keelektrikan 2

Bab 17

Keelektrikan

Keelektrikan adalah  suatu kakas dasar alam , seperti juga gravitasi . tetapi apabila kakas gravitasi antara dua benda  gayut pada massa-massa mereka, kakas elektrik antara dua benda gayut pada muatan mereka . muatan adalah suatu sifat dasar zarah keunsuran (electron, proton, dan neutron) yang menyusun materi biasa . di dalam kenyataan ,sebenarnya yang menahan atom menjadi satu adalah kakas elektrik antara proton dan electron di dalam sebuah atom .

Kegunaan praktis keelektrikan  dimungkinkan oleh kemampuan kita untuk membangkitkan dan mengendalikan aliran darah-darah bermuatan . di dalam bab ini kita membahas asas-asas keelektrikan yang diperlukan untuk memahami peranti-peranti , seperti misalnya sinar x dan tabung sinar katode . di dalam bab-bab berikutnya kita bahas instrument dan peranti yang mengunakan aliran electron di dalam kawat .

Kakas-kakas dasar

Semua kakas yang telah dibicarakan di dalam buku ini , seperti gesekan , kakas- apung , dan tegangan muka , adalah efek-efek yang teramati dari kakas antara atom-atom dari benda terkait . kakas – kakas teramati ini tidak dianggap sebagai dasar karena , dalam asas , mereka dapat dianalisis di dalam kakas-kakas atomic. Bahkan kakas antara atom-atom adalah  bukan dasar karena dapat dianalisis lebih jauh dalam kakas antara zarah-zarah yang menyusun atom-atom tersebut.

Ada tiga macam zarah di dalam atom : proton,neutron, dan electron . proton dan neutron terletak rapat bersama untuk membentuk teras pusat yang rapat,atau inti(nucleus),dari atom . inti mengandung lebih 99,95 persen masa atom,tetapi ia hanya menempati sebagian kecil dari volume atom . electron,yang mengerumuni inti , mengandung 0,05 persen masa sisanya dan menghuni sebagian besar dari volume.

Karena proton,neutron,dan electron itu sendiri tidak lagi terdiri dari zarah-zarah yang lebih kecil , mereka dikatakan sebagai zarah-zarah keunsuran (elementer) , dan kakas antara mereka adalah kakas dasar alam . semua materi bila tersusun oleh zarah-zarah keunsuran tersebut , dan dengan demikian semua kakas pada akhirnya dapat dipahami dalam kakas – kakas dasar antara mereka . pada saat sekarang , empat kakas dasar  yang jelas berbeda telah dikenal:

1.       Kakas gravitasi(gravitas)

2.       Kakas elektromagnetik(keelektrikan dan kemagnetan)

3.       Kakas inti(nuklir)

4.       Kakas lemah

Sebenarnya  kakas gravitasi  adalah kakas dasar yang paling lemah karena besar kakas gravitasi anatara dua zarah keunsuran adalah jauh lebih kecil  daripada besar setiap kakas dasar yang lain . kakas gravitasi antara zarah-zarah keunsuran adalah begitu lemahnya ,di dalam kenyataannya ,sehingga ia tidak mempunyai efek yang terukur pada kelakuan zarah-zarah ini di dalam atom. Hanya benda yang berukuran astronomis mempunyai cukup masa untuk memberikan cukup kakas gravitasi yang signifikan pada suatu atom . karena kakas ini adalah tarikan ,benda semacam itu menarik debu dan atom-atom di dalam luar angkasa di sekitarnya .pertambahan materi ini menaikan masa benda tersebut ,sehingga kakas gravitasi yang dapat dikenakannya juga bertambah. Sebagai akibatnya ,benda itu menarik lebih banyak materi , yang menambah massanya bertambah lebih lagi. Inilah bagaimana kumpulan materi yang sangat besar ,seperti bintang-bintang dan galaksi bintang ,dibentuk dari debu dan atom-atom yang terhambur di seluruh luar angkasa . gravitasi jelas sekali merupakan kakas yang paling penting yang mengendalikan struktur  benda-benda astronomis.

Kakas elektromagnetik adalah kakas utama yang menentukan struktur atom-atom. Electron-elektron dipertahankan dalam edaran sekitar inti oleh tarikan elektris, persis seperti planet-planet dipertahankan dalam edaran sekitar matahari oleh gaya tarikan gravitasi. Electron-elektron juga mengenakan kakas elektrik satu pada lainnya , dan kakas antara dua atom yang  berdekatan adalah kakas elektrok antara electron-elektron dan inti –inti mereka saja . dengan demikian semua  kakas kehidupan sehari-hari ,dengan kekecualian gravitas ,adalah berasal dari elektromagnetik .

Proton-proton dan neutron –neutron di dalam inti dipegang bersama oleh kakas inti . kakas ini dalah sangat kuat bila zarah-zarah sangat berdekatan ,tetapi ia berkurang cepat sekali dengan bertambahnya jarak . misalnya, kakas inti antara dua neutron dapat dikatakan nol bila mereka terpisah lebih dari  m . ini berarti bahwa  kakas inti tidak sampai mencapai lebih jauh dari electron-elektron atom terluar , yang sejauh  m dari inti . jadi, meskipun kakas inti terutama adalah untuk mempertahankan inti menjadi satu , ia tidak memainkan peran langsung dalam interaksi atom satu dengan lainnya .

Kakas lemah adalah juga kakas berjangkau – pendek yang  terkungkung seluruhnya di dalam inti . kakas ini bertanggung jawab terhadap beberapa bentuk radioaktivitas , yang merupakan transformasi (alihragam ) spontan inti satu macam atom kedalam inti yang lain.

Kakas elektromagnetik dengan demikian adalah kakas utama yang mengusai fisika dan kimia dari materi biasa . kakas ini juga mempunyai  kegunaan praktis yang besar , karena keseluruhan kebudayaan teknologis kita didasarkan pada pembangkitan daya  elektris dan pengunaannya di dalam motor, pencahayaan , dam pemanasan.

Hukum coulomb

Meskipun kakas –kakas elektrik dan gravitasi adalah secara mendasar berbeda satu dengan lainnya , mereka mempunyai  sejumlah sifat yang serupa .

Soal-soal

1.       A) berapa besar kakas yang dikenakan pada muatan +7 C oleh muatan -2 C yang jauhnya 2 cm?

B) apakah kakas itu tarikan atau tolakan ?

Jawaban: a)4,72× N b) tarikan

2.       Andaikan bahwa muatan pada bola-bola logam sebuah mesin imbas berturut-turut adalah +1,4× C dan -1,4 × C . berapa kakas yang dikenakan oleh satu bola pada yang lain bila bola terpisah sejauh 5 cm? jawaban: 6 kakas

3.       A) berapa massa sekelompok proton dengan muatan total sebanyak 1C?

b) berapakah muatan total 1 kg proton?

Jawaban: a) 1,04× kg b) 0,96×C

4.       A) hitunglah kakas elektrik antara satu kilogram proton dan satu  kilogram electron yang dipisahkan sejauh 6×m ( ruji bumi). B)berapakah kakas gravitasi antara benda-benda tersebut di atas?

5.       Sebuah batang gelas digosok dengan sutra memproleh muatan sebesar +3×C . berapa banyak electron yang dipindahkan dari gelas ke sutra ?

Jawaban: 1,9×

6.       Hitunglah kakas pada muatan sebesar 5×C yang dikenakan oleh muatan sebesar  3×C untuk nilai-nilai r yang berikut : 0,5; 2,0; 2,5 dan 3,0m. gambarkan kakas terhadap r