JENIS MUATAN LISTRIK

Kata listrik (electricity) berasal dari kata Yunani elektron, yang berarti “amber”. Amber adalah damar pohon yang membatu dan orang zaman dulu mengetahui bahwa jika anda menggosok batang amber dengan kain, amber tersebut akan menarik daun-daun kecil atau debu. Sepotong plastik yang keras, batang kaca, atau penggaris plastik yang digosok dengan kain juga akan menunjukkan “efek amber” ini atau sekarang kita sebut dengan istilah listrik statis. Anda bisa langsung memungut serpihan-serpihan kertas dengan sisir plastik atau penggaris yang sebelumnya telah anda gosok keras dengan handuk kertas. Anda mungkin telah mengalami listrik statis ketika menyisir rambut atau mengeluarkan kemeja dari bahan sintetis dari tempat pengering pakaian. Dan anda mungkin pernah merasakan kejutan ketika menyentuh pegangan pintu yang terbuat dari logam setelah sebelumnya menggeser sepanjang jok mobil atau berjalan melintasi karpet nilon. Pada masing-masing kasus tersebut, sebuah bendaa menjadi “bermuatan” karena proses penggosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik total.

Apakah semua muatan listrik sama atau mungkinkah ada lebih dari satu jenis ? pada kenyataannya, ada dua jenis muatan listrik. Sebuah penggaris plastik digantungkan dengan tali dan digosok keras dengan kain untuk membuatnya bermuatan. Dengan cara yang sama, jika sebuah batang kaca lain yang bermuatan, kembali tampak adanya gaya tolak menolak. Bagaimanapun, jika batang kaca yang bermuatan didekatkan dengan penggaris plastik bermuatan, bahwa keduanya saling menarik. Berarti muatan pada kaca pasti berbeda dari muatan pada plastik. Dan memang secara eksperimental terbukti bahwa semua benda yang bermuatan masuk ke salah satu dari dua kategori tersebut. Setiap benda bermuatan akan tertarik oleh plastik dan ditolak oleh kaca, seperti halnya kaca atau ditolak oleh plastik dan tertarik oleh kaca, sebagaimana penggaris plastik. Dengan demikian tampaknya ada dua, dan hanya dua, jenis muatan listrik. Setiap jenis muatan menolak jenis yang sama tetapi menarik jenis yang lainnya. Yaitu muatan yang tidak sama tarik menarik, muatan yang sama tolak menolak.

Kedua jenis muatan listrik tersebut disebut positif dan negatif oleh negarawan, filsuf, dan ilmuwan Amerika Benjamin Franklin (1706-1790). Pilihan nama yang mana ditujukan untuk jenis apa tentu saja ditentukan sembarang. Pilihan Franklin menentukan muatan pada batang kaca yang digosok adalah muatan positif, sehingga muatan pada penggaris plastik yang digosok (atau amber) dinamakan muatan negatif. Kita masih mengikuti aturan tersebut sampai saat ini.

Frenklin mengajukan argumen bahwa ketika sejumlah muatan tertentu dihasilkan pada satu benda dalam satu proses, muatan berlawanan dengan jumlah yang sama dihasilkan pada benda yang lainnya. Positif dan negatif diperlakukan secara aljabar, sehingga pada setiap proses perubahan total jumlah muatan yang dihasilkan selalu nol. Sebagai contoh, ketika penggaris plastik digosok dengan handuk kertas, plastik tersebut mendapatkan muatan negatif dan handuk mendapatkan muatan positif dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan tersebut terpisah, tetapi jumlah keduanya adalah nol. Ini merupakan contoh hukum yang sekarang telah terbukti dengan baik : hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah total muatan listrik yang dihasilkan pada setiap proses adalah nol. Jika satu benda atau bagian ruang mendapatkan muatan positif, maka muatan negatif dengan jumlah yang sama akan ditemukan di daerah sekitarmya atau benda didekatnya. Tidak pernah ditemukan penyimpangan dari hukum ini dan hukum kekekalan ini sama kuatnya seperti kekekalan energi dan momentum

 Misalkan sebuah benda logam bermuatan didekatkan ke benda logam yang tidak bermuatan. Jika keduanya bersentuhan, elektron-elektron bebas pada benda yang netral tertarik oleh benda yang bermuatan positif dan beberapa diantaranya akan pindah, karena benda kedua sekarang kehilangan beberapa elektron negatifnya, ia akan memiliki muatan positif total. Proses ini disebut “pemuatan dengan induksi”, atau “dengan kontak” dan kedua benda pada akhirnya akan memiliki muatan yang berjenis sama.

Sekarang misalkan sebuah benda yang bermuatan positif didekatkan dengan sebuah batang logam netral, tetapi tidak bersentuhan. Walaupun elektron-elektron batang logam tidak meninggalkan batang tersebut, mereka tetap bergerak didalam logam itu ke arah benda yang bermuatan, yang berarti meninggalkan mutan positif di ujung yang berlawanan. Muatan dikatakan diinduksi pada kedua ujung batang logam. Tentu saja tidak ada muatan total yang dihasilkan pada batang tersebut, muatan-muatan hanya dipisahkan. Muatan total batang logam tetap nol. Bagaimanapun, jika logam tersebut dipatahkan menjadi dua, kita bisa mendapatkan dua benda yang bermuatan, satu bermuatan positif dan yang lainnya negatif.

Cara lain untuk menginduksi muatan total pada benda logam adalah dengan menghubungkannya dengan kawat penghantar ke tanah (ground) (atau ke pipa penghantar yang menuju ke tanah). Benda tersebut dikatakan, “ditanahkan” atau “dibumikan”. Sekarang Bumi, karena sangat besar dan dapat meghantar bisa dengan mudah menerima atau melepaskan elektron berarti ia berlaku seperti gudang muatan. Jika sebuah benda bermuatan kali in kita ambil negatif didekatkan ke logam, elektron-elektron bebas pada logam tersebut ditolak dan banyak diantaranya yang mengalur menuruni kawat menuju Bumi. Hal ini membuat logam tersebut bermuatan positif. Jika sekarang kawat dipotong, logam akan memiliki muatan induksi positif. Jika kawat dipotong setelah benda negatif dijauhkan, elektron-elektron seluruhnya akan sudah kembali ke logam dan benda tersebut akan netral.

Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi muatan. Didalam sebuah lingkaran ada dua keping yang bisa bergerak, sering kali tersebut dibuat dari emas. (Kadang-kadang hanya satu keping yang bisa bergerak). Keping-keping tersebut dihubungkan oleh konduktor ke bola logam dibagian luar lingkaran, tetapi diisolasi dari lingkaran itu sendiri. Jika benda yang bermuatan positif didekatkan ke bola, perpisahan muatan akan diinduksi, karena elektron-elektron tertarik ke atas ke arah bola, membuat keping-keping tersebut bermuatan positif. Jika bola dimuati dengan konduksi, seluruh peralatan tersebut mendapat muatan total. Pada setiap kasus diatas, makin banyak jumlah muatan, makin jauh pemisahan keping.

Bagaimana pun, perhatikan bahwa anda tidak dapat mengetahui jenis muatan dengan cara ini, karena muatan negatif akan menyebabkan keping bergerak sama jauhnya dengan muatan positif pada setiap kasus, kedua keping saling tolak menolak. Bagimanapun sebuah elektroskop dapat digunakan untuk menentukan jenis muatan jika pada awalnya dimuati dengan konduksi., katakanlah dengan muatan negatif. Sekarang jika sebuah benda negatif didekatkan, lebih banyak elektron yang diinduksi sehingga menuruni keping dan kedua keping bergerak lebih jauh. Dipihak lain, nika sebuah muatan positif didekatkan, elektron-elektron diinduksi sehingga mengalir ke atas, mengakibatkan keping-keping tersebut lebih tidak negatif dan pemisahannya diperkecil.

Elektroskop banyak digunakan pada penelitian awal mengenai listrik. Prinsip yang sama, dibantu dengan peralatan elektronik, diguanakan pada elektrometer modern yang jauh lebih sensitif.