Elektroskop dan Generator Van De Graaff

Elektroskop adalah alat sejenis yang lebih sederhana, yang bekerja berdasarkan prinsip yang serupa, tapi hanya menunjukkan besaran relatif voltase atau muatan listrik.
cara kerja elektroskop sebagai berikut :
1. Dalam keadaan normal suatu benda mempunyai muatan netral.
2. Muatan yang sama saling tolak menolak, muatan yang berlainan saling tarik menarik.
3. Elektron bermuatan negatif.
4. Logam dengan elektron bebas merupakan konduktor.

Medan listrik
Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C atau dibaca newton/coulomb. Medan listrik umumnya dipelajari dalam fisika dan bidang-bidang terkait. Secara tak langsung bidang elektronika telah memanfaatkan medan listrik dalam kawat konduktor (kabel).
Asal medan listrik
Rumus matematika untuk medan listrik dapat diturunkan melalui Hukum Coulomb, yaitu gaya antara dua titik muatan:
Menurut persamaan ini, gaya pada salah satu titik muatan berbanding lurus dengan besar muatannya. Medan listrik didefinisikan sebagai suatu konstan perbandingan antara muatan dan gaya
Maka, medan listrik bergantung pada posisi. Suatu medan, merupakan sebuah vektor yang bergantung pada vektor lainnya. Medan listrik dapat dianggap sebagai gradien dari potensial listrik. Jika beberapa muatan yang disebarkan menghasiklan potensial listrik, gradien potensial listrik dapat ditentukan.
Robert J. Van de Graaff
Lahir 20 Desember 1901
Tuscaloosa, Alabama
Wafat 16 Januari 1967
Boston, Massachusetts
Warga negara Amerika (Keturunan Belanda)
Bidang fisika
Alma Mater University of Alabama
La Sorbonne
University of Oxford
Dikenal atas Generator Van de Graaff
Robert Jemison Van de Graaff (lahir 20 Desember 1901 – meninggal 16 Januari 1967 pada umur 65 tahun) adalah seorang fisikawan berkebangsaan Amerika Serikat. Van de Graaff lahir sebagai anak terakhir dari empat bersaudara dari pasangan suami-istri bernama Adrian Sebastian Van de Graaff dan Minnie Cherokee Hargrove . Van De Graff lahir di kota kecil Tuscaloosa, negara bagian Alabama, Amerika Serikat.
Pendidikan
Pendidikan Van de Graaff diperoleh dari Alabama Public School, dan kemudian dilanjutkan di Universitas Alabama hingga lulus dan memperoleh gelar sarjana sains pada tahun 1922. Gelar Master Sains juga diperolehnya di Universitas Alabama pada tahun 1923. Pada tahun 1924,Van de Graff melanjutkan studinya ke kota Sorbonne,di Paris, Perancis. Di sanalah ia bertemu dengan Marie Curie, pertemuannya dengan Marie Curie kemudian menginspirasi percobaan Van de Graff di masa depan.
Inspirasi yang akhirnya mendorong Van de Graaff mengembangkan listrik statis bertegangan tinggi yang akan digunakan Van de Graaff untuk melakukan riset mengenai pemisahan inti atom yang menghasilkan reaksi ledakan nuklir. Pada tahun 1928, Van de Graaff berhasil memperoleh gelar PhD atas penelitiannya mengenai listrik tegangan tinggi dari Universitas Oxford di Inggris. Kemudian pada awal tahun 1929, ia kembali ke Amerika Serikat,dan diangkat sebagai peneliti kehormatan negara pada Universitas Princeton. Saat itu ia juga berhasil mengembangkan listrik statis sebesar 10.000 volts dengan generator listrik yang dirancang oleh Lord Kelvin.
Temuan
Generator Van de Graaff
Temuan terkenal Van de Graaff adalah Generator Van de Graaff,yang gunanya untuk menghasilkan Listrik statis.
Pengembangan
Sebelum hubungan antara magnet dan listrik ditemukan, generator menggunakan prinsip elektrostatik. Mesin Wimshurst menggunakan induksi elektrostatik atau "influence". Generator Van de Graaff menggunakan satu dari dua mekanisme:
Penyaluran muatan dari elektroda voltase-tinggi
Muatan yang dibuat oleh efek triboelectric menggunakan pemisahan dua insulator
Generator elektrostatik tidak efisien dan berguna hanya untuk eksperimen saintifik yang membutuhkan voltase tinggi.
Cara Kerja Generator Van De Graaff



Bagian dari generator van der graaf

Secara umum, dua konduktor yang dipisahkan dengan suatu jarak tidak akan berada pada potensial yang sama. Beda potensial antara konduktor tersebut bergantung pada bentuk geometrinya, jaraknya dan muatan bersih masing-masing. Ketika dua konduktor disambung, muatan pada konduktor menyebar dengan sendirinya sehingga keseimbangan elektrostatik terbentuk dan medan listrik nol dalam konduktor. Ketika tersambung kedua konduktor dianggap sebagai konduktor tunggal dengan permukaan ekipotensial tunggal. Perpindahan muatan dari satu konduktor ke yang lain disebut pembagian muatan (charge sharing).
Pada gambar, konduktor kecil membawa muatan positif q berada di dalam lubang konduktor besar. Dalam keseimbangan, medan listrik nol di dalam material menghantar kedua konduktor. Garis-garis medan listrik yang meninggalkan muatan positif q dan harus berakhir pada permukaan dalam konduktor besar. Apabila konduktor dihubungkan dengan kabel (kawat penghantar yang baik), semua muatan yang semula berada di konduktor kecil akan mengalir ke yang besar.
 
Ketika hubungan ini putus, tidak ada muatan di konduktor kecil dalam lubang dan tidak ada garis medan pada bagian mana saja di permukaan luar konduktor besar. Mauatn positif dipindah dari konduktor kecil seluruhnya yang terletak di permukaan luar konduktor besar. Apabila diletakkan lagi muatan lebih positif pada konduktor dalam akan mengalir lagi ke konduktor luar. Prosedur ini dapat terulang untuk jangka waktu yang tak terbatas.Metode inilah yang digunakan oleh van de graff untuk menghasilkan potensial besar dalam generator, dimana muatan dibawa ke permukaan dalam konduktor bola besar dengan membawa muatan ke bola luar yang berada pada potensial tinggi. Muatan bersih yang lebih besar di konduktor luar, potensialnya lebih besar.
Secara sederhananya, kerja generator Van De Graff yaitu apabila ujung runcing H dihubungkan dengan tegangan tinggi searah 2 x 104 V atau 20kV, mengandung muatan positif yang besar. Ujung runcing H bersentuhan dengan sabuk yang digerakkan oleh motor penggerak atau engkol tangan yang terhubung melalui roller F. gesekan antar sabuk dan ujung runcing H bermuatan positif menyebabkan elektron-elektron (muatan negative) dari sabuk ditarik ke ujung runcing H. ini menyebabkan sabuk kiri yang tadinya netral akan mengandung sejumlah besar muatan positif. Sabuk ini bergerak membawa muatan positif menuju ke kubah setengah bola yang ditopang oleh sepasang tiang berisolasi. Saat melewati ujung runcing G sabuk meninduksikan muatan pada konduktor ini yang karena ujungnya runcing, menimbulkan intensitas medan yang tingginya cukup untuk menionisasi udara antara ujung runcing dan sabuk. Maka udara yang terionisasi ini menjadi “jembatan” penghantaran bagi muatan positif pada sabuk guna dapat mengalir ke konduktor A. Sehingga fungsi dari ujung runcing G yang terdapat dalam kubah ialah mengumpulkan muatan positif dari sabuk, dan memindahkannya ke permukaan luar kubah. Sebagai hasilnya pada kubah terkumpul muatan positif yang sangat besar. Ketika meninggalkan katrol E, sabuk itu menjadi bermuatan negative dan sisi kanannya mengangkut muatan negative ini ke luar dari terminal atas. Pengambilan muatan negatif ekuivalen dengan penambahan muatan positif, sehingga kedua sisi sabuk berperan menaikan muatan netto positif terminal A. Muatan negatif terambil dari sabuk pada ujung runcing H, lalu mengalir ke tanah.

 

Pengumpulan muatan pada kubah tidak dapat berlanjut tanpa batas, karena akhirnya pelepasan muatan akan terjadi di udara. Untuk memahami hal ini, perhatikan bahwa lebih banyak muatan terkumpul pada permukaan luar kubah, besar medan listrik pada kubah juga meningkat. Akhirnya, kekuatan medan lsitrik menjadi cukup untuk mengionisasi sebagian molekul udara di dekat permukaan kubah. Ini membuat sebagian udara bersifat konduksi (dapat menghantarkan muatan listrik). Muatan-muatan pada kubah sekarang memilki jalan untuk bocor menuju udara di sekitarnya. Pelepasan muatan ke udara ini dapat menimbulkan ”ledakan petir”.

Cara Kerja Elektroskop

Secara umum , elektroskop terdiri atas kepala elektroskop, berupa tutup logam dan daun elektroskop, berupa kertas aluminium yang sangat tipis atau kertas emas.


contoh elektroskop + dan -

Apabila sebatang pelat politen yang bermuatan negatif didekatkan pada kepala elektroskop yang netral, maka elektron di dalam kepala elektroskop berpindah menuju pelat dan daun elektroskop. Akibatnya, kepala elektroskop kekurangan elektron (bermuatan positif) dan daun elektroskop kelebihan elektron (bermuatan negatif). Pelat dan daun sama-sama bermuatan listrik negatif. Sehingga terjadi gaya tolak-menolak. Dan daun elektroskop membuka (mekar).

Apabila kepala elektroskop netral di dekatkan sebatang kaca yang bermuatan listrik positif, maka elektron – elektron yang berada pada daun dan pelat elektroskop ditarik menuju kepala elektroskop (Ingat positif-negatif saling tarik menarik). Akibatnya , kepala elektroskop bermuatan listrik negatif, pelat dan daun elektroskop membuka (mekar) karena terjadi gaya tolak menolak.

Elektroskop yang telah bermuatan listrik ini dapat digunakan unutk mengetahui jenis muatan. Apabila benda yang didekatkan kepala elektroskop menyebabkan daun elektroskop lebih mekar, maka muatan listrik pada kepala elektroskop adalah sejenis dengan benda yang didekatkan. Apabila benda yang di dekatkan menyebabkan daun elektroskop lebih kuncup, maka muatan listrik pada kepala elektroskop adalah tidak sejenis dengan benda yang di dekatkan.

0 komentar:

Poskan Komentar