Fenomena elektrostatik sudah dikenal manusia sejak dulu karena mudah ditemukan di alam sekitar. Kita bisa dengan mudah menimbulkan muatan listrik statik pada benda-benda disekitar kita dengan menggosokkannya dengan benda lain. Mungkin kita masih ingat eksperimen sederhana saat sekolah dulu : sisir plastik yang digosok dengan kain, lalu didekatkan dekat lengan, akan menarik rambut-rambut di kulit lengan, atau jika didekatkan ke sobekan-sobekan kertas diatas meja maka sisir plastik akan menarik sobekan-sobekan kertas tersebut. Syaratnya : sisir dan kainnya mesti kering. Jika basah, tak cukup banyak muatan listrik yang dihasilkan. Ini bukan sulap atau magik, tapi sains. Bagi yang suka nonton Mr. Bean, ada satu episode dimana tubuh Mr.Bean menjadi bermuatan listrik setelah bermain-main dengan alat penghasil muatan listrik statik, yang biasanya dinamakan generator Van de Graaff. Ternyata elektrostatikpun bisa jadi bahan lelucon juga ya!
Cara mudah menimbulkan muatan listrik statik, seperti eksperimen sederhana diatas, adalah dengan menggosok atau menggesek permukaan suatu benda dengan benda lain. Cara ini dikenal dengan nama triboelectric charging (pemberian muatan secara triboelektrik). Besar dan jenis muatan yang ditimbulkan tergantung pada banyak hal : jenis benda, kelembaban udara, luas permukaan kontak, kecepatan dan tekanan pada saat bergesekan dan pemisahan. Makin luas permukaan kontak, maka makin tinggi muatan statik yang dihasilkan. Untuk benda padat, kita bisa mem-prediksi jenis muatan yang dihasilkan dari deret triboelektrik, contoh deret triboelektrik ditunjukkan pada tabel 1.
Cara mudah menimbulkan muatan listrik statik, seperti eksperimen sederhana diatas, adalah dengan menggosok atau menggesek permukaan suatu benda dengan benda lain. Cara ini dikenal dengan nama triboelectric charging (pemberian muatan secara triboelektrik). Besar dan jenis muatan yang ditimbulkan tergantung pada banyak hal : jenis benda, kelembaban udara, luas permukaan kontak, kecepatan dan tekanan pada saat bergesekan dan pemisahan. Makin luas permukaan kontak, maka makin tinggi muatan statik yang dihasilkan. Untuk benda padat, kita bisa mem-prediksi jenis muatan yang dihasilkan dari deret triboelektrik, contoh deret triboelektrik ditunjukkan pada tabel 1 disamping kiri.Jika katun digosok dengan wool – misalnya - maka wool akan cenderung bermuatan positif sedang katun bermuatan negatif. Muatan statik yang dihasilkan juga relatif lebih tinggi dibandingkan jika katun digosok dengan sutra, karena dalam deret tersebut wool terletak diatas sutra.
Keberadaan muatan listrik statik dapat diketahui dengan menggunakan beberapa alat pengukur khusus yang disebut Electrometer – dipasaran bisa dijumpai alat yang disebut Electrostatic Fieldmeter (satuan ukurnya volt/meter), Electrostatic Voltmeter (satuan ukur dalam volt) dan Coulombmeter (satuan ukur dalam coulomb).
Elektrostatik : Dari Dulu Sampai Sekarang
Meskipun elektrostatik telah dikenal sejak abad ke-18 dan merupakan bagian tak ternilai dari fisika, tidak banyak aplikasi dan penemuan yang didasarkan pada prinsip elektrostatik. Salah satu satu penemuan sangat penting di bidang elektrostatik yaitu penangkap petir dari Benjamin Franklin.
Mungkin kita masih ingat tentang eksperimen yang dilakukan oleh Benjamin Franklin dengan menaikkan layang-layang di saat petir menyambar untuk membuktikan bahwa awan dan petir itu bermuatan listrik. Cerita dan eksperimen ini bisa dilihat di situs www.pbs.org/benfranklin/exp_shocking.html. Sungguh menarik karena ada simulasinya segala. Kita juga diajari bagaimana membuat layang-layang!
Dengan membuat pengecualian untuk penangkap petir diatas, baru setelah permulaan abad ke-20 ditemukan aplikasi industri yang pertama dari elektrostatik. Pada tahun 1906, Frederick Cottrell menemukan elektrofilter [electrofilter] atau pengaring elektrostatik [electrostatic precipitator]. Revolusi industri telah menempatkan jejak hitamnya pada lingkungan, dan sumber pencemaran terbesar adalah hasil pembakaran dari industri berat. Elektrofilter merupakan terobosan yang sungguh berarti karena dapat menangkap abu dari asap yang berasal dari hasil pembakaran, misalnya pada pembangkit tenaga listrik berbahan bakar batubara. Sukar untuk membayangkan tingkat polusi pada masa sekarang tanpa penemuan ini – yang pada prinsipnya sangat sederhana tetapi merupakan hasil penemuan yang cemerlang.
Penyaring elektrostatik hanya satu permulaan. Segera setelah itu, ditemukan metoda untuk memisahkan campuran partikel yang berbeda jenisnya, diikuti oleh metoda pengecatan dengan semprotan secara elektrostatik dan juga metoda pelapisan dengan eletrostatik. Semua proses ini pada dasarnya adalah sangat sederhana. Akan tetapi lain dengan hasil pekerjaan Chester Carlson.
Dengan menyandang gelar sarjana hukum dan fisika, Carlson bekerja di kantor paten, dan karenanya memahami kebutuhan untuk menyalin atau mengopi hasil paten. Lalu, dia memutuskan untuk menciptakan alat penyalin yang lebih lebih baik. Ketika dia memilih kombinasi elektrostatik dan fotokonduktivitas sebagai prinsip dasar kerjanya, hampir semua orang setuju bahwa kombinasi ini tak akan bekerja. Dan setiap orang hampir benar. Akan tetapi Carlson tidak putus asa, setelah bertahun-tahun melakukan percobaan, hasil akhirnya adalah proses Xerox, yang telah mempunyai pengaruh yang besar pada masyarakat. Meskipun demikian, proses ini masih dikenal sebagai aplikasi elektrostatik.
Pada masa selanjutnya, efek elektrostatik mulai menakutkan dan memberi kesan buruk. Dimulai pada tahun 1930-an, pada saat itu ledakan pada gudang penyimpanan peluru dilaporkan terjadi hampir setiap minggu di bagian tengah Amerika. Dengan kejadian ini dan bertambahnya ledakan di ruang operasi di rumah sakit dan laboratorium kimia dan farmasi, orang menyebut bahwa penyebab ledakan adalah listrik statik! Sangat alami untuk menganggap bahwa pelepasan elektrostatik [electrostatic discharge] adalah pemantik atau sumber penyala dari ledakan-ledakan seperti itu. .
Listrik statis – sampai sekarang – lebih dari hanya sekedar ledakan. Pada tahun 1930-an, listrik statik sudah menyusahkan industri percetakan begitu juga industri tekstil : misalnya kertas yang menempel satu sama lain, juga serat yang menggumpal dan susah dikontrol selama pemintalan dan penenunan. Dengan pengembangan semua jenis material polimer di tahun 1940 dan 1950-an seperti nilon, orlon dan teflon – listrik statik masuk menjadi bagian dalam rumah tangga. Orang mengenali listrik statik sebagai sumber/penyebab kenapa kain baju menempel ke tubuh atau penyebab kenapa layar TV dan monitor kotor. Dan konon, listrik statik juga disalahkan karena menyebabkan sakit kepala dan menghancurkan keseimbangan antara ion negatif yang baik dan ion positif yang jahat di udara.
Jadi, listrik statik lebih banyak dikenal karena efek perusaknya. Pada tahun 1960-an, efek perusakan listrik statik menyebar ke tempat yang baru : dunia elektronik. Beberapa orang menganggap kehadiran MOSFET (metal oxide semiconductor field-effect transistor) sebagai permulaan perioda ini. Disini efek listrik statik mulai dikenal sebagai ESD (Electrostatic Discharge). Komponen elektronik yang berukuran makin kecil dan berkemampuan makin canggih, membuatnya makin sensitif terhadap ESD. Diperkirakan ESD menyebabkan industri elektronik mengalami kerugian jutaan dolar setiap tahunnya, dan karenanya kendali ESD (ESD control) merupakan keharusan atau keniscayaan bagi industri elektronik.
Selain efek yang makin lama makin menakutkan industri elektronik, elektrostatik juga mulai merambah daerah baru yaitu efek elektrostatik pada kesehatan tubuh – dalam hal ini lebih banyak cerita tentang pengaruh ion-ion pada tubuh. Pengetahuan tentang Elektrostatik juga diaplikasikan untuk membuat peralatan yang berfungsi untuk membersihkan udara di rumah tangga. Pengetahuan tentang kontrol elektrostatik bisa membuat kita lebih sehat! Ayo kita ber-elektrostatik-ria!
Selain efek yang makin lama makin menakutkan industri elektronik, elektrostatik juga mulai merambah daerah baru yaitu efek elektrostatik pada kesehatan tubuh – dalam hal ini lebih banyak cerita tentang pengaruh ion-ion pada tubuh. Pengetahuan tentang Elektrostatik juga diaplikasikan untuk membuat peralatan yang berfungsi untuk membersihkan udara di rumah tangga. Pengetahuan tentang kontrol elektrostatik bisa membuat kita lebih sehat! Ayo kita ber-elektrostatik-ria!
Sumber bacaan utama :
1. ESD Association –
2. "Compliance Engineering” Magazine - Mr.Static’s Column
