Electro Static telah ditemukan sejak beberapa abad yang lalu, dimana beberapa jenis bahan akan misterius dan menarik jika digosokan antara satu dengan yang lainnya. Contoh, setelah menggosok sutra dengan sepotong kaca, maka kedua benda tersebut akan cenderung menempel, tidak hanya itu, saat keduanya hendak dipisahkan, maka ada kekuatan yang saling tarik menarik.
Electro Static 1
Kaca dan sutra bukan satu-satunya benda yang memiliki perilaku seperti ini (listrik statik). Benda apapun juga bisa bereaksi sama. Pernahkah Anda menggosokan angota tubuh Anda dengan balon? jika belum, silakan bisa Anda praktekan Antara balon dengan rambut Anda, maka Anda akan mendapatkan pengalaman baru tentang fenomena elektro statis. Bahan lain sepeti Lilin parafin dan Kain wol juga diakui bisa membangkitkan elektro statis yang cukup kuat, saat keduanya saling digosokan.
Electro Static 2
Hal menarik lainnya adalah saat 2 benda dengan bahan dasar sama saling digosokan, maka yang terjadi adalah keduanya saling tolak-menolak.
Electro Static 3
Selain itu, ditemukan juga bahwa setiap materi menunjukan sifat saling tarik menarik atau tolak menolak setelah saling digosokan, maka dapat digolongkan ke dalam salah satu dari dua kategori yang berbeda; tertarik kaca dan ditolak lilin, atau ditolak kaca dan ditarik lilin. Selain itu, ditemukan juga bahwa selain bereaksi terhadap benda lawan gosokan, ternyata juga bereaksi terhadap benda lainnya.
Electro Static 4
Sekarang, semua ini terlihat semakin aneh, setelah kita menggosokannya, dan sebelum itu, mereka terlihat normal-normal saja, ini menarik untuk dipelajari.
Beberapa peneliti berspekulasi bahwa "fluids" atau fluida tak terlihat sedang dipindahkan dari satu objek ke bojek lainnya setelah proses menggosok, dan "fluids" tersebut mampu mempengaruhi kekuatan fisik jarak jauh. Charles Dufay adalah salah seorang peneliti yang pertamakali menunjukan bahwa ada dua jenis perubahan yang ditimbulkan dengan menggosok sepasang benda tertentu. Fakta membuktikan bahwa ada lebih dari satu jenis perubahan yang ditimbulkan akibat materi tersebut, hasilnya adalah berupa kekuatan "tarikan" dan "tolakan". Hipotesis transfer "fluid" tersebut dikenal dengan istilah "charge".
Salah seorang perintis peneliti bernama Benjamin Franklin, sampai pada kesimpulan bahwa hanya ada satu fluid yang ditukarkan antara gesekan dua objek, dan dua benda (charges) tersebut tidak saling kelebihan atau kekurangan fluid. Setelah bereksperimen dengan lilin dan wol, Fanklin mengusulkan bahwa pergesekan antara wol kasar dengan lilih halus, ini menyebabkan kelebihan fluid pada wol dan lilin kekurangan fluid. Perbedaan yang dihasilkan dalam konteks ini menyebabkan kekuatan tarik-menarik, karena fluid mencoba mendapatkan kembali keseimbangan muatan antara kedua bahan.
Benjamin Franklin
Setelah spekulasi Franklin dari proses menggosok wol dengan lilin, jenis charge terkait lilin dikenal sebagai "negatif" (karena kekurangan fluid) sedangkan jenis charge terkait wol dikenal sebagai "positif" (karena kelebihan fluid). Sedikit yang Dia ketahui bahwa, asas praduga tak bersalahnya menyebabkan kebanyakan siswa elektronika di masa depan mengalami kebingungan.
