Apakah terjadinya petir termasuk dalam listrik atau dinamis jelaskan?

Kamu sering merasa ngeri/takut nggak kalau lihat petir? Biasanya petir muncul saat hujan. Sebelum kita mendengar suara gemuruh di langit, kita sekilas melihat cahaya kilat menyambar permukaan bumi. Cahaya kilat yang disertai suara mahabesar terkadang membuat kita merinding ya guys! Bagaimana proses terjadinya petir itu? Mari kita kulik bersama!

Petir sering terjadi pada saat musim hujan. Walau kamu belum ngerti bagaimana proses terjadinya petir, pasti kamu pernah melihat sambaran petir kan? Pada saat musim hujan, keadaan udara mengandung kadar air yang lebih tinggi yang dapat membuat daya isolasinya turun sehingga arus/muatan listrik lebih mudah untuk mengalir. Petir terjadi ketika elektron di bawah awan tertarik oleh proton di daratan. Masih ingat nggak kamu perbedaan antara elektron dan proton? Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif sedangkan proton adalah partikel subatom yang bermuatan positif.

Petir menyambar. Sumber gambar: ucar.edu

Nah muatan listrik yang terakumulasi harus dalam jumlah yang cukup besar untuk mengisolasi udara. Ketika petir terjadi, aliran muatan negatif (elektron) mengalir menuju titik tertinggi dimana muatan positif (proton) telah berkerumun karena adanya tarikan petir tersebut. Koneksi antara elektron dan proton terjadi dengan begitu cepat sehingga menyebabkan sambaran petir.

Petir juga bisa terjadi diantara awan yang berbeda muatan loh! Awan yang bermuatan positif akan berkumpul dengan awan muatan positif lainnya karena adanya angin. Muatan positif di awan bisa berada di bagian atas atau bagian bawah awan. Begitu sebaliknya jika muatan positf posisinya berada di atas, maka muatan negatifberada di bagain bawah awan.

Ketika awan menyetarakan muatan listrik dengan tanah, muatan harus melewati berbagai lapisan udara. Udara bukanlah konduktor yang baik untuk listrik, sehingga sebagian energi hilang menjadi energi panas pada saat menjalar ke daratan.

Proses terjadinya petir. Sumber gambar: physicalgeography.net

Kamu sebaiknya menjauh dari wilayah yang sering menyambar petir guys! Karena petir itu memiliki suhu dan tegangan yang sangat tinggi serta dapat menyebabkan kematian. Sambaran petir ini dapat memanaskan udara di sepanjang jalurnya, karena adanya pemanasan di udara menyebabkan petir menyebar dengan pesat. Sebuah petir tunggal dapat menaikkan suhu udara di sekitarnya hingga 50.000o Fahrenheit loh! Atau setara dengan 27760 o Celcius!

Nah setelah petir menyambar, tak lama kemudian ada suara yang menyusul petir guys, namanya guntur. Suara gemuruh dari guntur tercipta ketika petir melewati udara menyebabkan udara menjadi panas dan dingin sehingga menghasilkan gelombang tekanan yang begitu besar. Semakin besar tekanan yang diberikan maka semakin besar juga suara guntur yang kita dengar guys!

Jadi, kamu perlu mengetahui bahwa petir dan guntur adalah dua hal yang berbeda ya!

Lalu kalau petir dan guntur itu fenomena yang berbeda, mana yang lebih dahulu muncul ya? Cahaya terlebih dahulu? Atau suara terlebih dahulu?

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, petir meyebabkan guntur. Jadi yang muncul terlebih dahulu adalah petir guys! Kenapa? Jawabannya adalah karena adanya perbedaan kecepatan cahaya dan suara. Kecepatan cahaya diperkirakan sebesar 190.000 mil/detik sedangkan kecepatan suara sebesar 1000 kaki/detik. Maka dari itu, setelah proses terjadinya petir, baru deh kita menutup kuping dengan tangan karena suara guntur yang besar! Walaupun secara teori ada kemungkinan kecil kita mendengar guntur terlebih dahulu sebelum petir terjadi.

Jadi, kesimpulan yang dapat diambil, proses terjadinya petir adalah: Petir terjadi karena adanya perbedaan potensial yang tinggi pada awan. Awan yang memiliki kelebihan elektron pada lapisan bawah permukaan awan akan di buang ke daratan untuk menyeimbangkan muatannya. Sedangkan di daratan terdapat proton, nah lalu pada proses pembuangan elektron itulah terjadinya petir guys! Semoga bermanfaat yaa!

Artikel: Bagainana Proses Terjadinya Petir? Kontributor: Ahmad Zubair

Alumni Geografi UI

Ketika kita memperhatikan proses terjadinya petir saat hujan turun, mungkin kita tidak menyadari bahwa sesungguhnya pada saat itu terjadi loncatan sejumlah muatan listrik. Namun pernahkah kita berpikir apakah muatan listrik tersebut sama dengan listrik yang sehari-hari kita gunakan di rumah?

