Konduktor dan Isolator - Bab I pendahuluan 1 Latar Belakang

4 Konduktor dan Isolator
Konduktor atau penghantar adalah zat atau bahan yang bersifat dapat menghantarkan energi yang di dalamnya banyak terdapat elektron bebas mudah untuk bergerak. Tarikan antara elektron yang berada dalam edaran paling luar dan intinya adalah sangat kecil, hingga dalam suhu normal pun ada satu atau lebih elektron yang terlepas dari atomnya. baik energi listrik maupun energi kalor, baik berupa zat padat, cair atau gas. Bahan-bahan yang bersifat konduktor ini biasanya digunakan untuk membuat alat-alat yang sifatnya membutuhkan kecepatan transfer energi, misalnya panci, setrika, kabel dan solder. Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang kecil. Pada umumnya logam bersifat konduktif. Emas, perak, tembaga, alumunium, zink, besi berturut-turut memiliki tahanan jenis semakin besar. Jadi sebagai penghantar emas adalah sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka secara ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan.
Isolator biasanya disebut bahan penyekat. Penyekatan listrik terutama dimaksudkan agar arus listrik tidak dapat mengalir jika pada bahan penyekat tersebut diberi tegangan listrik. Isolator listrik adalah bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan perpindahan muatan listrik. Dalam bahan isolator valensi elektronnya terikat kuat pada atom-atomnya. Bahan-bahan ini dipergunakan dalam alat-alat elektronika sebagai isolator, atau penghambat mengalirnya arus listrik. Isolator berguna pula sebagai penopang beban atau pemisah antara konduktor tanpa membuat adanya arus mengalir ke luar atau atara konduktor. Istilah ini juga dipergunakan untuk menamai alat yang digunakan untuk menyangga kabel transmisi listrik pada tiang listrik.
Beberapa bahan, seperti kaca, kertas, atau telfon merupakan bahan isolator yang sangat bagus. Beberapa bahan sintetis masih "cukup bagus" dipergunakan sebagai isolator kabel. Contohnya plastik atau karet. Bahan-bahan ini dipilih sebagai isolator kabel karena lebih mudah dibentuk / diproses sementara masih bisa menyumbat aliran listrik pada voltase menengah (ratusan, mungkin ribuan volt).
5 Memuat dengan induksi
Dua buah benda logam dapat mengalami proses “pemuatan dengan induksi atau dengan kontak” yaitu antara benda logam bermuatan didekatkan dengan benda logam yang tidak bermuatan (netral). Apabila keduanya bersentuhan, maka elektron-elektron bebas dari benda netral akan berpindah atau tertarik oleh benda yang bermuatan positif. Sehingga pada kedua benda tersebut akan terbentuk muatan positif total.
Selanjutnya, apabila dua buah benda didekatkan tetapi tidak bersentuhan, yaitu antara benda yang bermuatan positif dengan benda logam netral. Pada benda logam netral terjadi proses induksi, dimana elektron-elektron benda logam netral tidak berpindah pada benda yang bermuatan positif, melainkan bergerak menjauhi muatan positif yang berada didalam benda logam netral dan bergerak menuju ujung yang berlawanan. Hal ini mengakibatkan pada kedua benda ini tidak terjadi muatan total atau berjumlah nol.
Proses penginduksian muatan total pada benda logam, juga dapat dilakukan dengan cara menghubungkan benda logam ke pipa penghantar yang menuju ke tanah ( di bumikan atau di tanahkan ). Benda logam yang bermuatan negatif apabila didekatkan dengan logam, maka elektron-elektron bebas dari benda logam yang bermuatn negatif akan berpindah menuju pipa penghantar yang menuju ke tanah. Hal ini terjadi karena pipa penghantar meupakan penghantar yang baik ( mudah menerima atau melepaskan elektron ). Oleh karena itu, benda logam yang tidak bermuatan negatif bermuatan induksi positif. Jenis muatan yang terkandung pada suatu benda dapat dideteksi dengan bantuan elektroskop. Elektroskop disusun oleh dua keping ( biasanya tebuat dari emas ), kaca, logam, dan isolator.
Jika benda yang bermuatan positif didekatkan dengan bola elektroskop yang bermuaan negatif, maka akan terjadi pemisahan muatan dengan induksi yang mengakibatkan elektron-elektron pada elektroskop akan tertarik menuju bola dan keping-keping emas menjadi bermuatan positif.
Jika benda yang bermuatan positif didekatkan pada bola elektroskop yang bermuatan positif, maka tidak akan terjadi pemisahan muatan dengan induksi dan mengakibatkan timbulnya muatan total positif pada keping emas maupun pada bola elektroskop. Pada umumnya elektroskop bisa digunakan untuk mendeteksi muatan, apabila pada elektroskop telah diberi muatan terlebih dahulu, misalnya muatan negatif. Jika benda bermuatan negatif didekatkan pada benda elektroskop yang bermuatan negatif, maka akan terjadi penginduksian elektron-elektron yang menuju keping dan terjadi pemisahan jarak antara dua keping emas lebih besar. Sebaliknya, apabila benda bermuatan positif didekatkan pada elektroskop yang bermuatan negatif, maka akan terjadi proses penginduksian elektron yang bergerak menuju ke atas ( bola elektroskop ) dan terjadi pemisahan jarak antara dua keping emas yang lebih kecil.
