Telah tiba era kendaraan listrik yang sebentar lagi akan menggantikan kendaraan berbahan bakar fosi/bensin. Dibawah adalah mobil perintis produksi perusahaan ternama Tesla Motor dengan sumber penggerak berupa energi listrik. Mobil listrik memiliki keunggulan utama yaitu tidak menghasilkan emisi gas buang yang dapat merusak lingkungan karena tidak menggunakan motor berbahan bakar bensin yang berasal dari minyak bumi/batu bara. Mobil listrik mengandalkan motor listrik serta baterai untuk menjalankan mesin. Mengapa listrik lebih dipilih daripada bensin? Bagaimana listrik dapat bekerja menghasilkan energi gerak? Mengapa sumber energi listrik lebih ramah lingkungan dan bagaimana upaya untuk menghasilkannya?
Pada bab ini kamu di ajak mengenal listrik dan energi
alternafit dengan berbagai aktivitas pembelajaran yang menarik. Kemudian di
akhir kegiatan di bab kamu ditantang untuk membuat purwarupa mobil listtrik
sederhana. Ayo pelajari bab ini dengan antusias
Gambar. Mobil Listrik Tesla
A.
Listrik
Kamu tentu mengetahui sumber
energi untuk menyalakan lampu di rumah. Bagaimana televisi dapat menyala, dan
banyak alat-alat rumah tangga yang memerlukan listrik. Nah, pernahkah kamu
kesetrum saat mencolokan kabel televisi? Kenapa kamu dapat merasakan kejutan
dan rasa nyeri saat kesetrum? Apakah setiap benda mengandung listrik? Apakah
tubuh manusia juga? Ayo kita bahas satu persatu tentang listrik didalam
kedidupan.
1.
Listrik Statis
Saat kamu menyisir atau
menggosok-gosokan sisir plastik ke rambut yang kering, ada beberapa rambut yang
ketarik lalu berdiri beberapa saat. Atau fenomena lain yaiu ketika prongan
kertas kecil menari-nari saat didikatkan dengan lembar plastik mika yang telah
digosokkan ke rambut kering. Mengapa bisa terjadi demikian? Tentu kamu masih
ingat materi Atom dan bagian-bagiannya yang merupakan elektron, proton, dan
neutron bukan? Kamu juga masih ingat muatan-muatan pada bagian-bagian anggota
atom tersebut.
Berdirinya helai rambut dan
potongan kertas kecil menari adalah fenomena listrik statis. Listrik statis
merupakan peristiwa berpindahnya muatan listrik dari satu benda ke benda yang
lain. Listrik statis dapat terjadi tanpa memerlukan sumber listrik seperti stop
kontak listrik. Apakah semua benda dapat memunculkan fenomena listrik statais?
Apa saja persyaratannya?
Muatan listrik merupakan
muatan dasar yang dimiliki suatu benda. Kedua benda yang bermuatan listrik dan
saling berdekatan akan mengalami gaya dorong/tarik. Ada dua jenis muatan
listrik yaitu: muatan positif dan negatif. Apabila benda bermuatan listrik
positif dan benda bermuatan listrik negatif didekatkan maka akan saling tarik
manarik. Sebaliknya, jika benda bermuatan listrik positif dan benda bermuatan
listrik positif didekatkan, atau benda
bermuatan listrik negatif dan benda bermuatan listrik negatif didekatkan, maka
keduanya akan saling tolak menolak. Interaksi kedua muatan tersebut merupakan
gejala sederhana listrik statis.
Gambar. Listrik yang bermuatan negatif (kekurangan
elektron)
menarik potongan kecil kertas
Gambar di atas adalah contoh
dua buah benda yang saling tarik-menarik karena perbedaan jumlah muatan listrik
pada masing-masing benda tersebut. Sisir bermuatan negatif/kekurangan elektron
didekatkan pada potongan kertas yang mengandung muatan positif pada
ujung-ujungnya. Alat yang bisa digunakan untuk menentukan listrik positif dan
negatif adalah multimeter dan elektroskop
Pada suhu ruang, jumlah
elektron dan proton pada atom-atom di alam sebuah benda adalah sama, sehingga
atom-atom pada benda tersebut tidak bermuatan listrik atau disebut netral.
