PROPOSAL
OLEH
Musdalifah
Minarti
Ridho Kharisma syam
Wiwik Pratiwi
JURUSAN PENDIDIKAN
FISIKA
UNIVERSITAS ISLAM
NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR
2015
BAB 1
PENDAHULUAN
Sesungguhnya
fenomena elektrostatik merupakan pemandangan yang sering sekali kita lihat
sehari-hari. Beberapa dari kita mungkin pernah
iseng menggosokkan penggaris plastik pada tangan kita kemudian
mendekatkannya ke rambut teman kita hingga nampak beberapa helai rambut berdiri
karenanya. Menurut pergerakannya, listrik di bagi menjadi
dua yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Pada alat ini .yaitu
Generator Van De Graff menggunakan konsep listrik statis. listrik statis
adalah listrik yang muatan – muatannya
diam. Listrik statis mempelajari sifat kelistrikan suatu benda tanpa memperhatikan
gerakan atau aliran muatan listriknya. Partikel zat yang ukurannya paling kecil dan tidak dapat dibagi lagi
adalah atom. Tiap atom tersusun dari inti atom dan elektron. Inti atom (nukleos)
terdiri dari proton dan neutron. Adapun elektron bergerak mengelilingi inti
atom pada lintasannya dan mendapat gaya tarik inti atom. Masa proton dan
elektron lebih besar dibandingkan dengan masa elektron. Gaya ikat inti terhadap
elektron antara bahan satu dengan yang lain berbeda, karena sesuatu hal,
elektron dapat lepas dari lintasannyadan berpindah ke atom yang lain.
Perpindahan elektron tersebut menyebabkan perubahan muatan suatu atom.
Berdasarkan hal itu,atom dikelompokkan menjadi 3 yaitu,bermuatan positif,
bermuatan negatif dan netral. Atom dikatakan bermuatan negatif jika
kelebihan elektron sedangkan atom bermuatan positif jika kekurangan elektron.
Adapun yang dikatakan atom netral jika jumlah proton dan netronnya sama. Benda
netral dapat dibuat menjadi bermuatan listrik dengan cara menggosok.
Generator Van
De Graff diciptakan oleh Robert J. Van De Graff pada tahun 1932 yang menerapkan
prinsip dasar listrik statis dan pemuatan dengan induksi. Caranya dengan
berkali-kali memasukkan benda bermuatan ke dalam sebuah konduktor, melainkan
muatan dimasukkan secara terus menerus melalui pita bergerak (belt conveyor)
misalnya karet. Bila sebuah benda logam bermuatan didekatkan ke benda
logam yang tidak bermuatan maka elektron-elektron bebas pada benda yang netral
tertarik oleh benda yang bermuatan positif dan beberapa diantaranya akan
pindah. Karena benda kedua sekarang kehilangan beberapa elektron negatifnya,
benda tersebut akan bermuatan positif. Proses ini disebut pemuatan dengan
induksi, dan kedua benda pada akhirnya akan memiliki muatan yang berjenis sama.
Salah satu cara untuk menginduksi muatan total pada benda logam adalah dengan menghubungkannya dengan kawat penghantar ke tanah (ground). Karena bumi sangat besar dan dapat menghantar, bisa dengan mudah menerima atau melepaskan elektron,berarti ia berlaku sebagai gudang muatan.
Salah satu cara untuk menginduksi muatan total pada benda logam adalah dengan menghubungkannya dengan kawat penghantar ke tanah (ground). Karena bumi sangat besar dan dapat menghantar, bisa dengan mudah menerima atau melepaskan elektron,berarti ia berlaku sebagai gudang muatan.
Jika sebuah
benda bermuatan, misalnya negative didekatkan ke logam, elektron-elektron bebas
pada logam tersebut ditolak dan banyak diantaranya yang mengalir menuruni kawat
menuju bumi, hal ini membuat logam tersebut bermuatan positif.
Generator van de Graff merupakan mesin listrik statik yang menghasilkan tegangan DC yang sangat tinggi, yaitu dengan cara mengumpulkan muatan listrik dan menyimpannya pada permukaan bola logam berongga (hollow pherical). Alat ini dapat digerakkan dengan dua cara. Pertama dengan menggunakan motor listrik yang dapat diatur kecepatan putarannya dan menggunakan listrik 220 V. Yang kedua diputar langsung dengan menggunakan tangan.
Generator van de Graff merupakan mesin listrik statik yang menghasilkan tegangan DC yang sangat tinggi, yaitu dengan cara mengumpulkan muatan listrik dan menyimpannya pada permukaan bola logam berongga (hollow pherical). Alat ini dapat digerakkan dengan dua cara. Pertama dengan menggunakan motor listrik yang dapat diatur kecepatan putarannya dan menggunakan listrik 220 V. Yang kedua diputar langsung dengan menggunakan tangan.
BAB
II
PEMNBAHASAN
A.
Generator Van De Graaff
Generator
Van de Graff adalah mesin pembangkit listrik yang biasa dipakai untuk
penelitian di laboratorium. Salah satu contoh generator Van de Graff yang ada
di Indonesia terdapat di Pusat Peragaan Iptek di Taman Mini Indonesia Indah.
Generator ini dibuat oleh Robert
Jemison Van de Graaff (1901-1967).
“generator
Van de Graff” merupakan alat yang dapat menghasilkan muatan listrik statis
dalam jumlah yang sangat besar melalui proses gesekan
Beliau adalah seorang fisikawan berkebangsaan Amerika Serikat.
Sebelumnya
perlu diketahui bahwa generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi
energi listrik dari sumber energi mekanikal dengan menggunakan proses induksi
elektromagnetik. Generator listrik mendorong muatan listrik untuk bergerak
melalui sebuah sirkuit eksternal, tetapi generator tidak merupakan alat yang
dapat menciptakan listrik yang sudah ada dalam kabel lilitannya.
Apabila
sebuah konduktor bermuatan disisipkan ke dalam sebuah konduktor rongga, lalu
disentuhkan pada dinding dalamnya, maka seluruh muatan pada konduktor pertama
berpindah ke konduktor kedua, tak perduli apakah konduktor kedua ini telah
bermuatan sebelumnya. Sekiranya tak ada kesulitan akibat adanya faktor isolasi,
muatan (dan kerena itu juga potensial) konduktor rongga itu bisa saja ditambah
tanpa batas dengan cara mengulang-ulang proses tadi. Dengan naiknya potensial
konduktor maka makin besar gaya tolak yang bekerja terhadapnya tiap kali muatan
ditambahkan padanya sehingga pada suatu saat konduktor tersebut tidak dapat
menampung muatan lagi.
- Bagian –
bagian Van De Graff
Berikut
merupakan sebuah diagram skematik generator Van De Graff kecil yang dirancang
untuk peragaan.
Gambar 1. Diagram skematik Van De Graf
C.
Cara Kerja Generator Van De Graff
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 1, 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.
Generator
Van de Graff prinsip kerjanya sama dengan menghasilkan muatan listrik dengan
cara menggosok (metode gesekan). Gesekan antara sabuk karet dengan silinder
logam bagian bawah menimbulkan muatan listrik negatif pada sabuk karet. Gesekan
antara sabuk karet dengan silinder politilen bagian atas menimbulkan muatan
listrik positif pada sabuk karet. Gerakan sabuk karet ke atas membawa muatan
negatif mengalir ke kubah melalui ujung runcing di bagian atas. Elektron akan
tersebarmenempati seluruh permukaan kubah. Pada kubah bagian dalam tidak
terdapat elektron. Adapun, gerakan sabuk karet ke bawah membawa muatan positif.
Muatan positif sabuk karet ini mengalir melalui ujung runcing bawah ke
tanah untuk dinetralkan. Silinder logam bawah dijalankan dengan motor listrik,
sehingga sabuk karet terus-menerus bergerak, menghasilkan muatan
negatif mengalir ke kubah, sehingga terbentuk muatan listrik yang besar pada
kubah generator Van de Graff.
