BAB I
PENDAHULUAN
1 Latar Belakang
Hukum sains adalah suatu pernyataan di dalam dunia ilmu pengetahuan yang bermula dari suatu hipotesis dan dibuktikan dengan percobaan-percobaan yang menyangkut teori-teori hipotesis. Hasil percobaan dapat mendukung teori hipotesis dan dapat membuktikan kebenarannya teori hipotesis tersebut. Dalam sejarahnya, hukum sains dapat diilhami berdasarkan suatu percobaan secara ilmiah, ada juga hukum tersebut dibuat atas dasar pemikiran yang kritis atau dengan sesuatu keadaan coba-coba bahkan atas sesuatu ketidaksengajaan atau kebetulan. Salah satu hukum sains itu adalah hukum coulomb.
Hukum coulomb ini berawal dari pemikiran salah satu ilmuan bernama Charles-Agustin de Coulomb yang lahir di Perancis pada 1736. Percobaan awal Coulomb dilakukan pada 1773. Waktu itu dia bereksperimen tentang tekanan yang dapat memecahkan suatu benda. Ini adalah awal bagi ilmu modern tentang kekuatan benda-benda. Setelah melakukan percobaan dengan magnet kompas Coulomb tahu bahwa gesekan pada sumbu jarum dapat menyebabkan kesalahan. Dia lalu membuat kompas dengan jarum yang tergantung pada benang lembut. Dia menarik kesimpulan bahwa besarnya putaran pada benang harus sama dengan kekuatan yang mengenai jarum dari medan magnet bumi. Inilah awal penemuan Timbangan Putar yang digunakan untuk menimbang banda-benda yang ringan.
Timbangan putar membawa Coulomb ke penemuannya yang paling penting. Dengan menggerakkan dua bulatan bermuatan listrik di dekat timbangan putar, dia menunjukkan bahwa kekuatan di antara kedua benda itu berbeda-beda jika kedua benda itu saling menjauh.
BAB II
MATERI DAN PEMBAHASAN
1 Muatan Listrik
Istilah elektrik diambil dari perkataan Yunani elektron, yang berarti batu ambar. Dalam ilmu fisika listrik dibedakan menjadi dua macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis mempelajari sifat kelistrikan suatu benda tanpa memperhatikan gerakan atau aliran muatan listrik, dalam ilmu fisika biasa disebut elektrostatika. Sebaliknya, jika memperhatikan adanya muatan listrik yang bergerak atau mengalir, maka disebut listrik dinamis atau elektrodinamika. Kira-kira 600 tahun sebelum masehi orang Yunani bernama Thales telah mengetahui bahwa batu ambar jika digosokan dengan wol akan memperoleh sifat menarik benda-benda ringan. Dan batu ambar juga berfungsi untuk memberi benda padat muatan listrik dengan cara menggosok-gosokan saja pada benda lain. Begitu juga dengan sisir juga akan bermuatan jika digesekan pada rambut kering. Sebelumnya, persinggungan yang rapat saja sudah akan menimbulkan muatan listrik, dimana menggosok artinya tidak lain ialah membuat persinggunan yang rapat antara permukaan. Sesuai dengan pengamatan pada kegiatan di atas ternyata benda-benda tertentu yang telah digosok dapat menarik benda kecil yang ada di sekitarnya. Benda-benda yang telah do gosok dan dapat menarik benda kecil yang ada disekitarnya ini disebut benda yang telah bermuatan listrik. Dari kegiatan di atas dapat disimpulkan bahwa :
Plastik yang telah digosokan pada rambut kering akan bermuatan listrik negatif.
Kaca yang telah digosok dengan bulu akan bermuatan listrik positif.
Dua buah benda yang bermuatan listrik sejenis akan tolah menolak dan jika muatan listriknya berbeda akan tarik menarik.
Disamping gaya tolak atau gaya tarik ini, yang berasal dari sifat kelistrikan ada pula gaya tarik yang lain jenisnya, yaitu, gaya tarik gravitasi. Dan dalam kebanyakan situasi yang akan kita bahas nanti, gaya tolak atu gaya tarik yang dimaksud diatas adalah jauh lebih besar daripada gaya gravitasi, sehingga apa yang disebut belakangan ini dapat diabaikan sama sekali.
