Kebanyakan anak belajar tentang efek triboelektrik jauh sebelum mereka menjadi akrab dengan istilah tersebut. Jika Anda pernah menggosokkan balon ke rambut Anda dan menyaksikan efeknya listrik statis – menarik rambut Anda ke arah balon dan berpotensi cukup kuat untuk menempelkan balon ke kepala Anda – maka Anda memahami dasar-dasar efek triboelektrik.
Ini pada dasarnya adalah bentuk “elektrifikasi kontak”, di mana muatan listrik, dalam bentuk elektron, bergerak dari satu objek ke objek lain, menyebabkan penumpukan muatan negatif pada satu objek dan defisit pada deficit lain. Balon karet dan rambut manusia hanyalah dua contoh objek yang menunjukkan fenomena yang cukup umum ini.
Pelajari detail tentang efek triboelektrik, cara kerjanya, apa penyebabnya, dan apa yang dapat Anda temukan dari seri triboelectric membantu Anda memahami dan memprediksi apa yang akan terjadi dalam situasi yang melibatkan transfer listrik biaya.
Apa Efek Triboelektrik?
Efek triboelektrik telah dikenal manusia setidaknya sejak 600 SM, ketika Thales, seorang Yunani filsuf menemukan bahwa Anda dapat menggosok amber dan membuatnya menarik bulu halus, kertas, dan cahaya kecil lainnya objek. Istilah efek triboelektrik berasal dari bahasa Yunani untuk "menggosok" dan "kuning," karena sejarah penemuan efek ini. Tentu saja, para ilmuwan saat ini memiliki pemahaman yang jauh lebih baik tentang penyebab efek triboelektrik dan sifat muatan listrik secara umum.
Efek triboelektrik disebut elektrifikasi kontak karena ini adalah proses benda membuat kontak – terutama bergesekan satu sama lain lainnya, seperti balon karet yang menempel pada rambut manusia atau kaki Anda di atas karpet, yang mengarah pada penumpukan muatan permukaan yang menciptakan efek.
Muatan listrik – dalam bentuk elektron, komponen pembawa muatan negatif dari atom – dipindahkan dari satu objek ke objek lain selama proses penggosokan. Transfer muatan yang terjadi berarti bahwa satu objek memperoleh elektron dan dengan demikian menjadi muatan negatif bersih, sementara yang lain kehilangan elektron dan karena itu berakhir dengan muatan positif bersih.
Penumpukan elektron ini meninggalkan muatan bersih pada kedua benda, dan mulai saat ini mereka berperilaku seperti dua muatan apa pun benda: Muatan yang sejenis akan saling tolak menolak, dan muatan yang tidak sejenis (seperti dua muatan yang digunakan untuk menciptakan efek) akan menarik satu lain. Sejauh mana hal ini terjadi tergantung pada bahan itu sendiri dan pada akhirnya total muatan pada setiap benda setelah penggosokan terjadi.
Penyebab Efek Triboelektrik
Pada akhirnya, fenomena triboelektrik disebabkan oleh gesekan: Ketika satu material digesekkan yang lain, elektron secara efektif "dilucuti" dari satu objek, dan yang lainnya berakhir dengan banyak listrik biaya.
Namun, untuk benar-benar memahami fenomena dan apa penyebabnya, Anda perlu memikirkan struktur atom. Sebuah inti kecil yang padat berisi proton bermuatan positif dan neutron bebas muatan, dengan a "awan" elektron bermuatan negatif di sekitarnya, biasanya menyeimbangkan muatan positif dari inti. Gesekan menyebabkan transfer muatan, mengambil beberapa elektron bermuatan negatif dari satu bahan.
Sejauh mana suatu bahan akan mengambil elektron dari bahan lain disebut itu called afinitas elektron atau afinitas muatan. Jika atom suatu bahan memiliki afinitas elektron yang lebih tinggi daripada bahan lainnya, maka atom tersebut akan cenderung mengambil elektron (dan dengan demikian membangun muatan negatif) dari bahan lain (yang kemudian memiliki kekurangan elektron dan mengembangkan muatan positif bersih). Selain balon karet dan rambut manusia, kaki dan karpet, damar, dan kain, contoh klasik lain dari fenomena ini adalah Teflon dan bulu kelinci.
