Static Electricity / Listrik Statis

LISTRIK STATIS

Ditemukan berabad-abad yang lalu,  dimana beberapa jenis bahan secara misterius memiliki sifat tarik-menarik satu sama lain setelah digosok bersama-sama. Sebagai contoh: setelah menggosok sepotong sutra terhadap sepotong kaca, sutra dan kaca akan cenderung untuk tetap bersatu. Memang, ada kekuatan yang menarik yang dapat dibuktikan bahkan ketika kedua bahan dipisahkan:

Kaca dan sutra bukan satu-satunya bahan yang dikenal memiliki sifat seperti ini. Pernahkah Anda semasa kecil menggosok balon berbahan lateks agar balon tersebut melekat/menempel pada tubuh kita ataupun kulit kita? Nah hal tersebut adalah fenomena yang sama seperti kaca dengan sutra. Lilin dan kain wol adalah sepasang bahan eksperimen pertama yang diakui sebagai bentuk gaya tarik menarik setelah digosok bersama-sama:

Fenomena ini menjadi semakin menarik ketika ditemukan bahwa bahan-bahan yang identik, setelah telah digosok, selalu ditolak sama lain:

Ia juga mencatat bahwa ketika sepotong kaca digosok dengan sutra yang terkena sepotong lilin digosok yang sudah di gosokkan dengan wol, kedua bahan akan tarik-menarik satu dengan lainnya:

Selain itu, ditemukan bahwa setiap materi menunjukkan sifat tarik-menarik atau tolak-menolak setelah digosokkan dapat digolongkan ke dalam salah satu dari dua kategori yang berbeda, yaitu: kelompok yang tertarik pada kaca dan ditolak oleh lilin, atau kelompok yang ditolak oleh kaca dan tertarik oleh lilin. Salah satu ataupun keduanya: tidak ada bahan yang ditemukan yang akan tertarik atau ditolak oleh kaca dan lilin, atau yang bereaksi terhadap satu tanpa bereaksi terhadap yang lain.

Perhatian lebih diarahkan pada potongan-potongan kain yang digosokkan. Ditemukan bahwa setelah menggosok dua lembar kaca dengan dua potong kain sutra, tidak hanya potongan-potongan kaca saling tolak, tapi begitu pula kain. Fenomena yang sama diadakan untuk potongan wol digunakan untuk menggosok lilin:

Pada masa lalu, beberapa peneliti berspekulasi bahwa cairan yang tidak terlihat digunakan dan sedang dipindahkan dari satu objek ke yang lain selama proses menggosok, dan bahwa "cairan" tersebutlah yang mampu mempengaruhi kekuatan fisik jarak jauh. Charles Dufay adalah salah satu peneliti awal yang menunjukkan bahwa pasti ada dua jenis perubahan yang ditimbulkan dengan menggosok objek tertentu secara bersama-sama. Kenyataan bahwa ada lebih dari satu jenis perubahan diwujudkan dengan tarikan dan tolakan.

Salah satu peneliti, Benjamin Franklin, sampai pada kesimpulan bahwa adanya sebuah liquid berpindah antara benda yang digosok. Setelah bereksperimen dengan lilin dan wol, Franklin menyatakan bahwa kekesatan dari wol telah terhapuskan oleh beberapa liquid yang tak terlihat ini yang di sebabkan gesekan/gosokan kehalusan dari lilin, sehingga menyebabkan kelebihan liquid pada wol dan kekurangan liquid pada lilin. Perbedaan yang dihasilkan dalam kandungan fluida antara wol dan lilin kemudian akan menyebabkan gaya tarik, sebagai cairan proses tersebut membuatnya untuk mencoba untuk mendapatkan kembali keseimbangan fluida antara kedua bahan.

Mendalilkan adanya satu "liquid" baik yang diperoleh atau hilang melalui proses menggosok menyebabkan sebuah sifat tertentu dari objek tersebut menjadikan suatu hal pantas untuk diamati: bahwa semua bahan-bahan ini masuk ke dalam salah satu dari dua kategori ketika digosokkan, dan yang paling penting, bahwa dua material aktif yang digesekkan masing-masing satu dengan yang lainnya selalu masuk ke dalam kategori yang dibuktikan dengan gaya tarik invariabel diantara mereka satu sama lain. Dengan kata lain, hal tersebut tidak tergantung oleh waktu di mana dua bahan tergesek antara satu dengan lainnya menjadi positif atau negatif.

