Listrik Statis – Pengertian, Rumus, Gejala, dan Contoh Soal – Materi Fisika Kelas 12

Sobat Zenius, elo sadar nggak sih, kalau di kehidupan sehari-hari kita sering menemukan berbagai macam fenomena listrik statis? Contoh yang paling dekat adalah debu yang menempel pada layar TV. Selain itu, terjadinya petir juga merupakan salah satu contoh listrik statis, lho.

So, apa yang dimaksud dengan listrik statis? 

Yuk, cari tahu pengertian dan juga rumus listrik statis yang sering muncul di ujian!

Listrik Statis

Melansir britannica.com, pengertian listrik statis yaitu suatu fenomena listrik yang ditimbulkan ketika partikel bermuatan ditransfer dari satu benda ke benda lain. 

Perpindahan muatan ini terjadi karena adanya dua buah benda yang saling bergesekan. Sebagaimana debu yang terbang bersama udara bergesek dengan permukaan layar TV. Dari gesekan tersebutlah, terjadi perpindahan muatan elektron.

Nah, ketika muatan elektron berpindah, kedua benda bisa mengalami kelebihan elektron sehingga bermuatan negatif. Juga kekurangan elektron sehingga bermuatan positif. Karena ada perbedaan sifat muatan inilah, kedua benda berujung saling tarik-menarik, deh.

Nah, itu kan listrik statis, ya. Apa bedanya dengan listrik dinamis? Adapun perbedaan listrik statis dan dinamis yakni listrik statis cenderung diam atau tidak bergerak sedangkan listrik dinamis dapat bergerak atau mengalir. 

Maksudnya gimana, tuh?

Oke, coba kita lakukan percobaan, ya. Sekarang coba ambil penggaris plastik lalu gosokkan ke rambut. Ketika penggaris plastik digosokkan ke rambut, akan terjadi perpindahan elektron dari rambut ke penggaris. Sehingga penggaris plastik menjadi bermuatan listrik. Nah, muatan listrik pada penggaris ini tidak akan mengalir sehingga disebut listrik statis. 

Sekarang coba dekatkan penggaris tersebut ke potongan kertas kecil-kecil. Apa yang terjadi? Yap, potongan kertas akan menempel pada penggaris plastik karena terjadi perpindahan muatan listrik. 

Namun, ini hanya berlangsung sementara nih, guys. Setelah muatan listrik pada penggaris plastik dan potongan kertas itu sama, maka kedua benda tersebut akan tolak menolak. Akibatnya, potongan kertas akan terlepas dari penggaris.

Terus kalau listrik dinamis gimana? 

Seperti yang udah gue singgung di awal, pada listrik dinamis terjadi aliran muatan listrik. Contohnya, ketika elo menekan saklar pada posisi ON, maka akan terjadi aliran listrik yang menyebabkan lampu menyala. Tapi, ketika elo menekan saklar dalam posisi OFF,  maka lampu akan mati karena aliran listriknya terhenti.  

Berikut adalah gambar mind map listrik statis yang akan gue bahas dalam artikel ini:

1. Contoh Gejala Listrik Statis di Dalam Kehidupan

Di dalam kehidupan sehari-hari, terdapat beberapa gejala listrik statis. Nah, berikut ini merupakan beberapa contohnya:

• Terjadinya petir

Seperti yang udah gue singgung di awal, salah satu contoh listrik statis dalam kehidupan sehari-hari adalah petir. 

So, apa sih hubungan listrik statis dengan petir?

Jadi, petir bisa terjadi karena adanya perpindahan elektron nih, Guys. Ketika langit dalam keadaan kelebihan elektron, maka petir pun muncul mengarah ke daerah yang elektronnya lebih sedikit.

Agar kelebihan elektron tersebut segera tersalurkan, akhirnya petir mencari objek yang paling dekat dengan awan, kan? Itulah sebabnya mengapa petir suka banget menyambar pada benda-benda tinggi. So, bisa dikatakan kalau petir merupakan salah satu contoh bahaya listrik statis. 

• Debu pada layar televisi

Sekarang, coba elo perhatikan televisi yang ada di rumah elo. Gue yakin pasti elo akan menemukan banyak debu yang menempel di sana. 

Seperti yang udah sempat gue singgung, menempelnya debu pada layar TV merupakan salah satu contoh fenomena listrik statis. 

Jadi, debu tersebut bisa menempel pada layar TV karena debu tersebut ditarik oleh muatan elektron yang ada pada layar TV nih, guys. 

