Elektrostatika adalah cabang fisika yang berkaitan dengan gaya yang dikeluarkan oleh medan listrik statik (tidak berubah/bergerak) terhadap objek bermuatan yang lain.

Listrik statis itu adalah merupakan fenomena fisika yang dapat menunjukkan adanya interaksl dari benda-benda yang bermuatan listrik. Muatan listrik yang dimiliki benda-benda itu bisa bermuatan negatif maupun positif. Kita ambil Contoh dari fenomena listrik statis yaitu batu ambar yang apabila digosok-gosokkan dengan kain sutra maka akan bermuatan listrik. Hal ini dapat diketahui apabila batu ambar itu didekatkan dengan kertas-kertas kecil maka kertas-kertas itu akan dapat tertarik oleh batu ambar.

Proton dan Elektron

Semua zat itu pasti tersusun atas atom-atom. Setiap atomnya pun itu tersusun atas inti atom yang di dalamnya itu terdapat proton dan inti atom itu dikelilingi oleh elektron-elektron. Proton itu bermuatan listrik positif sedangkan elektron itu bermuatan listrik negatif.

Muatan Listrik (Q)

Di dalam ilmu fisika muatan listrik itu Ada dua macam, yaitu muatan listrik positif (+), dan muatan listrik negatif (-). Apabila kedua muatan listrik yang berbeda (positif dengan negative) itu didekatkan, maka mereka berdua akan saling tarik-menarik. Namun, apabila dua muatan listrik yang sejenis (positif dengan positif dan sebaliknya) itu didekatkan, maka mereka akan saling tolak-menolak. Muatan listrik itu dapat dinotasikan dengan menggunakan simbol Q dan memiliki satuan coulomb (C).

A. Muatan Listrik

Muatan listrik, Q, adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda. Satuan Q adalah coulomb, yang merupakan 6.24 x 10¹⁸ muatan dasar. Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron (muatan negatif). Muatan listrik total suatu atom atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron. Sementara atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung dari kelebihan atau kekurangan elektron ini, oleh karena itu muatan materi/atom merupakan kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom yang netral, jumlah proton akan sama dengan jumlah elektron yang mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak bermuatan).

- Jika batang ebonit digosok dengan kain wol, maka ebonit bermuatan listrik negatif sedangkan jika kaca digosok dengan kain sutra, maka kaca bermuatan listrik positif.
- Muatan listrik sejenis tolak menolak sedangkan yang berlainan jenis tarik menarik.
- Konduktor adalah zat yang mudah dilalui/menyimpan muatan listrik. Contoh : besi, tembaga, emas.
- Isolator adalah zat yang sulit dilalui/menyimpan muatan listrik.Contoh: karet, kaca.

a. gejala listrik

1. Menggosok

a. Menggosok penggaris plastik dengan kain wool

Penggaris menjadi bermuatan listrik jenis negatif

b. Menggosok kaca dengan kain sutera

Kaca menjadi bermuatan listrik jenis positif

Menggosok

Muatan listrik pada sebuah benda, sangat dipengaruhi olah muatan listrik atom-atom penyusunnya. Ada atom-atom yang cenderung melepas elektron, tetapi ada juga atom-atom yang cenderung mengikat elektron. Jika dua benda tersusun dari atom-atom yang memiliki perbedaan sifat tersebut saling digosokkan maka, maka interaksi itu akan lebih mudah membuat benda bermuatan listrik.
Jika kain sutera digosokkan pada kaca, maka elektron-elektron kaca akan berpindah menuju sutera, sehingga kaca menjadi bermuataan positif. sementara itu kain sutera menjadi bermuatan negatif karena mendapat tambahan elektron

Jika kain wool digosokkan pada plastik, maka elektron-elektron kain wool akan berpindah menuju plastik, sehingga plastik menjadi bermuataan negatif. sementara itu kain wool menjadi bermuatan positif karena kehilangan elektron-elektronnya.

2. Induksi

Induksi dapat dilakukan dengan cara mendekatkan benda yang bermuatan listrik ke benda netral. Akibatnya benda netral akan terpolarisasi. Jika benda netral yang telah terpolarisasi di hubungkan dengan tanah (di ground kan), maka elektron-elektronnya akan mengalir menuju tanah. Setelah penghantar yang menuju tanah di hilangkan dan benda bermuatan listrik dijauhkan, maka benda netral akan menjadi kekurangan elektron (bermuatan positif). Induksi dalam jumlah muatan tertentu dapat mengakibatkan muatan listrik melompati gap (jarak pemisah), dalam hal ini dapat menimbulkan lintasan bunga api. Salah satu peristiwa yang besar adalah terjadinya petir.

b.Sifat Muatan Listrik
Muatan listrik dapat menarik benda-benda kecil.

Potongan kertas kecil-kecil dapat menempel pada penggaris yang bermuatan listrik karena adanya gaya listrik. Jika gaya listrik lebih besar dari gaya gravitasi benda maka benda akan menempel pada penggaris, sebaliknya jika gaya listrik kurang dari gaya gravitasi, maka benda tidak akan menempel.

Sifat muatan listrik

Interaksi antara benda-benda yang bermuatan listrik.

muatan sejenis tolak-menolak
muatan tidak sejenis tarik-menarik

Muatan listrik ada dua jenis

Muatan positif
Muatan negative

Gejala Listrik Statis

Gejala kelistrikan diawali dengan diamatinya benda-benda yangsecara tidak terduga mampu saling tarik-menarik. Batang plastikyang sudah digosok-gosokkan ke kain yang halus teramati mampumenarik potongan-potongan kecil kertas. Di alam telahberlangsung gejala kelistrikan yang dahsyat pada saat terjadi petirdi angkasa. Petir merupakan gejala kelistrikan yang mengandungenergi yang sangat besar dan dapat membahayakan bagi yangdikenainya.Gejala kelistrikan yang diamati pada petir dan pada potongankertas yang dapat ditarik oleh batang plastik merupakan contohdari gejala listrik statis. Pengetahuan tentang listrik statis bergunadalam memahami gejala kelistrikan yang lebih luas yang meliputilistrik dinamis dan rangkaian listrik.

Benda Bermuatan Listrik

Setiap benda tersusun oleh partikel-partikel yang lebih kecil.Partikel zat yang ukurannya paling kecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi disebut atom. Namun, atom ternyata terdiri atas bagian-bagian yang lebih kecil. Tiap atom tersusun dari inti atom danelektron. Inti atom (nukleus) terdiri atas proton dan neutron.Adapun, elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannyadan mendapat gaya tarik inti atom. Partikel yang bermuatannegatif disebut elektron. Partikel yang bermuatan positif disebutproton. Massa proton dan elektron lebih besar dibandingkandengan massa elektron.

Rangkaian Listrik

atom yang terdiri dari inti dan elektron

Gaya ikat inti terhadap elektron antara bahan satu dengan bahan yang lain berbeda. Karena sesuatu hal, elektron dapat lepasdari lintasannya dan berpindah ke atom lain. Perpindahan elektrontersebut menyebabkan perubahan muatan suatu atom.Berdasarkan hal itu atom dapat berada dalam satu dari tigakeadaan, yaitu bermuatan negatif, bermuatan positif, atau netral.Atom dikatakan bermuatan negatif jika kelebihan elektron,sedangkan atom dikatakan bermuatan positif, jika kekuranganelektron. Adapun, yang dikatakan atom netral jika jumlah protondan elektronnya sama. Di sini elektron menjadi acuan karenaelektronlah yang mudah lepas atau berpindah dari satu atom keatom yang lain.

Muatan listrik tidak dapat dilihat oleh mata tetapi efeknyadapat dirasakan dan diamati gejalanya. Besar muatan listrik protondan elektron adalah sama, tetapi jenisnya yang berbeda. Muatanpositif (proton) ditandai dengan tanda plus “+“ sedangkan muatannegatif (elektron) ditandai tanda minus “ – “.Tiga buah benda di bawah ini memiliki jumlah muatan yangberbeda. Benda pertama memiliki masing-masing 5 muatan positif dan muatan negatif. Karena jumlah proton (+) sama dengan jumlah elektron (-) maka benda tersebut termasuk benda netral. Benda kedua memiliki 6 muatan positif dan 4 muatan negatif. Benda ini dikatakan bermuatan positif karena jumlah proton (+) lebih banyakdaripada jumlah elektron (-) atau benda kekurangan elektron.

