Listrik statis

Listrik statis adalah ketidakseimbangan muatan listrik dalam atau pada permukaan benda. Muatan listrik tetap ada sampai benda kehilangannya dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik. Listrik statis kontras dengan arus listrik, yang mengalir melalui kabel atau konduktor lainnya dan mentransmisikan listrik.^[1]

Sebuah muatan listrik statis dibuat setiap kali dua permukaan terhubung dan terpisah, dan setidaknya salah satu permukaan memiliki resistensi yang tinggi terhadap arus listrik (dan karena itu adalah isolator listrik). Efek listrik statis yang akrab bagi kebanyakan orang karena orang dapat merasakan, mendengar, dan bahkan melihat percikan sebagai kelebihan muatan dinetralkan ketika dibawa dekat dengan konduktor listrik yang besar (misalnya, dialirkan ke tanah).

Sejarah

Di era budaya sekitar laut Mediterania ditemukan beberapa benda, seperti batang amber, jika digosok dengan bulu kucing maka bulu kucing tersebut dapat menarik benda ringan seperti bulu. sekitar tahun 600 BC. seorang ilmuwan bernama Thales membuat beberapa percobaan pada listrik statis dimana ia menemukan bahwa amber magnetik kebalikan dari mineral sehingga tidak perlu digosok. Pada saat itu Thales belum terlalu mengamati efek magnet yang tarik-menarik, hingga perkembangan sains membuktikan adanya hubungan antara magnetisme dan listrik.^[2]

Dasar

Muatan listrik

Coulomb merupakan satuan dalam mengukur besar atau kecilnya suatu muatan listrik. Muatan listrik ada yang positif dan negatif. Kelebihan elektron pada sebuah benda menyebabkan benda tersebut memiliki muatan listrik negatif, dan bila benda itu bermuatan postif maka benda tersebut kekurangan elektron. Jumlah muatan negatif dan postif pada sebuah benda sama maka benda tersebut memiliki muatan netral. 1 Elektron = -1,6 x 10-19 coulomb 1 Proton = -1,6 x 10-19 coulomb.^[3]

Penyebab

Material terbuat dari atom yang biasanya netral secara elektrik karena mengandung muatan positif (proton dalam nukleus) dan muatan negatif (elektron dalam "kulit" yang mengelilingi inti dalam jumlah yang sama). Fenomena listrik statis membutuhkan pemisahan muatan positif dan negatif. Ketika dua material bersentuhan, elektron dapat berpindah dari satu material ke material lainnya, yang meninggalkan kelebihan muatan positif pada satu bahan, dan muatan negatif yang sama pada bahan lainnya. Ketika bahan dipisahkan mereka mempertahankan ketidakseimbangan muatan ini. Elektron dapat bertukar antara material ketika terjadi kontak; material dengan elektron yang terikat lemah cenderung kehilangannya sementara material dengan lapisan terluar yang terisi jarang cenderung menerima elektron. Ini dikenal sebagai efek triboelektrik dan menghasilkan satu material menjadi bermuatan positif dan yang lainnya bermuatan negatif. Polaritas dan kekuatan muatan pada suatu material setelah dipisahkan bergantung pada posisi relatifnya dalam deret triboelektrik.

Pencegahan

Sebuah tali pergelangan tangan antistatis dengan penjepit buaya.

Menghilangkan atau mencegah penumpukan muatan listrik statis dapat dilakukan dengan cara sederhana seperti membuka jendela atau menggunakan pelembab udara untuk meningkatkan kadar air di udara, membuat atmosfer menjadi lebih konduktif. Pengionisasi udara dapat melakukan hal yang sama.^[4]

Barang-barang yang sangat sensitif terhadap pelepasan listrik statis dapat ditangani dengan menggunakan bahan antistatis, yang menambahkan lapisan permukaan penghantar yang memastikan muatan berlebih didistribusikan secara merata. Pelembut kain dan lembaran pengering yang digunakan dalam mesin cuci dan pengering pakaian adalah contoh bahan antistatis yang digunakan untuk mencegah dan menghilangkan penempelan listrik statis.^[5]

Banyak perangkat semikonduktor yang digunakan dalam elektronik sangat sensitif terhadap pelepasan listrik statis. Bahan antistatik konduktif biasanya digunakan untuk melindungi komponen tersebut. Orang yang bekerja di sirkuit yang berisi perangkat ini sering mengardekan diri dengan tali antistatis konduktif.^[6]^[7]

Pada industri seperti pabrik cat atau tepung serta di rumah sakit, sepatu keselamatan antistatis terkadang digunakan untuk mencegah penumpukan muatan statis akibat kontak dengan lantai. Sepatu ini memiliki sol dengan konduktivitas yang baik. Sepatu anti-statis tidak boleh disamakan dengan sepatu isolasi, yang justru memberikan manfaat sebaliknya – beberapa perlindungan terhadap kejutan listrik yang serius dari tegangan listrik.^[8]

Energi yang terlibat

Energi yang dilepaskan dalam pelepasan listrik statis dapat bervariasi dalam rentang yang luas. Energi dalam joule dapat dihitung dari kapasitansi (C) benda dan potensial statis V dalam volt (V) dengan rumus E = ½CV².^[9] One experimenter estimates the capacitance of the human body as high as 400 picofarads, and a charge of 50,000 volts, discharged e.g. during touching a charged car, creating a spark with energy of 500 millijoules.^[10] Peneliti memperkirakan kapasitansi tubuh manusia setinggi 400 picofarad, dan muatan 50.000 volt, dilepaskan, mis. saat menyentuh mobil bermuatan, menciptakan percikan api dengan energi 500 milijoule.^[10] Perkiraan lain adalah 100–300 pF dan 20.000 volt, menghasilkan energi maksimum 60 mJ.^[11] IEC 479-2:1987 menyatakan bahwa pelepasan dengan energi lebih besar dari 5000 mJ merupakan risiko serius langsung terhadap kesehatan manusia. IEC 60065 menyatakan bahwa produk konsumen tidak boleh mengalirkan lebih dari 350 mJ ke seseorang.

Beda potensi maksimal sekitar 35–40 kV, karena lucutan korona menghamburkan muatan pada potensi yang lebih tinggi. Potensi di bawah 3000 volt biasanya tidak dapat dideteksi oleh manusia. Potensi maksimal yang umumnya dicapai pada tubuh manusia berkisar antara 1 dan 10 kV, meski dalam kondisi optimal setinggi 20–25 kV dapat dicapai. Kelembaban relatif rendah meningkatkan penumpukan muatan; berjalan 20 kaki (6 m) di atas lantai vinil dengan kelembapan relatif 15% menyebabkan penumpukan voltase hingga 12 kV, sedangkan pada kelembapan 80% voltase hanya 1,5 kV.^[12]

Referensi

^ Dhogal (1986). Basic Electrical Engineering, Volume 1. Tata McGraw-Hill. hlm. 41. ISBN 978-0-07-451586-0.
^ Ponto, Hantje (2018). Dasar Teknik Listrik (PDF). Sleman: Deepublish. hlm. 2. ISBN 978-623-7022-93-0. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2021-01-29. Diakses tanggal 2021-01-29.
^ Soebyakto (2017). Fisika Terapan 2 (PDF). Tegal: Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal. hlm. 1. ISBN 978-602-73169-4-2.
^ "Ionizers and Static Eliminators". GlobalSpec. 2009. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-02-10. Diakses tanggal 2009-04-13.
^ "Fabric Softener and Static". Ask a Scientist, General Science Archive. US Department of Energy. 2003. Diakses tanggal 2009-04-13.
^ Antistatic Bags for Parts. PC Chop Shop. John Wiley and Sons. 2004. ISBN 978-0-7821-4360-7. Diakses tanggal 2009-04-13.
^ Antistatic Wrist Strap. PC Chop Shop. John Wiley and Sons. 2004. ISBN 978-0-7821-4360-7. Diakses tanggal 2009-04-13.
^ "Safetoes: Safety Footwear". Safetoes. Trojan Tooling. 2004. Diakses tanggal 2009-04-13.
^ Nomograms for capacitive electrostatic discharge risk assessment. Ece.rochester.edu. Retrieved on 2010-02-08.
^ ^a ^b "High voltage safety: VandeGraaff Electrostatic Generator". amasci.com. Diakses tanggal 2010-01-27.
^ Index Diarsipkan 2021-02-27 di Wayback Machine.. Wolfsonelectrostatics.com. Retrieved on 2011-03-17.
^ M. A. Kelly, G. E. Servais, T. V. Pfaffenbach An Investigation of Human Body Electrostatic Discharge, ISTFA ’93: The 19th International Symposium for Testing & Failure Analysis, Los Angeles, California, USA/15–19 November 1993.