Ini sama halnya dengan penggaris plastik yang bermuatan negatif dapat menarik potongan kertas. 

2. Manfaat Listrik Statis di Dalam Kehidupan

Tadi gue sempat kasih contoh bahaya listrik statis. Ada manfaatnya nggak, ya? Ada, dong! Dalam keseharian, kita sering banget memanfaatkan listrik statis buat mempermudah pekerjaan-pekerjaan kita.

Lantas, apa saja manfaat listrik statis dalam kehidupan kita? Nah, di bawah ini merupakan beberapa contoh manfaat listrik statis di dalam kehidupan sehari-hari.

• Pengecatan mobil

Di dalam kehidupan sehari-hari, listrik statis sering dimanfaatkan untuk pengecatan mobil. Pada saat cat disemprotkan, butiran halus yang ada pada cat akan bergesekkan dengan udara sehingga memiliki muatan listrik. 

Sementara itu, permukaan mobil yang akan dicat akan diberikan muatan yang berlawanan dengan butiran cat. Sehingga, butiran-butiran cat tersebut dapat tertarik ke permukaan mobil dan menempel dengan sempurna.

• Printer laser

Salah satu pemanfaatan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari terdapat pada printer laser. Jadi, pada saat photoreceptor drum yang bermuatan positif berputar, laser bersinar melintasi permukaan yang tidak bermuatan. Laser selanjutnya menggambar pada kertas yang bermuatan negatif. 

Setelah melewati photoreceptor drum yang berputar, kemudian kertas akan melewati fuser. Nah, bagian fuser inilah yang menyebabkan kertas jadi  terasa panas saat baru keluar dari printer.

3. Cara Membuat Listrik Statis

Oke, sekarang elo udah tahu kan contoh listrik statis di dalam kehidupan sehari-hari. Penasaran nggak sih, bagaimana cara membuat listrik statis? 

Terdapat tiga cara membuat benda menjadi bermuatan listrik statis, yakni dengan cara induksi, konduksi, dan penggosokkan. 

• Induksi: Cara membuat listrik statis dengan mendekatkan benda bermuatan netral dengan benda lain yang sudah bermuatan.

• Konduksi: Cara membuat listrik statis dengan menempelkan benda bermuatan netral dengan benda lain yang sudah bermuatan. 

• Menggosok: Cara membuat listrik statis dengan cara menggosokkan dua buah benda. 

Muatan Listrik

Oke, lanjut ke pembahasan tentang muatan listrik, yuk. Intinya, di dalam materi listrik statis itu kita membicarakan tentang suatu benda atau atom yang memiliki muatan listrik. 

Maka dari itu, sebaiknya kita kenalan dulu nih, dengan yang namanya atom. Elo pasti udah sering denger kan tentang atom?

Pertama-tama, coba deh, elo amati gambar atom di bawah ini. 

Seperti yang elo lihat pada gambar atom di atas, atom terdiri dari dua bagian, yakni inti atom dan kulit atom. 

Inti atom tersusun atas dua macam partikel, yakni proton (bermuatan positif) dan neutron (tidak bermuatan/netral). Sementara itu, kulit atom tersusun atas partikel-partikel bermuatan negatif yang disebut elektron.

Lantas, kenapa ya ada benda yang bermuatan negatif dan ada juga yang positif? 

Well, pada dasarnya atom itu muatannya netral. Namun, atom akan berubah menjadi positif atau negatif apabila ada perpindahan elektron. 

• Suatu atom dikatakan netral apabila jumlah proton dan elektronnya sama. 
• Suatu atom dikatakan bermuatan positif apabila jumlah protonnya lebih banyak dibanding elektron.
• Suatu atom dikatakan bermuatan negatif apabila jumlah protonnya lebih sedikit dibandingkan jumlah elektronnya. 

Rumus Listrik Statis

Di dalam listrik statis, ada beberapa rumus yang biasanya digunakan nih, Guys. Berikut merupakan rumus listrik statis yang perlu elo ketahui. 

1. Gaya Coulomb 

Salah satu rumus listrik statis yang sering muncul di ujian adalah tentang Gaya Coulomb. Apa itu Gaya Coulomb?

Coba elo amati gambar di bawah ini. 

Berdasarkan gambar di atas, dua muatan listrik yang sejenis maupun tidak sejenis akan menimbulkan gaya listrik antara keduanya. 

