Kita tentu tidak asing dengan kata “listrik.” Listrik memainkan peranan yang sangat penting dalam kehidupan. Berbagai aspek kehidupan memerlukan energi listrik. Namun dalam pikiran kita tidak pernah terlintas pertanyaan apakah listrik itu? Apalagi istilah listrik statik dan listrik dinamik.
Kata listrik (electricity) berasal dari kata Yunani yaitu electron (elektron) yang berarti “amber”. Amber adalah damar pohon yang membatu. Jika amber digosok dengan kain wol, maka amber dapat menarik daun-daun kecil. Sepotong plastik (misalnya penggaris) atau kaca, jika digosok dengan kain wol, maka plastik atau kaca itu akan menunjukkan “efek amber” yang disebut listrik statik.
Muatan Listrik
Apakah muatan listrik itu? Apa jenis muatan listrik? Bagaimana jika dua jenis muatan listrik saling berdekatan? Sebagai bahan dalam menjawab pertanyaan ini, Anda lakukan kegiatan di bawah.
Kegiatan 1
Gantungkan sebuah penggaris plastik dengan tali. Gosoklah penggaris dengan kain wol sehingga bermuatan listrik. Gosok penggaris kedua dengan cara yang sama. Dekatkanlah penggaris kedua dengan penggaris plastik yang tergantung. Amatilah apa yang terjadi?
Gambar 1 Penggaris plastik tergantung pada tali
Kegiatan 2
Gosoklah sebatang kaca dengan kain wol sehingga bermuatan listrik. Gosok batang kaca kedua yang tergantung pada tali dengan cara yang sama. Dekatkanlah batang kaca bermuatan yang pertama dengan batang kaca kedua yang tergantung. Amati apa yang terjadi? Jika batang kaca pertama didekatkan pada penggaris plastik bermuatan yang tergantung pada tali, apa yang terjadi? Lakukan kegiatan-kegiatan tadi dengan menggunakan kain panel. Bandingkan hasil kedua kegiatan itu ketika digosok dengan kain wol dan ketika digosok dengan kain panel!
Berdasarkan kedua kegiatan di atas, apa yang dapat Anda simpulkan tentang muatan listrik dan jenis muatan listrik? Ketika Anda menggosok sebatang penggaris plastik dengan kain wol, maka penggaris plastik itu menjadi “bermuatan” atau “termuati”, dan dikatakan penggaris itu memiliki muatan listrik.
Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wol, plastik mendapatkan muatan negatif dan kain wol mendapatkan muatan positif dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan tersebut terpisah, tetapi jumlah keduanya adalah tetap. Hukum kekekalan muatan listrik menyatakan bahwa: jumlah total muatan listrik yang dihasilkan pada setiap proses adalah tetap.
Benyamin Franklin (1706-1790) menentukan muatan pada batang kaca yang digosok dengan kain wol adalah muatan positif. Muatan pada penggaris plastik yang digosok dengan kain wol adalah muatan negatif. Dengan demikian bahwa terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif.
Bagaimana jika kedua muatan itu saling berdekatan? Untuk menjawab pertanyaan ini, lihat jawaban Anda pada kegiatan (2) di atas. Ternyata dua muatan yang sama jika saling didekatkan, tolak menolak dan dua muatan yang berbeda, tarik menarik.
Muatan Listrik dalam Tubuh
Apakah dalam tubuh kita terdapat muatan listrik? Tubuh manusia terdiri atas atom. Atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur yang mempertahankan karakteristik kimiawi dari unsur tersebut (Cree, 2006: 73). Atom memiliki inti bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan listrik, dikelilingi oleh satu atau lebih elektron bermuatan negatif.
Besar muatan proton dan elektron adalah sama, tetapi jenisnya berlawanan. Atom netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama. Satu atom dapat kehilangan satu atau lebih elektron, kadang-kadang juga mendapatkan tambahan elektron. Dalam hal ini atom akan mempunyai kelebihan muatan positif atau negatif yang disebut ion.
Tubuh manusia terdiri atas sel-sel. Bagaimana konsentrasi ion di dalam sel dan di luar sel? Gabriel (1996: 205) mengemukakan bahwa ion di dalam sel lebih negatif daripada di luar sel berkisar 60-90mV. Sel mempunyai lapisan yang disebut membran sel. Di dalam sel terdapat ion Na+, K+, Cl- dan protein (A). Sel mempunyai kemampuan memindahkan ion dari satu sisi ke sisi lain. Kemampuan sel ini disebut aktivitas kelistrikan sel (Gabriel, 1996: 206).