Singkatnya, jumlah tampilan bahan triboelektrik berbeda untuk bahan yang berbeda, sebagai akibat dari elektron spesifik atau afinitas muatannya. Inilah sebabnya mengapa para ilmuwan telah membuat daftar bahan yang diurutkan berdasarkan kecenderungannya untuk mendapatkan atau kehilangan elektron, yang disebut deret triboelektrik.
Seri Triboelektrik
Deret triboelektrik adalah daftar objek yang diurutkan berdasarkan kecenderungannya untuk memperoleh muatan positif bersih atau muatan negatif bersih ketika bersentuhan satu sama lain.
Bahan menuju bagian atas deret triboelektrik lebih cenderung melepaskan elektron pada kontak (dan berkembang) muatan positif bersih), dan bahan ke arah bawah lebih mungkin untuk mendapatkan elektron (dan begitu negatif biaya).
Dalam kondisi ideal – jika semuanya kering – benda yang ditempatkan lebih tinggi dalam rangkaian triboelektrik akan cenderung tend menyerah elektron ke item lebih bawah dalam daftar, dan mereka akan menjadi bermuatan positif. Semakin jauh jarak antara dua bahan yang berbeda dalam deret triboelektrik, semakin besar efek triboelektrik ketika keduanya digosokkan.
Bagan Seri Triboelektrik
Anda dapat menemukan contoh yang bagus dari bagan seri triboelektrik sini, yang didasarkan pada tes yang dilakukan oleh Bill Lee di AlphaLab, inc. Tabel ini memberikan rincian tentang bagaimana bahan diuji serta batasan pengukuran.
Nilai dalam tabel adalah dalam nC/J, yang merupakan singkatan dari nanocoulomb per joule, dengan Coulomb sebagai satuan standar muatan, dan Joule adalah satuan energi yang terkait dengan gesekan. Tanda positif atau negatif masing-masing mewakili kemungkinan mereka mengambil muatan positif atau negatif.
Jadi misalnya, karet lateks mengambil muatan 105 nC per joule energi yang diinvestasikan dalam proses penggosokan, dan tanda minus memberi tahu Anda bahwa ia mengambil muatan negatif bersih. Sedangkan kulit kering memiliki nilai +30 nC/J, artinya akan kehilangan elektron, sehingga berakhir dengan muatan positif sebesar 30 nC per Joule energi yang masuk ke dalam proses penggosokan.
Terakhir, Anda akan melihat bahwa sebagian besar bahan yang berbeda dalam daftar (misalnya, karet silikon dan PVC) adalah isolator, sehingga tidak dapat membawa arus listrik dalam situasi normal. Ini adalah pengingat penting bahwa triboelectricity bekerja sama sekali berbeda dari listrik biasa, dan umumnya, isolator adalah lebih baik daripada konduktor dalam menahan jenis muatan statis ini.
Generator Van De Graaff
Generator Van de Graaff adalah peralatan terkenal yang memanfaatkan efek triboelektrik untuk menghasilkan penumpukan atau penyimpanan muatan yang dapat Anda ukur sebagai perbedaan potensial menggunakan a voltmeter.
Di sebagian besar generator Van de Graaff, sabuk karet digosokkan ke "sisir" logam di bagian bawah, yang menarik elektron dari sabuk dan meninggalkannya dengan muatan positif bersih. Ini kemudian diambil oleh sisir yang cocok di bagian atas untuk menyebarkan muatan ke kubah logam di bagian atas generator.
Tentu saja, elektron adalah pembawa muatan seluler, sehingga sabuk kehilangan elektron di bagian bawah dan kemudian mengambilnya elektron dari sisir dan kubah di bagian atas, meninggalkan mereka dengan defisit elektron dan positif bersih a biaya.
Perbedaan potensial besar yang diciptakan oleh proses ini dapat melebihi 100.000 volt dan sering digunakan dalam tampilan kelas klasik di mana seseorang yang bersentuhan dengan generator berdiri tegak akhir. Ini karena helai rambut semuanya mendapatkan muatan (positif) yang cocok dan karenanya mulai saling tolak.