Setelah spekulasi Franklin mengenai wol yang digosokkan dengan lilin, maka hal yang yang ditimbulkan tersebut disimpulkan bahwa menggosokkan dengan lilin dikenal sebagai "negatif" (karena itu seharusnya memiliki kekurangan liquid) sedangkan hal dari menggosok dengan wol dikenal sebagai "positif" (karena itu seharusnya memiliki kelebihan liquid). Sedikitnya proses tersebut yang ia ketahui menyebabkan banyak kebingungan bagi pelajar yang memperdalami ilmu listrik di masa depan!

Pengukuran yang tepat dari muatan listrik yang dilakukan oleh fisikawan Perancis Charles Coulomb pada 1780-an dengan menggunakan alat yang disebut torsi balance measuring gaya yang dihasilkan antara dua benda bermuatan listrik. Hasil kerja Coulomb menyebabkan perkembangan dari unit muatan listrik dinamakan coulomb untuk menghormati jasa beliau. Jika dua "titik" benda (obyek hipotetis yang tidak memiliki luas permukaan yang cukup) sama-sama dibebankan pada ukuran 1 coulomb, dan ditempatkan 1 meter (sekitar 1 meter) terpisah, mereka akan menghasilkan kekuatan sekitar 9 miliar newton (sekitar 2 miliar pound), baik tarik-menarik ataupun tolak-menolak tergantung pada jenis muatan listrik yang terlibat. Definisi operasional dari coulomb sebagai unit muatan listrik (dalam hal gaya yang dihasilkan antara muatan titik) ditemukan untuk menjadi sama dengan kekurangan kelebihan atau sekitar 6.250.000.000.000.000.000 elektron. Atau, dinyatakan dalam istilah terbalik, satu elektron memiliki muatan sekitar 0,00000000000000000016 coulomb. Menjadi bahwa satu elektron adalah pembawa dikenal terkecil dari muatan listrik, angka tersebut menjadi satuan untuk elektron didefinisikan sebagai elementary charge (muatan dasar).

Hal ini ditemukan jauh hari kemudian bahwa "liquid" itu sebenarnya terdiri dari potongan-potongan yang sangat kecil dari materi yang disebut elektron. Bahan lain menunjukkan sebuah sifat ketika digosok dengan kain. Sejak eksperimentasi terdahulu telah mengungkapkan bahwa semua benda terdiri dari bagian yang sangat kecil "building-blocks" yang dikenal sebagai atom, dan bahwa atom-atom ini pada gilirannya terdiri dari komponen yang lebih kecil dikenal sebagai partikel. Tiga partikel dasar yang terdiri dari sebagian besar atom disebut proton, neutron, dan elektron. Sementara sebagian atom memiliki kombinasi proton, neutron, dan elektron, tidak semua atom memiliki neutron; contoh adalah protium isotop (1H1) hidrogen (Hydrogen-1) yang merupakan bentuk paling ringan dan paling umum dari hidrogen yang hanya memiliki satu proton dan satu elektron. Atom terlalu kecil untuk dilihat, tetapi jika kita bisa melihat salah satu, mungkin muncul seperti ini:

Meskipun setiap atom dalam sepotong kain cenderung untuk terus bersama sebagai satu unit kesatuan, sebenarnya ada banyak ruang kosong antara elektron dan cluster proton dan neutron yang berada di tengah.

Model dasar ini adalah bahwa dari unsur karbon, dengan enam proton, neutron enam, dan enam elektron. Dalam atom apapun, proton dan neutron sangat terikat erat bersama-sama, yang adalah kualitas penting. kesatuan tersebut terikat erat oleh proton dan neutron di pusat atom yang disebut inti, dan jumlah proton dalam inti atom menentukan identitas unsurnya: mengubah jumlah proton dalam inti atom, dan Anda mengubah jenis Atom. Bahkan, jika Anda bisa menghapus tiga proton dari inti atom timah, Anda akan mencapai impian para alkemis tua 'menghasilkan atom emas! Ketatnya ikatan proton dalam inti bertanggung jawab untuk identitas stabil unsur kimia, dan kegagalan alkemis untuk mencapai impian mereka.

Neutron jauh lebih berpengaruh pada karakter kimia dan identitas atom dari proton, meskipun sangat sulit untuk menambah atau menghapusnya dari inti, yang terikat begitu erat. Jika neutron ditambahkan atau diperoleh, atom akan tetap mempertahankan identitas kimia yang sama, namun massanya akan berubah sedikit dan mungkin memperoleh sifat nuklir yang aneh seperti radioaktiv.

