Kamu pasti sudah tidak asing lagi dengan muatan listrik kan? Tak hanya berada dalam materi Fisika di jenjang SMP dan SMA, kita juga bisa menemukan muatan listrik dalam kehidupan sehari-hari. Lalu, apa yang dimaksud dengan muatan listrik itu sendiri? Nah, kita akan membahas pengertian, sifat, jenis, dan unsur lainnya secara lebih jauh.
Contents
Pengertian Muatan Listrik
Muatan listrik adalah sifat dasar yang dibawa oleh partikel penyusun atom, kecuali neutron, yang menimbulkan partikel dasar di permukaan gaya saling tarik-menarik dan menolak. Suatu partikel dasar dapat memiliki muatan listrik berjenis positif maupun negatif. Interaksi muatan listrik dapat terjadi ketika benda-benda yang bermuatan saling didekatkan.
Benda dengan muatan sejenis akan mengalami gaya tolak-menolak, sementara benda dengan muatan tidak sejenis akan saling tarik-menarik. Istilah muatan listrik ini sendiri pertama kali diperkenalkan oleh Benjamin Franklin. Untuk menggambarkan satuan muatan listrik, sering kali digunakan simbol Q, sedangkan sistem satuan internasional dari satuan Q adalah coulomb.
Salah satu contoh muatan listrik dengan gaya tarik-menarik pada suatu benda dapat kamu temukan pada garisan plastik dan kertas. Garisan yang digosokkan ke rambut kepala kering akan saling tarik-menarik saat kamu dekatkan pada potongan kertas.
Jenis Muatan Listrik
Muatan listrik dibedakan ke dalam dua jenis, yakni muatan listrik positif (proton) dan muatan listrik negatif (elektron). Jenis muatan listrik yang kenal saat ini ditetapkan oleh Benjamin Franklin setelah melakukan percobaan pada penggaris plastik dan batang kaca yang saling digosokkan. Sementara penentuan muatan listrik pada suatu benda ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah elektronnya.
Meskipun hanya memiliki dua jenis, namun kamu pasti pernah mendengar istilah listrik statis kan? Nah, muatan listrik statis ini terjadi karena ketidakseimbangan muatan listrik pada suatu benda.
Listrik statis terbentuk ketika dua permukaan benda yang memiliki aliran muatan listrik terhubung dan terpisah. Biasanya salah satu permukaan benda akan memiliki resistensi yang lebih tinggi terhadap arus listrik.
Muatan Listrik Positif (Proton)
Seperti yang sudah disinggung sebelumnya, bahwa jenis-jenis muatan listrik dibedakan menjadi dua, salah satunya adalah muatan listrik positif (proton). Nah, kita akan membahas lebih lanjut mengenai muatan listrik positif ini.
Pembentukan muatan dalam suatu benda hanya terjadi ketika jumlah elektron dan proton tidak sama. Artinya, sebuah benda dapat dikatakan bermuatan positif apabila jumlah proton dalam benda tersebut lebih besar daripada elektronnya. Muatan listrik positif atau proton biasanya bersifat saling tolak menolak.
Untuk mendapatkan contoh dua benda yang saling tolak menolak, kamu bisa menyiapkan dua batang plastik untuk percobaan. Gantung salah satu batang plastik dengan bebas menggunakan benang, sementara batang plastik yang lainnya kamu gosokkan ke bulu binatang. Ketika batang plastik tersebut kamu dekatkan ke batang yang menggantung, maka keduanya akan saling tolak menolak karena memiliki muatan yang sama.
Proses pembentukan muatan listrik, baik positif maupun negatif ini terjadi ketika atom melakukan ionisasi, yakni menangkap elektron atau melepas elektron.
Muatan Listrik Negatif (Elektron)
Sebuah benda dikatakan bermuatan listrik negatif apabila jumlah elektron dalam benda tersebut lebih besar dari pada jumlah protonnya. Muatan listrik negatif biasanya bersifat saling tarik menarik. Nah, muatan listrik dalam sebuah benda ini bisa diperoleh lewat tiga cara, yakni memberikan efek tribolistik, induksi, atau konduksi.
Yang dimaksud dengan efek tribolistik adalah dengan menggosokkan benda yang netral ke benda yang bermuatan listrik. Sementara efek konduksi dilakukan dengan cara menghubungkan benda yang memiliki muatan listrik dengan benda yang tidak memiliki muatan listrik, sementara induksi dapat dilakukan dengan mendekatkan benda yang tidak mempunyai muatan listrik ke benda yang bermuatan listrik.
Sifat-sifat Muatan Listrik
Setelah mengetahui jenis muatan listrik, kini saatnya kita membahas sifat-sifat muatan listrik itu sendiri. Berikut ini sifat muatan listrik yang perlu kamu ketahui.
1. Benda dengan muatan listrik sejenis akan saling tolak menolak, sementara benda dengan muatan listrik yang tidak sejenis akan saling tarik menarik.
Artinya, benda yang muatan listriknya sama tidak akan menunjukkan reaksi apa pun bila saling didekatkan. Berbeda dengan benda yang muatan listriknya berbeda, seperti penggaris plastik ataupun bolpoin yang digosokkan ke rambut dan didekatkan pada potongan kertas. Secara otomatis, potongan-potongan kertas tersebut akan menempel ke permukaan penggaris maupun bolpoin.
2. Muatan listrik mirip dengan massa
Sifat muatan listrik berikutnya adalah mirip dengan massa. Hal ini disebabkan muatan listrik memiliki hukum kekekalan muatan yang serupa dengan hukum kekekalan massa. Gaya yang timbul dari 2 muatan listrik mempunyai karakter serupa dengan gaya gravitasi yang ditimbulkan dua buah benda dengan massa tertentu.
3. Besaran pokok fisika yang dapat diukur dalam satuan coloumb
Besaran muatan listrik dapat diukur dalam satuan coloumb dengan nilai 1 coloumb-na adalah 6,24 x 1018 muatan proton. Disamping itu, elektron mempunyai muatan yang sama dengan proton, hanya saja jenisnya berbeda.
4. Gaya elektrostatis
Selain bersifat tarik menarik, muatan listrik mempunyai gaya elektrostatis yang terjadi antara dua benda bermuatan listrik partikel dengan nilai 1040 kali lebih besar dari gaya gravitasi kedua benda tesebut. Meski begitu, penyebab dari gaya elektrostatis ini sendiri belum diketahui secara pasti.
Persamaan Muatan Listrik
Pada dasarnya, fenomena elektrostatis dapat kita jumpai secara mudah dalam kehidupan sehari-hari, dimana permukaan benda memiliki muatan listrik positif dan negatif. Persamaan muatan listrik ini dapat digambarkan dengan:
Q = n.e
Dimana Q merupakan muatan listrik (Coloumb), n merupakan jumlah elektron, dan e merupakan muatan elektro -1,6 x 10-19 C. Muatan negatif pada suatu benda dibawa oleh elektron, dan muatan positif dibawa oleh proton dimana muatan proton adalah +1,6 x 10-19 C. Ketika dua benda dengan muatan listrik yang berbeda, maka akan terjadi gaya tarik menarik dan benda dengan muatan yang sama akan menunjukkan gaya tolak menolak.
Rumus Muatan Listrik
Sebelum membahas rumus muatan listrik, kita akan menyinggung soal konsep muatan listrik terlebih dahulu. Penerapan konsep pada muatan listrik dibagi ke dalam dua hal, yakni induksi listrik dan medan listrik.
Induksi Listrik
Induksi listrik adalah pemisahan muatan listrik yang terjadi pada benda karena benda tersebut didekatkan pada benda lain yang mempunyai muatan listrik. Pemisahan muatan ini dapat dilakukan oleh benda dengan muatan listrik positif maupun negatif. Hal ini terjadi karena adanya gaya tarik atau tolak menolak pada muatan listrik. Akibat adanya induksi listrik, benda yang bersifat netral bisa menjadi bermuatan listrik.
Medan Listrik
Muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik karena adanya elektron, proton, dan ion pada ruangan sekitarnya. Satuan medan listrik sendiri dinyatakan dalam singkatan N/C atau Newton/Coulomb.
Sampai di sini, kamu sudah memahami konsep muatan listrik, jenis dan sifat-sifatnya bukan? Selain memahami sifatnya yang saling tolak menolak maupun tarik menarik, kamu juga harus mengetahui rumus muatan listrik untuk menghitungnya, seperti berikut ini:
F=k (q1.q2)/r^2
F = gaya tolak menolak atau gaya tarik menarik (newton)
q = muatan listrik (coloumb)
r = jarak antara kedua muatan
k = konstanta
Rumus tersebut merupakan rumus menghitung muatan listrik dengan mematematiskan dari Hukum Coulomb di bidang ilmu Fisika. Hukum Coulomb sendiri menyatakan bahwa gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak yang terjadi pada dua benda bermuatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak yang memisahkan kedua benda bermuatan listrik tersebut.
Nah, itu tadi pengertian muatan listrik, jenis, sifat, persamaan, dan rumus muatan listrik dalam ranah Fisika. Tak hanya sekadar teori, contoh muatan listrik di atas dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, bahkan dalam aspek sederhana pun, seperti gagang pintu yang ternyata juga mengandung muatan listrik.
Setelah membaca penjelasan di atas, kamu jadi makin paham dengan perbedaan antara muatan listrik negatif dan positif kan? Dengan rumus di atas pula, kamu bisa menghitung besarnya muatan listrik pada suatu benda. Kamu juga bisa mencoba contoh-contoh di atas untuk membuktikan sendiri adanya gaya tarik menarik dan tolak menolak pada dua benda bermuatan listrik.