Nah, besarnya gaya listrik yang terjadi antara dua benda yang bermuatan, dengan jarak benda disebut gaya coulomb. Di mana, muatan-muatan yang berlainan jenis akan tarik-menarik. Sedangkan, muatan yang sejenis akan tolak-menolak. 

Sehingga, besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak tersebut bisa dirumuskan melalui persamaan: 

2. Medan Listrik

Medan listrik merupakan daerah di sekitar partikel bermuatan listrik yang masih dipengaruhi gaya listrik (Gaya Coulomb). Intinya sih, suatu muatan itu dapat memancarkan medan listrik. 

Medan listrik dapat digambarkan seperti gambar di bawah ini.

Untuk muatan positif, arah medan listrik bergerak keluar dari muatan sumber. Sebaliknya, kalau muatan negatif bergerak masuk ke dalam. 

Benda bermuatan yang menghasilkan medan listrik disebut muatan sumber. Sedangkan, muatan lain yang diletakkan dalam pengaruh medan listrik muatan sumber disebut sebagai muatan uji. Berikut ini merupakan rumus kuat medan listrik:

Atau:

Baca Juga: Rumus Listrik Arus Searah dan 2 Contoh Alatnya

3. Potensial Listrik

Potensial listrik merupakan usaha per satuan muatan yang dibutuhkan untuk memindahkan satu muatan dari satu titik ke titik lainnya. Nah, besarnya potensial listrik di suatu titik dapat dihitung dengan rumus potensial listrik: 

4. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik merupakan energi atau usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan listrik dari satu titik ke titik lainnya. Untuk menghitungnya elo bisa menggunakan rumus energi potensial seperti di bawah ini:

Nah, ketika suatu muatan pindah dari satu titik ke titik lainnya, maka usahanya bisa elo hitung menggunakan rumus usaha di bawah ini:

Keterangan:

Δ = beda potensial (volt)

W = usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q

5. Kapasitor

Kapasitor merupakan salah satu peralatan listrik yang digunakan untuk menyimpan energi dalam waktu singkat untuk dibebaskan dengan cepat. Nah, besarnya kapasitas kapasitor dapat dihitung menggunakan rumus kapasitor seperti di bawah ini:

Keterangan: 

C = kapasitas kapasitor (Farad atau f)

q = muatan antara dua keping (C)

V = beda potensial antara dua keping (volt)

A = luas penampang keping (m2)

𝜀 = permitivitas dielektrik bahan

Baca Juga: Pengertian Medan Magnet, Sejarah, dan Penerapannya dalam Kehidupan Manusia

Contoh Soal Listrik Statis

Biar elo makin paham, yuk kerjakan contoh soal listrik statis di bawah ini!

1. Perbandingan potensial listrik pada dua titik yang jaraknya masing-masing r dan 3r dari sebuah benda bermuatan listrik Q adalah ….

A. 3 : 1

B. 1 : 3

C. 1 : 1

D. 9 : 1

E. 1 : 9

2. Besarnya energi potensial yang dimiliki oleh benda bermuatan +10 µC yang berada 12 cm dari benda lain yang bermuatan -10 µC adalah …. 

A. 7,5 J

B. 750 J

C. 0,75 J

D. 7,5 kJ

E. 75 kJ

3. Suatu benda dikatakan netral jika ….

A. Jumlah proton sama dengan elektron

B. Jumlah neutron sama dengan proton

C. Jumlah proton lebih banyak dari pada elektron

D. Jumlah elektron lebih banyak dari pada proton

E. Tidak ada yang benar

Baca Juga: Rumus Medan Magnet Akibat Arus Listrik

Oke deh, sekian dulu pembahasan dan contoh soal listrik statis yang bisa gue bahas. Kalau elo mau lanjut ngerjain soal-soal try out UTBK bisa langsung buka aplikasi Zenius, ya.

Selain itu, elo juga bisa lho nonton penjelasan ulang mengenai listrik statis di aplikasi Zenius dengan cara klik banner di bawah ini!

Oh iya, biar belajarmu makin asik, Sobat Zenius bisa berlangganan paket belajar kita yang dijamin siap nemenin perjuangan belajar kamu! Klik banner di bawah ini ya untuk info lengkapnya!

Referensi:

Electricity – Britannica (2020)

Modul Fisika Kelas XII – Issi Anissa, M.Pd (2020)

Pengembangan Modul Fisika Materi Listrik Statis, Listrik Dinamis, dan Kemagnetan Kelas IX SMP/MTs Berbasis Integrasi Sains dan Islam – Rohmatul Azizah (2018)