Dalam keadaan normal, konsentrasi ion Na+ lebih besar di luar sel daripada di dalam sel. Dalam keadaan demikian, potensial di dalam sel relatif negatif dibandingkan dengan potensial di luar sel, disebut potensial membran negatif. Apabila konsentrasi ion Na+ terdapat lebih banyak di dalam sel daripada di luar sel, maka perbedaan potensial listrik di dalam sel lebih positif daripada di luar sel. Keadaan ini disebut potensial membran positif.
Suatu membran otot dalam keadaan istirahat (tidak ada proses konduksi impuls listrik), konsentrasi ion Na+ lebih banyak di luar sel daripada di dalam sel. Perbedaan potensial mencapai -90mV. Apabila suatu rangsangan terhadap membran dengan menggunakan listrik, maka butir-butir membran akan berubah dan beberapa ion Na+ akan masuk dari luar ke dalam sel. Potensial di dalam sel menjadi kurang negatif daripada di luar sel dan potensial membran akan meningkat. Keadaan membran ini disebut depolarisasi.
Suatu muatan listrik memberikan kakas pada muatan listrik yang lain. Faktor-faktor apa yang mempengaruhi besar kakas ini? Untuk menjawab pertanyaan ini, fisikawan Perancis Charles Coulomb (1736-1806) menyelidiki kakas listrik pada 1780-an dengan menggunakan torsi (neraca) seperti pada Gambar 2
Gambar 2 Diagram Skematik
Percobaan Coulomb
Gaya yang diberikan suatu benda bermuatan listrik pada benda kedua yang juga bermuatan listrik sebanding dengan hasil kali besar muatan Q1 dengan muatan Q2 dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak r antara kedua muatan tersebut:
F = k 
(1)
(1)F = gaya elektrostatik (newton atau N)
k = konstanta pembanding = 9x109 Nm2/C2
Q1 dan Q2 = muatan listrik pertama dan kedua (dalam coulomb atau C)
Gaya elektrostatik antara dua buah muatan sejenis adalah tolak menolak. Gaya elektrostatik antara dua buah muatan tidak sejenis adalah tarik menarik. Muatan yang dihasilkan dengan menggosok benda (seperti sisir atau penggaris plastik) sekitar satu microcoulomb (1µC =10 -6 C) atau lebih kecil lagi. Besar muatan pada satu elektron telah ditetapkan sekitar 1,602x10-19 C, dan bertanda negatif. Ini merupakan muatan terkecil yang diketahui, diberi simbol e dan sering disebut sebagai muatan elementer. e = 1,602 x 10-19 C. e didefinisikan sebagai angka positif, sehingga muatan elektron adalah –e.
Contoh Soal 1:
Tentukan besar gaya listrik pada elektron dalam atom hidrogen yang diberikan oleh satu proton (Q =+e) yang merupakan intinya. Anggap elektron mengorbit proton pada jarak rata-rata r = 0,53 x10-10 m.
Penyelesaian:
Q1 = Q2 = 1,6x10-19 C
r = 0,53x10-10 m
k = 9,0x109 Nm2/C2
F = k 
= (9,0x109) 
= 8,2x10-8 N
Catatan: Gaya elektrostatik memiliki nilai yang sangat kecil, bandingkan dengan gaya gravitasi yang mempunyai nilai konstanta G = 6,67x10-11 Nm2/kg2. Oleh karena nilai G sangat kecil, maka kita sering tidak menyadari adanya kakas antara benda-benda.
Arah gaya pada elektron menuju proton, karena muatan-muatan tersebut memiliki tanda yang berlawanan sehingga kakas bersifat tarik menarik.
Medan Listrik
Apakah medan listrik itu? Telah diketahui terdapat beberapa spesies ikan yang memiliki organ penghasil medan listrik. Black Ghost atau Apteronotus albifrons, ikan asal sungai Amazon, Rio Paraguay adalah jenis ikan listrik (electric fishes). Ikan ini mampu menghasilkan tegangan listrik 1 volt.
Gambar 3.3 Ikan black Gost
Sumber: http://0-fish.com/
Belut listrik adalah jenis ikan listrik yang panjangnya 6,6 kaki (sekitar 2 m), hidup di Amazon. Dalam http://www.harunyahya.com/dikemukakan bahwa dua pertiga tubuh ikan ini tertutup alat listrik yang mempunyai sekitar 5000 hingga 6000 titik listrik. Ikan-ikan itu dapat menghasilkan arus listrik sekitar 2 ampere.
Gambar 4 fish-electricalfield
Ikan ini menghasilkan muatan listrik dalam suatu alat khusus di ekornya. Muatan listrik yang dipancarkan melalui ribuan pori-pori menghasilkan medan listrik di sekitarnya. Medan listrik ini sebagai senjata melindungi dirinya dari serangan musuh, dan sebagai senjata dalam memburu mangsa.
Michael Faraday (1791-1867) menggambarkan bahwa suatu muatan listrik menghasilkan medan listrik E di setiap titik di dalam ruang. Gambar 3.5 menunjukkan medan listrik dalam sebuah muatan positif Q. Ketika muatan kedua diletakkan dekat muatan pertama, maka muatan kedua itu akan merasakan gaya yang disebabkan oleh adanya medan listrik di tempat itu. Medan listrik pada lokasi muatan kedua dianggap berinteraksi langsung dengan muatan ini untuk menghasilkan gaya.
Gambar 5 Medan Listrik
Medan listrik E di setiap titik pada ruang didefinisikan sebagai gaya F yang diberikan pada muatan uji positif yang kecil pada titik tersebut dibagi dengan besar muatan uji q.
E = 
(2)
(2)E = kuat medan lsitrik (N/C)
F = gaya elektrostatik (N)
q = muatan uji listrik (C )
Dari definisi E = 
, medan listrik pada semua titik pada ruang merupakan vektor, arahnya adalah arah gaya pada muatan “uji” positif di titik itu, besarnya adalah gaya per satuan muatan. Dengan demikian E diukur dalam satuan newton per coulomb (N/C).
, medan listrik pada semua titik pada ruang merupakan vektor, arahnya adalah arah gaya pada muatan “uji” positif di titik itu, besarnya adalah gaya per satuan muatan. Dengan demikian E diukur dalam satuan newton per coulomb (N/C). Untuk situasi sederhana yang melibatkan satu atau beberapa muatan titik, dapat dihitung berapa kira-kira besar E. Medan listrik E pada jarak r dari titik Q adalah :
E = k 
E = k 
(3)
(3)Berdasarkan persamaan (3.3) dikatakan bahwa E tidak bergantung pada q, tetapi E hanya bergantung pada muatan Q yang menghasilkan medan tersebut, bukan pada nilai muatan “uji” q (karena dalam hal ini muatan listrik yang menghasilkan medan listrik adalah muatan Q).
Contoh Soal 2:
Hitung besar medan listrik pada titik P yang terletak 30 cm di sebelah kanan muatan titik Q = -3,0 x10-6 C
Penyelesaian:
E = k
=(9,0x109) 
= 3,0 x 105 N/C
Penjalaran Impuls Listrik
Bagaimana penjalaran sinyal listrik dalam mahluk hidup? Pada ikan listrik, kegiatan sehari-hari disampaikan melalui sinyal listrik, misalnya menyampaikan informasi jenis kelamin, usia, menentukan posisi lawannya.
Gambar 6 Seekor ikan listrik menentukan kedudukan ikan
lainnya melalui sinyal
Sumber: http://www.harunyahya.com/
Sistem saraf sangat penting untuk mengkoordinir fungsi-fungsi tubuh. Manusia dapat melakukan tindakan harmonis dalam kehidupan sehari-hari, misalnya berjalan, berlari, menulis dan melakukan kegiatan fisik yang disadari berkat adanya sistem saraf.
Sistem saraf berfungsi sebagai pengatur dan pengontrol kegiatan tubuh. Sistem saraf terdiri atas sistem saraf somatis dan sistem saraf otonom. Sistem saraf somatis terbagi menjadi dua yaitu sistem saraf pusat dan sistem saraf tepi.
Gambar 7 Sistem saraf
Sistem saraf otonom terdiri atas dua sistem yaitu sistem saraf simpatis dan sistem saraf parasimpatis. Sistem saraf otonom penting untuk kehidupan individu, membantu sistem hormon, sebagai unsur kontrol dan komunikasi homeostasis serta kerjanya tidak disadari.