6 Hukum Coulomb
Hukum coulomb adalah gaya yang dilakukan oleh dua buah benda (yang masing-masing bermuatan listrik) yang satu pada yang lain, adalah berbanding lurus dengan kuatnya muatan listrik dari benda–benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda itu. Interaksi antara dua benda bermuatan yang dimensi geometrinya dapat diabaikan terhadap jarak antar keduanya. Maka dalam pendekatan yang cukup baik dapat dianggap bahwa kedua benda bermuatan tersebut sebagian titik muatan pada tahun 1784 coulomb mencoba mengukur daya tarik atau gaya tolak listrik antara dua buah muatan tersebut dari hasil percobaan tersebut diperoleh hasil sebagai berikut:
Pada jarak yang tetap, besarnya gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatan dari masing-masing muatan.
Besarnya gaya tersebut berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.
Gaya antara dua titik muatan bekerja dalam arah sepanjang garis penghubung yang lurus.
Gaya tarik menarik bila kedua muatan tidak sejenis dan tolak menolak bila kedua muatan sejenis.
Secara skematis, percobaan coulomb ditunjukan pada gambar di bawah ini:
Dua buah bola bermuatan sejenis diletakan pada sebuah batang ringan dan bagian tengah batang diikat dengan tipis. Kemudian batang digantungkan sehingga mencapai keadaan seimbang. Jika sebuah bola lain yang bermuatan sama didekatkan kesalah satu bola pada batang, batang tersebut akan berputar atau terpuntir dan mencapai keadaan seimbang yang baru.
Coulomb menyelidiki hubungan antara sudut puntiran dengan gaya listrik. Untuk itu dilakukan variasi dua besaran, yaitu jarak antara bola pada batang dengan bola yang didekatkan dan besar muatan pada bola, kemudian dilihat pengaruhnya terhadap gaya listrik.
Untuk menyelidiki pengaruh jarak antara dua bola terhadap gaya listrik, coulomb mengubah-ubah jarak kedua bola dan menemukan bahwa gaya listrik antara kedua bola berbanding terbalik dengan kaudrat jarak antara kedua bola.
F
Sedangkan untuk menyelidiki pengaruh besaran pada bola terhadap gaya listrik, coulomb melakukan percobaan dengan mengubah-ubah besar muatan, tetapi jarak kedua bola tetap. Hasil percobaan ini menunjukan besar gaya listrik anatara dua bola bermuatan berbanding lurus dengan muatan masing-masing bola. Jika muatan salah satu bola dilipat duakan, gaya listrik menjadi dua kali semula.
F q1 q2
Berdasarkan persaman tersebut dapat dinyatakan bahwa gaya listrik statis (tarik menarik atau tolak menolak) anatara dua titik bermuatan berbanding lurus perkalian dua muatan kedua titik dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya. Jika hasil percobaan coulomb tersebut, akan diperoleh hubungan berikut.
F = k
Dengan : F = gaya listrik atau gaya listrik statis
q1 & q2 = muatan listrik
r = jarak ledua mauatan
k = konstanta kesebandingan (8,99x109 Nm2/C2)
0 = permitivitas ruang vakum = 8,85x10-12 C2/Nm2
Dengan demikian, persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk berikut :
.
F = x
Persamaan di atas merupakan gambaran hukum coulomb dalam persamaan matematis tanpa melibatkan arah gaya sehingga dalam perhitungan tanda muatan-muatan diabaikan. Arah gaya ditentukan berdasarkan apakah gaya tersebut tarik menarik atau tolak menolak.
Mengingat kedua muatan yang digunakan tidak bersentuhan, gaya listrik yang terjadi mirip dengan gaya gravitasi sehingga gaya listrik juga dikelompokkan sebagai gaya medan. Mesikupun demikian, gaya listrik dapat berbentuk gaya tarik menarik atau tolak menolak, sedangkan gaya gravitasi hanya dalam bentuk gaya tarik menarik.
Berdasarkan penyelidikan ternyata bahan dielektrik dapat mereduksi atau menurunkan gaya listrik yang terjadi. Besar faktor pengurangan gaya ini disebut faktor permitivitas relatief (r) sehingga persamaan tersebut dapat dituliskan menjadi
F = x
Apabila jenis muatan listrik diperhatiakan, besar gaya listrik antara dua muatan serta arah gaya dapat dituliskan dalam bentuk persamaan vektor.
= x
Dengan F12 = gaya yang dibangkitkan oleh muatan q1 terhadap q2 dan r12 = vektor satuan dalam arah garis hubung kedua muatan.
Jika suatu titik dipengaruhi oleh beberapa muatan listruk yang lain, gaya neto yang bekerja pada muatan tersebut dapat dituliskan dengan menerapkan prinsip superposisi.
BAB III
PENUTUP
1 Kesimpulan
Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. Begitu banyak manfaat listrik dalam kehidupan kita sehari-hari, bahkan dalam tubuh kita pun terdapat energi listrik.
Ketika sebuah hipotesis telah dilakukan percobaan dan terbukti bahwa hipotesis itu berkesinambungan dengan hasil percobaan yang dilakukan maka hal tersebut akan memberikan bukti kebenarannya. Seperti halnya yang telah dilakukan oleh ilmuan asal Perancis yaitu Charles-Agustin de Coulomb yang bermula dari hipotesisnya kemudian dengan percobaan-percobaan yang terus ia lakukan maka terciptalah hukum yang sudah kita tahu yaitu hukum coulomb. Dimana hukum ini berbunyi : Besarnya gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatam-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.
|