Jadi, Apa Yang Bikin Listrik Itu Listrik?

Di postingan sebelumnya kita udah bahas tentang sejarah penelitian kelistrikan yang mulai pesat di abad ke-19, tapi pada waktu tersebut para peneliti belum benar-benar memahami mengenai sifat fisis dari listrik.

Para peneliti seperti Faraday, Ohm dan lain-lain hanya membuat kesimpulan dari \\\’perilaku\\\’ listrik berdasarkan hasil dari eksperimen yang mereka lakukan. Belum tau apa itu listrik yang sebenarnya. Hal ini dikarenakan pada masa itu pengetahuan mengenai struktur atom baru dipahami pada akhir abad ke-19 hingga rahasia mengenai listrik dapat terungkap.

Jadi apa itu listrik?

Gampangnya,  listrik itu adalah elektron yang bergerak. Tapi untuk penjelasan detailnya bisa disimak di bawah ini ya.

Atom, Intinya Inti

Orang jaman dulu sudah mengetahui mengenai keberadaan elemen terkecil penyusun materi suatu benda. Atom. Muncul permasalahan waktu itu. Sangat sulit untuk mempelajari struktur atom karena, well, peneliti tidak bisa mengamati atom karena ukurannya yang kelewat kecil. Keciiiiil.

Berbagai peneliti membuat kajian mengenai model struktur atom. Salah satu model struktur atom yang populer dipelajari di sekolah salah satuya adalah model dari Rutherford yang digagas pada tahun 1911. Model atom buatannya terdiri dari nucleus atau inti atom yang di orbit oleh elektron dengan beberapa orbit. Membentuk seperti miniatur tata surya.

Pada tahun 1913, Niels Bohr, peneliti yang berperan penting dalam pembuatan bom atom, mengembangkan model struktur atom yang digagas oleh Rutherford.  Dimana pada model Rutherford inti atom dikelilingi oleh elektron yang mengorbit seperti planet di tata surya serta sebagian besar tersusun dari ruang kosong. Dengan menggabungkan teori mekanika kuantum oleh Plank karena ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan untuk melengkapi kekurangan yang dimiliki oleh model Rutherford.

Model struktur atom dari Bohr inilah yang dinilai cukup mendekati representasi struktur atom yang sebenarnya. Pada model Bohr, pergerakan dan posisi elektron di orbit dari inti atom bergantung pada level energi yang dimiliki oleh elektron itu sendiri. Hal ini penting untuk dipahami sebagai dasar pemahaman mengenai sifat kelistrikan suatu materi.

Model atom milik Bohr terdiri dari nucleus yang dikelilingi sampai hingga tujuh orbit. Kalau di buku teks IPA, orbit ini ditulis dengan notasi k, l, m, n, o, p dan l. Kapasitas elektron dari masing-masing orbit dirumuskan dengan 2n² dimana n adalah jumlah urutan orbit dihitung dari nucleus.

Selanjutnya pada tahun 1932, Chadwick mengajukan kalau nucleus terdiri dari muatan positif disebut proton dan neutron yang bermuatan netral.  Serta elektron yang bermuatan negatif. Jumlah proton di nucleus inilah yang kemudian menentukan sifat fisis dari suatu elemen.

Sebelumnya kita udah membahas tentang model atom dari Bohr jadi ada sedikit banyangan tentang strukturnya yang mirip dengan tata surya. Tapi ngga kayak tata surya, struktur atom yang udah kita bahas di atas dikendalikan oleh gaya listrik yang berupa tarikan atau tolakan antara muatan listrik pada struktur atom sehingga elektron cendrung tetap pada posisinya. Tidak seperti planet di tata surnya yang cendrung tertarik mendekati matahari karena pengaruh kekuatan dari gravitasi matahari.

Proton yagn bermuatan positif sementara neutron bermuatan negatif sehingga elektron dapat mempertahankan posisinya di orbit dengan mengandalkan gaya tarikan dengan proton di nucleus.

Jadi elektron yang bermuatan negatif berputar mengelilingi nucleus dalam orbit tiga dimensi yang disebut shell atau di buku IPA kita kenal dengan istilah kulit. Sempat disinggung di atas kalau elektron itu memiliki level energi yang tergantung di orbit yang ke berapa dia berada. Semakin kecil energi yang dimiliki oleh elektron, semakin dekat dia dengan nucleus. Sebaliknya, apabila energi level dari elektron lebih besar, maka dia berada di posisi yang semakin jauh dari nucleus.

Pada model atom milik Bohr, atom yang memiliki hingga tujuh lapis orbit atau kulit, bagian terluar dari kulit pada atom disebut kulit valensi,. Disini bagian pentingnya dari penjelasan panjang lebar di atas. Bagian dari kulit valensi inilah yang menentukan ciri utama dari sifat kelistrikan dan kimia suatu atom. Untuk selanjutnya kita bisa mengabaikan kulit terdalam dari atom.

Terlepas dari jumlah elektron pada atom, kulit valensi hanya bisa menampung hingga delapan elektron. Jadi semisal suatu atom memiliki 18 elektron, kulit valensinya hanya diisi delapan elektron dan tidak bisa ditambahkan lagi.

Kesimpulannya jumlah elektron di kulit valensi maksimal delapan buah. Kalau jumlah elektron di kulit valensi kurang dari empat, maka kulit tersebut dinyatakan tidak stabil yang mana menyebabkan elektron dapat dengan mudah \\\’terlepas\\\’ dari orbit sehingga menjadii elektron bebas.

Elektron ke Elektron

Elemen yang memiliki jumlah elektron bebas yang banyak cendrung dimiliki oleh elemen metal. Maka dari itu, elemen metal merupakan material konduktor yang baik. Karena memiliki banyak elektron bebas, material konduktor tersebut sangat baik untuk menyalurkan arus listrik.

Kalau jumlah elektron di kulit valensinya lebih dari empat gimana?

Kalau jumlah elektron valensi di kulit lebih dari empat, kulit valensi tersebut bisa dinyatakan stabil sehingga elektron-elektron di kulit terluar tersebut \\\’terikat\\\’ sangat kuat satu sama lain seingga sangat sedikit sekali elektron bebasnya. Hal ini membuat elemen dengan sifat tersebut sulit menyalurkan arus litrik dan kita sebut isolator.

Balik lagi ke konduktor yang memfasilitasi elektron untuk bergerak. Ketika konduktor tersebut dihubungkan dengan sumber yang bermuatan positif pada salah satu ujung dan sumber muatan negatif pada ujung yang lain. Maka elektron bebas pada konduktor yang bermuatan negatif akan ditolak oleh sumber muatan negatif tersebut karena memiliki muatan yang sama. Disaat bersamaan elektron bebas itu \\\’ditarik\\\’ oleh sumber bermuatan positif karena memiliki muatan yang berbeda.

Karena efek gaya listrik tersebut, elektron bebas pada konduktor saling mendorong secara random menjauhi sumber muatan negatif menuju sumber muatan positif. Pada kondisi ini elektron tersebut bergerak atau bergeser saling dorong di dalam konduktor. Nah, pergerakan elektron di dalam konduktor inilah yang dimaksud dengan arus listrik. Dan inilah yang bikin listrik itu listrik yang kita gunakan sehari-hari. Dari penjelasan tersebut juga kita memahami bahwa elektron itu berpindah dari kutub negatif ke positif. Kebalikan dari pemahaman mengenai arah arus listrik DC yang kita dengar selama ini.

Selain bergerak dari negatif ke positif, pada dasarnya pergerakan elektron di konduktor terjadi dengan sangat lambat. Sangat lambat sekali. Terkesan sangat cepat karena elektron ini bereaksi secara berantai sehingga pergerakan sedikit pada ujung konduktor impuls nya langsung dirasakan pada ujung satunya lagi.

Terima kasih sudah membaca tulisan ini. Kalau ada yang mau ditanyakan atau didiskusikan tinggal tulis di kolom komentar.

Sampai ketemu di pembahasan selanjutnya.

Ciao.