GENERATOR VAN DE GRAFF

l     Latar Belakang

Kata listrik (electricity) berasal dari kata Yunani, yaitu electron, yang berarti amber. Amber adalah damar pohon yang membatu, dan orang zaman dulu mengetahui bahwa jika batang amber digosokan dengan kain, amber tersebut akan menarik daun-daun kecil atau debu. Sepotong plastik yang keras, batang kaca, atau penggaris plastik yang digosok dengan kain juga akan menunjukan “efek amber” ini. Efek ini disebut dengan istilah Listrik Statis. Pada kasus listrik statis, sebuah benda menjadi bermuatan karena proses penggosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik total.

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. Pada makalah ini kami akan menguraikan generator van de graff sederhana yang telah berhasil kami buat.

        Tujuan

a.       Membuat generator Van De Graff sederhana.

b.      Mempelajari prinsip kerja generator Van De Graff.

c.       Mempelajari sifat-sifat listrik statis.

d.      Menunjukan adanya gaya tolak menolak antara muatan pada tisu dan kaleng.

        Dasar Teori

              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, ia akan memiliki muatan positif total. 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. Jika sebuah benda bermuatan, misalnya negatif 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 Graaff 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 spherical). 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. Hal ini dapat dilakukan dengan hanya memindahkan karet penggerak ke puli motor atau ke puli yang dapat diputar oleh tangan.

             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.

      Metode

A.    Waktu dan Tempat

Hari/Tanggal       : Senin, 10 Mei 2010

Waktu                   : 10.00 s.d Selesai

Tempat                 : Lab. Fisika Dasar, Kampus Bandung.

B.     Alat dan Bahan

1. Kaleng minuman ringan bekas 2. Paku kecil 3. Tabung sekering 4. Karet ban bekas 5. Motor DC 6. Power suply 7. Capit buaya 8. Botol plastik minuman bekas 9. Gergaji

10.  Selotip secukupnya 11. Kabel serabut secukupnya 12.  Pipa PVC “T” 13.  Plester 1 buah 14.  Papan 15.  Gunting 16.  Tang 17.  Tisu

Cara Kerja

           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. Muatan-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. 

I.       Hasil Percobaan

           Gambar di atas menunjukan bahwa kertas tisu menjauhi kaleng karena terjadi gaya tolak meolak antara muatan pada kaleng dan muatan pada tisu. Karena muatan listrik yang berkumpul pada logam berongga A akan menghasilkan listrik statik, sehingga bila ada benda yang bermuatan positif mendekati logam berongga tersebut maka benda tersebut akan menjauhi logam berongga A dan sebaliknya jika benda bermuatan negatif maka benda tersebut akan mendekati logam berongga A.

I.       Kesimpulan

               Pada percobaan ini kami telah berhasil membuat Generator Van de Graff yang menggunakan prinsip listrik statis dan pemuatan induksi. 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 spherical). Salah satu cara untuk menggerakan generator ini dengan menggunakan motor listrik yang dapat diatur kecepatan putarannya dan menggunakan listrik 220 V. Pada kasus listrik statis, sebuah benda menjadi bermuatan karena proses penggosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik total. Muatan positif dan muatan negatif pada listrik statis bergantung pada bahan. Bila sebuah benda logam bermuatan positif disentuhkan dengan benda yang bermuatan positif maka akan terjadi gaya tolak menolak, dan bila didekatkan negatif maka akan terjadi gaya tarik menarik.

Daftar Pustaka

[1] D. Halliday, R. Resnick,  J. Walker. (2008). Fundamental of Physic (extended). Singapore : John Wiley and Sons.

[2] Giancoli, Douglas C. (2001). Fisika Edisi Kelima Jilid 2 (Terjemahan). Jakarta : Erlangga

[3] Paul, Tipler (1991). Fisika Untuk Sains dan Tekhnik Jilid 2 (Terjemahan). Jakarta : Erlangga.

