LISTRIK STATIS DAN SYARAF

Beberapa kosep yang akan dipelajari pada bab ini, diantaranya: konsep atom, benda bermuatan listrik setelah digosok, gaya reaksi antar benda bermuatan listrik, medan listrik, potensial listrik, dan kerja listrik pada syaraf. 

Atom merupakan partikel terkecil suatu zat. Model atom identik dengan tata surya. Inti atom layaknya matahari dalam tata surya, sedangkan elektron layaknya planet dalam tata surya. Inti atom disebut juga nukleon. Pada inti atom terdiri partikel proton dan neutron. Sedangkan elektron berada pada kulit atom, yang terus bergerak mengelilingi inti atom. Elektron bermuatan listrik negatif, proton bermuatan listrik positif, sedangkan neutron tidak bermuatan listrik. 

a. Konsep Atom

Untuk memfokuskan inti materi pada konsep ini, berikut beberapa pertanyaan sebagai apersepsi:

1. Apakah atom itu?

2. Atom tersusun atas partikel apa saja, dan bagaimana modelnya?

3. Apa partikel atom yang dengan mudah bisa berpindah ke atom lain?

4. Apa ciri atom netral?

5. Apa ciri atom bermuatan positif?

6. Apa ciri atom bermuatan negatif?

 

Atom merupakan partikel terkecil suatu zat. Model atom identik dengan tata surya. Inti atom layaknya matahari dalam tata surya, sedangkan elektron layaknya planet dalam tata surya. Inti atom disebut juga nukleon. Pada inti atom terdiri partikel proton dan neutron. Sedangkan elektron berada pada kulit atom, yang terus bergerak mengelilingi inti atom. Elektron bermuatan listrik negatif, proton bermuatan listrik positif, sedangkan neutron tidak bermuatan listrik. 

Tentang model atom bisa disimak pada video ini: Klik Di sini Video Model Atom

Umumnya atom netral (tidak bermuatan listrik) namun karena suatu hal atom bisa bermuatan listrik positif juga bisa bermuatan listrik negatif. Pada atom netral memiliki jumlah elektron yang sama dengan jumlah proton. Pada atom bermuatan positif memiliki jumlah elektron lebih sedikit dari pada jumlah proton. Pada atom bermuatan negatif memiliki jumlah elektron lebih banyak dari pada jumlah proton.

b. Benda yang Bermuatan Listrik Ketika Digosok

Untuk memfokuskan belajar kita, berikut beberapa pertanyaan apersepsi:

1. Ada beberapa benda yang semula netral ketika digosok dengan benda lain bisa menjadi bermuatan listrik, partikel apa yang dengan mudah berpindah ke benda lain pada kejadian tersebut?

2. Jika plastik digosok dengan wol maka ke mana perpindahan elektronnya? dan apa yang terjadi pada kedua benda tersebut?

 3. Jika kaca digosok dengan sutra maka ke mana perpindahan elektronnya? dan apa yang terjadi pada kedua benda tersebut?

Banyak benda yang bisa bermuatan listrik ketika digosok dengan benda lain. Namun yang lazim untuk percobaan adalah penggaris plastik digosok dengan wol. selain itu, juga kaca yang digosok dengan sutra. 

Ketika penggaris plastik digosok dengan wol akan terjadi perpindahan elektron dari wol ke penggaris plastik. Sehingga penggaris plastik kelebihan elektron dan wol kekurangan elektron. Akibatnya penggaris plastik akan bermuatan negatif, sedangkan wol akan bermuatan positif. 

Ketika kaca digosok dengan sutra akan terjadi perpindahan elektron dari kaca ke sutra. Sehingga kaca kekurangan elektron dan sutra kelebihan elektron. Akibatnya kaca akan bermuatan positif, sedangkan sutra akan bermuatan negatif.

c. Gaya Interaksi Antar Atom Bermuatan Listrik

Untuk memfokuskan belajar kita, berikut pertanyaan apersepsi:

1. Apa yang akan terjadi apabila benda bermuatan listrik positif didekatkan dengan benda bermuatan listrik positif?

2. Apa yang akan terjadi apabila benda bermuatan listrik negatif didekatkan dengan benda bermuatan listrik negatif?

3. Apa yang akan terjadi apabila benda bermuatan listrik positif didekatkan dengan benda bermuatan listrik negatif?

4. Apa saja yang mempengaruhi besar kecilnya gaya interaksi antara dua benda bermuatan listrik?

5. Bagaimana persamaan besar gaya interaksi antara dua benda bermuatan listrik?

Apabila ada dua benda bermuatan listrik saling didekatkan, akan terjadi gaya tarik menarik atau tolak menolak.