Namun, elektron memiliki sifat lebih bebas untuk bergerak di sekitar sebuah atom dari baik proton atau neutron. Bahkan, bisa terlempar dari posisi masing-masing (bahkan meninggalkan atom sepenuhnya!) Jauh lebih sedikit energi daripada apa yang diperlukan untuk mengeluarkan partikel dalam inti. Jika ini terjadi, atom masih mempertahankan identitas kimia, tetapi ketidakseimbangan penting terjadi. Elektron dan proton yang unik dalam kenyataan bahwa mereka tertarik satu sama lain. Ini adalah daya tarik yang menyebabkan daya tarik antara benda yang digosokkan, di mana elektron yang pindah dari atom asli mereka untuk berada di sekitar atom benda lain.

Elektron cenderung menolak elektron lainnya dari jarak jauh, seperti halnya proton dengan proton lain. Satu-satunya alasan proton mengikat bersama-sama dalam inti atom adalah karena kekuatan yang jauh lebih kuat disebut gaya nuklir kuat yang memiliki efek hanya pada jarak yang sangat pendek. Karena perilaku tarik / tolakan antara partikel individu, elektron dan proton yang dikatakan memiliki muatan listrik yang berlawanan. Artinya, setiap elektron memiliki muatan negatif, dan masing-masing proton muatan positif. Dalam jumlah yang sama dalam sebuah atom, mereka melawan kehadiran masing-masing sehingga muatan total dalam atom adalah nol. Inilah sebabnya mengapa gambar dari atom karbon memiliki enam elektron: untuk mengimbangi muatan listrik dari enam proton dalam inti. Jika elektron meninggalkan atau elektron ekstra tiba, muatan listrik bersih atom akan seimbang, meninggalkan atom "dibebankan" secara keseluruhan, menyebabkan ia berinteraksi dengan partikel bermuatan dan atom bermuatan lain di dekatnya. Neutron tidak tertarik atau ditolak oleh elektron, proton, neutron atau bahkan lain, dan akibatnya dikategorikan sebagai tidak memiliki gaya sama sekali.

Proses elektron tiba atau meninggalkan adalah persis apa yang terjadi ketika kombinasi tertentu dari bahan yang digosok bersama: elektron dari atom dari salah satu bahan yang digosokkan secara sengaja untuk meninggalkan atom masing-masing dan transfer ke atom dari bahan lainnya. Dengan kata lain, elektron terdiri dari "liquid" hipotesis oleh Benjamin Franklin.

Hasil ketidakseimbangan ini "liquid" (elektron) antara objek disebut listrik statis. Hal ini disebut "statis" karena elektron pengungsi cenderung tetap diam setelah dipindahkan dari satu bahan isolasi yang lain. Dalam kasus lilin dan wol, itu ditentukan melalui eksperimen lebih lanjut bahwa elektron dalam wol benar-benar ditransfer ke atom dalam lilin, yang persis kebalikan dari dugaan Franklin! Untuk menghormati penunjukan Franklin muatan lilin itu menjadi "negatif" dan muatan wol itu menjadi "positif,". Dengan demikian, obyek yang atom telah menerima surplus elektron dikatakan bermuatan negatif, sedangkan obyek yang atom kurang elektron dikatakan bermuatan positif. Pada saat sifat sejati listrik "liquid" ditemukan, Franklin tata bahasa muatan listrik sudah terlanjur digunakan sehingga sulit untuk dapat diubah, sehingga tetap digunakan sampai hari ini.

Michael Faraday membuktikan (1832) bahwa listrik statis adalah sama dengan yang dihasilkan oleh baterai atau generator. Listrik statis untuk sebagian besar, merupakan gangguan. Bubuk hitam dan bubuk tanpa asap yang telah ditambahkan graphite untuk mencegah pengapian karena listrik statis. Hal ini menyebabkan kerusakan pada sirkuit semikonduktor yang sensitif. Meskipun dimungkinkan untuk menghasilkan motor didukung oleh tegangan tinggi dan karakteristik arus yang rendah listrik statis, hal ini tidak ekonomis. Aplikasi praktis dari listrik statis termasuk pencetakan xerographic, filter udara elektrostatik, dan tegangan tinggi Van de Graaff Generator.

REVIEW:

• Semua material terdiri dari bagian kecil "building-blocks" yang dikenal sebagai atom.

• Semua atom yang terjadi secara alami mengandung partikel yang disebut elektron, proton, dan neutron, dengan pengecualian dari protium isotop (1H1) hidrogen.

• Elektron memiliki negatif (-) muatan listrik.

• Proton memiliki (+) muatan listrik positif.

• Neutron tidak memiliki muatan listrik.

• Elektron dapat berpindah dari atom jauh lebih mudah daripada proton atau neutron.

• Jumlah proton dalam inti atom menentukan identitasnya sebagai elemen yang unik.