[4] Finn, Allonso. (1994). Generator Van De Graff. 

Read More

Teori Ilmu Fisika dan Kajian Relevan dalam Kitab Suci Al-Quran

Pada kesempatan ini physics-degree.blogspot.co.id ingin mencoba menguraikan tentang suatu teori dalam ilmu fisika yang sangat relevan dengan kehidupan kita sehari-hari dan sudah tercantum 14 Abad yang lalu dalam kitab suci umat islam yaitu Al-Qur’an. Mungkin kita sering mendengar salahsatu Teori Einstein dalam bukunya tentang General Realtivity (Realtivitas Umum). Teori ini menceritakan tentang berjalannya waktu, geometri ruang, gerak benda jatuh bebas dan perambatan cahaya. Secara sederhana dalam teori perjalanan waktu Einstein mengatakan bahwa perlambatan dan percepatan waktu itu relatif terhadap pengamat. Dalam kehidupan sehari-hari kita kadang merasakan waktu berjalan lambat (misalnya menunggu puasa) namun terkadang pula berjalan sangat cepat (ketika tidur pulas atau main game). 

 

Menurut teori Einstein, ruang dan waktu kita ini melengkung, maksudnya adalah percepatan dan perlambatan ini dipengaruhi juga oleh gaya gravitasi (melengkung karena ditarik oleh gaya gravitasi). Secara teori hitungan matematis orang yang berusia 32 tahun di Planet Bumi akan berusia 17 tahun kalau tinggal di Mars. Hal ini dikarenakan gaya gravitasi Mars lebih kecil dibandingkan dengan Planet Bumi kita. Hal ini juga terjadi dalam kehidupan seekor nyamuk. Alur waktu hidup nyamuk dari mulai dia sebuah telur nyamuk kemudian menjadi larva dan akhirnya nyamuk dewasa kemudian mati hanya menghabiskan waktu selama 24 jam. Bayangkan, 24 jam dalam hitungan waktu manusia adalah waktu berkembang biak seumur hidup seekor nyamuk dari sebuah telur sampai mati.

Hal ini sangat jelas diungkapkan dalam Firman Allah SWT dalam Al-Qur’an:

"Dan mereka meminta kepadamu agar azab itu disegerakan, padahal Allah sekali-kali tidak akan menyalahi janji-Nya. Sesungguhnya sehari di sisi Tuhanmu adalah seperti seribu menurut perhitunganmu." (Al Qur'an, 22:47) 

 

"Dia mengatur urusan dari langit ke bumi, kemudian (urusan) itu naik kepada-Nya dalam satu hari yang kadarnya adalah seribu tahun menurut perhitunganmu." (Al Qur'an, 32:5) 

 

"Malaikat-malaikat dan Jibril naik (menghadap) kepada Tuhan dalam sehari yang kadarnya limapuluh ribu tahun." (Al Qur'an, 70:4) 

 

Jadi, secara hitungan teoritis katakanlah usia seorang manusia 60 tahun, maka menurut pengamat (dalam hal ini malaikat) hanya butuh waktu sekitar 1,7 menit (103 detik) saja. Dalam waktu sekejap itu semua perbuatan dan aktifitas kita detail tercatat dan teramati dengan lengkap. Seperti halnya kita mengamati perkembangan seekor nyamuk mulai dari telur sampai nyamuk itu mati dan kita amati hanya dalam waktu 24 jam saja. Sungguh ruang dan waktu ini relatif terhadap pengamat dan yang diamatinya. 

Sekarang penulis mengajak untuk merenungkan dan mengingat kembali peristiwa penting pada seorang manusia, misalnya saat kita lahir, pertamakali bicara, pertamakali masuk Taman Kanak-Kanak dan Pertamakali naik motor. Apakah kejadian itu terasa lama atau sebentar ? jawabannya relatif. Namun yang pasti kita sebagai manusia biasa hanya berada dalam satu ruang dan waktu yaitu saat ini. Tidak di satu detik lalu ataupun satu detik ke depan. Ukuran waktu adalah cara manusia mempermudah mengidentifikasi suatu kejadian. Karena tanpa ada istilah detik, menit, jam, bulan, tahun pun waktu akan tetap ada dan berjalan. 

Poin yang ingin disampaikan dalam postingan kali ini adalah menyadarkan kita semua bahwa kita semua (anda dan dan saya) yang sedang membaca tulisan ini sedang berada dalam satu ruang dan waktu yang sama yang mungkin punya tujuan berbeda namun menjadi objek pengamatan yang sama, yaitu yang menciptakan ruang dan waktu itu sendiri yaitu Tuhan pencipta alam semesta dan segala isinya. Semoga kita senantiasa memanfaatkan waktu yang relatif ini dengan sebaik-baiknya.

Wassalam, . .

Read More

Pengalaman Kuliah di Jurusan Fisika dan Tips Buat Kalian yang Akan Kuliah di Jurusan ini (Part II)

Waktu itu sekitar bulan April tahun 2008 seorang teman menghubungi dan menyampaikan keinginannya untuk mengikuti  tes SNMPTN. Ia pun bercerita sudah mendapatkan banyak tips dan trik agar bisa lulus. Tanpa banyak pikir saya pun ikut daftar SNMPTN bersama nya. Saya masih ingat betul pemilihan Jurusan Kuliah saya isi di formulir SNMPTN dengan cara sebagai berikut:

Pilihan Pertama   : diisi dengan Jurusan Kuliah yang saya suka & memang diinginkan

Pilihan Kedua     : diisi dengan Jurusan Kuliah yang saya gak suka saat itu (Fisika)

Dan akhirnya Takdir berkehendak saya lulus di Pilihan Kedua. Ya, Fisika adalah Jurusan yang saat itu tahun 2008 saya tidak menyukainya karena nilai matematika dan Fisika saat SMA saya hanya sebatas lulus dan wajar, tidak menunjukan tanda minat pada mata pelajaran ini.

Tahun Pertama

Inilah tahun petualangan dahsyat itu di mulai, Agustus 2008 saya memulai karir sebagai mahasiswa Jurusan Fisika di salahsatu kampus negeri di Bandung. Tahun pertama kuliah kesulitan akan materi Fisika itu belum nampak sama sekali. Kita masih mempelajari hal hal dasar, Fisika Dasar dan Kalkulus (Matematika SMA) masih sebatas materi yang pernah dipelajari ketika di Sekolah Menengah Atas. di tahun pertama ini beberapa teman ada yang masih mencoba peruntungan dengan cara mengikuti SNMPTN di tahun berikutnya tapi itu sebatas sensasi dan uji coba diri saja.

Tahun Kedua

Pada tahun kedua kami mulai merasakan materi Jurusan Fisika yang sesungguhnya. Mulailah terlihat mana mahasiswa yang Genius, Pertengahan dan Abal –abal. Terlihat dari Nilai nilai Ujian yang seperti kekurangan vitamin A dan B (kebanyakan nilai ujiann mahasiswa jurusan Fisika itu C bahkan D). Saya sendiri bisa dibilang mahasiswa pertengahan (kebanyakan) yang kadang mendapat nilai A atau B tapi kebanyakan C. Nampaklah mahasiswa yang Genius itu mendominasi perolehan nilai Ujian A saat yang lainnya hanya mendapatkan nilai C atau D. Mereka memang memiliki kecintaan pada jurusan Fisika ini. Faktanya teman kelas kami yang dulu dianggap Genius, kini menjadi peneliti dan dosen Fisika di Institusi ternama.

Tahun Ketiga

Salahsatu matakuliah yang dianggap “Dewa” di jurusan Fisika adalah Mekanika. Matakuliah ini terdiri dari dua bagian (Mekanika I dan II). Menurut saya matakuliah ini rumitnya luar biasa. Sialnya adalah Matakuliah ini bisa diambil kalau materi sebelumnya kita berhasil lulus. Misalnya Matakuliah I kita gak lulus, maka Matakuliah Mekanika II tidak bisa diambil sebelum kita mengulang Mekanika I. Dan masih banyak mata kuliah lainnya yang kesemuanya mengikuti aturan seperti ini. Fisika Matematika bahkan sampai tiga seri (Fisika Matematika I, II dan III). Fisika Modern dan Fisika Kuantum juga matakuliah yang berseri dan membuat kesan tersendiri bagi mahasiswa fisika lainnya. Semua keseruan ini nampak di tahun ketiga perkuliahan.

Pada tahun ketiga ini pula kami mulai diarahkan pada keahlian dan peminatan jurusan di fisika. Saat penulis kuliah sekitar tahun 2011 peminatannya terdiri dari: Fisika Material, Fisika Energi dan Nuklir, Fisika Komputasi, Fisika Instrumentasi, Geofisika, Astrofisika dan Fisika Medis dan Biofisika. Penulis sendiri mengambil peminatan dibidang Fisika Material karena hanya bidang ini yang ada dan dikerjakan di LIPI Bandung dengan maksud dan tujuan agar pengerjaan skripsi dan penelitiannya bisa dikerjakan bersama Peneliti di LIPI Bandung. Meski demikian ada juga teman penulis yang mengerjakan skripsinya di BATAN Bandung, LAPAN Bandung dan LIPI Serpong.

Tahun ke empat

Penulis masih ingat saat pertama perkuliahan dimulai (semester satu) jumlah teman kelas kami ada sekitar 48 orang namun pada tahun ke empat meluruh dan tersisa menjadi 34 orang saja. Mungkin teman yang lainnya punya minat lain ditengah jalan. Pada tahun ke empat ini seperti jurusan lain pada umumnya kami mengikuti KKN yang ditempatkan dibeberapa Kabupaten Perifer (Pinggiran) di Jawa Barat. Pada semester ini pula dimulainya pengerjaan penelitian kami masing masing sesuai peminatan untuk dilaporkan dan dibukukan menjadi sebuah karya tulis ilmiah bernama Skripsi.

Penulis sempat mengikuti Seminar Nasional Fisika Material dan menjadi pemateri saat semester tujuh karena prasyarat dari dosen pembimbing yang menginginkan mahasiswa bimbingannya membuat dan mempresentasikan penelitiannya di depan para pakar fisika material saat itu. Meski masih banyak kekurangan pada akhirnya Paper kami berhasil terbit di salahsatu Jurnal Ilmiah Fisika Nasional saat itu.

Pada akhirnya penulis bersyukur dapat mengikuti Sidang skripsi dan mempertanggungjawabkan hasil penelitian dengan baik dan mendapat nilai baik serta dinyatakan Lulus. Sehingga bisa lulus tepat waktu karena kenyataannya banyak teman angkatan penulis yang lulus di tahun ke lima bahkan tahun ke enam baru lulus.

Tips dari pengalaman kuliah di Jurusan Fisika ini adalah apapun jurusan yang kita pilih kalau kita pasrah kepada Tuhan dan menjalaninya dengan Tulus kita akan enjoy dan mendapatkan hasil baik. Terbukti meskipun awalnya penulis ragu dan tidak suka pada jurusan ini di akhir perkuliahan penulis berhasil lulus dengan predikat Cumlaude (IPK diatas 3,5). Kadang serasa mimpi selama empat tahun bisa bertahan dan mengikuti perkuliahan di Jurusan Fisika. Sesulit apapun yang kita pelajari ingatlah bahwa materi itu ada yang membuatnya yaitu manusia itu sendiri. Bukan monster atau Alien. So, kalau orang lain bisa membuat materi sulit itu kenapa kita tidak bisa mempelajarinya. Pasti Bisa !

 

Read More