Apa itu Listrik Statis?

Zaippp! Ketika  petir melesat ke tanah, kita mendapatkan demonstrasi kekuatan listrik statis yang tiba-tiba dan sangat jelas ( energi listrik yang berkumpul di satu tempat). Pada saat kita menggosok sesuatu hal akan menghasilkan fenomena listrik bukan? Meskipun petir adalah contoh spektakuler listrik statis, itu bukan sesuatu yang bisa kita gunakan. Tetapi ada banyak tempat lain di mana listrik statis sangat berguna; mulai dari printer laser dan mesin fotokopi hingga pembangkit listrik pemicu polusi, statis bisa sangat fantastis.

Listrik statis dapat menjadi gangguan atau bahkan bahaya. Energi yang membuat rambut Anda berdiri tegak juga dapat merusak elektronik dan menyebabkan ledakan. Namun, dikontrol dan dimanipulasi dengan benar, itu juga bisa menjadi anugerah yang luar biasa bagi kehidupan modern. "Muatan listrik adalah properti mendasar dari materi," menurut Michael Richmond, seorang profesor fisika di  Rochester Institute of Technology . Hampir semua muatan listrik di alam semesta dibawa oleh proton dan elektron. Proton dikatakan memiliki muatan unit elektron +1, sementara elektron memiliki muatan −1, meskipun tanda-tanda ini sepenuhnya sewenang-wenang. Karena proton umumnya terbatas pada inti atom, yang pada gilirannya tertanam di dalam atom, mereka hampir tidak bebas bergerak seperti halnya elektron. Oleh karena itu, ketika kita berbicara tentang  arus listrik , kita hampir selalu mengartikannya aliran elektron, dan ketika kita berbicara tentang listrik statis, kita umumnya berarti  ketidakseimbangan antara muatan negatif dan positif  dalam objek.

Apa Penyebab penumpukan muatan statis?

Salah satu penyebab umum penumpukan muatan statis adalah kontak antara material padat. Menurut  University of Hawaii , "Ketika dua benda digosok bersama untuk menciptakan listrik statis, satu objek akan melepaskan elektron dan menjadi lebih bermuatan positif sementara bahan lainnya mengumpulkan elektron dan menjadi lebih bermuatan negatif." Ini karena satu materi memiliki ikatan yang lemah. elektron, dan yang lainnya memiliki banyak kekosongan dalam kulit elektron terluarnya, sehingga elektron dapat berpindah dari yang pertama ke yang terakhir menciptakan ketidakseimbangan muatan setelah material dipisahkan.

Karena muatan yang sama saling tolak satu sama lain, mereka cenderung bermigrasi ke ekstremitas objek bermuatan untuk menjauh dari satu sama lain. Inilah yang menyebabkan rambut Anda berdiri pada akhir ketika tubuh Anda mengambil muatan statis, menurut Library of Congress. Ketika Anda kemudian menyentuh sepotong logam yang ditanahkan seperti sekrup pada pelat saklar lampu, ini memberikan jalur ke tanah untuk muatan yang telah terbangun di tubuh Anda. Pelepasan tiba-tiba ini menciptakan percikan yang terlihat dan terdengar melalui udara di antara jari Anda dan sekrup. Ini karena perbedaan potensial yang tinggi antara tubuh Anda dan tanah yang bisa mencapai 25.000 volt. 

Jadi, apakah penumpukan muatan statis berahaya?

Selain menyebabkan syok yang menyakitkan, pembuangan tegangan tinggi yang tiba-tiba ini dapat memberikan sumber pengapian untuk zat yang mudah terbakar . Listrik statis juga dapat merusak elektronik yang halus. Sumber muatan statis lainnya adalah gerakan cairan melalui pipa atau selang. Jika cairan itu mudah terbakar - seperti bensin - percikan dari cairan yang tiba-tiba dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Orang yang menangani bahan bakar cair harus sangat berhati-hati untuk menghindari penumpukan muatan dan pelepasan tiba-tiba. Dalam sebuah wawancara, Daniel Marsh, profesor fisika di Missouri Southern State University, memperingatkan bahwa ketika menaruh bensin di mobil Anda, Anda harus selalu menyentuh bagian logam dari mobil setelah keluar untuk menghilangkan muatan yang mungkin telah berkembang dengan meluncur melintasi kursi. Juga, ketika membeli gas untuk mesin pemotong rumput Anda, Anda harus selalu mengambil kaleng dari mobil Anda dan letakkan di tanah saat mengisinya. Ini menghilangkan muatan statis secara terus-menerus dan mencegahnya dari membangun cukup untuk menciptakan percikan api. 

Benjamin Franklin  sebenarnya membentuk cara  berpikir tentang listrik. Dia menjadi tertarik untuk mempelajari listrik pada tahun 1742. Sampai saat itu, kebanyakan orang berpikir bahwa efek listrik adalah hasil dari pencampuran dua cairan listrik yang berbeda. Namun, Franklin menjadi yakin bahwa hanya ada satu cairan listrik dan benda-benda itu dapat memiliki kelebihan atau kekurangan cairan ini. Dia menemukan istilah "positif" dan "negatif," mengacu pada kelebihan atau kekurangan, menurut  University of Arizona . Hari ini, kita tahu bahwa "cairan" sebenarnya adalah elektron, tetapi mereka tidak ditemukan selama sekitar 150 tahun.

Menurut  Jet Propulsion Laboratory , awan mengembangkan zona muatan statis karena tetesan air hangat di updraft yang bertukar elektron kristal es dingin di downdrafts. Menurut  NASA , potensi antara muatan atmosfer dan tanah ini bisa melebihi 300.000 volt, jadi konsekuensi disambar petir bisa mematikan. Dalam sambaran petir, arus cenderung bergerak di atas permukaan tubuh dalam proses yang disebut "flashover eksternal," yang dapat menyebabkan luka bakar yang parah, terutama pada titik kontak awal. Beberapa arus, meskipun, dapat melakukan perjalanan melalui tubuh dan merusak sistem saraf, menurut  National Weather Service. Selain itu, gegar otak dari ledakan dapat menyebabkan cedera internal traumatis dan kehilangan pendengaran permanen, dan flash terang dapat menyebabkan kerusakan penglihatan sementara atau permanen. Sebagai contoh energi luar biasa yang dilepaskan dalam sambaran petir, Marsh memberitahu Live Science tentang pengamatan pribadinya terhadap pohon ek besar yang secara harfiah terbelah menjadi dua oleh uap tekanan tinggi yang diciptakan oleh sambaran petir. 

Jika Anda dapat mendengar guntur, umumnya, Anda sudah berada dalam jangkauan yang mencolok, menurut  University of Florida . Jika Anda berada di luar ketika badai mendekat, Anda harus segera mencari perlindungan di gedung atau kendaraan dan menghindari menyentuh logam apa pun. Jika Anda tidak dapat masuk ke dalam, menjauhlah dari benda-benda tinggi seperti pohon, menara atau puncak bukit, jongkok, dan jika mungkin, seimbangkan bola-bola kaki Anda sehingga sedikit bersentuhan dengan tanah, menurut Universitas Brigham Young.

Aplikasi listrik statis

Sementara listrik statis dapat menjadi gangguan atau bahkan bahaya, seperti dalam kasus statis cling atau kejutan statis, dalam kasus lain itu bisa sangat berguna. Misalnya, muatan statis dapat diinduksi oleh arus listrik. Salah satu contoh dari ini adalah  kapasitor , dinamakan demikian karena memiliki kapasitas untuk menyimpan muatan listrik, analog dengan bagaimana mata air menyimpan energi mekanik. Tegangan yang diterapkan pada kapasitor menciptakan perbedaan muatan antara pelat. Jika kapasitor diisi dan tegangan dimatikan, itu dapat mempertahankan biaya untuk beberapa waktu. Ini dapat bermanfaat, seperti dalam kasus  supercapacitors, yang dapat menggantikan baterai isi ulang di beberapa aplikasi, tetapi juga bisa berbahaya. Peralatan elektronik seperti monitor komputer CRT yang lebih tua dan pesawat televisi berisi kapasitor besar yang dapat menyimpan muatan hingga 25.000 volt, yang dapat menyebabkan cedera atau kematian bahkan setelah perangkat dimatikan selama beberapa hari. 

Cara lain untuk membuat muatan statis yang berguna adalah dengan regangan mekanik. Dalam  material piezoelektrik , elektron benar-benar dapat dipencet keluar dari tempatnya dan dipaksa untuk berpindah dari daerah yang sedang tertekan. Tegangan karena ketidakseimbangan muatan yang dihasilkan kemudian dapat dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan. Salah satu penerapannya adalah pemanenan energi, di mana perangkat berdaya rendah dapat beroperasi pada energi yang dihasilkan oleh getaran lingkungan. 

Aplikasi lain untuk  mikrofon kristal . Gelombang suara di udara dapat membelokkan diafragma yang terhubung ke anggota piezoelektrik yang mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik. Dalam operasi inverse, sinyal listrik dapat menyebabkan transduser piezoelektrik dalam loudspeaker bergerak, sehingga mereproduksi suara. 

Biaya statis lokal juga dapat dipengaruhi oleh cahaya yang intens. Ini adalah prinsip di balik  mesin fotokopi dan printer laser . Dalam mesin fotokopi, cahaya mungkin berasal dari gambar proyeksi selembar kertas; dalam printer laser, gambar dilacak ke drum oleh sinar laser pemindaian. Seluruh drum awalnya diisi oleh kawat pelepasan koronal yang melepaskan elektron bebas di udara, mengeksploitasi prinsip yang sama yang menyebabkan  api Elmo. Elektron dari kawat kemudian tertarik ke drum bermuatan positif. Sebuah gambar kemudian diproyeksikan ke drum fotokonduktif, dan muatannya didisipasikan dari area yang diterangi, sementara area gelap dari gambar tetap bermuatan. Daerah yang diisi pada drum kemudian dapat menarik partikel toner yang bermuatan berlawanan yang kemudian digulung ke kertas, yang didukung oleh roller bermuatan positif, dan menyatu di tempat dengan elemen pemanas listrik.

Marsh mencatat bahwa pembangkit listrik tenaga batu bara menggunakan  electrostatic precipitators  untuk mengumpulkan partikulat dari cerobong asap sehingga mereka dapat dibuang sebagai limbah padat daripada dibuang ke udara. Dalam aplikasi lain, ia menggambarkan bagaimana muatan statis diterapkan pada herbisida yang disemprotkan ke rumput liar dalam kabut halus. Tetesan bermuatan tertarik dan didistribusikan secara merata di atas daun tanaman yang tidak diinginkan daripada jatuh ke tanah dan terbuang sia-sia. Prinsip yang sama digunakan untuk  lukisan semprot elektrostatik  sehingga lebih banyak cat masuk ke target dan kurang di udara dan di dinding dan lantai ruang cat.