Materi IPA Kelas 9 Bab 4 Listrik, Magnet, dan Sumber Energi Alternatif Merdeka Belajar

 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 (F_c) secara matematis dapat dituliskan sebagai beikut.

Keterangan :

F_c = 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 (q_o) yang muatannya jauh lebih kecil diletakkan di dekat muatan tersebut dengan jarak r seperti pada gambar.

Gambar. Muatan Q didekatkan muatan Tes q_o

Berdasarkan hukum Coulomb, muatan q_o tersebut akan mendapatkan gaya tolak dari muatan Q Sebesar,

Kuat medan listrik (E) didefinisikan sebagai besarnya gaya listrik (F) yang bekerja pada satu muatan (q_o). 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)