contoh LISTRIK statis dalam kehidupan yaitu:

kalo kita sedang menyisirrambut kadang kadang rambut kita kan terbawa berdiri walapun kita tidak menyadarinnya ,rambut yang kita aiair seolah olah mengikuti sisir tersebut .ini menandakan adanya interaksi anatara rambut dan sisir .
Penggaris apabila di gosok gosokan dengan kain sutra maka akan bermuatan LISTRIK dan muatan LISTRIKtersebut didekatkan dengan kertas maka kertas tersebut juga kan ikut tertari ini menunjukan salaing keterkaitan antara penggaris dengan kertas.

Listrik stati juga bermanfaat :

LISTRIK statis juga di gunakan untuk generator van de graff mlistrik statis pada generator ini di akibatkan oleh pita karet dan roda pemutar dengan adanya gesekan ini maka kaan menyebabkan atau menghasilkan LISTRIK yang cukup besar ,
mesin foto kopo : pada mesin foto kopi menggunakan muatan LISTRIK yang berbeda beda dan inilah yang di gunakan dalam mesin fotokopi.
cat semprot : dalam penggunaan cat semprot juga menggunakan manfaat LISTRIK statis bila benda yang akan disemprot dan disempot maka akna tertarik satu sama lain dan akn menempel pada bendatersebut menjadi lebih efektif dan hasilnnya pun bagus.

4. Aplikasi dan Gejala Listrik Statis dalam kehidupan sehari-hari

5. Listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir atau listrik yang muatan-muatan listriknya berada dalam keadaan diam. Listrik statis merupakan bentuk listrik yang dihasilkan bila beberapa benda digosokkan satu sama lain.

Elektroskop
Apa itu elektroskop …???

Elektroskop itu adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi muatan listrik statis. Elektroskop itu bekerja berdasarkan prinsip induksi listrik. Elektrometer adalah elektroskop yang selain dapat mendeteksi muatan, dia juga dapat mengukur jumlah muatan listrik yang ada pada suatu benda. Sifat elektroskop itu seperti berikut.

1. Jika benda bermuatan positif didekatkan pada sebuah elektroskop netral

maka di bagian kepala elektroskop itu berkumpul muatan negatif dan di bagian

daunnya berkumpul muatan positif. Ini menyebabkan daun elektroskop akan

mengembang.

2. Jika benda bermuatan positif didekatkan pada sebuah negatif maka di bagian kepala elektroskop berkumpul muatan negatif dan di bagian daunnya itu tidak ada muatan. Ini menyebabkan daun elektroskop akan menguncup.

3. Jika.benda bermuatan positif didekatkan pada sebuah elektroskop positif maka di bagian kepala elektroskop tidak ada muatan dan di bagian daunnya berkumpul muatan positif. Ini menyebabkan daun elektroskop akan mengembang.

B. Hukum Coulomb

Meskipun J.C. Maxwell (1831-1879) berhasil memadukan semua hukum dan rumus kelistrikan dalam bentuk empat persamaan yang lalu dikenal sebagai persamaan maxwell sedemikian hingga semua gejala kelistrikan selalu dapat diterangkan berdasarkan atau dijabarkan dari keempat persamaan itu, pada hakikatnya keempat persamaan itu dapat dipadukan menjadi atau dapat dijabarkan dari hukum Coulomb : $''F''= k\dfrac{q1.q2}{r^2}$ yakni yang menyatakan bahwa gaya antara dua muatan listrik q₁ dan q₂ akan sebanding dengan banyaknya muatan listrik masing–masing serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara kedua muatan listrik tersebut, serta tergantung pada medium dimana kedua muatan itu berada, yang dalam perumusannya ditetapkan oleh suatu tetapan medium k.

Jadi hukum Coulomb merupakan hukum yang fundamental dalam ilmu kelistrikan, yang mendasari semua hukum dan rumus kelistrikan, seperti halnya hukum 'inisial Newton' dalam mekanika yang mendasari semua hukum dan rumus mekanika. Dalam sistem satuan m.k.s, tetapan medium k tertuliskan sebagai 1/(4 π ε ), sehingga hukum Coulomb menjadi berbentuk: $''F''=\dfrac{q1.q2}{4 \pi \epsilon r^2}$ dan ε disebut permitivitas medium. Dengan F positif berarti gaya itu tolak-menolak dan sebaliknya F negatif berarti tarik–menarik.

a. listrik untuk dua muatan

Misalkan terdapat beberapa muatan titik q1, q2, ...qn yang tersebar dibeberapa tempat . suatu titik p akan memiliki vektor posisi yang berbeda -beda jika diukur dari masing-masing muatan titik itu. Oleh karena itu, besarnya kuat medan total di titik p merupakan jumlah vektor dari masing-masing medan listrik
Ep = E1 + E2 + E3 + ...................+ En

1. Contoh Soal

C. Medan Listrik

a. Pengertian medan listrik

Medan listrik didefinisikan sebagai ruang disekitar suatu muatan sumber dimana muatan listrik lainnya dalam ruang ini mengalami gaya coulomb atau gaya listrik ( gaya tarik menarik atau tolak menolak ).

Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C atau dibaca newton/coulomb. Medan listrik umumnya dipelajari dalam fisika dan bidang-bidang terkait. Secara tak langsung bidang elektronika telah memanfaatkan medan listrik dalam kawat konduktor (kabel).
Benda bermuatan yang dihasilkan medan listrik kita namakan muatan sumber. Muatan lain yang kita taruh dalam medan listrik muatan sumber dinamakan muatan uji. Kuat medan listrik padda lokasi dimana muatan uji berada kita definisikan sebagai besar gaya coulomb ( gaya listrik ) yang bekerja pada muatan uji dibagi dengan besar muatan uji itu sendiri.

E = F/qo

atau

dimana
E = kuat medan listrik ( N/m)
K = Konstan ( K = 9 x 10-9)
q = muatan ( coulomb)
R = jarak antara muatan ( m )

beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk menggambar vektor kuat medan listrik pada suatu titik adalah:

Vektor E menjauhi muatan sumber positif dan mendekati muatan sumber negatif
Vektor E memiliki garis kerja sepanjang garis hubung antara muatan sumber dengan titik yang akan dilukiskan vektor kuat medannya

Muatan titik

Medan listrik yang ditimbulkan oleh 2 muatan titik

Muatan titik atau kadang-kadang disebut pula sebagai titik muatan adalah sebuah obyek bermuatan listrik yang berukuran cukup kecil dibandingkan dengan sesuatu sehingga dimensinya bisa diabaikan. Dengan kata lain, titik muatan adalah suatu muatan hipotetis yang terletak pada suatu titik tunggal dalam ruang. Elekton dalam hal ini, pada berbagai penggunaan, dapat dianggap sebagai suatu titik muatan, yang ukurannya diberikan oleh suatu skala ukuran panjang yang dikenal sebagai jari-jari atom ^[1].

Seringkali suatu obyek bermuatan yang berukuran cukup besar juga dapat dianggap sebagai muatan titik (obyek memiliki simetri bola, misalnya) apabila dalam pembahasannya hanya dititikberatkan pada perubahan-perubahan yang terkait dengan titik pusat massanya, dan tidak pada perubahan orientasi atau posisi bagian muatan darinya.

Akan tetapi dengan mendefinisikan suatu sistem sebagai titik muatan, energi dan momentum total suatu sistem mekanik-elektromagnetik yang dianggap sebagai konsep kunci, yang umumnya berlaku untuk sistem kontinu, tidak dapat diterapkan pada sistem ini dikarenakan tensor elektromagnetik momentum-energi ortodoks medan memberikan nilai energi diri tak hingga. Suatu modifikasi perlu dilakukan untuk itu ^[2].

Bila obyek bermassa akan selalu mengalami gaya gravitasi dalam suatu medan gravitasi, maka obyek bermuatan juga akan selalu mengalami gaya listrik dalam suatu medan listrik. Pada suatu muatan titik yang bergerak dengan kecepatan tetap, medan listrik dan magnetnya dapat langsung dihitung dengan atau tanpa menggunakan persamaan relativistik ^[3].

Medan Listrik oleh Sebuah Dipol Listrik

Dua buah muatan yang besarnya sama dan berlawanan tandanya, ±q, terpisah pada jarak a, akan membentuk sebuah dipol listrik. Momen dipol listrik p mempunyai besar aq dan menunjuk dari muatan negatif ke muatan positif.

