Teknologi yang menerapkan konsep listrik statis dan terdapat toner tempat bubuk hitam adalah

Rangkaian Listrik Sederhana dan Komponen-komponennya

Konsep Listrik Statis

Bagaimana listrik statis dapat terjadi? Listrik statis terjadi akibat adanya perbedaan muatan listrik pada benda. Untuk memahaminya, kita harus mengetahui berbagai konsep listrik statis mulai dari muatan listrik, hukum Coulomb, medan listrik, dan perbedaan potensial energi listrik yang akan dipaparkan pada beberapa uraian di bawah ini.

Muatan Listrik

Atom tersusun atas partikel subatom yaitu proton [bermuatan positif], neutron [tidak bermuatan], dan elektron [bermuatan negatif]. Neutron dan proton membentuk inti atom, sedangkan elektron bergerak di sekitar inti atom. Elektron inilah yang memiliki kaitan erat dengan fenomena kelistrikan pada suatu benda.

Elektron adalah partikel penyusun atom yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom. Benda yang kelebihan elektron disebut benda bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan elektron disebut benda bermuatan positif.

Jika benda bermuatan positif didekatkan dengan benda bermuatan negatif, akan tarik menarik. Sebaliknya, jika benda bermuatan positif didekatkan dengan benda bermuatan positif, atau benda bermuatan negatif didekatkan dengan benda bermuatan negatif, maka benda itu akan tolak menolak. Interaksi kedua muatan tersebut merupakan gejala listrik statis.

Dapat disimpulkan bahwa muatan listrik terdiri dari muatan listrik positif dan muatan listrik negatif:

1. Jika muatan listrik sejenis [positif dengan positif atau negatif dengan negatif] berdekatan, maka benar tersebut akan bersifat tolak-menolak.
2. Sebaliknya, muatan listrik yang berbeda [positif dengan negatif] benda tersebut akan bersifat tarik-menarik.

Pada umumnya jumlah elektron dan proton pada atom sebuah benda adalah sama, sehingga atom-atom pada benda tersebut tidak bermuatan atau netral. Jika benda tersebut netral, dapatkah sebuah benda diubah menjadi bermuatan?

Salah satu cara untuk mengubah benda menjadi bermuatan adalah dengan menggosokkan benda. Sisir atau penggaris plastik yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan negatif karena sisir atau penggaris plastik mengalami kelebihan elektron [elektron dari rambut berpindah ke sisir atau penggaris plastik]. Sementara itu, kaca yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan positif karena kaca mengalami kekurangan elektron [elektron dari kaca berpindah ke rambut yang kering].

Hukum Coulomb

Ilmuwan Prancis, Charles Augustin Coulomb [1736 – 1806], menyelidiki hubungan gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik dua benda bermuatan listrik terhadap besar muatan listrik dan jaraknya menggunakan alat neraca puntir Coulomb seperti pada gambar di bawah ini.

Berdasarkan percobaan dengan menggunakan neraca puntir, Coulomb menyimpulkan interaksi dua benda yang bermuatan sebagai berikut.

1. Semakin besar jarak kedua benda yang bermuatan, semakin kecil gaya listrik antara benda tersebut dan sebaliknya.
2. Semakin besar muatan kedua benda, semakin besar gaya listrik antara benda tersebut.

Secara matematis, rumus gaya Coulomb [Fc ] dapat dituliskan sebagai berikut ini

dengan:

Fc = gaya Coulomb [newton] k = konstanta = 9 × 109 Nm2 /C2

r = jarak antara dua muatan [meter]

q1 = besar muatan listrik benda pertama [coulomb]

q2= besar muatan listrik benda kedua [coulomb]

Medan Listrik

Di sekitar muatan-muatan listrik ada medan listrik, yang dapat memengaruhi muatan lain yang berada tidak jauh darinya. Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang dapat menimbulkan gaya listrik terhadap muatan lain.

Medan listrik dapat digambarkan oleh serangkaian garis gaya listrik yang arahnya ke luar atau ke dalam muatan. Arah garis gaya listrik ke dalam digunakan untuk menunjukkan muatan negatif dan arah garis medan listrik ke luar digunakan untuk menunjukkan muatan positif.

Lalu bagaimana cara menentukan besar kuat medan listrik? Agar dapat memahami cara menentukan besarnya medan listrik [E] perhatikan gambar dan penjelasan di bawah ini.

Agar dapat mengetahui besar kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan Q, sebuah muatan uji [qo ] yang muatannya jauh lebih kecil diletakkan di dekat muatan tersebut dengan jarak r. Berdasarkan hukum Coulomb, muatan qo tersebut akan memperoleh gaya tolak dari muatan Q sebesar,

Kuat medan listrik [E] didefinisikan sebagai besarnya gaya listrik [F] yang bekerja pada satu satuan muatan uji [qo ], maka besarnya kuat medan listrik pada tempat muatan uji tersebut adalah:

Dapat disimpulkan bahwa besar kuat medan listrik pada suatu titik yang berjarak r dari muatan Q adalah:

dengan:

E = medan listrik [N/C]

F = gaya Coulomb [newton]

Q = besar muatan listrik [coulomb]

Beda Potensial dan Energi Listrik

Mengapa petir berbahaya? Apa sebenarnya petir? Orang yang pertama kali menyatakan bahwa petir terjadi akibat adanya gejala listrik statis adalah Benjamin Franklin [1706 – 1790]. Menurutnya, petir adalah kilatan cahaya yang muncul akibat perpindahan muatan negatif [elektron] antara awan dan awan atau antara awan dan bumi.

Petir dapat terjadi karena adanya beda potensial yang sangat besar antara dua awan yang berbeda atau antara awan dengan bumi. Akibatnya akan terjadi lompatan muatan listrik atau perpindahan elektron secara besar-besaran dari awan ke awan atau dari awan ke bumi.

Besarnya beda potensial listrik dapat dihitung dengan membandingkan besar energi listrik yang diperlukan dengan jumlah muatan listrik yang dipindahkan, yaitu:

dengan:

∆V = beda potensial listrik [volt]

W = energi listrik [joule]

Q = muatan listrik [coulomb]

Elektrokardiograf [ECG]