduktor (penghantar) adalah benda yang mengandung pembawa muatan sehingga partikel-partikel bermuatan tadi dapat bergerak bebas, contohnya larutan garam dan logam. Pada larutan garam yang bertindak sebagai pembawa muatan adalah ion negatif dan ion positif. Pada logam yang bertindak sebagai pembawa muatan adalah
elektron. Isolator (penghambat) adalah benda yang tidak mengandung pembawa muatan, contohnya udara kering, gelas, plastik, dan karet.

Sebuah konduktor hanya dapat diberi muatan jika tidak terhubung dengan bumi (terisolasi) atau "ditanahkan". Dalam kondisi ini, elektron-elektron dapat bergerak bebas melalui konduktor dan kemudian menuju atau dari bumi. Jika konduktor tadi terisolasi dari bumi, elektron-elektron tidak dapat melaluinya untuk menuju bumi. Jika tidak terisolasi, konduktor akan segera kehilangan muatan yang yang diperolehnya.

4. Memberi muatan listrik
Benda akan bermuatan listrik jika kekurangan atau kelebihan elektron. Yang memegang peranan penting dalam memberi muatan listrik adalah elektron. Beberapa cara memberi muatan listrik:

• Penggosokan. Dua buah benda yang terbuat dari bahan yang berbeda jika saling digosokkan, maka sejumlah elektron akan berpindah dari satu benda ke benda yang lainnya. Benda yang kehilangan elektron akan bermuatan positif dan benda yang mendapat tambahan elektron akan bermuatan negatif. Perpindahan elektron tergantung pada jenis bahan yang digosokkan.
• Penyentuhan. Suatu konduktor yang bermuatan jika disentuhkan kepada konduktor lain yang tidak bermuatan, maka kedua konduktor tersebut akan bermuatan. Besarnya muatan yang mengalir tergantung pada kemampuan benda untuk menyimpannya.
• Induksi adalah peristiwa pemisahan muatan di dalam suatu konduktor akibat konduktor itu didekati benda bermuatan listrik. Benda yang bermuatan dapat memberikan muatannya kepada benda netral di dekatnya tanpa menyentuh. Contohnya benda yang bermuatan positif didekatkan kepada konduktor yang tak bermuatan dan terisolasi, maka elektron-elektron yang terkandung dalam konduktor netral akan tertarik ke arah konduktor yang bermuatan, sehingga konduktor yang awalnya tidak bermuatan kini menjadi bermuatan positif.

Contoh lain dari pemberian muatan kepada benda netral, yaitu:

Sisir plastik sebelum digosok bersifat netral, tetapi setelah digosok terjadi perpindahan elektron dari kain wol ke sisir sehingga sisir bermuatan negatif dan kain wol bermuatan positif. Saat sisir didekatkan ke potongan kertas yang netral, terjadilah induksi listrik (kertas tertarik ke arah sisir).

Batang besi sebelum digosok bersifat netral, tetapi setelah digosok terjadi perpindahan elektron dari batang kaca ke kain sutra sehingga batang kaca menjadi bermuatan positif dan kain sutra menjadi bermuatan negatif. Saat potongan kaca didekatkan kepada potongan kertas yang netral maka terjadilah induksi listrik (kertas tertarik ke arah batang kaca).