A. Pendahuluan
Bab ini membahas mengenai dasar-dasar listrik yang mencakup struktur
atom dalam suatu bahan, listrik, teori aliran arus listrik, pemanfaatan listrik
dalam kehidupan sehari-hari, dan latihan-latihan terkait dengan dasar listrik.
Kompetensi dan indicator keberhasilan dalam mempelajari buku ini dijelaskan
pada table di bawah ini.
B.
Struktur Atom
Gambar 1. Struktur atom
Semua benda padat, cair atau gas yang mempunyai massa dan menempati
ruang pada dasarnya tersusun dari molekul atau atom yang tergabung menjadi
satu. Atom merupakan bagian terkecil dari suatu benda yang memiliki properties
yang sama dari benda yang dibentuk olehnya. Inti dari sebuah atom disebut
dengan nukleus yang
terbentuk dari gabungan antara proton
dan neutron
dan dikelilingi oleh partikel lain yang disebut
elektron. Setiap partikel atom mempunyai muatan listrik. Proton bermuatan
positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron
tidak bermuatan atau netral.
Gambar 2. Struktur atom hidrogen dan tembaga
Suatu atom berada dalam keadaan setimbang apabila banyaknya elektron
sama dengan proton. Proton yang bermuatan positif mempertahankan elektron
berada dalam orbitnya. Gaya sentrifugal mencegah elektron yang berada pada
orbitnya untuk bergerak ke dalam. Neutron mempertahankan keadaan proton dengan
mencegah atau
menetralkan
gaya tolak menolak proton untuk mempertahankan inti atom. Hidrogen mempunyai
atom yang paling sederhana dengan satu buah proton di dalam nukleus dan satu
buah elektron yang mengitarinya. Bentuk atom tembaga lebih kompleks karena
terdiri dari 29 elektron pada empat orbit yang berbeda yang berputar mengitari
sebuah nukleus yang di dalamnya terdiri dari 29 proton dan 29 neutron. Suatu
atom berada dalam keadaan setimbang apabila banyaknya elektron sama dengan
proton. Proton yang bermuatan positif mempertahankan elektron berada dalam
orbitnya. Gaya sentrifugal mencegah elektron yang berada pada orbitnya untuk
bergerak ke dalam. Neutron mempertahankan keadaan proton dengan mencegah atau
menetralkan gaya tolak menolak proton untuk mempertahankan inti atom. Hidrogen
mempunyai atom yang paling sederhana dengan satu buah protondi dalam nukleus
dan satu buah elektron yang mengitarinya. Bentuk atom tembaga lebih kompleks
karena terdiri dari 29 elektron pada empat orbit yang berbeda yang berputar
mengitari sebuah nukleus yang di dalamnya terdiri dari 29 proton dan 29
neutron.
Gambar 3. ion positif dan ion negatif
Sebuah atom yang kelebihan elektron
disebut ion negative sedangkan atom yang kekurangan eletkron disebut ion
positif. Ion-ion positif akan menarik elektron-elektron yang ada pada atom yang
berdekatan dengannya agar menjadi seimbang. Perpindahan elektron-elektron dari
atom lain akibat adanya gaya tarik dari ion-ion positif suatu atom positif yang
menyebabkan terjadinya aliran elektron.
Gambar 4. Aliran Elektron
Kemampuan mengalirkan listrik tergantung pada jumlah elektron pada
suatu orbit bagian terluar dari suatu atom. Elektron yang orbitnya berdekatan
dengan inti atom mempunyai gaya tarik paling kuat sehingga posisinya tetap atau
terikat dan ini disebut elektron terikat (bound
electrons). Elektron yang terletak pada orbit yang paling
luar atau jauh dari inti atom mempunyai gaya tarik yang lemah terhadap proton
sehingga mudah berpindah-pindah dan ini disebut elektron bebas (free elektron). Elektron
dapat berpindah akibat adanya gaya atau paksaan dari luar misalnya aksi kimia,
tekanan, cahaya, gesekan, panas, dan pengaruh magnetik. Elektron yang berpindah
akibat pengaruh gaya tersebut berpindah dari satu atom ke atom lainnya. Aliran
elektron bebas ini menghasilkan suatu arus listrik.