Struktur dasar sistem saraf disebut neuron atau sel saraf. Sel mempunyai lapisan yang disebut membran. Suatu cairan aksoplasma yang terbungkus membran disebut akson (axon). Akson ini serupa kabel yang meneruskan sinyal dalam bentuk impuls dari satu poin ke poin lainnya dalam sistem syaraf. Fungsi aliran listrik adalah membawa pesan atau informasi melalui akson tadi.
Suatu sel saraf mempunyai fungsi menerima, menginterpretasikan dan menghantarkan aliran listrik. Serabut saraf yang berdiameter besar memiliki kemampuan menghantarkan impuls lebih cepat daripada serabut saraf yang berdiameter kecil.
Dalam tubuh, salah satu isolator yang sangat menonjol adalah myelin. Myelin merupakan suatu isolator yang baik dan memiliki kemampuan mengalirkan listrik sangat rendah. Selaput myelin memisahkan satu sel saraf atau neuron dengan sel saraf lain dan memisahkan saraf dari cairan dan jaringan tubuh.
Gaya Listrik pada Biologi Molekuler san Struktur DNA
Studi mengenai struktur dan fungsi sel hidup pada tingkat molekuler disebut biologi molekuler. Bidang ini penting untuk penerapan konsep-konsep fisika. Sel bagian dalam terutama terdiri atas air, larutan molekuler yang luas terus bergerak (seperti pada teori kinetik), yang saling bertumbukan dengan energi kinetik yang beragam besarnya.
Molekul-molekul dalam sel berinteraksi satu sama lain dengan bebagai cara reaksi kimia (membentuk dan memutus ikatan antar atom) dan interaksi atau penggabungan yang lebih singkat, terjadi karena adanya tarik menarik antar molekul. Banyaknya proses terjadi di dalam sel dianggap sebagai akibat dan gerak molekul yang acak ditambah efek penyusunan gaya elektrostatik.
Informasi genetik yang diteruskan dari generasi ke generasi semua benda hidup terdapat dalam kromosom, tersusun atas gen-gen. Setiap gen berisi informasi yang diperlukan untuk menghasilkan jenis molekuler protein tertentu.
Informasi genetik yang ada pada gen dibentuk menjadi molekul inti pada kromosom, yaitu DNA (deoxyribonucleic acid). Molekul DNA terdiri atas rangkaian panjang molekul-molekul kecil yang dikenal sebagai basa nukleotid. Terdapat empat jenis basa: adenine (A), cystosine (C), guanine (G), dan thymine (T).
DNA pada kromosom umumnya terdiri atas dua rangkaian yang panjang saling melilit dengan bentuk “heliks ganda” (gambar 1.5). Kedua rangkaian diikat oleh kakas elektrostatis – yaitu oleh kakas tarik menarik antara muatan positif dan negatif.
Gambar 8 Bagian Dari DNA
heliks ganda
Gambar 9 Menunjukkan A dan T; G dan C
saling tarik menarik
Sumber: Giancoli (2005)
Sebuah adenine (A) pada suatu rangkaian selalu berseberangan dengan thymine (T) para rangkaian yang lain. Dengan cara yang sama, sebuah guanine (G) selalu berseberangan dengan sebuah cystosine (C). Hal ini terjadi karena bentuk keempat molekul A, T, C dan G adalah sedemikian rupa sehingga T hanya bisa berdekatan dengan A, G dengan C, dan hanya pada kasus kedekatan bagian yang bermuatan inilah gaya elektrostatis cukup besa r untuk mengikatnya bahkan untuk waktu yang singkat sekalipun membentuk “ikatan lemah”.
Gaya elektrostatik antara A dan T, antara C dan G, karena molekul-molekul ini mempunyai bagian-bagian yang bermuatan yang disebabkan oleh beberapa elektron pada masing-masingnya yang menghabiskan waktu lebih lama untuk mengorbit satu atom dibandingkan dengan yang lainnya. Sebagai contoh, elektron yang normalnya ada pada atom H di adenine menghabiskan sebagian waktunya mengorbit atom N yang bersebelahan, sehingga N memiliki muatan negatif total dan H mempunyai muatan positif. Atom H+ dari adenine (A) ini kemudian tertarik ke atom O- pada thymin (T).
Hal ini terjadi ketika kromosom membentuk replikasi (duplikasi) dari dirinya sendiri persis sebelum pembagian sel. Susunan A berseberangan dengan T, dan G berseberangan dengan C meyakinkan bahwa informasi genetik diteruskan dengan akurat ke generasi selanjutnya.
Kedua rangkaian DNA berpisah (dengan pertolongan enzim, yang juga beroperasi melalui gaya elektrostatik), meninggalkan bagian yang bermuatan dari basa terbuka. Tanpa merinci duplikasi dimulai, susunan basa yang terjadi dengan memfokuskan perhatian pada molekul G yang ditunjukkan dengan tanda panah di rangkaian yang paling rendah (Gambar 9).
Terdapat banyak basa nukleotida yang tidak terikat dari keempat jenis yang terus bergerak pada fluida seluler. Satu-satunya basa yang akan mengalami tarikan ke G, jika bergerak mendekatinya, akan merupakan jenis C. Muatan-muatan pada tiga basa yang lain tidak tersusun sehingga tidak dapat mendekat ke muatan-muatan pada G. Dengan demikian tidak aka ada gaya tarik yang cukup besar yang bekerja pada muatan-muatan tersebut, mengingat bahwa gaya berkurang dengan cepat terhadap jarak. Karena G hampir tidak menarik A, T atau C sama sekali, maka A, T atau G akan disingkirkan oleh tumbukan dengan molekul-molekul lain sebelum enzim dapat mengikat C ke ujung rangkaian baru yang tumbuh.
Gaya elektrostatik tidak hanya mengikat kedua rangkaian. Gaya elektrostatik juga bekerja untuk memilih basa dengan urutan yang benar selama replikasi, sehingga informasi genetik diteruskan dengan akurat ke generasi berikutnya.
Potensial dan Beda Potensial Listrtik
Sebuah titik (kecil) bermuatan positif q diletakkan pada titik b sangat dekat ke pelat (keping logam) positif. Apabila muatan tersebut dilepaskan, gaya listrik akan melakukan kerja pada muatan, dan mempercepatnya menuju pelat negatif. Dalam proses ini, energi kinetik partikel bermuatan tersebut akan bertambah. Energi potensial akan menurun dengan besar yang sama dengan kerja negatif yang dilakukan oleh gaya listrik.
Sesuai dengan kekekalan energi, energi potensial listrik diubah menjadi energi listrik, dan energi total tetap kekal. Muatan positif q memiliki energi potensial terbesar pada titik b, sangat dekat pelat positif, sehingga (EPb – Epa) > 0. Kebalikannya berlaku untuk muatan negatif: energi potensialnya terbesar di dekat pelat negatif.
Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan. Potensial listrik dinyatakan dengan simbol V. Jika titik muatan q memiliki energi potensial listrik EPa pada titik a, potensial listrik Va pada titik ini adalah:
EPa
Va = __ (4)
q
Selisih energi potensial EPa – EPb, sama dengan negatif dari kerja Wba yang dilakukan oleh gaya listrik untuk memindahkan muatan dari titik b ke titik a.
Beda potensial Vba adalah sebesar:
Wba
Vba = Vb - Va = __ (5)
q
Satuan potensial listrik dan beda potensial adalah joule/coulomb dan diberikan nama khusus volt , untuk menghormati Alessandro Volta (1745-1827).Volta dikenal sebagai penemu baterai listrik. Volt disingkat V, sehingga 1 V= 1 J/C.
Pelat positif berada pada potensial yang lebih tinggi dari pelat negatif, berarti benda yang bermuatan positif bergerak secara alami dari potensial tinggi ke potensial rendah. Muatan negatif melakukan yang sebaliknya. Beda potensial, karena diukur dalam volt disebut voltase atau tegangan.
Potensial Va pada titik a bergantung pada potensial yang ditetapkan sebagai nol. Titik nol untuk potensial listrik pada situasi tertentu dapat dipilih sembarang, karena hanya selisih energi potensial yang dapat diukur. Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan. Perubahan energi potensial muatan q ketika berpindah diatara dua titik a dan b adalah:
ΔEP = EPb – EPa = qVba (6)
Apabila sebuah benda bermuatan q bergerak melewati beda potensial Vba, energi potensialnya berubah sebesar qVba.
Contoh Soal 3:
Sebuah elektron ( e = -1,6 x 10-19 C) dalam tabung Televisi dipercepat dari keadaan diam melalui beda potensial 5000 V. Berapakah perubahan energi potensial elektron?
Penyelesaian:.
ΔEp = qV = (-1,6 x10-19) x 5000
= -8,0 x10-16 J
Kegiatan 3
Melalui kegiatan ini diharapkan Anda dapat mengukur beda potensial pada rangkaian terbuka dan tertutup. Alat dan bahan yang disediakan adalah: baterai, Voltmeter, sakelar, lampu, dan kabel (masing-masing 1 buah).
1. Gambarlah sketsa rangkaian untuk mengukur beda potensial pada rangkaian terbuka dan tertutup?
2. Pada saat sakelar terbuka, amatilah besar beda potensial yang tertera pada voltmeter! Catatlah hasilnya!
3. Hubungkan sakelar dalam rangkaian tersebut!
4. Pada saat sakelar tersambung, amatilah besar beda potensial yang tertera dalam voltmeter! Catatlah hasilnya!
5. Bandingkan hasil keduanya pengukuran tersebut!
6. Apakah ada perbedaan hasil diantara kedua pengukuran tersebut?
Dipol Listrik
Dua titik muatan Q yang sama, tetapi jenisnya berlawanan dan terpisah dengan jarak L yang sangat kecil disebut dipol listrik. Kedua muatan membentuk sebuah dipol listrik.
Bagaimana potensial listrik pada sembarang titik P yang disebabkan oleh dipol listrik? Jumlah potensial V yang disebabkan oleh masing-masing muatan, diperoleh:
V = 
+ 
+ = kQ (
- 
)
- )maka:
V = kQ 
(7)
(7)r adalah jarak dari P ke muatan positif dan r+Δr adalah jarak ke muatan negatif.
Dari persamaan di atas, potensial menurun terhadap kuadrat jarak dipol. Untuk satu muatan titik potensial menurun terhadap pangkat satu dari jarak.
Potensial berkurang lebih cepat untuk dipol; kedua muatan yang sama tetapi berlawanan jenis tersebut tampak demikian dekat satu sama lain, sehingga cenderung saling menetralkan.
Penyimpanan Energi Listrik
Sebuah kapasitor yang bemuatan menyimpan energi potensial listrik. Energi yang tersimpan pada kapasitor akan sama dengan kerja yang dilakukan untuk memuatinya. Efek total pemuatan kapasitor adalah memindahkan muatan dari satu pelat dan menambahkannya ke pelat lain. Inilah yang dikerjakan baterai ketika dihubungkan ke kapasitor. Kapasitor tidak langsung bermuatan.
Ketika terdapat beberapa muatan pada masing-masing pelat, diperlukan kerja untuk menambahkan lebih banyak muatan dengan jenis yang sama, Semakin banyak muatan pada pelat, maka semakin besar kerja yang dibutuhkan untuk menambahnya. Kerja yang dibutuhkan untuk menambah muatan Δq, ketika beda potensial antar pelat V, adalah ΔW = VΔq.
Ketika kapasitor tidak bermuatan, tidak dibutuhkan kerja untuk memindahkan sedikit muatan yang pertama. Bagaimana pun, pada akhir proses pemuatan, kerja yang dibutuhkan untuk menambah muatan Δq sama dengan VΔq. Tegangan kapasitor sebanding dengan berapa banyak muatan yang telah diakumulasinya, sehingga tegangan bertambah selama proses pemuatan dari nol ke nilai akhir Vf.
Kerja W total yang dilakukan akan ekivalen dengan memindahkan semua muatan Q sekaligus melalui tegangan yang sama dengan tegangan rata-rata selama proses tersebut.
Tegangan rata-rata adalah (Vf -0)/2 = Vf/2, sehingga :
W = Q 
(8)
(8)Dengan demikian diperoleh bahwa energi U yang tersimpan pada kapasitor adalah:
U = 
QV (9)
QV (9)U = energi
V = beda potensial antara pelat-pelat
Q = muatan pada setiap pelat
Karena Q = CV, maka diperoleh:
U= CV2 (10)
CV2 (10)Contoh Soal 4:
Sebuah lampu kilat kamera menyimpan energi pada kapasitor 150 µF pada 200V. Berapa energi yang dapat disimpan?
Penyelesaian:
U = CV2
CV2 = ½ (150x10-6) (200)2
= 3,0 J
Elektrokardiogram (EKG)
Irama jantung diatur oleh sinyal listrik yang dihasilkan oleh rangsangan spontan sel-sel khusus yang terdapat pada atrium kanan, yaitu SA node (simpul sinotrial) (Gabriel, 1996). Simpul sinotrial bergetar sekitar 72 kali per menit. Getaran tersebut dapat meningkat atau menurun diatur oleh saraf eksternal jantung yang merupakan respon kebutuhan darah oleh tubuh. Anatomi jantung manusia diskemakan pada Gambar 7.