Proses
ini berlangsung terus menerus sehingga kubah mengumpulkan muatan listrik
positif dalam jumlah yang banyak. Pada gambar di atas terlihat bahwa muatan
listrik negatif pada sabuk karet bawah mengalir melalui sisir logam bawah ke
tanah dan dinetralkan. Generator ini dapat menghasilkan tenaga listrik sampai
dua juta volt. Apabila kubah generator ditanahkan, akan terlihat percikan kecil
seperti kilat kecil. Kita juga dapat merasakan kekuatan listrik ini dengan
menerima muatan dari generator pada saat menyentuh kubahnya.
Seperti yang kita ketahui bahwa generator Van de
Graaff sebuah generator elektrostatik yang menggunakan sabuk yang bergerak
untuk mengumpulkan sangat tinggi stabil tegangan elektrostatis pada bola logam
berongga di bagian atas berdiri. Diciptakan pada tahun 1929 oleh fisikawan Amerika Robert J. Van
de Graaff, perbedaan potensi modern dicapai Van de Graaff generator dapat
mencapai 5 megavolts. Van de Graaff generator dapat dianggap sebagai sumber arus
konstan terhubung secara paralel dengan kapasitor dan yang sangat besar
hambatan listrik.
BAB III
METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN
A. Alat dan Bahan
- Alat
a. Gergaji
besi
b. Tang
pemotong
c. Tang
penjepit
d. Penggaris 30
cm
e. Bor
listrik
- Bahan
a. Paku kecil
1 buah
b.Tabungsekering 1 buah
c. Karet gelang 1 buah
d.
Motor DC (biasanya pada mobil
mainan)
1 buah
e. Baterai 9 volt 1 buah
f. Wadah baterai 1 buah
g.Gelas plastik 1 buah
h. Lem secukupnya
i. Kabel serabut secukupnya
j. Pipa PVC 20 cm
k. Pipa PVC “T” 1 buah
l. Plester 1 buah
m.
Kayu ukuran 15cmx15cm
B.
Cara Membuat
Alat Peraga Generator Van De Graaff Sederhana
- Potong sekitar 5 cm pipa PVC dan lem pada kayu penyangga.
- Letakkan motor DC pada pipa penghubung “T”, usahakan agar menempel dengan pas dengan ukuran diameter pipa.
- Buat lubang dibelakang pipa “T” untuk memasukkan kabel serabut ke dalamnya dan letakkan hampir menyentuh karet gelang. Bagian ini disebut “brush” bawah.
- Letakkan karet gelang pada ujung motor DC, buatlah seperti katrol. Kemudian satukan dengan gambar pada langkah 1.
- Potong kembali pipa ukuran 4 cm, dan letakkan di atas pipa “T”. Kemudian buat lubang untuk menyimpan paku. Paku digunakan sebagai penyangga atas karet gelang. Untuk memudahkan perputaran, selubungi paku dengan tabung sekering.
- Buat satu lubang lagi pada pipa paling atas diantara dua lubang sebelumnya untuk memasukkan kabel serabut dan letakkan hamper menyentuh karet gelang. Bagian ini ialah “brush” atas.
- Potong gelas plastik setengahnya dan lubangi
bagian bawahnya seukuran pipa. Kemudian masukkan pada pipa atas. Bagian
ini digunakan sebagai penyangga kaleng.
- Lubangi bagian atas kaleng, dan letakkan kaleng tersebut di bagian atas alat.
- Langkah terakhir ialah memasang baterai kepada motor DC.
- Generator Van de Graaf akhirnya dapat digunakan
Untuk mengujinya dapat kita letakkan
beberapa potongan kertas di atas kaleng.
Gambar 3. Genertor
Van de Graff Sederhana
C. Keterangan
Bagian bagian dari Generator Van de Graff
Sederhana
a.
