Pengertian Listrik Statis

Listrik statis adalah kumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tetap (statis), ketidakseimbangan muatan listrik di dalam atau permukaan benda.

Muatan listrik akan tetap ada sampai benda kehilangan dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik.

Listrik statis adalah kelistrikan yang berhubungan dengan gejala kelistrikan yang diam dan tidak mengalir. Aliran pada listrik statis berbeda dengan dinamis, jika listrik statis dari satu tempat ke tempat lain hanya sekejap pada suatu tempat tersebut.

Perhatikan gambar berikut ini:

Gambar dia atas adalah gambar perpindahan electron dari benda satu ke benda lain.

Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. Terdapat 2 muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif, dikatakan bermuatan positif apabila proton lebih banyak daripada jumlah elektron, dan begitupun sebaliknya. Sedangkan benda yang tidak memiliki muatan disebut netral.

Benda tersebut jika bermuatan sejenis maka akan saling tolak menolak, sebaliknya jika muatannya berbeda maka akan saling Tarik menarik. Interaksi yang terjadi antar muatan listrik bisa dijelaskan dengan Gaya Coulomb.

Rumus Listrik Statis

Contoh Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari secara tidak sadarberkaitan dengan listrik statis. Berikut ini adalah contoh Listrik Statis dalam kehidupan sehari-hari antara lain:

Penggaris di gosok-gosokkan ke rambut kemudian bisa mengangkat potongan kertas kecil
Menggosok balon dengan tangan
Saat menyisir rambut terkadang rambut akan terbawa berdiri beriringan dengan gerakan sisir, karena ada interaksi muatan antara sisir dan rambut
Debu yang menempel pada tv
Ketika kulit kita berdekatan dengan aliran listrik maka bulu kulit akan berdiri
Plastic penggaris bermuatan negative sedangkan kain wol akan bermuatan positif, jika keduanya di gesek maka akan menghasilkan listrik statis.

Hukum Coulumb

Berbicara dengan listrik statis maka tidak akan lepas dengan hukum coulomb berikut adalah pembahasannya.

Menurut coulomb dua muatan yang berdekatan akan bekerja gaya Tarik menarik atau gaya tolak menolak. Gaya Tarik menarik jika terjadi muatan berlainan jenis begitu sebaliknya jika sejenis akan saling tolak menolak.

Gaya ini di sebut dengan gaya coulomb yang besarnya bisa sebanding dengan kedua muatan dan disbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dapat di tuliskan dengan rumus:

Medan Listrik

Medan listrik adalah area atau daerah di sekitar muatan listrik. Bisa di bilang tempat lingkup sekitar terjadinya medan listrik. Perhatikan gambar di bawah ini, arah garis medan listrik jika bermuatan positif keluar menuju muatan negative masuk. Besarnya medan listrik dapat di rumuskan sebagai berikut:

Fungsi Listrik Statis

Berikut ini adalah fungsi listrik statis antara lain:

Penangkap debu dan asap
Penyegar udara ruangan
Mesin foto kopi
Pengecatan mobil
Mendidik tentang
listik dengan generator Van de Graff

Bahaya Listrik Statis

Berikut ini adalah bahhaya listrik statis antara lain:

Bisa menyebabkan kebakaran
Tersambar petir
Kotoran di alat elektronik
Baju kusut dan menempel
Rambut berantakan

Contoh Soal Listrik Statis

Pembahasan:

Contoh Listrik Statis

Sebetulnya sering kita jumpai contoh listrik statis dalam kehidupan sehari-hari tetapi mungkin saja tidak kita sadari. Berikut ini contohnya.

Saat Anda menyisir rambut, tanpa disadari terkadang rambut akan terbawa berdiri sendiri beriringan dengan gerakan sisir. Hal tersebut terjadi karena ada interaksi muatan antar sisir dengan rambut.
Penggaris atau sisir yang digosok-gosok ke rambut atau tangan kering akan menarik potongan kertas kecil.
Debu yang tertempel pada layar tv
Kain sutra yang digosok-gosok dengan batang kaca. Akan terjadi reaksi tarik-menarik antara dua benda tersebut. Karena elektron dari batang kaca akan berpindah ke kain sutera sehingga batang kaca akan memiliki muatan positif dan batang kaca akan memiliki muatan negatif
Menggosokan balon dengan tangan
Penggaris plastik digosok dengan kain woll. Kedua benda tersebut memiliki muatan netral, tetapi saat dua benda tersebut digesekkan maka akan ada perpindahan elektron dari kain woll ke penggaris plastik. Sehingga penggaris plastik memiliki muatan negatif dan kain woll memiliki muatan positif.
Ketika Anda mendekatkan tangan ke layar TV yang baru saja dimatikan. Perhatikan bulu atau rambut yang ada di tangan Anda akan berdiri.

Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik adalah sebuah jalur atau rangkaian sehingga elektron dapat mengalir dari sumber voltase atau arus listrik. Proses perpindahan elektron inilah yang kita kenal sebagai listrik.

Elektron dapat mengalir pada material penghantar arus listrik yakni konduktor. Oleh karena itu kabel dipakai pada rangkaian listrik karena kabel terbuat dari tembaga yang dapat menghantarkan arus listrik. Tempat dimana elektron masuk ke dalam rangkaian listrik dinamakan dengan sumber listrik. Setiap benda yang memakai listrik untuk penggunaannya disebut sebagai beban listrik.

Pada gambar dibawah, lampu merupakan beban listrik dan sumber listrik berasal dari baterai; listrik mengalir melalui kabel dan sakelar berfungsi untuk memutus atau menyambungkan aliran listrik. Untuk menggambar rangkaian listrik, kita harus menyederhanakan gambar seperti pada contoh dibawah dari gambar A menjadi gambar B.

Benda apapun dapat menjadi beban listrik, oleh karena itu simbol universal untuk beban listrik adalah hambatan (resistor). Jadi, simbol lampu pada rangkaian diatas dapat diganti menjadi simbol hambatan seperti pada gambar dibawah.

Terdapat dua tipe rangkaian yaitu: rangkaian seri dan rangkaian paralel. Rangkaian seri dan paralel dapat dikombinasikan sehingga menjadi rangkaian kombinasi atau gabungan.

Rangkaian Seri

Rangkaian seri merupakan sebuah rangkaian listrik yang komponennya disusun secara berderetan hanya melalui satu jalur aliran listrik. Contohnya adalah sebuah rangkaian yang memiliki dua resistor, tapi hanya terdapat satu jalur kabel untuk mengalirkan listrik seperti pada gambar dibawah ini.

Pada rangkaian seri, arus listrik yang mengalir besarnya sama tiap elemen dan dirumuskan dengan:

$I_{masuk} = I_1 = I_2 = I_3 = \cdots = I_n = I_{keluar}$

Total hambatan resistor pada rangkaian seri merupakan penjumlahan masing-masing hambatannya yang dirumuskan dengan:

$R_{seri} = R_1 + R_2 + R_3 + \cdots + R_n$

Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel merupakan sebuah rangkaian listrik yang komponennya disusun sejajar dimana terdapat lebih dari satu jalur listrik (bercabang) secara paralel. Contohnya adalah sebuah rangkaian yang memiliki dua resistor dimana terdapat satu jalur kabel untuk setiap resistor seperti pada gambar dibawah ini.

Sesuai dengan Hukum Kirchoff 1, arus listrik yang masuk harus sama dengan arus keluar. Sehingga pada rangkaian paralel besarnya arus sebelum masuk ke cabang sama dengan besar arus setelah keluar dari cabang dan dirumuskan dengan:

$I_{masuk} = I_1 + I_2 + I_3 + \cdots + I_n$

Sesuai dengan Hukum Ohm, maka total hambatan resistor pada rangkaian paralel merupakan jumlah dari kebalikan hambatan tiap-tiap komponen dan dirumuskan dengan:

$\frac{1}{R_{paralel}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \cdots \frac{1}{R_n}$

Contoh Soal Rangkaian Listrik dan Pembahasan

Contoh Soal 1

Perhatikan gambar dibawah ini:

Diketahui I1=I2=2 Ampere, I3=I4=1,5 Ampere, R1=2 Ω, R2=8 Ω, R3=6 Ω, dan R4=4 Ω. Berapa besar Voltase pada rangkaian tersebut?

a) 140 V
b) 7,29 V
c) 6,72 V
d) 2,86 V

Solusi:

Pertama, kita cari arusnya dengan Hukum Kirchoff 1:

$I_{masuk} = I_{keluar}$

$I_{masuk} = I_1 = I_2 = I_3 = I_4$

$I_{masuk} = 2A + 2A + 1,5A + 1,5A = 7A$

Kemudian, total hambatan paralelnya dicari dengan:

$\frac{1}{R_{paralel}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4}$

$\frac{1}{R_{paralel}} = \frac{1}{2 \Omega} + \frac{1}{8 \Omega} + \frac{1}{6 \Omega} + \frac{1}{4 \Omega} + \frac{25}{24 \Omega}$

$R_{paralel} = \frac{24 \Omega}{25} = 0,96 \Omega$

Lalu, untuk mencari Voltase dipakai Hukum Ohm:

$V = I \times R = 7A \times 0,96 \Omega = 0,672 V$

Maka, jawaban yang benar adalah C.

Contoh Soal 2

Sebuah dapur memiliki tiga peralatan elektronik yang terpasang pada jalur listrik 120 Volt, yaitu: oven microwave 1200 Watt, pemanas air 850 Watt, dan rice cooker 900 Watt. Arus listrik akan terputus pada circuit breaker PLN yang terpasang jika melebihi 15 Ampere. Dari ketiga benda elektronik tersebut, manakah yang dapat dipakai secara bersamaan tanpa memutuskan circuit breaker yang dapat memutuskan arus listrik?

a) oven microwave, pemanas air, dan rice cooker
b) oven microwave dan pemanas air
c) oven microwave dan rice cooker
d) pemanas air dan rice cooker

Solusi:

Kita harus tahu bahwa stop kontak di rumah kita merupakan rangkaian paralel sehingga masing-masing jalur tidak mempengaruhi jalur lain dan saat salah satu jalur terputus, maka jalur lainnya akan tetap dapat mengaliri arus listrik. Agar lebih jelasnya, perhatikan gambar di bawah ini.

Dengan arus listrik maksimal 15 Ampere pada voltase 120 volt, maka besarnya daya listrik maksimal pada dapur tersebut adalah:

$P = V \times I = 120V \times 15A = 1800 Watt$

Agar tidak terjadi “mati listrik” karena turunnya circuit breaker, maka penggunaan alat-alat elektronik tidak boleh melebihi 1800 Watt.

Oven microwave + pemanas air + rice cooker: 1200 W + 850 W + 900 W = 2950 W
Oven microwave + pemanas air: 1200 W + 850W = 2050 W
Oven microwave + rice cooker: 1200 W + 900 W = 2100 W
Rice cooker + pemanas air: 900 W + 850 W = 1750 W

Jadi, pada dapur hanya bisa dioperasikan rice cooker dan pemanas air secara bersamaan. Semua kombinasi lain selain kedua peralatan diatas akan menurunkan circuit breaker sehingga listrik akan padam.

Maka, jawaban yang benar adalah D.

Perbedaan Rangkaian Seri dan Paralel

Perbedaan Rangkaian Seri Dan Paralel Pada Bentuk Rangkaian

Hal yang paling mendasar yang berkenaan dengan perbedaan bentuk dari rangkaian seri dan rangkaian paralel akan terletak pada bentuk rangkaian. Bentuk rangkaian dari ke dua rangkaian ini juga akan menentukan dari komponen yang digunakan untuk menyusunnya. Berikut penjelasan mengenai perbedaan dalam kedua bentuk rangkaian listrik ini:

Perbedaan Susunan Rangkaian

Bentuk dari susunan rangkaian seri dan rangkaian paralel akan sangat jelas terlihat dalam sekali pandang. Hal ini ditandai dengan bentuk rangkaian lurus atau bercabang yang terdapat pada rangkaian. Berikut penjelasannya:

Susunan Rangkaian Seri Terlihat Sederhana : susunan seri tidak memiliki cabang rangkaian. Aliran listrik dari sumber tegangan (semisal baterai) akan menuju kepada hambatan dengan satu kabel. Sehingga hanya ada satu kabel yang menghubungkan hambatan listrik secara lurus berjajar.
Rangkaian Paralel Lebih Terlihat Kompleks : sedangkan pada rangkaian paralel, rangkaian terlihat lebih kompleks. Hal ini terjadi karena adanya percabangan pada rangkaian. Sehingga tidak hanya akan terlihat satu kabel utuh saja. Namun ada pembagian arah arus yang terjadi menuju hambatan yang letaknya tidak lagi dalam satu garis lurus seperti rangkaian seri.

Perbedaan Pada Komponen Yang Dipakai

Bentuk dari susunan rangkaian seri dan rangkaian paralel berbeda dikarenakan jumlah dari komponen yang digunakan juga berbeda. Jumlah hambatan yang diberikan pada kedua rangkaian ini bisa disesuaikan dengan kebutuhan. Namun secara prinsip berikut ini penjelasan dari komponen yang digunakan pada ke dua rangkaian:

Komponen Seri Lebih Sedikit : penggunaan komponen yang digunakan hanyalah sumber tegangan, kabel dan juga hambatan. Jika dalam kehidupan nyata, seperti sumber tegangan, saklar, kabel dan bohlam lampu sesuai kebutuhan.
Rangkaian Paralel Menggunakan Lebih Banyak Komponen : namun, untuk rangkaian paralel memiliki komponen dengan jumlah yang lebih banyak. Saklar yang lebih banyak dari pada di rangkaian seri, serta kabel yang lebih panjang.

Perbedaan Pada Rumus Dalam Mencari Hitungannya

Tidak hanya sebatas pada bentuk rangkaian saja. Susunan seri dan paralel akan berimbas pada rumus yang digunakan. Dalam rumus hitungan memiliki perbedaan rangkaian seri dan paralel yang berlawanan. Berikut akan dijelaskan mengenai hitungan dalam rangkaian seri dan paralel:

Kuat Arus Dalam Rangkaian Seri Dan Paralel

Dalam rumus fisika, kuat arus dilambangkan dengan huruf “I”. Kuat arus adalah banyaknya muatan arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dalam satu rangkaian. Dan untuk menghitung dari kuat arus di rangkaian seri dan paralel tidak sama. Di bawah ini adalah rumus hitungannya:

Mencari Kuat Arus Pada Rangkaian Seri : para rangkaian seri jumlah muatan listrik yang mengalir di setiap hambatan adalah sama. Sehingga hambatan pada satu titik akan sama dengan di titik yang lain. Untuk itu diperoleh rumus bahwa

I = I₁ = I₂ = I₃ = I₄

Mencari Kuat Arus Pada Rangkaian Paralel : sedangkan pada rangkaian paralel hitungan untuk mencari rumusan kuat arus tidak sama dengan dirangakaian seri. Namun kuat arus total pada rangkaian paralel adalah hasil dari penambahan kuat arus yang ada pada hambatan. Sehingga diperoleh rumus

I = I₁ + I₂ + I₃ + I₄

Kuat Tegangan Pada Rangkaian Seri Dan Pararel

Tegangan adalah besarnya energi potensial (V) dalam sebuah medan listrik yang memiliki satuan volt. Dalam rangkaian seri energi potensial akan berbeda antara satu titik dengan titik yang lain. Sedangkan untuk rangkaian paralel tidak demikian. Rumusan keduanya adalah:

Kuat Tegangan Rangkaian Seri : seperti yang telah dijelaskan diatas bahwa pada rangkaian seri energi potensial atau tegangan tidak bisa disamakan nilainya seperti hanya dengan kuat arus. Untuk mencari besarnya energi potensial atau tegangan total adalah dengan menggunakan rumus berikut

V = V₁ + V₂ + V₃ + V₄

Kuat Tegangan Rangkaian paralel : pengukuran tegangan pada rangkaian paralel adalah sama untuk semua titik. Energi potensial total akan sama nilainya dengan energi potensial yang berada pada semua titik. Sehingga diperoleh rumusan sebagai berikut:

V= V₁ = V₂ = V₃ = V₄

Besar Hambatan Pada Kedua Rangkaian

Pada rangkaian seri dan paralel, hambatan dapat diketahui dengan melakukan perbandingan antara tegangan dengan kuat arus listrik yang melewati suatu titik dalam satu rangkaian. Dirumuskan sebagai berikut ini:

Besar Hambatan Rangkaian Seri : dalam rangkaian seri jumlah hambatan total adalah penjumlahan dari seluruh hambatan dalam rangkaian listrik. Dengan rumusannya yaitu

R =R₁ + R₂ + R₃ + R₄

Besar Hambatan Rangkaian Pararel : hambatan pada rangkaian listrik paralel tidak sama antara satu titiknya. Hal ini terjadi karena dalam rangkain listrik paralel terjadi percabangan. Sehingga rumusan mencari hambatan total adalah

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + 1/R₄

Perbedaan Pada Keunggulan Dan Kelemahan Rangkaian

Keunggulan Dari Rangkaian Seri Dan Paralel

Dalam setiap rangkaian arus listrik pasti memiliki keunggulan dan kelemahan masing-masing. Sehingga pemilihannya dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang ada. Keunggulan dari rangkaian seri dan paralel adalah:

Keunggulan Rangkaian Seri :pada rangkaian seri akan menggunakan lebih sedikit komponen dari pada di rangkaian paralel. Memiliki kemampuan deteksi lebih cepat bila terjadi kerusakan. Serta memiliki kuat arus listrik yang mengalir adalah sama. serta lebih hemat listrik.
Keunggulan Rangkaian Paralel : sedang pada rangkaian paralel memiliki keunggulan bahwa bila satu hambatan berpengaruh tidak akan membuat masalah di hambatan yang lain. Memiliki energi potensial yang sama pada setiap titik rangkaian. Bila digunakan pada pemasangan bohlam dalam rangkaian maka nyala bohlam tidak berbeda antara yang terdekat sampai yang terjauh dari sumber tegangan.

Kelemahan Dari Rangkaian Seri Dan Paralel

Sedangkan untuk kelemahan yang dimiliki pun ke dua susunan rangkaian listrik ini memiliki kelemahan yang berbeda.kelemahan tersebut dipengaruhi oleh tegangan, kuat arus dan hambatan dalam rangkaian. Dapat dijelaskan sebagai berikut:

Kelemahan Rangkaian Seri : memiliki energi potensial yang berbeda sehingga bila digunakan pada rangkaian bohlam memberikan nyala yang tidak sama. Bohlam terjauh dari sumber tegangan memiliki nyala yang lebih redup. Dikarenakan memiliki satu sumber listrik maka bila salah satu komponen mati menyebabkan seluruh komponen juga mati.
Kelemahan Rangkaian Paralel : lebih boros listrik dan pemakaian komponen penyusun.memiliki kuat arus yang berbeda di antara satu titik dengan titik yang lain.

Sumber

https://www.romadecade.org/perbedaan-rangkaian-seri-dan-paralel/#!

https://www.studiobelajar.com/rangkaian-listrik/

https://rumus.co.id/listrik-statis/

https://www.yuksinau.id/listrik-statis/