Hukum kekekalan muatan listrik

Setiap materi di alam semesta ini pada dasarnya tersusun dari atom. Atom tersusun dari proton, neutron dan elektron. Proton bermuatan listrik positif, elektron bermuatan listrik negatif, neutron tidak bermuatan listrik. Di dalam atom terdapat sejumlah elektron, proton dan neutron. Jika jumlah elektron sama dengan jumlah proton maka muatan listrik total pada atom tersebut bernilai nol. Atom seperti ini bersifat netral secara kelistrikan. Apabila jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton maka atom kelebihan elektron sehingga atom menjadi bermuatan listrik negatif. Apabila jumlah elektron lebih sedikit daripada jumlah proton maka atom kelebihan proton sehingga atom menjadi bermuatan listrik positif.

Setiap materi pada dasarnya tersusun dari atom-atom karenanya jika atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka benda tersebut tidak bermuatan atau bersifat netral. Sebaliknya bila atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron lebih banyak daripada proton maka benda tersebut bermuatan negatif. Demikian juga apabila atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron lebih sedikit daripada proton maka benda tersebut bermuatan positif.

Banyak benda yang ditemui dalam kehidupan sehari-hari pada dasarnya bersifat netral secara kelistrikan. Walaupun demikian, benda-benda itu bisa dijadikan bermuatan listrik. Mengubah benda yang bersifat netral secara kelistrikan menjadi bermuatan listrik bisa dilakukan melalui gesekan atau dengan cara induksi. Pada percobaan muatan listrik telah dijelaskan cara mengubah benda netral menjadi bermuatan listrik melalui gesekan dengan benda lain. Pada percobaan pemberian muatan pada benda dengan cara induksi juga telah dibahas proses mengubah benda netral menjadi bermuatan listrik dengan cara induksi. Pada metode gesekan, benda yang hendak dijadikan bermuatan listrik disentuhkan dengan benda lain, sebaliknya pada metode induksi, benda yang hendak dijadikan bermuatan listrik tidak bersentuhan tetapi hanya didekatkan dengan benda lain yang bermuatan listrik.

Suatu plastik yang pada mulanya netral menjadi bermuatan listrik setelah digesekkan dengan bulu atau rambut kering. Bukti bahwa plastik telah bermuatan listrik adalah dua batang plastik yang sebelumnya telah digesekkan dengan bulu atau rambut kering, saling tolak menolak. Kedua batang plastik saling menolak karena keduanya mempunyai muatan sejenis. Sebagaimana telah dijelaskan pada topik muatan listrik, sesuai dengan kesepakatan berdasarkan saran dari Benyamin Franklin (1706-1790), muatan listrik yang dimiliki oleh plastik ditetapkan sebagai muatan negatif. Plastik bermuatan negatif karenanya secara keseluruhan jumlah elektron dalam plastik lebih banyak daripada jumlah proton. Pada mulanya plastik netral sehingga dapat disimpulkan kelebihan elektron yang dimiliki plastik saat ini berasal dari bulu atau rambut kering. Elektron pada bulu atau rambut berpindah ke plastik selama terjadi gesekan antara plastik dengan bulu atau rambut. Bulu pada mulanya juga netral sehingga ketika elektron-elektronnya berpindah ke plastik maka bulu kekurangan elektron dan kelebihan proton. Bulu kelebihan proton sehingga bulu menjadi bermuatan positif. Setelah gesekan, plastik menjadi bermuatan negatif dan bulu menjadi bermuatan positif.

Banyaknya elektron yang berpindah dari bulu ke plastik sama dengan banyaknya elektron yang hilang dari plastik. Setelah gesekan plastik berkelebihan elektron sehingga menjadi bermuatan negatif, sedangkan  bulu menjadi kekurangan elektron sehingga menjadi bermuatan positif. Muatan neto yang dimiliki plastik = jumlah elektron – jumlah proton. Demikian juga muatan neto yang dimiliki bulu = jumlah proton – jumlah elektron. Tidak ada muatan yang hilang selama gesekan, muatan juga tidak diciptakan selama gesekan, yang terjadi adalah perpindahan muatan. Plastik menjadi bermuatan negatif dan bulu menjadi bermuatan positif. Jadi muatan listrik bersifat kekal.
Hukum kekekalan muatan listrik menyatakan bahwa dalam sistem tertutup, muatan listrik tidak diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya mengalami perpindahan dari satu benda ke benda lainnya. Ketika suatu benda menjadi bermuatan positif maka pada saat yang sama benda lain menjadi bermuatan negatif, di mana masing-masing benda mempunyai muatan neto yang sama besar. Sistem tertutup pada pernyataan di atas diilustrasikan sebagai berikut. Misalnya ketika plastik dan bulu saling bergesekan maka dianggap perpindahan muatan listrik hanya terjadi antara plastik dan bulu. Jadi hanya bulu dan plastik yang saling berinteraksi. Dalam kenyataannya, di sekitar kita ada udara sehingga udara tentu saja terlibat juga dalam proses gesekan antara plastik dan bulu. Jika udara juga diperhitungkan maka hukum kekekalan muatan tetap berlaku pada plastik, bulu dan udara. Bila setelah gesekan plastik menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 5, misalnya, dan bulu menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 3, misalnya, maka udara di sekitar juga menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 2. Jadi total muatan listrik antara ketiga benda yang saling berinteraksi ini bernilai nol. Jika hanya plastik dan bulu yang saling berinteraksi maka ketika plastik menjadi bermuatan negatif sebesar 5 maka bulu menjadi bermuatan listrik positif sebesar 5 sehingga muatan listrik total plastik dan bulu bernilai nol. Muatan sebesar 2, 3 atau 5 hanya contoh. Dalam kenyataannya banyaknya muatan listrik tidak bernilai seperti itu tetapi merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Silahkan pelajari topik muatan listrik untuk memperjelas pemahamanmu mengenai banyaknya muatan listrik yang dimiliki suatu benda.

Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung

error: