MEDAN LISTRIK: Pengisian Muatan Objek dengan Cara Induksi
23.2
Pengisian Muatan Objek dengan Cara Induksi
Hal ini mudah untuk mengklasifikasikan bahan-bahan dalam hal
kemampuan elektron untuk bergerak melalui materi:
Konduktor listrik adalah bahan yang beberapa
elektron merupakan electron bebas yang tidak terikat
pada atom dan dapat bergerak relatif bebas pada materi, isolator listrik adalah bahan di mana
semua elektron terikat pada atom dan tidak bisa bergerak bebas pada materi.
Bahan-bahan seperti kaca, karet, dan kayu kering termasuk ke dalam kategori isolator
listrik. Ketika bahan tersebut mungkin dijadikan bermuatan dengan cara menggosok,
hanya daerah yang digosok menjadi bermuatan dan partikel bermuatan tidak dapat
pindah ke daerah lain dari materi tersebut.
Sebaliknya, bahan seperti tembaga, aluminium, dan
perak adalah konduktor listrik yang
baik. Ketika bahan tersebut bermuatan dalam beberapa wilayah kecil, muatan
mudah berdistribusi sendiri ke seluruh permukaan material.
Semikonduktor adalah bahan kelas ketiga, dan sifat listriknya di suatu
tempat antara isolator dan konduktor. Silikon dan germanium adalah contoh
terkenal dari semikonduktor yang biasa digunakan dalam pembuatan berbagai chip
elektronik yang digunakan dalam komputer, telepon seluler, dan sistem home theater. Sifat listrik dari
semikonduktor dapat diubah sesuai perintah dengan penambahan sejumlah atom tertentu ke
bahan.
Untuk memahami bagaimana untuk mengisi muatan konduktor
dengan proses yang dikenal sebagai induksi, perhatikan neutral
(tidak bermuatan) mengkonduksikan bola yang terisolasi dari tanah seperti yang ditunjukkan pada Gambar
23.3a. Ada jumlah yang sama antara elektron
dan proton dalam bola jika muatan pada bola adalah persis nol. Ketika batang
karet bermuatan negatif didekatkan ke bola, elektron di wilayah
terdekat dari batang mengalami gaya tolak dan bermigrasi ke sisi
berlawanan dari bola. Migrasi ini meninggalkan sisi bola dekat batang dengan efektif muatan positif karena jumlah elektron
berkurang seperti pada Gambar 23.3b. (Sisi kiri bola pada Gambar 23.3b
bermuatan positif seolah-olah muatan positif pindah ke daerah ini, tapi ingat
bahwa hanya elektron bebas yang bergerak.) Proses ini
terjadi bahkan jika batang benar-benar menyentuh bola. Jika percobaan
yang sama dilakukan dengan sebuah kawat
terhubung dari bola ke Bumi (Gambar 23.3c), beberapa elektron dalam konduktor
begitu kuat ditolak oleh kehadiran muatan negatif dalam batang yang mereka keluarkan dari bola melalui kawat ke Bumi. Simbol
pada
ujung kawat pada Gambar 23.3c menunjukkan bahwa kawat yang terhubung ke tanah,
yang berarti reservoir, seperti Bumi, yang dapat menerima atau menyediakan
elektron bebas dengan efek yang dapat diabaikan pada karakteristik listriknya.
Jika kawat ke tanah kemudian dihilangkan (Gambar 23.3d), bola konduksi mengandung kelebihan muatan positif induksi karena memiliki
elektron lebih sedikit daripada yang diperlu untuk melepaskan muatan positif dari proton. Ketika batang karet
akan diangkat dari sekitar bola (Gambar 23.3e), induksi muatan positif ini tetap pada bola yang tak dibumikan.
Perhatikan bahwa batang karet tidak kehilangan satu pun dari
muatan negatif selama proses ini.
Pengisian muatan sebuah objek
dengan induksi tidak memerlukan kontak dengan obyek yang menginduksi muatan. Ini berbeda dengan pengisian muatan objek dengan menggosok (yaitu, dengan konduksi), yang
memerlukan kontak antara dua benda.
Sebuah proses yang mirip dengan induksi dalam
konduktor terjadi dalam isolator. Dalam kebanyakan molekul netral, pusat muatan
positif bertepatan dengan pusat muatan negatif. Di hadapan objek bermuatan,
namun, pusat-pusat dalam setiap molekul dalam isolator bisa berubah sedikit,
sehingga muatan lebih positif pada salah satu sisi molekul dari pada sisi yang lain. Penataan kembali muatan dalam molekul individu
menghasilkan lapisan muatan pada permukaan isolator seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 23.4a. Kedekatan muatan positif pada permukaan objek dan muatan
negatif pada permukaan insulator menghasilkan gaya yang menarik antara
objek dan isolator. Pengetahuan Anda tentang induksi dalam isolator akan
membantu Anda menjelaskan mengapa batang bermuatan menarik potongan kertas
netral seperti yang ditunjukkan pada Gambar 23.4b. (Serway, 2010: 660-661)
Post a comment for "MEDAN LISTRIK: Pengisian Muatan Objek dengan Cara Induksi"