Selain gaya tarik atau gaya tolak tadi, antara muatan listrik ada pula gaya lain yang bergantung kepada gerak relatifnya. Gaya inilah yang ada sangkut pautnya dengan fenomena magnetic. Bertahun-tahun lamanya gaya tarik atau gtaya tolak antara dua batang magnet diterangkan berdasarkan teori yang mengatakan tentang adanya sesuatu yang ada kesamaannyadengan muatan listrik; yang dimaksud dengan suatu itu disebut ”kutub magnet”. Akan tetapi, seperti kita semua tahu, efek magnetic itu juga terdapat di sekeliling kawat yang mengandung arus. Tetapi arus tak lain gerak muatan listrik, dan menurut yang kita ketahui sekarang, semua efek magnetik terjadi sebagai akibat gerak relative muatan listrik. Karena itu kemagnetan dan kelistrikan bukan lah kedua subyek yang terpisah, tetapi merupakan dua fenomena yang ada hubungannya satu sama lain dan timbul berkat sifat muatan listrik.
2 Struktur Atom
Perkataan atom berasal dari kata dalam bahasa Yunani atomos, yang berarti “tak dapat dibagi”. Semua atom rumit strukturnya, yang satu lebih rumit dari yang lain yang terdiri dari berbagai partikel subatom, dan memisah-misahkan beberapa jenis partikel itu, baik satu per satu maupun dalam kelompok-kelompok, sudah banyak caranya.
Partikel subatom yang membentuk atom ada tiga macam: elekteron yang bermuatan negative, proton yang bermuatan positif, dan neuron yang netral. Besar (magnitude) muatan negatif electron sama dengan besar muatan positif proton dan tidak ada muatan yang lebih kecil dari muatan kedua partikel ini. Muatan proton atau muatan electron merupakan satuan muatan electron merupakan satuan muatan alami yang terkecil.
Tata letak partikel-partikel subatom dalam semua atom umumnya sama. Proton dan neuron selalu mengelompok rapat dan erat; kelompok ini disebut inti atom. Karena adanya proton itu, inti atom mempunyai muatan netto positif. Jika inti atom ini diibaratkan seperti bola, garis tengahnya hanya kira-kira 10-12 cm. di luar intinya, pada jarak yang relative jauh dari inti ini, terdapat elektron yang jumlahnya sama dengan jumlah proton dalam inti. Jika tidak terusik, dan dan tak ada electron yang berpindah dari ruang disekitar inti, atom sebagai suatu keutuhan secara listrik netral, jika suatu atom lebih elektronnya terambil, struktur bermuatan positif yang tinggal disebut ion positif. Sedangkan ion negative ialah sebuah atom yang memperoleh tambahan satu atau lebih electron. Proses berkurang atau bertambahnya electron disebur ionisasi.
Menurut model atom yang dikemukakan Niels Bohr, seorang sarjana fisikaasal Denmark, dalam tahun 1913, electron dibayangkannya nengitari inti menurut suatu lintasan yang bernentik lingkaran atau elips. Sekarang model atom seperti demikian dianggap tidak seluruhnya benar, tetapi masih berguna untuk menggambarkab struktur atom. Garis setengah lintasan electron itu, yang menentukan ukuran atom sebagai suatu keutuhan, kira-kira 2 atau 3x10-8 cm, atau kira-kira sepuluh ribu kali garis tengah inti. Atom menurut model atom bohr tersebut ibarat system matahari dalam bentuk kecil, dengan gaya listrik sebagai ganti gaya gravitasi. Inti bermuatan positif yang terletek di tengah-tengahatom diumpamakan matahari dan electron yang berputar-putar disekelilingnya akibat efek gaya tarik tistrik inti terhadapnya, di umpamakan planet yang mengitari matahari karena pengaruh gara tarik gravitasi.