Antara dua benda bermuatan listrik tidak sejenis apabila didekatkan akan saling tarik menarik, misalnya benda bermuatan positif didekatkan dengan benda bermuatan negatif. Sedangka antara dua benda bermuatan listrik sejenis apabila didekatkan akan saling tolak menolak, misalnya benda bermuatan positif didekatkan dengan benda bermuatan positif, benda bermuatan negatif didekatkan dengan benda bermuatan negatif.

Atas sifat interaksi antar muatan listrik tersebut di atas, maka kita bisa membuat alat untuk mendetaksi ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda. alat ini disebut elektroskop. Untuk mengetahui prinsip kerja elektroskop bisa menyimak video ini.

Kita juga bisa membuat elektroskop sederhana, seperti video ini: 

 

Gaya yang ditimbulkan karena adanya interaksi dua benda bermuatan listrik yang berdekatan disebut gaya Coulomb. Besarnya gaya coulomb dipengaruhi oleh tiga hal, yaitu besar muatan listrik benda 1, besar muatan listrik benda 2, dan jarak antara kedua benda yang bermuatan listrik tersebut. Semakin besar muuatan listrik 1 dan atau semakin besar muatan listrik benda 2 akan menyebabkan gaya coulomb semakin besar. Demikian pula semakin dekat jarak antara kedua benda bermuatan listrik tersebut, juga akan semakin besar gaya coulomb yang terjadi. Untuk lebih jelasnya cermati gambar dan penersamaan di bawah ini.

Keterangan: 

F₁₂ dan F₂₁ = gaya coulomb= gaya interaksi antara benda 1 dan benda 2 (N)

k: konstanta atau tetapan =9X10⁹ (N.m².C^-2)

q₁: besar muatan listrik benda 1 (C)

q₂: besar muatan listrik benda 2 (C)

r: jarak antara kedua benda bermuatan listrik (m)

Gaya coulomb tersebut diatas lazim disebut gaya listrik. Selain gaya listrik, masih ada beberapa besaran yang lain, diantaranya medan listrik dan potensial listrik. 

Medan listrik adalah area disekitar benda bermuatan listrik yang masih ada pengaruh gaya listrik. Besar medan listrik adalah gaya listrik per satu coulomb muatan listrik. medan listrik dirumuskan E=F/q atau E=k.q/r²

Arah medan listrik adalah keluar untuk disekitar muatan positif. Arah medan listrik adalah masuk untuk disekitar muatan negatif. Untuk jelasnya perhatikan gambar berikut.

Potensial listrik adalah besar energi listrik untuk memindahkan satu coulomb muatan listrik. Potensial listrik dirumuskan V=W/q atau E=k.q/r

Penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari diantaranya: Pengendap Elektrostatis, Mesin Fotokopi, Penangkal Petir, Sisir Rambut, Penggaris dengan Kain Wol, Generator Van de Graff, Cat Semprot, Printer Laser, Elektrokardiograf, Theremin, dan lain-lain, untuk jelasnya bisa dilihat pada link ini, klik Contoh Penerapan Listrik Statis

Selain itu, ternyata kelestrikan juga terjadi pada syaraf tabuh manusia dan beberapa hewan listrik. Sebelum berlanjut ke materi selanjutnya, bisa disimak Video Listrik Statis dan Syaraf

d. Kelistrikan pada Syaraf

Di dalam tubuh manusia terdapat listrik. Semua aktivitas manusia dikendalikan oleh otak dan diaktifkan dengan sinyal listrik. Otak memutuskan perintah dan diantarkan oleh sinyal listrik ke bagian tubuh yang dituju melalui sistem saraf. Neuron adalah sel saraf yang bertanggung jawab seperti kabel listrik, ia menghantarkan sinyal listrik ke seluruh tubuh manusia. Manusia memiliki sistem saraf yang berisikan 100 miliar neuron yang saling berhubungan.

Didalam sel manusia terdapat ion kalium yang bersifat negatif dan diluar sel terdapat ion natrium yang bersifat positif. Ion kalium dan natrium tersebut dibatasi oleh mebran sel. Saat tubuh beristirahat, tubuh bersifat negatif karena lebih banyak ion kalium dibanding ion natrium menghasilkan potensial membran sebesar -70 milivolt.

Bagaimana Sinyal Listrik dalam Tubuh Bekerja? Misalkan saat kamu tidur, ada semut yang menggigit kakimu. Maka membran sel sakit pada kaki akan terbuka, dan ion kalium akan keluar dari sel dan ion natrium memasuki sel, menghasilkan impuls lisrik.

Listrik yang terdapat pada tubuh makhluk hidup disebut dengan biolistrik. Berbeda dengan listrik yang berasal dari elektron seperti baterai, listrik dalam tubuh makhluk hidup berasal dari ion. Jadi, listrik yang ada dalam tubuh kita bukan seperti listrik yang mengalir pada kabel listrik.