Pengukuran yang tepat dari muatan listrik yang dilakukan oleh fisikawan Perancis Charles Coulomb di 1780 ini menggunakan alat yang disebut keseimbangan torsional mengukur gaya yang dihasilkan antara dua benda bermuatan listrik. Hasil kerja Coulomb mempengaruhi pengembangan unit muatan listrik menggunakan namanya untuk menghormatinya. Jika dua "titik" objek (benda hipotesis tidak memiliki luas permukaan yang cukup) sama-sama dibebankan ukuran 1 coulomb, dan ditempatkan 1 meter (sekitar 1yard) terpisah, mereka akan menghasilkan kekuatan sekitar 9 miliar newton (sekitar 2 miliar pound), baik menarik atau mendorong, tergantung pada jenis charge yang terlibat.
Charles Coulomb
Generasi beriktunya banyak penelitian menemukan "fluid" yang sebenarnya itu terdiri dari potongan-potongan kecil material yang disebut elektron, sehinga dinamai "elektron" untuk menghormati Ilmuan Yunani kuno. Semenjak eksperimen telah mengungkap bahwa semua benda terdiri dari "building-blocks" (struktur blok) yang sangat kecil, dikenal sebagai atom. Pada gilirannya penelitian mengungkap bahwa struktur atom terdiri dari partikel-partikel kecil. Atom memiliki 3 partikel dasar yang disebut dengan proton, neutron, dan elektron. Atom terlalu kecil untuk dilihat baik dengan mata telanjang, namun jika kita amati dengan mikroskop khusus, maka akan terlihat seperti ini:
Partikel Atom
Meskipun setiap atom dalam sepotong kain cenderung terus bersama-sama sebagai satu kesatuan (unit), sebenarnya ada banyak ruang kosong antara elektron dan cluster proton dan neutron yang berada di tengah.
Model paling sederhana adalah dari unsur karbon, dengan enam proton, enam neutron, dan enam elektron. Atom dalam benda apapun, selalu memiliki partikel yang sangat berkaitan erat seperti proton dan neutron, ini merupakan bagian yang sangat penting. Rumpun terkait-erat proton dan neutron di pusat atom disebut "nucleus", dan jumlah proton dalam inti atom menentukan identitas unsurnya: mengubah jumlah proton dalam inti atom, Anda bisa mengubahnya seperti itu, bahkan jika mau, Anda bisa menghapus tiga proton dari inti atom timah. Anda akan mencapai mimpi Alkemis "menghasilkan atom emas!" ketat mengikat proton dalam inti dan bertanggung jawab untuk identitas yang stabil dari suatu unsur kimia, dan mewujudkan impian para alkemis atas kegagalan mereka.
Note: Alkemis adalah orang yang bisa menciptakan sesuatu dari ketiadaan. Alkemis bisa mengubah batu kerikil menjadi emas.
Neutron jauh lebih berpengaruh pada karakter kimia dan identitas sebuah atom dari proton, meskipun mereka sulit menambah atau menghapus dari inti, sangat erat terikat. Jika neutron ditambahkan atau diperoleh, atom masih akan mempertahankan identitas kimia yang sama, namun massanya akan berubah sedikit demi sedikit, sifat seperti ini bisa didapati pada nuklir, aneh seperti radioactivity.
Namun, elektron secara signifikan lebih memiliki ruang bebas disekitar atom, baik kepada proton maupun neutron. Bahkan, elektron bisa tersingkir dari posisi aslinya masing-masing atau meninggalkan atom seluruhnya!. Jauh lebih sedikit energi yang diperlukan untuk meninggalkan partikel di dalam nucleus. Jika ini terjadi, atom tetap mempertahankan identitas kimiannya, tapi ketidakseimbangan penting terjadi. Pada kenyataannya elektron dan proton sangat unik, mereka bisa saling tertarik satu sama lainnya. Daya tarik dari objek yang digosok dipengaruhi juga oleh jarak, dimana seberapa jauh elektron dapat berpindah dari atom asli mereka ke objek disekitar mereka.
