Muatan listrik

Silahkan amati salah satu benda yang berada di sekitar anda. Jika anda menghancurkan sebuah benda, misalnya benda itu adalah batu, batu akan terbagi menjadi beberapa potongan yang berukuran lebih kecil. Bila potongan batu tadi dihancurkan lagi, potongan batu akan berubah menjadi serpihan-serpihan batu yang berukuran lebih kecil. Bagaimana jika serpihan batu dihancurkan lagi ? Tentu saja serpihan batu tadi hancur lebur dan berubah lagi menjadi lebih kecil. Apakah batu bisa dibagi lagi menjadi potongan-potongan yang lebih kecil sampai tak berhingga ? Kenyataan menunjukkan bahwa benda apapun jika dibagi menjadi lebih kecil maka akan tiba pada suatu titik di mana bagian terkecil benda itu tidak bisa dibagi lagi menjadi lebih kecil. Bagian terkecil benda yang tidak dapat dibagi lagi disebut sebagai atom. Jadi atom adalah bagian terkecil dari setiap materi di alam semesta.

Muatan Listrik Dalam Atom

Atom tersusun dari elektron, proton dan neutron. Proton dan neutron membentuk inti atom yang berukuran sekira 10-15 meter. Elektron-elektron berada di luar inti atom dan bergerak mengitari inti atom seperti planet-planet bergerak mengelilingi matahari. Jika diandaikan diameter atom adalah beberapa kilometer maka inti atom berukuran sebesar bola biliard dan elektron-elektron berada di antara inti hingga mencapai jarak sekira 10-10 meter dari inti. Di antara inti dan sebuah elektron terdapat ruang kosong.

Elektron yang bermuatan negatif terletak di tepi atom dan proton yang bermuatan positif terletak di inti atom. Agar elektron tetap mengitari inti dan tidak terlepas dari atom maka inti atom bermuatan positif harus mengerjakan gaya tarik pada elektron. Gaya yang menarik elektron agar tetap mengelilingi inti dan tidak terlepas dari atom dinamakan gaya listrik.

Sebaliknya di dalam inti atom terdapat proton-proton bermuatan positif sehingga proton pasti saling tolak menolak karena muatannya sejenis. Agar proton-proton tetap menyatu dalam inti atom dan tidak terpisah dari atom maka harus ada gaya yang menyatukan proton-proton tersebut. Gaya yang mengikat proton agar tetap menyatu di dalam inti atom dinamakan gaya inti atau gaya nuklir.

Massa proton hampir sama dengan massa neutron. Sekira 99,9% massa atom terpusat pada inti atom, sedangkan elektron mempunyai massa yang sangat kecil. Massa elektron (me) = 9,1093897 x 10-31 kg, massa neutron (mn) = 1,6749286 x 10-27 kg, massa proton (mp) = 1,6726231 x 10-27 kg.

Kuantitas Muatan Listrik

Elektron bermuatan listrik negatif, proton bermuatan listrik positif dan neutron netral secara kelistrikan. Proton atau neutron pembentuk inti atom tersusun dari quark yang bermuatan ±1/3 dan ±2/3 kali muatan elektron. Quark adalah partikel terkecil penyusun atom tetapi sejauh ini quark belum ditemukan berdiri sendiri sebagai partikel tunggal.

Besarnya muatan elektron atau muatan proton merupakan satuan dasar muatan. Besarnya muatan listrik suatu benda merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Hal ini disebut muatan terkuantisasi. Sebagai contoh, jika pecahan mata uang terkecil yang kita gunakan adalah 100 rupiah maka banyaknya uang seseorang dinyatakan dalam kelipatan dari mata uang terkecil yakni 100 rupiah. Misalnya banyaknya uang saya adalah 100.000 dan 100.000 ini bisa habis dibagi dengan 100. Aneh jika banyaknya uang saya adalah 100.002 karena tidak ada pecahan uang sebesar 2 rupiah. Demikian juga halnya dengan banyaknya muatan suatu benda. Besarnya muatan sebuah elektron adalah –e dan besarnya muatan sebuah proton +e. Banyaknya muatan suatu benda merupakan kelipatan dari e atau 1,60 x 10-19 Coulomb dan bisa dinyakan melalui Q = ±Ne. Q = banyaknya muatan, ± mewakili jenis muatan, N = bilangan bulat, e = 1,60 x 10-19 Coulomb.

Muatan Listrik Dalam Benda

Jika suatu atom mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka jumlah muatan listrik total dalam atom itu sama dengan nol dan atom ini netral alias tidak bermuatan listrik. Jumlah proton atau elektron pada sebuah atom netral dinamakan nomor atom (Z). Apabila elektron lebih banyak daripada proton maka atom itu bermuatan negatif. Sebaliknya bila elektron lebih sedikit daripada proton maka atom itu bermuatan positif. Atom bermuatan negatif dinamakan ion negatif, sedangkan atom bermuatan positif dinamakan ion positif. Proses penyerapan atau pelepasan elektron dari suatu atom dinamakan ionisasi. Ketika kita mengatakan suatu atom bermuatan maka yang dimaksudkan adalah muatan total atau muatan neto. Sebagai contoh, sebuah atom mempunyai elektron sebanyak 10 dan proton sebanyak 7. Atom ini bermuatan negatif karena mempunyai kelebihan 3 elektron yang bermuatan negatif. Jadi muatan neto atom ini adalah 3 dan jenis muatan atom ini adalah negatif. Angka 3, 7, 10 hanya merupakan contoh untuk mempermudah pemahaman. Dalam kenyataannya, banyaknya muatan listrik suatu benda merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton

Apabila suatu benda mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka benda itu netral atau tidak bermuatan listrik. Jika suatu benda mempunyai elektron lebih banyak daripada proton maka benda itu bermuatan negatif, sebaliknya bila suatu benda mempunyai elektron lebih sedikit daripada proton maka benda itu bermuatan positif. Benda yang pada mulanya netral dapat dijadikan bermuatan negatif dengan cara menambah elektron pada benda itu, sebaliknya benda dapat dijadikan bermuatan positif dengan cara mengurangi elektron pada benda itu.

Untuk melengkapi pemahamanmu tentang muatan listrik, silahkan pelajari contoh soal muatan listrik dan kerjakkan soal muatan listrik.