Gambar 4.1.15

Berapakah medan E yang ditimbulkan oleh muatan-muatan ini pada titik P sejarak r sepanjang garis pembagi tegak lurus dari garis yang menghubungkan muatan-muatan tersebut ? Anggaplah r >> a.

Dengan menggunakan persamaan 4.1.4, maka diperoleh :

E = E₁ + E₂

Dengan E₁ = E₂ =

Jumlah vektor dari E₁ dan E₂ mengarah secara vertikal ke bawah dan mempunyai besar :

E = 2E₁cos θ

D. Garis Gaya Medan Listrik

Mengingat kuat medan listrik merupakan besaran vektor yang bergantung pada posisi, baik besar maupun arah kuat medan listrik tentu berubah-ubah posisinya, untuk memudahkannya, micheal faraday menggambarkan arah dan besar medan listrik ini dalam bentuk garis-garis berarah yang disebut Garis-garis gaya atau garis- garis medan lsitrik.
ada beberapa hal yang berkaitan dengan garis-garis gaya :

Garis-garis gaya listrik tidak pernah berpotongan
garis-garis gaya selalu mengarah radial keluar menjauhi muatan positif dan radial masuk atau mendekati muatan negatif

3. tempat dimana garis-garis medan listrik rapat menyatakan tempat medan listriknya kuat, sedangkan tempat dimana garis-garis gaya renggang menyatakan tempat yang medan listriknya lemah

Garis gaya medan listrik bukanlah besaran nyata melainkan suatu abstraksi atau angan–angan atau gambaran yang menyatakan arah medan listrik di berbagai tempat di dalam ruang bermedan listrik, yakni yang polanya menyatakan distribusi arah medan listrik .Arah medan listrik setempat, yaitu pada arah garis gaya di tempat itu, sudah tentu menyinggung garis gaya ditempat tersebut.

Pada hakikatnya memang setiap titik pasti dilalui suatu garis gaya, sehingga garis–garis gaya akan memenuhi seluruh ruangan. Tetapi seandainya semua garis gaya kita gambarkan, maka sistem pola garis dari gaya itu tidak akan tampak. Oleh sebab itu banyak garis gaya yang dilukis harus dibatasi, misalnya sebanyak muatan yang memancarkannya; artinya, banyak garis gaya yang digambarkan, yang memancar dari titik muatan listrik q adalah juga sebanya q saja, agar pola sistem garis gaya itu tampak dan memiliki makna, yang kecuali menyatakan distribusi arah medan listrik juga memperlihatkan distribusi kuat medan listrik dimana yang bagian garis gayanya rapat, medan listriknya juga rapat. Untuk medan listrik oleh titik muatan q, menurut hukum coulomb, kuat medan listriknya berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. Tetapi dengan melukis sebanyak q garis gaya yang memancarkan radial merata dari titik muatan q, suatu permukaan bola berjari–jari r yang berpusat di q akan ditembus tegak lurus leh flux garis gaya

yang sebanyak q, yakni

sama dengan q, sehingga rapat garis gaya yang didefinisikan sebagai banyaknya garis gaya yang menembus suatu satuan luas permukaan tegak lurus pada permukaan bola itu diberikan oleh:

dengan D yang disebut induksi elektrik. Jadi induksi elektrik setempat diberikan oleh rapat flux garis gaya medan listrik ditempat itu yaitu :

Yang berarti kuat medan listrik setempat sebanding dengan rapat flux garis gaya medan listrik ditempat itu.

Dengan definisi serta pengertian garis gaya medan listrik seperti yang diutarakan di atas, maka garis gaya tersebut memiliki sifat–sifat sebagai berikut :

a. Tidak berpotongan satu sama lain, sebab arah medan listrik setempat adalah pasti.

b. Kontinyu, sebab medan listrik ada di setiap titik di dalam ruang.

c. Seolah–olah ditolak oleh muatan positif dan sebaliknya ditarik oleh muatan negatif,

d. Dipotong tegak lurus oleh bidang–bidang equipotensial sebab usaha yang dilakukan satu satuan muatan listrik dari sutu titik ketitik lain di bidang equipotensial adalah nol karena tidak ada perubahan tenaga potensial, yang harus berarti arah gaya medannya, yaitu arah garis gaya medannya, selalu tegak lurus bidang equipotensial tersebut .

Induksi Elektromagnetik

Listrik dalam era industri merupakan keperluan yang sangat vital.

Dengan adanya transformator, keperluan listrik pada tegangan yang sesuai dapat terpenuhi. Dahulu untuk membawa listrik diperlukan kuda. Kuda (pada gambar) sedang membawa pembangkit listrik untuk penerangan lapangan ski. Seandainya transformator belum ditemukan, berapa ekor kuda yang diperlukan untuk penerangan sebuah kota? Fenomena pemindahan listrik akan kamu pelajari pada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajari pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi.

Pretest

1. Bagaimanakah cara membuat elektromagnetik?

2. Apakah kegunaan galvanometer?

3. Berilah contoh alat yang dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik !

Kata-Kata Kunci

– arus induksi

– generator

– dinamo

– GGL induksi

– efisiensi transformator

– transformator

– fluks magnetik

– transmisi daya listrik

Adakah pusat pembangkit listrik di dekat rumahmu? Pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari permukiman penduduk. Untuk membawa energi listrik, atau lebih dikenal transmisi daya listrik, diperlukan kabel yang sangat panjang. Kabel yang demikian dapat menurunkan tegangan. Karena itu diperlukan alat yang dapat menaikkan kembali tegangan sesuai keperluan. Pernahkah kamu melihat tabung berwarna biru yang dipasang pada tiang listrik? Alat tersebut adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tegangan. Bagaimanakah cara menaikkan dan menurunkan tegangan listrik? Untuk memahami hal ini pelajari uraian berikut.

A. GGL INDUKSI

Pada bab sebelumnya, kamu sudah mengetahui bahwa kelistrikan dapat menghasilkan kemagnetan. Menurutmu, dapatkah kemagnetan menimbulkan kelistrikan? Kemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang prosesnya dapat dibolak-balik. Ketika H.C. Oersted membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet (artinya listrik menimbulkan magnet), para ilmuwan mulai berpikir keterkaitan antara kelistrikan dan kemagnetan. Tahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik) melalui eksperimen yang sangat sederhana. Sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada kumparan itu. Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan (seperti kegiatan di atas), jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri. Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL (gaya gerak listrik). GGL yang terjadi di ujung-ujung kumparan dinamakan GGL induksi. Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak. Jika magnet diam di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.

1. Penyebab Terjadinya GGL Induksi

Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis- garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalam kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu. Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.a (ingat kembali cara menentukan kutub-kutub solenoida).

Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan. pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung, kumparan itu merupakan kutub selatan, sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.b. Ketika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi. Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arus induksi. Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut induksi elektromagnetik. Coba sebutkan bagaimana cara memperlakukan magnet dan kumparan agar timbul GGL induksi?

2. Faktor yang Memengaruhi Besar GGL Induksi Sebenarnya besar kecil GGL induksi dapat dilihat pada besar kecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jika sudut penyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus induksi yang dihasilkan besar. Bagaimanakah cara memperbesar GGL induksi? Ada tiga faktor yang memengaruhi GGL induksi, yaitu : a. kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik), b. jumlah lilitan, c. medan magnet

Latihan

1. Apakah penyebab terjadinya GGL induksi?

2. Mengapa magnet yang diam di dalam kumparan tidak menimbulkan GGL induksi? 3. Apakah perubahan bentuk energi yang terjadi pada peristiwa induksi elektromagnetik?

4. Sebutkan tiga cara memperbesar arus induksi.

B. PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik. Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik. Pembangkit energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo. Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan. Perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL induksi pada kumparan. Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam bentuk energi gerak rotasi. Hal itu menyebabkan GGL induksi dihasilkan secara terus-menerus dengan pola yang berulang secara periodik