Gambar 5. Atom Bahan Konduktor, Semikonduktor, dan Isolator
Konduktor merupakan bahan yang elektron bebasnya dapat dengan mudah
bergerak. Semikonduktor merupakan bahan yang kemampuan elektron bebasnya
bergerak berada di antara konduktor dan isolator. Isolator adalah bahan yang
elektron bebasnya tidak dapat berpindah (Bonnick, 2008:196-197). Jumlah
elektron bebas pada orbit paling luar dari suatu atom akan mempengaruhi
sifat-sifat listrik dari suatu bahan. Sifat listrik dari suatu bahan dapat
dibagi menjadi tiga macam (perhatikan gambar 1.5) yaitu 1) sifat bahan yang
dapat menghantarkan arus listrik atau konduktor, 2) sifat bahan yang dapat
menghantarkan dan tidak dapat menghantarkan atau semikonduktor, dan 3) sifat
bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik atau isolator.
Bahan yang termasuk konduktor adalah bahan yang mempunyai satu sampai
tiga elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai
penghantar listrik yang baik, misalnya tembaga, besi, aluminium, dan
logam-logam lain pada umumnya. Bahan yang termasuk semikonduktor adalah bahan yang
mempunyai empat elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat
sebagai penghantar listrik yang baik pada kondisi tertentu dan sebagai isolator
yang baik dan juga pada kondisi lainny, misalnya karbon, germanium, dan
silicon. Bahan yang termasuk dalam isolator adalah bahan yang mempunyai lima sampai delapan elektron pada orbit
terluar dan mempunyai sifat sebagai penghantar listrik yang tidak baik.
Elektron tertahan sangat kuat dan elektron sangat sulit untuk mengalir. Bahan
yang termasuk isolator misalnya kaca, karet, kayu dan lain-lain.
c.
listrik
Listrik dibagi menjadi dua yaitu
listrik statis dan listrik dinamis. Dalam listrik tidak terjadi aliran
elektron. Contohnya pada penggaris mika yang digesekan ke rambut, penggaris akan
bermuatan listrik. Listrik dinamis yaitu listrik yang dapat mengalir, terdiri
dari dua macam yaitu DC (irect current) arus searah, an AC (alternating
current) arus bolak balik.
d.
Teori Aliran Arus Listrik
Teori dalam aliran arus listrik
yaitu ada dua, teori konvensional dan teori elektron. Teori konvensional adalah
arus listrik yang mengalir dari positif
ke negative atau dari kelebihan proton atau daerah yang berpotensi tinggi (+)
ke daerah yang paling rendah (Bonnick 2008:198). Sedangkan teori elektron
menyatakan bahwa arus listrik mengalir dari negative ke positif atau kelebihan
elektron menyebabkan suatu daerah yang berpotensial negatif (-) mengalir ke
daerah yang kekurangan elektron (+) untuk menyeimbangkan (horner, 1986).
e.
Pemanfaatan Listrik
Energi listrik merupakan bentuk
energi yang tidak dapat dilihat, disentuh, didengar, dan dicium oleh indra
manusia. Namun, energy listrik dapat dilihat dan dirasakan dari efek-efek yang
ditimbulkannya. Misalnya lampu menyala terang setelah saklar dihidupkan, setrika
listrik menjadi panas setelah
dihubungkan dengan sumber listrik.
Beberapa contoh alat-alat listrik
yang menunjukkan efek-efek yang
ditimbulkan
oleh listrik dalam kehidupan sehari-hari dapat diuraikan sebagai
berikut.
1.
Energi listrik menjadi panas : kompor listrik, pemanas (heater) pada ceret
untuk
memasak air, setrika listrik, solder, penanak nasi listrik, pemantik
rokok
pada kendaraan, window defoger, dan lain-lain.
2.
Energi listrik menjadi cahaya : lampu pijar, lampu tabung (lampu neon),
lampu-lampu
pada kendaraan, dan-lain-lain
3.
Energi listrik menjadi kimia : pada baterai saat pengisian (recharging)
4.
Energi listrik menjadi magnetik (elektromagnet) : solenoid pada motor
starter,
koil pada sistem pengapian mobil, kumparan rotor pada
alternator, dan lain-lain.
ConversionConversion EmoticonEmoticon