Sejak ditemukannya lampu listrik oleh Thomas Alfa Edison sekitar satu abad yang lalu, kini hampir setiap orang memiliki ketergantungan terhadap energi listrik tersebut. Kelistrikan sendiri terbagi dalam dua bagian, yaitu listrik statis (electrostatic) yaitu fenomena kelistrikan dengan muatan listrik dalam keadaan diam, dan listrik dinamik (electrodynamic) yaitu fenomena kelistrikan dengan muatan listrik dalam keadaan bergerak. [1]

Listrik Statis

Pernahkah saat kecil anda memainkan sebuah penggaris dengan potongan kertas kecil? Kemudian menggosok-gosokan penggaris ke rambut dan mendekatkan penggaris tersebut ke kertas kecil tadi. Potongan kertas kecil tersebut akan terangkat menuju penggaris tadi. Fenomena ini merupakan contoh listrik statis.

Listrik statis merupakan kumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tetap (statis), muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. [2]

Muatan Listrik

Carles Agustin Coulomb (1736-1806) merupakan sarjana fisika Prancis pertama yang menjelaskan tentang kelistrikan secara ilmiah. Percobaan dilakukan dengan menggantung dua bola ringan pada seutas benang sutra. [3]

Gambar 1. Percobaan Menggantung Dua Bola Ringan

Sumber : https://blog.ub.ac.id/anggiablog/2013/10/17/listrik-statis/

Selanjutnya sebatang karet digosok dengan bulu, kemudian didekatkan pada dua bola ringan yang digantung. Hasilnya adalah kedua bola tersebut tolak menolak dan beberapa saat kemudian kembali ke kondisi semula. Kedua bola juga akan tolak menolak apabila sebuah gelas digosok dengan kain sutra dan kemudian didekatkan pada dua bola ringan tersebut.

Apabila karet yang telah digosok dengan bulu didekatkan pada salah satu bola, dan gelas yang telah digosok dengan kain sutra didekatakn pada bola yang lain, maka dua bola ringan tersebut akan tarik menarik.

Gejala ini merupakan contoh konsep muatan listrik. Muatan yang ditolak oleh gelas yang digosok kain sutra adalah muatan positif, sedangkan muatan yang ditolak oleh karet yang digosok dengan bulu adalah muatan negatif.

Dari percobaan yang telah dilakukan coulomb menyimpulkan bahwa terdapat dua jenis muatan, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Selanjutnya Coulomb menyatakan bahwa gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua partikel bermuatan berbanding langsung dengan perkalian besar muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan yang selanjutnya disebut dengan Hukum Coulomb. [4]

Bagaimana Terjadinya Petir?

Penemuan petir sebagai arus listrik dipopulerkan oleh Benjamin Franklin pada tahun 1752 lewat usulan percobaan layangannya yang kontroversial [5]. Franklin mengusulkan untuk menggantung bejana Leyden, sebuah alat untuk menyimpan arus listrik, pada benang sutera layangan yang diterbangkan ketika cuaca berpetir.

Rancangan percobaannya ini dimodifikasi oleh Thomas-François Dalibard dengan membuat sebuah instrumen mirip penangkal petir modern. Ia mengamati munculnya percikan api yang dihasilkan oleh batang besi terisolasi ketika awan petir berada di dekatnya, lantas, menyimpulkan bahwa petir adalah arus listrik.

Ketika awan dipenuhi dengan muatan listrik, muatan positif akan terbentuk pada bagian atas awan dan muatan negatif akan berada di bagian bawah awan. Ketika muatan positif dan muatan negatif semakin besar dan menjadi cukup besar, akan terjadi percikan besar antara awan. Biasanya petir terjadi di antara awan, namun terkadang terjadi antara awan dengan permukaan bumi. [3]

Gambar 2. Petir

(sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Thunder.jpg)

Muatan positif yang muncul pada permukaan bumi akan menarik muatan negatif pada bagian bawah awan. Muatan positif pada permukaan bumi akan terkumpul pada sesuatu yang menonjol, seperti pohon, bangunan, surja petir bahkan manusia. Ketika muatan positif pada permukaan terhubung dengan muatan negatif pada awan, percikan besar akan terjadi. Percikan tersebut merupakan petir yang biasa kita lihat. [3]

Jadi pada dasarnya, petir merupakan fenomena listrik statis yang terjadi secara alami dengan cakupan yang besar. Sebelumnya telah dijelaskan bahwa listrik statis merupakan fenomena kelistrikan tanpa adanya perpindahan muatan listrik. Sementara listrik yang biasa kita gunakan di rumah merupakan listrik dinamis, yang ditransmisikan dari pembangkit-pembangkit, kemudian didistribusikan ke setiap rumah melalui saluran konduktor.

Referensi:

[1] R. Resnick and D. Halliday, “Fundamentals of Physics,” vol. 53, p. 160, 1989.

[2] E. Kashy, F. N. H. Robinson, E. E. Suckling, and S. B. McGrayne, “Electricity.” [Online]. Available: https://www.britannica.com/science/electricity#ref71552. [Accessed: 09-May-2020].

[3] “What causes lightning?” [Online]. Available: http://www.planet-science.com/categories/over-11s/natural-world/2012/06/what-causes-lightning.aspx. [Accessed: 08-May-2020].

[4] L. N. Dworsky, “Introduction to Numerical Electrostatics Using MATLAB®,” Introd. to Numer. Electrost. Using MATLAB®, pp. 1–31, 2014.

[5]      P. Krider. “Benjamin Franklin and lightning rods”. Physics Today 59, 1, 42 (2006); https://doi.org/10.1063/1.2180176