1. Generator Generator dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus searah (DC) dan generator arus bolak-balik (AC). Baik generator AC dan generator DC memutar kumparan di dalam medan magnet tetap. Generator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang dihasilkan berupa arus bolak-balik. Ciri generator AC menggunakan cincin ganda. Generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus searah. Ciri generator DC menggunakan cincin belah (komutator). Jadi, generator AC dapat diubah menjadi generator DC dengan cara mengganti cincin ganda dengan sebuah komutator. Sebuah generator AC kumparan berputar di antara kutub- kutub yang tak sejenis dari dua magnet yang saling berhadapan. Kedua kutub magnet akan menimbulkan medan magnet. Kedua ujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon yang terdapat pada setiap cincin. Kumparan merupakan bagian generator yang berputar (bergerak) disebut rotor. Magnet tetap merupakan bagian generator yang tidak bergerak disebut stator. Bagaimanakah generator bekerja? Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet (membentuk sudut 0 derajat), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi (perhatikan Gambar 12.2). Pada saat kumparan berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparan membentuk sudut 90 derajat. Saat itu posisi kumparan tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan ini kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum. Selanjutnya, putaran kumparan terus berputar, arus dan GGL makin berkurang. Ketika kumparan mem bentuk sudut 180 derajat kedudukan kumparan sejajar dengan arah medan magnet, maka GGL induksi dan arus induksi menjadi nol.

Putaran kumparan berikutnya arus dan tegangan mulai naik lagi dengan arah yang berlawanan. Pada saat membentuk sudut 270 derajat, terjadi lagi kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum lagi, namun arahnya berbeda. Putaran kumparan selanjutnya, arus dan tegangan turun perlahanlahan hingga mencapai nol dan kumparan kembali ke posisi semula hingga memb entuk sudut 360 derajat.

2. Dinamo Dinamo dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus bolak-balik (AC). Prinsip kerja dinamo sama dengan generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator.

Perbedaan antara dinamo DC dengan dinamo AC terletak pada cincin yang digunakan. Pada dinamo arus searah menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua yang disebut cincin belah (komutator). Cincin ini memungkinkan arus listrik yang dihasilkan pada rangkaian luar Dinamo berupa arus searah walaupun di dalam dinamo sendiri menghasilkan arus bolak-balik. Adapun, pada dinamo arus bolak-balik menggunakan cincin ganda (dua cincin). Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda. Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor adalah roda sepeda. Jika roda berputar,

kumparan atau magnet ikut berputar. Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan dan arus listrik mengalir. Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi dan arus listrik yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat, menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak di dalam kumparan.

C. TRANSFORMATOR

Di rumah mungkin kamu pernah dihadapkan persoalan tegangan listrik, ketika kamu akan menghidupkan radio yang memerlukan tegangan 6 V atau 12 V. Padahal tegangan listrik yang disediakan PLN 220 V. Bahkan generator pembangkit listrik menghasilkan tegangan listrik yang sangat tinggi mencapai hingga puluhan ribu volt. Kenyataannya sampai di rumah tegangan listrik tinggal 220 V. Bagaimanakah cara mengubah tegangan listrik? Alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC disebut transformator (trafo). Trafo memiliki dua terminal, yaitu terminal input dan terminal output. Terminal input terdapat pada kumparan primer. Terminal output terdapat pada kumparan sekunder. Tegangan listrik yang akan diubah dihubungkan dengan terminal input. Adapun, hasil pengubahan tegangan diperoleh pada terminal output. Prinsip kerja transformator menerapkan peristiwa induksi elektromagnetik. Jika pada kumparan primer dialiri arus AC, inti besi yang dililiti kumparan akan menjadi magnet (elektromagnet). Karena arus AC, pada elektromagnet selalu terjadi perubahan garis gaya magnet. Perubahan garis gaya tersebut akan bergeser ke kumparan sekunder. Dengan demikian, pada kumparan sekunder juga terjadi perubahan garis gaya magnet. Hal itulah yang menimbulkan GGL induksi pada kumparan sekunder. Adapun, arus induksi yang dihasilkan adalah arus AC yang besarnya sesuai dengan jumlah lilitan sekunder.

Bagian utama transformator ada tiga, yaitu inti besi yang berlapis-lapis, kumparan primer, dan kumparan sekunder. Kumparan primer yang dihubungkan dengan PLN sebagai tegangan masukan (input) yang akan dinaikkan atau diturunkan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan keluaran (output).

1. Macam-Macam Transformator

Apabila tegangan terminal output lebih besar daripada tegangan yang diubah, trafo yang digunakan berfungsi sebagai penaik tegangan. Sebaliknya apabila tegangan terminal output lebih kecil daripada tegangan yang diubah, trafo yang digunakan berfungsi sebagai penurun tegangan. Dengan demikian, transformator (trafo) dibedakan menjadi dua, yaitu trafo step up dan trafo step down.
Trafo step up adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan

AC. Trafo ini memiliki ciri-ciri:
a. jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder,
b. tegangan primer lebih kecil daripada tegangan sekunder,
c. kuat arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder.
Trafo step down adalah transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan AC. Trafo ini memiliki ciri-ciri:
a. jumlah lilitan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder,

b. tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder,
c. kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder.

2. Transformator Ideal

Besar tegangan dan kuat arus pada trafo bergantung banyaknya lilitan. Besar tegangan sebanding dengan jumlah lilitan. Makin banyak jumlah lilitan tegangan yang dihasilkan makin besar. Hal ini berlaku untuk lilitan primer dan sekunder. Hubungan antara jumlah lilitan primer dan sekunder dengan tegangan primer dan tegangan sekunder dirumuskan

Trafo dikatakan ideal jika tidak ada energi yang hilang menjadi kalor, yaitu ketika jumlah energi yang masuk pada kumparan primer sama dengan jumlah energi yang keluar pada kumparan sekunder. Hubungan antara tegangan dengan kuat arus pada kumparan primer dan sekunder dirumuskan

Jika kedua ruas dibagi dengan t, diperoleh rumus

Dalam hal ini faktor (V × I) adalah daya (P) transformator.
Berdasarkan rumus-rumus di atas, hubungan antara jumlah lilitan primer dan sekunder dengan kuat arus primer dan sekunder dapat dirumuskan sebagai

Dengan demikian untuk transformator ideal akan berlaku persamaan berikut.

Dengan:
Vp = tegangan primer (tegangan input = Vi ) dengan satuan volt (V)
Vs = tegangan sekunder (tegangan output = Vo) dengan satuan volt (V)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Ip = kuat arus primer (kuat arus input = Ii) dengan satuan ampere (A)
Is = kuat arus sekunder (kuat arus output = Io) dengan satuan ampere (A)

LATIHAN

1. Sebuah trafo digunakan untuk menaikkan tegangan AC dari 12 V menjaDI 120 V. Hitunglah:
a. kuat arus primer jika kuat arus sekunder 0,6 A,
b. jumlah lilitan sekunder, jika jumlah lilitan primer 300.

2. Sebuah transformator dihubungkan dengan PLN pada tegangan 100 V menyebabkan kuat arus pada kumparan primer 10 A. Jika perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder 1 : 25, hitunglah:
a. tegangan pada kumparan sekunder,
b. kuat arus pada kumparan sekunder.

3. Efisiensi Transformator
Di bagian sebelumnya kamu sudah mempelajari transformator atau trafo yang ideal. Namun, pada kenyataannya trafo tidak pernah ideal. Jika trafo digunakan, selalu timbul energi kalor. Dengan demikian, energi listrik yang masuk pada kumparan primer selalu lebih besar daripada energi yang keluar pada kumparan sekunder. Akibatnya, daya primer lebih besar daripada daya sekunder. Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah trafo ditentukan oleh besarnya efisiensi trafo. Perbandingan antara daya sekunder dengan daya primer atau hasil bagi antara energi sekunder dengan energi primer yang dinyatakan dengan persen disebut efisiensi trafo. Efisiensi trafo dinyatakan dengan η . Besar efisiensi trafo dapat dirumuskan sebagai berikut.

LATIHAN

1. Sebuah trafo arus primer dan sekundernya masing-masing 0,8 A dan 0,5 A. Jika jumlah
lilitan primer dan sekunder masing-masing 1000 dan 800, berapakah efisiensi trafo?

2. Efisiensi sebuah trafo 60%. Jika energi listrik yang dikeluarkan 300 J, berapakah energi listrik yang masuk trafo?

Rika Purnama Wulan S.Pd

Selasa, 13 Maret 2012

Elektrostatika

A. Muatan Listrik

C. Medan Listrik

Muatan titik

Medan Listrik oleh Sebuah Dipol Listrik

D. Garis Gaya Medan Listrik

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Pengikut