Dapatkan sebuah benda diubah menjadi bermuatan listrik apabila benda tersebut
netral? Bagaimana caranya? Tentu kamu sudah mengetahu jawabannya.
Jika kita mengetahui bahwa
benda akan tarik-menarik jika memiliki muatan berbeda dan akan saling tolak
menolak apabila memiliki muatan sama, maka dapatkah kita menentukan besar
kekuatan tarik atau kekuatan tolak kedua benda tersebut? Untuk itu kita
memerlukan pemahaman tentang gaya listrik.
2.
Alat Indera Manusia
Orang yang pertama kali menyadari dan merumuskan perhitungan gaya listrik
adalah Charles Augustin Coulomb (1736-1806) seorang ilmuwan yang berasal dari
Perancis. Neraca puntir Coulumb merupakan alat yang ia guankan untuk
menyelidiki hubungan gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik dua benda
bermuatan listrik terhadap besar muatan listrik dan jaraknya seperti pada
gambar.
Gambar. Eksperimen percobaan Coulomb untuk menentukan muatan
listrik
Berdasarkan percobaan dengan menggunakan neraca puntir, Coulomb
menyimpulkan bahwa besar gaya listrik antara dua benda bermuatan adalah
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan atau
Kemudian, sebanding dengan perkalian muatan partikel atau F = q1q2
dapat dilihat pada gambar
Gambar. Ilustrasi gaya Coulomb pada muatan listrik
Rumusan Gaya Coulomb (Fc) secara matematis dapat dituliskan sebagai
beikut.
Keterangan :
Fc = gaya Coulomb (Newton)
k = konstanta = 9 x 109 Nm2/C2
r = jarak antara dua muatan (meter)
q1 = besar muatan listrik pertama (Coulomb)
q2 = besar muatan listrik kedua (Coulomb)
Persamaan di atas menunjukan bahwa semakin jauh jarak antar benda
bermuatan gaya listrik yang dirasakan akan semakin kecil.
3.
Medan Listrik
Benda-benda yang ada di permukaan bumi akan ditarik menuju pusat bumi
karena memiliki massa yang jauh lebih kecil daripada massa bumi. Hal tersebut
ternyata juga terjadi pada muatan-muatan listrik. Muatan-muatan lisrik memiliki
‘daerah pengaruh’ yang disebut sebagai medan listrik. Medan listrik dapat
didefenisikan sebagi daerah di sekitar benda bermuatan yang menimbulkan
pengaruh gaya listrik terhadap benda/muatan lain.
Garis-garis imajiner pada gambar merupakan ilustrasi medan listrik yang
arahnya keluar atau masuk ke dalam muatan. Arah garis gaya listrik ke dalam
sisepakati menunjukan muatan negatif dan arah garis medan listrik ke luar
disepakati menunjukan muatan positif.
Gambar. Garis Medan Listri dua Muatan
Untuk mengetahui besar kuat medan listrik muatan Q, sebuah muatan uji
positif (qo) yang muatannya jauh lebih kecil diletakkan di dekat
muatan tersebut dengan jarak r
seperti pada gambar.
Gambar. Muatan Q didekatkan muatan Tes qo
Berdasarkan hukum Coulomb, muatan qo tersebut akan mendapatkan
gaya tolak dari muatan Q Sebesar,
Kuat medan listrik (E) didefinisikan sebagai besarnya gaya listrik (F)
yang bekerja pada satu muatan (qo). Dapat dihitung besarnya kuat
medan listrik yang dialami oleh muatan uji tersebut dengan rumus.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa besar kuat medan listrik pada suatu titik
yang berjarak r dari muatan Q adalah:
Keterangan
E = Medan Listrik
(N/C)
F = gaya coulomb
(Newton)
Q = besar muatan listrik (Coulomb)