Massa proton dan massa neutron hamper sama, dan massa masing-masing 1840 kali massa electron. Jadi, praktis seluruh massa atom terpusat di intinya. Karena satu kilomol hydrogen beratom tunggal terdiri atas 6,02x1026 partikel (bilangan Avogadro) dan massanya 1.008 kg, maka massa atom atau atom hydrogen ialah
Atom hydrogen adalah satu-satunya pengecualian dari dalil bahwa setiap atom terjadi dari tiga macam partikel subatom. Inti atom hydrogen hanya sebuah proton, dikitari oleh satu electron. Sebab itu, dari seluruh massa atom hydrogen,1/1840 bagian adalah massa electron dan selebihnya merupakan massa proton. Dinyatakan dengan tiga angka penting,
Massa electron =
Massa proton = 1,67x
Dan karena massa proton dan massa neutron hamper sama,
Massa neutron =1,67x
Dalam daftar berkala, unsure berikutnya setelah hydrogen ialah helium. Inti helium terdiri atas dua proton dan dua neuron, dan dikitari oleh dua electron. Kalau kedua electron ini absen (tidak ada), maka terdapatlah ion helium bermuatan positif ganda, yang adalah inti helium itu sendiri dan lazimnya disebut partikel alpha atau partikel – . Unsure berikutnya, litium, mempunyai tiga proton dalam intinya dan intinya mempunyai muatan sebanyak tiga satuan. Dalam keadaan tidak terionisasi, litium mempunyai tiga electron diluar intinya. Jumlah proton dalam inti tidak sama pada tiap unsure karena itu muatan inti pun tidak sama. Bila jumlah total proton sama dengan jumlah total electron, maka benda yang b ersangkutan sebagai suatu keutuhan netral secara listrik.
Misalkan kita ingin melebihkan muatan negative suatu benda. Ini dapat dilakukan dengan dua cara. Cara pertama: tambahkan sejumlah muatan negative pada benda netral; cara kedua: ambil sejumlah muatan positif dari benda tersebut. Begitu pula, kalau muatan positif ditambahkan atau bila muatan negative dikurangkan, maka akan terjadi kelebihan muatan positif. Dalam kebanyakan kejadian, muatan negatiflah (electron) yang ditambahkan atu dikurangi, dan benda yang disebut “bermuatan positif” ialah benda yang jumlah normal muatan elektronnya berkurang.
Yang dimaksud dengan “muatan” suatu benda ialah muatan lebihnya. Dibandingkan dengan jumlah muatan positif atau muatan negative dalam benda itu, muatan – lebih tersebut selalu sangat sedikit jumlahnya.
3 Elektroskop dan elektrometer
Bola empulur yang bermuatan dapat bermuatan dapat diggunakan untuk menguji apakah suatu benda lain bermuatan atau tidak. Tetapi untuk melakukan test yang lebih seksama, diperlukan alat yang peka, misalkan elektroskop daun. Dua lembaran tipis atau daun yang berbuat dari luas perada atau alumunium, A, dipasang pada ujung sebuah batang logam B yang menembus penyangga C, yang terbuat dari karet atau belerang, atau dari batu ambar. Kotak D berfungsi sebagai pelindung terhadap arus udara dan diberi jendela pengamat. Apabila tombol elektroskop disentuh dengan sebuah benda bermuatan, masing-masing daun itu memperoleh muatan yang sama tandanya dan saling menolak. Berapa jauh daun-daun tersebut menjarang merupakan ukuran tentang kuantitas muatan yang diperolehnya.
Jika salah satu ujung baterai yang beda potensialnya beberapa ratus volt dihubungkan ke tombol sebuah elektroskop dan ujungnya yang satu lagi ke kotak elektrop tersebut, maka daun-daunnya akan saling menjauhi, tak ubahnya seperti jikalau daun-daun ini beroleh muatan dari sebuah benda yang terelektrifikasi karena persentuhan. Tak ada perbedaan antara “ macam” muatan yang diterima oleh daun-daun tersebut dalam kedua proses yang diterangkan di atas dan pada umumnya tak ada perbedaan antara “listrik statis” dan “listrik arus”. Sebutan “arus” menunjuk kepada mengalirnya muatan, sedangkan “listrik statis” terutama berhubungan dengan interaksi antara muatan dalam keadaan diam. Muatan itu sendiri dalam dua hal ini ialah muatan electron atau muatan proton.
Dewasa ini banyak alat lain yang dapat digunakan sebagai pengganti elektroskop daun; dan keunggulannya terletak pada kepekaannya yang lebih tinggi, sehingga mampu “merasakan” muatan yang lebih kecil kuantitasnya dari yang dapat “dirasakan” elektroskop daun. Electrometer adalah semacam elektroskop yang ada kalibrasinya, sehingga bukan hanya mampu mendeteksi adanya muatan, tetapi dapat pula menunjukan besar muatan yang di deteksinya.
|