Adapter
Di dalam adapter terdapat transformator sebagai pengubah dari
arus PLN yaitu arus Ac menjadi arus DC
menggunakan prinsip insuktansi bersama.Arus DC ini yang berfungsi sebagai
sumber energi untuk menggerakkanmotor atau dinamo
b.
Dinamo atau
motor DC (huruf F) Sebagai penggerak belt atau karet dan ujung penggeraknya
sebagai penghasil muatan negatif.
c.
Konduktor A
(Kubah A / Kaleng): terbuat dari logam dan hampir bulatseperti bola bentuknya
d.
B merupakan
penopang konduktor rongga A: terbuat
dari bahan isolator
e.
Tiang penopang
isolator terpasng pada C yang terbuat dari logam yangbiasanya (grounded)
f.
Sebuah sabuk D
(belt) karet yang tak berujung pangkal yang bersifat tak menghantar
melingkari dua buah katrol atas, E dan katrol bawah, F yang juga
tidak menghantar
g.
Roller F
terhubung dengan pengayuh yang dihubungkan dengan motor listrik kecil. Katrol E
dan F dilapisi dengan bahan yang berlainan, yaitu katrol E terbuat dari nylon dan
pada pengayuh terbuat dari plastik. Dipilih 8 sedemikian
rupa sehingga bila sabuk D bersentuhan
dengan F, pita akan memperoleh muatan positif, sedangkan bila bersentuhan
dengan E, akan mendapat muatan negatif.
h.
Ujung runcing G dan H yang terbuat dari logam dalam
hal ini adalah kabel disambungkan secara listrik pada bola konduktor (kaleng) A
disebelah atas dan pada alas C. ujung
runcing H yang berada pada bagian atas berfungsi untuk menarik
elektron-elektron dari sabuk.
Ketika motor DC dihidupkan, logam berongga A menyerap muatan-muatan yang
ada disekitarnya, kemudian dialirkan oleh kawat serabut G untuk diserap oleh
karet D yang diputarkan oleh dinamo F. Muatan-muatan yang diserap oleh karet
dibawa berputar menuju kawat serabut H yang dihubungkan dengan ground untuk
menyerap muatan negatifnya, sehingga pada kawat hanya tersisa muatan positif
saja. Mutan-muatan positif tersebut dibawa berputar kembali menuju kawat
serabut G, yang kemudian disalurkan ke logam berongga A, sehingga muatan-muatan
positif berkumpul di logam berongga A, Akibatnya logam berongga A memiliki
muatan positif lebih banyak dari pada bumi, dan apabila ada benda yang positif
mendekati logam misalnya tisu, maka benda tersebut akan menjauhi logam berongga
A karena terjadi gaya tolak menolak.
BAB
IV
PENUTUP
A.
Kesimpulan
Generator Van de Graff merupakan
salah satu alat yang menggunakan prinsip listrik statis dan pemuatan induksi sebagai konsep yang
dipelajari IPA SMP dikelas VII dapat dijadikan sebagai alat peraga sederhana
dengan membuatnya dengan alat dan bahan yang tersedia di lingkungan dengan
mudah sehingga dengan adanya alat peraga ini siswa dapat meningkatkan pemahaman
penerapan listrik statis dalam bidang teknologi yang dapat diaplikasikan secara
langsung siswa dapat melakukan dan membuatnya sendiri dengan adanya alat perga
sederhana generator van de graaf.
B. Saran
Untuk
mendapatkan hasil yang maksimal,akan lebih baik jika sumber listrik berasal
dari power supply daripada baterai karena listrik yangdihasilkan akan lebih
banyak. Adapun jika menggunakan baterai ada kemungkinan listrik yang terkandung
dalam baterai akan berkurang seiring dengan banyaknya penggunaan. Karet yang digunakan tidak boleh terlalu kaku,
tetapi juga tidak boleh terlalu lentur. Hal ini dimaksudkan agar karet dapat
berputar lebih stabil seandainya karet terlalu lentur, maka perputaran karet
akan tidak teratur dan bisa keluar dari jalur. Sementara jika terlalu
kaku,karettidak dapat berputar seperti yang diharapkan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar