konduktor, isolator dan muatan induksi

KONDUKTOR ISOLATOR DAN MUATAN INDUKSI

Listrik merupakan kebutuhan manusia yang sangat penting dalam kehidupannya. Sejarah ditemukannya listrik pertama kali ditemukan oleh seorang cendekiawan Yunani yang bernama Thales, yang mengemukakan fenomena batu ambar yang bila digosok-gosokkan akan dapat menarik bulu sebagai fenomena listrik. Kemudian setelah bertahun - tahun semenjak ide Thales dikemukakan, kemudian muncul lagi pendapat - pendapat serta teori -teori baru mengenai listrik seperti yang diteliti dan dikemukakan oleh William Gilbert, Joseph priestley, Charles De Coulomb, AmpereMichael Farraday, Oersted, dll.

Sedangkan yang termasuk bahan-bahan penghantar adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika suatu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbit-orbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik. Macam-macam penghantar listrik dapat diklasifikasikan berdasarkan kemampuan elektron untuk melewatinya, yaitu :

1.      Konduktor

Konduktor merupakan bahan yang sebagian elektronnya merupakan elektron bebas yang tidak terikat pada atom dan dapat bergerak bebas melalui bahan tersebut. Tarikan antara elektron yang berada dalam edaran paling luar dan intinya adalah sangat kecil, sehingga dalam suhu normal  pun ada satu atau lebih elektron yang terlepas dari atomnya. Elektron bebas ini bergerak secara acak dalam ruang di celah atom-atom.  Gerakan elektron-elektron ini dinamakan bauran ( difusi ). Pada umumnya sebuah konduktor bersifat netral, karena terdapat suatu ion kisi yang membawa satu muatan positif untuk tiap elekton bebas yang membawa satu muatan negative. Beberapa material yang termasuk konduktor adalah tembaga, alumunium, besi, perak.

2.      Isolator

Isolator merupakan jenis bahan yang elektronnya terikat pada atomnya dan tidak ada elektron yang bebas. Pada isolator, setiap muatan elektron dipegang erat oleh inti atomnya, sehingga pada suhu ruangan/normal tidak mungkin adanya pengaliran arus listrik. Apabila isolator diberi tegangan besar sehingga menghasilkan energi listrik yang mampu mengatasi energi pengikat elektron, elektron akan dapat berpindah. Dengan demikian isolator dapat mengalirkan arus listrik.Berdasarkan hal itu di katakan bahwa pada tegangan yang tinggi, isolator dapat berfungsi sebagai konduktor. Material  yang bersifat isolator contohnya adalah kaca, mika, kayu.

Bahan-bahan isolator digunakan untuk memperlambat kehilangan dan penambahan panas pada suatu benda. Berikut contoh pemanfaatan bahan isolator dalam kehidupan sehari – hari:

a.       Pegangan panci, penggorengan dan setrika dibuat atau dilapisi plastik atau kayu. Jadi pada saat digunakan alat – alat tersebut tidak panas pada pegangannya.

b.      Masakan panas dalam wadah diberi alas kain sewaktu digunakan dimeja, agar meja tidak rusak karena panas.

c.       Pipa uap panas dipabrik – pabrik dibalut dengan asbes untuk mengurangi keluarnya panas dari uap keudara sekeliling.

d.      Termos adalah wadah yang dapat mempertahankan suhu benda didalamnya. Artinya termos mempertahankan benda panas tetap panas dan benda dingin tetap dingin.

Sebagaimana kita ketahui, bahwa benda akan bermuatan listrik jika kekurangan atau kelebihan electron. Dengan kata lain, yang memegang peranan penting dalam memberi muatan listrik adalah elektron. Kita dapat memberi muatan listrik pada suatu benda dengan menambah atau mengurangi jumlah elektron yang dimilikinya. Ada beberapa cara memberi muatan listrik pada suatu benda, salah satunya adalah dengan cara induksi.

Sebuah benda yang bermuatan dapat memberikan muatannya kepada benda netral di dekatnya tanpa menyentuhnya. Sebagai contoh, sebuah benda yang bermuatan listrik positif didekatkan kepada konduktor yang tidak bermuatan dan terisolasi. Elektron-elektron yang terkandung dalam konduktor netral akan tertarik kearah benda bermuatan tadi. Sebagian elektron ini akan berpindah ke bagian yang terdekat dengan benda, berkumpul disana, dan akhirnya menjadi bermuatan negatif. Bagian yang ditinggalkan elektron-elektron itu akan bermuatan positif.

Oleh karena bagian konduktor netral yang menjadi bermuatan negatif berada paling dekat dengan benda, tarikan antara bagian ini dengan benda lebih besar daripada tolakan bagian konduktor yang menjadi bermuatan positif dengan benda. Secara keseluruhan, terjadi tarik-menarik di antara kedua benda tersebut.

Sisir plastik yang belum digosok masih bersifat netral. Namun setelah digosok, terjadi perpindahan elektron dari kain wol menuju sisir. Sisir menjadi bermuatan negatif, sedangkan kain wol akan menjadi bermuatan positif. Saat sisir didekatkan ke potongan kertas yang netral, terjadilah induksi listrik. Dengan demikian, kertas tertarik kearah sisir.

Muatan induksi

Dua buah benda logam dapat mengalami proses “pemuatan dengan induksi atau dengan kontak” yaitu antara benda logam bermuatan didekatkan dengan benda logam yang tidak bermuatan (netral). Apabila keduanya bersentuhan, maka elektron-elektron bebas dari benda netral akan berpindah atau tertarik oleh benda yang bermuatan positif. Sehingga pada kedua benda tersebut akan terbentuk muatan positif total.

Selanjutnya, apabila dua buah benda didekatkan tetapi tidak bersentuhan, yaitu antara benda yang bermuatan positif dengan benda logam netral. Pada benda logam netral terjadi proses induksi, dimana elektron-elektron benda logam netral tidak berpindah pada benda yang bermuatan positif, melainkan bergerak menjauhi muatan positif yang berada didalam benda logam netral dan bergerak menuju ujung yang berlawanan. Hal ini mengakibatkan pada kedua benda ini tidak terjadi muatan total atau berjumlah nol.

Proses penginduksian muatan total pada benda logam, juga dapat dilakukan dengan cara menghubungkan benda logam ke pipa penghantar yang menuju ke tanah ( di bumikan atau di tanahkan ). Benda logam yang bermuatan negatif apabila didekatkan dengan logam, maka elektron-elektron bebas dari benda logam yang bermuatn negatif akan berpindah menuju pipa penghantar yang menuju ke tanah. Hal ini terjadi karena pipa penghantar meupakan penghantar yang baik ( mudah menerima atau melepaskan elektron ). Oleh karena itu, benda logam yang tidak bermuatan negatif bermuatan induksi positif.

Jenis muatan yang terkandung pada suatu benda dapat dideteksi dengan bantuan elektroskop. Elektroskop disusun oleh dua keping ( biasanya tebuat dari emas ), kaca, logam, dan isolator.

¨ Jika benda yang bermuatan positif didekatkan dengan bola elektroskop yang bermuaan negatif, maka akan terjadi pemisahan muatan dengan induksi yang mengakibatkan elektron-elektron pada elektroskop akan tertarik menuju bola dan keping-keping emas menjadi bermuatan positif.

¨ Jika benda yang bermuatan positif didekatkan pada bola elektroskop yang bermuatan positif, maka tidak akan terjadi pemisahan muatan dengan induksi dan mengakibatkan timbulnya muatan total positif pada keping emas maupun pada bola elektroskop.

Pada umumnya elektroskop bisa digunakan untuk mendeteksi muatan, apabila pada elektroskop telah diberi muatan terlebih dahulu, misalnya muatan negatif. Jika benda bermuatan negatif didekatkan pada benda elektroskop yang bermuatan negatif, maka akan terjadi penginduksian elektron-elektron yang menuju keping dan terjadi pemisahan jarak antara dua keping emas lebih besar. Sebaliknya, apabila benda bermuatan positif didekatkan pada elektroskop yang bermuatan negatif, maka akan terjadi proses penginduksian elektron yang bergerak menuju ke atas ( bola elektroskop ) dan terjadi pemisahan jarak antara dua keping emas yang lebih kecil.