Gambar 7 Skema jantung manusia
Sumber: Gabriel (1996)
Setiap kali jantung berdetak, terjadi perubahan potensial listrik pada permukaannya. Ini dapat dideteksi dengan menggunakan kontak logam yang disebut ”elektroda” yang dipasang pada kulit. Perubahan potensial dalam orde mV sehingga harus diperkuat agar terukur. Perubahan ini ditampilkan sebagai grafik, baik pada kertas maupun pada layar osiloskop.
Rekaman perubahan potensial untuk jantung seseorang disebut elektrokardiogram (EKG). Alat ini disebut elektrokardiograf. Elektrokardiogram merupakan pencatatan sinyal biolistrik yang dilakukan pada permukaan kulit.
Gambar 8 Elektrokardiogram
Sumber: Giancoli (2005)
Sel-sel otot dan sel-sel saraf memiliki lapisan dipol listrik yang melintasi dinding sel. Dalam situasi normal, terdapat muatan positif total pada permukaan luar sel dan muatan negative total pada permukaan dalam sel. Jumlah muatan bergantung pada ukuran sel, tetapi kira-kira 10-3 C/m2.
Persis sebelum kontraksi otot jantung, terjadi perubahan dipol listrik pada dinding sel, sehingga ion-ion positif pada bagian luar sel dapat melalui dinding dan menetralkan sel bagian dalam. Hal ini disebut depolarisasi, dimulai pada ujung sel merambat ke ujung seberangnya, sehingga seluruh otot terdepolarisasi. Otot tersebut kemudian melakukan repolarisasi ke keadaan awalnya. Seluruh proses ini memerlukan waktu kurang dari satu sekon.
Elektrokardiogram menggunakan tiga elektroda dasar. Satu elektroda diletakkan di setiap sisi jantung, pada tangan dan kaki kiri. Kadang-kadang enam elektroda tambahan diletakkan di tempat lain.
EKG adalah alat yang sangat baik untuk mengidentifikasi kelainan jantung. Apabila sisi kanan jantung membesar karena pembuluh darah mengeras atau tersumbat, hal ini dapat terdeteksi pada EKG
RANGKUMAN
§ Sepotong plastik atau kaca dimuati muatan listrik dengan cara menggosoknya dengan kain wol, dapat menarik benda-benda kecil disebut listrik statis.
§ Terdapat dua jenis muatan listrik yaitu positif dan negatif.
§ Atom yang bermuatan listrik disebut ion.
§ Aktivitas kelistrikan sel adalah kemampuan sel memindahkan ion dari satu sisi membran sel ke sisi lainnya.
§ Kakas Coulomb adalah interaksi antar muatan listrik.
§ Medan listrik adalah kakas listrik per satuan muatan listrik.
§ Sel saraf atau neuron dalam tubuh berfungsi menerima, menginterpre-tasikan dan menghantarkan aliran listrik.
§ Dalam tubuh, myelin sebagai isolator dan konduktor yang lemah.
§ Rangkaian DNA pada kromosom diikat oleh kakas elektrostatis.
§ Potensial listrik adalah energi potensial pes satuan muatan.
§ Beda potensial listrik antara dua titik didefinisikan sebagai usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik 1 C antara dua titik.
§ Dua buah muatan yang sama, tetapi jenisnya berbeda membentuk dipol lisrik.
§ Energi yang tersimpan dalam kapasitor sama dengan usaha yang dilakukan untuk memuati kapasitor.
GLOSARIUM
| Adenine Akson Gen Ion Gaya elektrostatik Muatan elementer Myelin Neuron Replikasi | : : : : : : : : : | Salah satu jenis basa nukleotid yang berseberangan dengan thymine Cairan aksoplas-ma yang terbungkus membran yang berfungsi meneruskan sinyal listrik dalam impuls Pembawa informasi genetik Atom yang bermuatan listrik positif atau negatif Tarik menarik atau tolak menolak antara dua mauatan listrik Muatan terkecil dengan symbol e Selaput pemisah sel saraf dengan sel saraf lainnya Sel saraf yang berfungsi untuk mengubah stimulus menjadi energi listrik (impuls Proses duplikasi DNA |
0 komentar:
Posting Komentar