Sabtu, 24 Desember 2016

Listrik Statis (Materi Fisika Kelas 9)



Assalamu'alaikum Wr. Wb. Selamat datang di blog Artikel & Materi . Senang sekali rasanya kali ini dapat kami bagikan Materi Fisika SMP Kelas IX (9) : Listrik Statis meliputi pengertian listrik statis, inti atom, interaksi bahan-bahan, dan memuati elektroskop disertai contoh soal hitungan sederhana dan pembahasan.

Pengertian Listrik Statis

Listrik statis adalah suatu kumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tidak mengalir atau tetap (statis), tapi jika terjadi pengosongan muatan akan memakan waktu yang cukup singkat. Atau definisi listrik statis yang lainnya yaitu suatu fenomena kelistrikan yang dimana muatan listriknya tidak bergerak dan biasanya terdapat pada benda yang bermuatan listrik.

Dapat dikatakan juga listrik statis timbul karena adanya fenomena dimana benda-benda yang memiliki aliran listrik saling berpautan tanpa adanya sumber daya listrik atau dengan kata lain benda tersebut dapat menghasilkan proton maupun elektron tanpa menggunakan elemen pembangkit energi listrik. Listrik statis dapat ditimbulkan oleh dua benda yang memiliki muatan listrik berbeda.






Inti atom

Partikel-partikel penyusun suatu atom:


Elektron → bermuatan negatif

Proton→ bermuatan positif

Neutron→ tidak bermuatan


Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu.

Interaksi Muatan-Muatan

Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus)

Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus)

Besar gaya tarik atau gaya tolak tersebut bisa ditemukan dengan rumus berikut:




Dimana

F = gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak dalam satuan newton (N)

q1 = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C)

q2 = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)

k = konstanta gaya coulomb yang nilainya 9 x 109 dalam satuan yang standar


Catatan
1μC = 10−6 C = 0,000001 C (sepersejuta)
Jika menjumpai muatan negatif, tidak perlu diikutkan tanda minusnya dalam perhitungan.


Muatan Bahan-Bahan

Sebaiknya dihafal saja, muatan-muatan dari interaksi berbagai kombinasi (gosok-menggosok) bahan berikut:


Bahan-bahan

Hasil

Proses


Kaca - Kain Sutera

Kaca (+), Sutera (−)

Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera


Mistar plastik - Kain wool

Mistar plastik (−), Kain wool (+)

Elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik


Sisir - Rambut Manusia

Sisir (−), Rambut Manusia (+)

Elektron dari rambut manusia berpindah ke sisir


Penggaris/mistar plastik - Rambut manusia

Penggaris (−), Rambut Manusia (+)

Elektron dari rambut manusia berpindah ke penggaris


Balon - Kain Wool

Balon (−), Kain Wool (+)

Elektron dari kain wool berpindah ke balon


Ebonit - Kain Wool

Ebonit (−), Kain Wool (+)

Elektron dari kain wool berpindah ke ebonit



Kesimpulan dari tabel diatas (TERBATAS UNTUK BAHAN-BAHAN TERSEBUT saja) :

-Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.


Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera bisa juga dibahasakan, kain sutera mendapatkan tambahan elektron dari kaca, elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik bisa juga di katakan, mistar plastik mendapatkan tambahan elektron dari kain wool dan seterusnya.


Yang belum tahu ebonit, sedikit informasi, ebonit itu sebangsa karet vulkanisir yang teksturnya keras. Dibuat dari karet yang dicampur dengan belerang atau sulfur, banyak dipakai diperalatan listrik sebagai isolator atau bahan penyekat.


Elektroskop

Berikut ilustrasi saat sebuah elektroskop netral di dekati oleh benda bermuatan negatif.









Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki (bawah).




Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop.









Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh jalan-jalan ke bawah /kaki.




Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya, sekarang menjadi menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop.







Bagamana jika elektroskop kondisi awalnya tidak netral, tapi sudah bermuatan positif atau negatif terlebih dahulu?

Kita coba terapkan pada soal berikut, dari soal Ebtanas IPA tahun 1990 (dah lahir beluum,..)
Gambar manakah yang benar untuk sebuah benda bermuatan listrik negatif didekatkan pada elektroskop bermuatan listrik positif?





Ntar kita jawab jg di sini, yang jelas antara B atau C krn bagian kepala musti positif, skrg diskusikan dulu ya,..elektroskop positif itu yang seperti apa dan bagaimana sebuah elektroskop bisa menjadi bermuatan positif.


Contoh-Contoh Soal Teori dan Hitungan di Listrik Statis 9 SMP

Soal No. 1

Dua buah muatan masing-masing q1 = 6 μC dan q2 = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 109 dalam satuan standar!




Pembahasan

Data dari soal:

q1 = 6μC = 6 x 10−6 C

q2 = 12μC = 12 x 10−6 C

r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10−1 meter

F = ....?

Dari rumus gaya coulomb didapatkan









Soal No. 2

Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 1,6 C 1,6 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!

Pembahasan

Data :

q1 = 6μC = 6 x 10−6 C

q2 = 6μC = 6 x 10−6 C

F = 1,6 C 1,6 N

r =....?




Gunakan rumus yang sama dari soal nomor 1





Salah rupanya,..kita coba sekali lagi,..





Jarak kedua muatan dalam centimeter adalah 45 cm. (Thanks to sahs & raqib atas koreksinya,...)

Soal No. 3

Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F


Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (1/3)2 adalah 1/9 kemudian dibalik menjadi 9/1 atau 9 saja. Jadi jawabannya adalah menjadi 9 F


Kenapa tiba2 begitu?

Jalan panjangnya seperti berikut ya:

Rumus dasar yang digunakan adalah ini




Untuk keadaan mula-mula, gayanya dikasih nama F1, dimana F1 nanti besarnya sama dengan F saja. Untuk keadaan kedua (saat jaraknya dijadikan 1/3 semula) gayanya dinamakan F2.

Jika dibandingkan, kedua gaya tadi maka




kQ1Q2 nya bisa dicoret saja, bukan berarti jadi nol, tapi diganti angka satu di bekas bagian yang dicoret.




Susun lagi yang bagus, pindahkan F1 ke ruas kanan, kita dapat rumus jadi untuk kasus2 seperti soal ini.





Saatnya dimasukkan datanya, r1 bisa dicoret, hingga diperoleh




Nomor 4 dikerjakan dengan cara yang sama jika menghendaki jalan panjangnya.


Soal No. 4

Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan dijauhkan menjadi 4 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F


Pembahasan

Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (4)2 adalah 16 atau dalam pecahan 16/1, kemudian dibalik menjadi 1/16. Jadi jawabannya adalah menjadi 1/16 F


Soal No. 5

Titik A dan titik B mempunyai beda potensial listrik sebesar 12 volt. Tentukan energi yang diperlukan untuk membawa muatan listrik 6μ Coulomb dari satu titik A ke titik B!


Pembahasan

Berikut rumus untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk membawa atau memindahkan muatan antara dua buah titik:


W = Q × ΔV

dimana:

W = energi atau usaha yang diperlukan dalam satuan joule (J)

Q = besar muatan dalam satuan Coulomb (C)

Δ V = beda potensial atau selisih potensial antara dua titik dalam satuan volt (V)


Sehingga:

W = Q × ΔV

W = 6μC × 12 volt = 72 μJ


Soal No. 6

Dua buah partikel bermuatan listrik didekatkan pada jarak tertentu hingga timbul gaya sebesar F. Jika besar muatan listrik partikel pertama dijadikan 1/2 kali muatan semula dan besar muatan partikel kedua dijadikan 8 kali semula maka gaya yang timbul menjadi....

A. 0,5 F

B. 4 F

C. 8,5 F

D. 16 F


Pembahasan

Dari rumus gaya coulomb di atas, terlihat besarnya gaya sebanding dengan besar perkalian kedua muatan. Sehingga tinggal dikalikan saja 1/2 × 8 = 4 . Jadi hasilnya adalah B. 4 F


Soal No. 7

Kaca yang digosokkan kain sutera akan bermuatan positif. Hal ini terjadi karena...

A. elektron berpindah dari kain sutera ke kaca

B. elektron berpindah dari kaca ke kain sutera

C. proton berpindah dari kain sutera ke kaca

D. proton berpindah dari kaca ke kain sutera

(Ebtanas 2003)


Pembahasan

Muatan kaca positif karena elektron dari kaca berpindah ke kain sutera.




Soal No. 8

Sepotong ebonit akan bermuatan listrik negatif bila digosok dengan wol, karena...

