Apakah itu elektrik statik? Serta bahaya dan kegunaanya9 min read

Sejarah penemuan elektrik mencatatkan bahawa manusia mula menjumpai elektrik dalam bentuk elektrik statik, apabila masyarakat Yunani kuno pada tahun 600 B.C menyedari apabila bulu haiwan digosok pada batu ‘amber’, kedua-duanya akan tertarik antara satu sama lain. Perkataan ‘electric’ itu sendiri datang daripada perkataan amber dalam bahasa Greek iaitu electron. Artikel kali ini akan menerangkan apakah itu elektrik statik, bagaimana ia boleh terhasil, bahaya dan kegunaannya. Sebelum kita pergi dengan lebih mendalam, mari kita belajar asas cas yang terdapat di dalam atom yang boleh menghasilkan elektrik.

Mengenali cas di dalam atom

Setiap bahan di dunia ini terdiri daripada atom. Atom adalah sebuah unit zarah yang paling kecil. Setiap atom mempunyai nukleus yang di dalamnya terdapat proton yang bercas positif dan neutron bercas neutral. Di sekelilingnya, terdapat elektron yang bercas negatif bergerak disekelilingnya kerana ianya juga yang paling ringan berbanding proton dan neutron.

Selalunya, jumlah elektron dan proton di dalam atom adalah sama, menjadikan sesuatu objek itu bercas neutral. Disebabkan elektron adalah yang paling ringan, ia boleh bergerak keluar daripada atom tersebut dan menjadikan bahan tersebut bercas positif kerana jumlah proton lebih banyak berbanding neutron. Sama juga jika lebih elektron diterima atom tersebut, menjadikan ia bercas negatif kerana bilangan elektron lebih banyak berbanding proton. Kedua-dua kes ini menyebabkan ketidakseimbangan cas pada atom tersebut.

Apakah itu elektrik statik?

Apakah itu elektrik statik? Statik bermaksud tidak bergerak. Elektrik statik adalah cas elektrik statik, iaitu yang cas yang tidak bergerak. Ianya berbeza dengan elektrik biasa yang mengalir dan bergerak di dalam konduktor dengan bebas kerana konduktor mempunyai elektron bebas yang mudah mengalir antara atom bersebelahannya.

Elektrik statik berlaku apabila sesebuah objek memperoleh jumlah bersih cas elektrik positif atau negatif, menghasilkan ketidakseimbangan cas yang cenderung untuk dikembalikan keseimbangannya. Elektrik statik biasanya diukur dalam unit kiloVolt(kV). Kebiasaanya cas ini akan terkumpul di permukaan objek sehingga terdapat jalan untuknya dinyahkan cas atau ‘discharge‘.

Bagaimana elektrik statik boleh terkumpul?

Bagaimana elektrik statik boleh terkumpul adalah disebabkan persentuhan antara bahan pepejal. Bilamana dua objek digosok antara satu sama lain, ia akan menghasilkan elektrik statik. Satu objek akan membebaskan elektron dan menjadi lebih bercas negatif dan lagi satu objek akan mengumpul elektron dan menjadi lebih bercas negatif.

Ini berlaku kerana satu objek tersebut mempunyai elektron yang terikat dengan lemah dan lagi satu objek mempunyai ruang untuk menerima elektron dari luar. Oleh itu, elektron akan bergerak dari satu objek ke satu objek yang lain, menghasilkan ketidakseimbangan cas pada objek-objek tersebut bila mereka terpisah.

Contoh harian bagaimana elektrik statik boleh terkumpul

Salah satu contoh apabila anda berjalan atas karpet, geseran antara kaki dan karpet ketika berjalan membuatkan elektron dari badan anda terpindah ke dalam karpet tersebut. Ini menyebabkan badan anda berada dalam kedaan bercas positif dan karpet tersebut bercas negatif. Disebabkan alam kita sukakan keseimbangan, badan anda cenderung untuk kembali kepada cas neutral. Oleh itu, apabila anda memegang pemegang atau tombol pintu besi, tiba-tiba anda akan terasa kejutan pada tangan anda! Ini kerana tombol besi tersebut mempunyai elektron bebas. Elektron yang bercas negatif tersebut akan mengalir ke badan anda dan meneutralkan kembali badan anda. Situasi ini sering berlaku lebih-lebih lagi dalam keadaan kelembapan rendah, membuatkan fenomena ini senang berlaku kerana udara berada dalam keadaan kurang konduktif. Di tempat yang mempunyai musim sejuk, mereka akan sering mengalami situasi ini kerana cuaca sejuk menyebabkan kelembapan sekeliling menjadi rendah.

Satu lagi contoh yang saya selalu alami apabila berada di pasaraya, ketika mengendalikan troli. Sering kali tangan saya terkena renjatan elektrik statik ketika mula-mula hendak memegang pemegang troli tersebut. Penjelasan bagaimana elektrik statik terkumpul pada troli adalah kerana apabila troli ditolak, roda pada troli tersebut menghasilkan geseran dan statik elektrik. Roda tersebut diperbuat daripada getah, iaitu sebuah penebat. Ini bermakna, elektrik statik terkumpul pada bahagian besi troli sehinggalah ia dineutralkan oleh sesuatu. Sesuatu itu boleh terjadi tangan kita. Terdapat cara untuk menyelesaikan masalah ini, iaitu dengan cara meletakkan wayar/konduktor pada bahagian besi troli yang menyentuh permukaan lantai. Wayar ini akan memberi laluan pada elektron untuk mengalir ke bumi dan menjadikan troli tersebut bercas neutral dan tidak lagi merenjat manusia yang memegangnya. Lain kali bila anda pergi ke pasaraya, perhatikan sama ada troli tesebut mempunyai wayar yang dimaksudkan!