Elektron cenderung tolak-menolak dengan elektron lainnya, begitu juga proton dengan proton lainnya. Satu-satunya alasan kenapa proton solid mengikat bersama-sama dalam inti atom adalah karena kekukatannya jauh lebih kuat, disebut dengan kekuatan gaya nuklir, dan hanya memiliki efek di rentang jarak yang sangat pendek. Elektron dan proton dikatakan memiliki muatan listrik yang berlawanan. Artinya, setiap elektron memiliki muatan negatif, dan setiap proton memiliki muatan positif. Dalam jumlah yang sama dalam sebuah atom, maka mereka akan saling berlawanan, sehingga muatan total atom adalah nol. Inilah sebabnya mengapa gambar dari atom karbon memiliki enam elektron: untuk mengimbangi muatan listrik dari enam proton dalam nucleus (inti). Jika elektron pergi atau ekstra elektron tiba, maka muatan listrik bersih atom akan seimbang, meninggalkan atom "charged" sebagaimana meninggalkan sebuah lubang, akibatnya akan berinteraksi dengan partikel bermuatan dan atom bermuatan lain di dekatnya. Neutron tidak tertarik atau ditolak oleh elektron, proton, maupun neutron lainnya, akibatnya dikategorikan sebagai partikel yang tidak memiliki "charge" sama sekali.
Proses elektron tiba atau meninggalkan persis terjadi saat kita menggosokan suatu material, saat tejadi gesekan, elektron dari atom satu bahan dipaksa untuk meninggalkan masing-masing atomnya dan mentrasfernya ke atom dari bahan lainnya. Dengan kata lain, elektron terdiri dari "fluid' dihipotesiskan oleh Benjamin Fanklin. Definisi operasional dari coulomb disebut sebagai unit muatan listrik (gaya yang dihasilkan antara muatan listrik) ditentukan menjadi sama, bisa kelebihan atau kekurangan sekitar 6.250.000.000.000.000.000 elektron. Satu elektron memiliki muatan sekitar 0,00000000000000000016 coulomb. Jadi satuan terkecil yang dibawa oleh elektron dikenal sebagai muatan listrik, nilai ini didefinisikan sebagai muatan dasar.
Hasil ketidakseimbangan "fluid" (elektron) antara objek disebut "listrik statis". Hal ini disebut "static" karena elektron asal cenderung tetap diam setelah dipindahkan ke material lainnya. Dalam kasus lilin dan wol, ditentukan melalui eksperimen lebih lanjut bahwa elektron dalam wol sebenarnya ditransfer ke atom dalam lilin, persis seperti dugaan Franklin!, menghormati petunjuk Franklin maka "charge" lilin itu menjadi "negatif" dan charge wol menjadi "positif". Elektron dikatakan bermuatan "negatif". Dengan demikian, obyek yang atomnya kelebihan elektron dikatakan bermuatan "negatif", sedangkan obyek yang atomnya kekurangan elektron dikatakan bermuatan "positif".
Ulasan
- Semua bahan terbentuk dari unsur kecil seperti balok (building blocks) yang dikenal sebagai atom.
- semua atom mengandung partikel yang disebut elektron, proton dan neutron.
- Elektron memiliki muatan listrik negatif (-)
- Proton memiliki muatan listrik prositif (+)
- Neutron tidak memiliki muatan listrik
- Elektron jauh lebih mudah lepas dari atom asalnya daripada proton dan neutron.
- Jumlah proton dalam inti atom menentukan identitasnya sebagai elemen yang unik.
Lihat Pergerakan Atom Menggunakan Elektron Mikroskop
https://youtu.be/p9dn-Umr7VU
https://youtu.be/Nx90iE6wmig
Lihat Bagaimana Atom Pada Material Tertentu
https://youtu.be/dNvdrpEmS48
Rekayasa Atom Dalam Industri Semikonduktor
https://youtu.be/Fxv3JoS1uY8
Referensi
The ebook FEEE - Fundamentals of Electrical Engineering and Electronics is based on material originally written by T.R. Kuphaldt and various co-authors.