A. muatan positif dari ebonit pindah ke wol

B. elektron dari wol pindah ke ebonit

C. muatan positif dari wol pindah ke ebonit

D. elektron dari ebonit pindah ke wol

(Ebtanas 1991)

Pembahasan

Ebonit menjadi negatif karena elektron dari kain wol pindah ke ebonit.


Soal No. 9

Perhatikan gambar berikut!









Nomor atom dan nomor massa pada model atom di samping adalah...

A. 2 dan 4

B. 6 dan 4

C. 4 dan 2

D. 4 dan 6

(Ebtanas 1993)




Pembahasan

Untuk atom netral berlaku ketentuan berikut:

Nomor atom = jumlah proton

Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron




Dari gambar, jumlah proton (yang +) ada 2, jumlah netron (yang netral) ada 2 sehingga:

Nomor atom = jumlah proton = 2

Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = 2 + 2 = 4




Soal No. 10

Perhatikan gambar penggaris plastik digosok kain wol berikut!







Setelah penggaris plastik digosok dengan kain wol, maka aliran elektron dan muatan yang terjadi pada penggaris plastik adalah...


Aliran elektron

Penggaris plastik

bermuatan


A

dari penggaris plastik ke wool

(−)


B

dari penggaris plastik ke wool

(+)


C

dari wool ke penggaris plastik

(+)


D

dari wool ke penggaris plastik

(−)



(Dari UN IPA Fisika SMP 2012)


Pembahasan

Tengok tabel di atas, setelah di gosok kain wool, penggaris plastik jadi negatif. Aliran elektron dari kain wool ke penggaris plastik.

Bank Soal Semester Listrik Statis 9 SMP


Try Out Listrik Statis 9 SMP


Soal No. 11

Dari tiap-tiap pasangan objek bermuatan berikut ini, tentukan objek yang memiliki potensial listrik lebih tinggi!









Pembahasan

(i) Positif dengan positif, yang lebih BANYAK jumlah tanda positifnya lebih tinggi. -> A lebih tinggi

(ii) Positif dengan negatif, yang lebih tinggi ya yang positif -> A lebih tinggi

(iii) Negatif dengan negatif, yang lebih SEDIKIT jumlah tanda negatifnya lebih tinggi -> B lebih tinggi


Soal No. 12

Dua buah benda bermuatan listrik ditunjukkan gambar berikut ini.









Jika kedua benda dihubungkan dengan seutas kawat konduktor, tentukan arah aliran elektron yang terjadi!

Pembahasan

Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi. Lain dengan perjanjian arah arus listrik ya,..Kalo arah arus listrik dari potensial lebih tinggi ke rendah, jadi jangan terbalik ya,..









Jadi arah aliran elektron dari benda B ke benda A.


Berikut dua soal dari UN IPA SMP/MTs tahun 2014 lalu, tabel di atas nampaknya masih relevan untuk menjawab soal-soal tersebut di bawah:

Soal No. 13

Kaca yang digosok dengan sutera akan terjadi proses pemuatan listrik pada kaca maupun sutera. Pada tabel berikut ini penjelasan yang benar adalah....

.Kehilangan Elektron

Menerima Elektron

Muatan Listrik


Positif

Negatif


A.

kaca

sutera

kaca

sutera


B.

sutera

kaca

kaca

sutera


C.

kaca

sutera

sutera

kaca


B.

sutera

kaca

sutera

kaca






(UN IPA SMP Tahun 2014)

Soal No. 14

Setelah kaca digosok-gosok dengan kain sutera, kaca bermuatan listrik. Proses terjadinya muatan listrik pada benda-benda tersebut ditunjukkan oleh....


Option

Kaca

Kain Sutera

Muatan kaca


A

Melepas proton

Menerima proton

Negatif


B

Menerima proton

Melepas proton

Positif


C

Menerima elektron

Melepas elektron

Negatif


D

Melepas elektron

Menerima elektron

Positif



(UN IPA SMP Tahun 2014)

Demikian Materi Fisika SMP Kelas IX (9) : Listrik Statis meliputi pengertian listrik statis, inti atom, interaksi bahan-bahan, dan memuati elektroskop disertai contoh soal hitungan sederhana dan pembahasan. Semoga bermanfaat..

Tidak ada komentar :

Poskan Komentar

Catatan: Hanya anggota dari blog ini yang dapat mengirim komentar.