Bahaya elektrik statik

Tombol pintu dan pemegang troli yang merenjat anda adalah masalah kecil elektrik statik (sungguhpun ianya sangat menjengkelkan dan sakit jika terkena). Terdapat masalah elektrik statik yang lebih serius yang boleh melibatkan letupan dan juga kerosakan kekal jika tidak dapat dibendung.

1. Merosakkan komponen elektronik

Komponen elektronik yang kita lihat harini berada dalam keadaan padat/kecil berbanding kita lihat pada era lalu dimana sebuah transistor bersaiz besar. Cip elektronik hari ini berada dalam saiz kecil kerana kemajuan teknologi transistor yang membolehkan ianya mengecil, sekecil-kecil 10 nanometer. Ini menyebabkan cip elektronik terdedah pada bahaya “electrostatic discharge”. Badan kita boleh menghasilkan elektrik statik bervoltan lebih kurang 35 000 V dan cip elektronik kebiasaaya hanya mampu menerima 5V. Bayangkan apa yang akan berlaku jika anda menyentuh cip atau komponen lain yang sensitif tersebut ketika badan anda mempunyai elektrik statik. Komponen elektronik tersebut akan rosak dan tidak boleh digunakan lagi.

Oleh itu, komponen elektronik yang sensitif akan disimpan di dalam bungkusan selamat elektrik statik. Pengendali komponen tersebut juga biasanya akan nyahcas kan badanya daripada elektrik statik dengan memegang alatan besi seperti permutar skru. Selain itu, pengendali komponen elektronik profesional biasanya akan membuat kerja di stesen kerja bebas elektrik statik atau juga dianggil “ESD (Electronic Sensitive Device) workstation”. Di sini, badan pengendali secara automatik akan dinyahkan elektrik statik kerana stesen kerja ini akan memberikan jalan untuk elektron mengalir daripada badan pengendali terus ke bumi.

2. Menyebabkan letupan

Bagaimana elektrik statik mampu menyebabkan letupan? Ianya disebabkan nyahcas elektrik statik bervoltan tinggi boleh menjadi sumber nyalaan bagi bahan mudah terbakar. Sebagai contoh, cas statik terhasil daripada pergerakan cecair di dalam paip atau hos, jika cecair tersebut adalah bahan mudah terbakar seperti minyak petrol, cucuhan elektrik statik yang berlaku akan menyebabkan kebakaran atau letupan. Ianya umpama palam pemcucuh yang memulakan pembakaran di dalam enjin kendaraan.

Oleh sebab itu, ketika mengisi minyak petrol di stesen minyak, disarankan supaya anda terlebih dahulu menyentuh bahagian besi kenderaan selepas keluar dari kenderaan anda supaya badan anda dapat nyahcaskan elektrik statik ke besi kenderaan anda, dan tidak ke hos ketika mengisi minyak. Lagi satu contoh ketika mengisi minyak ke dalam tong minyak yang diletakkan di dalam bonet kenderaan, di atas permukaan yang tidak konduktif. Ini menyebabkan akan berlaku perbezaan potensial antara petrol dan bumi yang akan menyebabkan cucuhan elektrik statik. Sehubungan dengan itu, dinasihatkan supaya tong tersebut diletakkan di atas permukaan lantai setika mengisinya supaya tiada terdapatnya berpezaan potensial yang akan menyebabkan elektrik statik terkumpul.

Aplikasi dan kegunaan elektrik statik

Bahaya elektrik statik yang mengerikan tidak bermaksud ianya tiada guna. Elektrik statik juga boleh dimanfaatkan untuk memberikan banyak aplikasi seperti:

1. Mesin fotokopi

Pernah tertanya bagaimana mesin fotokopi mengimbas dan menghasilkan salinan dokumen yang sama dengan dokumen yang anda mahu? Prinsip elektrostatik digunakan secara menyeluruh di dalam mesin fotokopi. Secara ringkasnya, mesin fotokopi menggunakan elektrik statik untuk memandu toner dakwat ke kertas dengan bantuan cahaya dan draw selenium. Proses yang lebih kurang sama juga digunakan dalam mesin pencetak

2. Cat sembur elektrostatik

Menggunakan cat sembut atau ‘spray paint‘ adalah cara yang cepat untuk mengecat sesuatu. Namun, tanpa konsep elektrostatik diaplikasikan, mengecat menggunakan cat sembur amat mencabar kerana titisan-titisan cat yang ringan tersebut mungkin berterbangan sesuka hatinya. Disebabkan itu, konsep elektrostatik diguna pakai dimana muncung pistol sembur tersebut disambungkan dengan elektrod bercas negatif. Titisan-titisan cat yang disembur akan mempunyai cas negatif. Jika bahagian yang ingin di cat mempunyai cas positif, titisan cat yang bercas negatif tadi akan tertarik kepada bahagian tersebut dengan mudah. Ini mengurangkan pembaziran dan memudahkan kerja-kerja mengecat.

Konklusi

Sekarang kita sudah faham apakah itu elektrik statik. Secara ringkas, elektrik statik terhasil dariada ketidakseimbangan cas elektrik antara dua objek. Dalam erti kata lain, satu objek bercas positif dan satu lagi bercas negatif. Elektrik statik adalah fenomena kecil yang boleh jadi menyeronokkan serta mempunyai kebaikan dan kegunaan, namun juga boleh jadi membinasakan jika tanpa ia tidak dapat dikawal di tempat yang berbahaya. Oleh itu, di tempat-tempat yang sensitif elektrostatik, pengawalan elektrik statik diambil kira untuk memastikan keselamatan nyawa dan harta benda.