Biolistrik yang dimiliki setiap manusia bersumber dari ATP (Adenosine Tri Posphate) di mana ATP ini dihasilkan oleh mitokondria melalui proses respirasi sel. Sel-sel mampu menghasilkan potensial listrik yang merupakan lapisan muatan positif pada permukaan luar dan lapisan muatan negatif pada permukaan dalam bidang batas atau membran. Jika diibaratkan, lapisan muatan positif dan lapisan muatan negatif ini sama seperti katoda dan anoda dalam baterai.

Jika baterai berguna untuk alat-alat listrik, biolistrik berguna untuk tubuh makhluk hidup. Contohnya seperti perjalanan impuls saraf menuju ke efektor pada tubuh manusia menjadi sangat cepat karena adanya proses kelistrikan pada sel saraf. Sel saraf juga disebut sebagai Neuron, dialah yang berperan dalam menghantarkan impuls atau rangsangan.

Bagian-Bagian Neuron

Neuron yang berperan penting untuk menghantarkan isyarat biolistrik dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu: badan sel, dendrit dan akson. Bisa dicermati dari ilustrasi neuron di bawah ini.

 Badan Sel

Mengandung inti sel dan sitoplasma. Di dalam sitoplasma terdapat mitokondria yang berfungsi sebagai penyedia energi untuk membawa rangsangan.

Dendrit

Dendrit adalah serabut-serabut yang merupakan penjuluran sitoplasma. Dendrit umumnya banyak dan pendek-pendek. Fungsinya untuk membawa rangsangan ke badan sel.

Akson (Neurit)

Dendrit adalah serabut-serabut dari penjuluran sitoplasma. Bedanya dengan dendrit, akson ukurannya lebih panjang. Fungsinya untuk membawa dari badan sel ke sel saraf lain.

Jenis-Jenis Neuron

Ada tiga jenis neuron. Ada neuron sensorik (Sel Saraf Sensorik) yang berfungsi membawa impuls dari reseptor (indra) ke pusat saraf, yaitu otak dan sumsum tulang belakang. Kemudian neuron motorik (Sel Saraf Motorik) yang berfungsi membawa impuls dari pusat saraf menuju ke otot atau kelenjar. Terakhir ialah neuron konektor (Sel Saraf Perantara) yang banyak terdapat di otak dan sumsum tulang belakang. Fungsinya untuk membawa impuls dari neuron sensorik ke neuron motorik.

Setelah memahami bagian-bagian sel saraf atau neuron serta fungsi-fungsinya, sekarang kita akan membahas tentang pergerakan impuls. Impuls bisa dikatakan sebagai pulsa listrik yang menjalari serabut saraf. Pergerakan impuls ada dua yaitu gerak sadar dan gerak tak sadar.

d.1. Pergerakan Impuls Gerak Sadar

Gerak sadar adalah gerakan yang terjadi karena disadari atau disengaja. Contohnya ialah ketika kamu mengambil charger dan menghubungkannya ke stop kontak. Gerakan tersebut timbul karena adanya perintah dari pusat ke otak.

d.2. Pergerakan Impuls Gerak Tak Sadar

Gerak tak sadar adalah gerak yang tidak disengaja atau tidak disadari, biasa disebut juga dengan gerak refleks. Contoh dari gerak tak sadar ialah ketika tanganmu tak sengaja menyentuh CPU yang menyala lalu kesetrum, kamu akan secara reflek menarik tanganmu. Gerak yang kamu lakukan tadi adalah gerakan yang timbul secara tiba-tiba. Tidak disadari dan tidak dapat dicegah.

Berdasarkan pergerakan tersebut, biolistrik pada suatu otot dapat menyebar ke seluruh tubuh seperti gelombang pada permukaan air. Gelombang listrik tersebut dapat diamati dengan memasang beberapa elektroda pada permukaan kulit. Hasil dari pengamatan tersebut dapat kita gunakan untuk mendiagnosa kesehatan kita Squad. Contohnya, kita dapat menggunakan Elektrokardiogram (EKG) untuk mendiagnosa kesehatan jantung kita.

Selain pada jantung, aktivitas pada otak juga dapat dimonitor dengan cara yang sama yaitu dengan memasang beberapa elektroda pada posisi tertentu. Kemudian isyarat listrik yang dihasilkan dapat mendiagnosa beberapa penyakit atau gejala penyakit seperti epilepsi, tumor, gegar otak dan kelainan otak lainnya. Jadi, dapat dikatakan bahwa semua aktivitas hidup manusia dan makhluk hidup lainnya melibatkan fenomena kelistrikan yang dihasilkan oleh jutaan molekul biologi di tubuh kita.

Nah, sekarang sudah terjawab bahwa tubuh kita memang memiliki aliran listrik, tapi tidak digunakan untuk mengalirkan listrik pada alat-alat elektronik, tapi untuk membantu sel saraf menghantarkan impuls.