Efek tribolistrik

Efek listrik tribo (juga dikenal sebagai ‘triboelectric charging’) merupakan sejenis elektrifikasi sentuh dimana material-material tertentu menjadi bermuatan listrik setelah bersentuhan dengan material lain yang berbeda dan lalu dipisahkan. Polaritas dan kekuatan muatan yang dihasilkan ditentukan oleh material, kekasaran permukaan, temperatur, ketegangan, dan sifat-sifat yang lain. Salah satu contoh efek listrik tribo adalah batu amber (ambar) yang bisa mendapatkan muatan listrik dengan bersentuhan lalu dipisahkan (atau bergesekan) dengan wol. Peristiwa itu pertama kali dicatat oleh Thales. Contoh material lainnya yang bisa mendapatkan muatan saat digosokkan adalah kaca yang digosok dengan sutra serta karet keras yang digosokkan dengan bulu.

Rangkaian Listrik Tribo:

Muatan Paling Positif

+

Kulit manusia

Kulit

Bulu kelinci

Kaca

Kuarsa

Mika

Rambut manusia

Nilon

Wol

Timbal

Bulu kucing

Sutra

Aluminum

Kertas (Sedikit bermuatan positif)

Kapas (Tidak bermuatan)

0

Baja (Tidak bermuatan)

Kayu (Sedikit bermuatan negatif)

Lusit

Amber

Segel lilin

Akrilik

Polistirena

Balon karet

Resin

Karet keras

Nikel, Tembaga

Sulfur

Kuningan, Perak

Emas, Platinum

Asetat, Rayon

Karet sintetik

Poliester

Stirena (Gabus sintetis)

Orlon

Bungkus plastik

Poliuretan

Polietilena (seperti pita Scotch)

Polipropilena

Vinil (PVC)

Silikon

Teflon

Karet silikone

Ebonit

−

Muatan paling negatif

Rangkaian Listrik Tribo

Di samping ini adalah urutan sejumlah material sesuai dengan polaritas pemisahan muatan saat disentuh dengan obyek yang lain. Makin ke bawah maka makin bermuatan negatiflah material yang digosokkan dengan material lain yang berada di bagian paling atas. Semakin jauh urutan dua material maka semakin besarlah muatan yang ditransfer. Semakin dekat urutan antar dua material yang digosokkan maka bisa saja tidak terjadi pertukaran muatan apapun. Ini tergantung pada ada tidaknya kontaminan atau oksida, atau pada sifat-sifat selain dari tipe material.

Penyebab

Meski istilah tribo berasal dari kata tribos dalam bahasa Yunani, yang berarti menggosok, dua buah material hanya perlu bersentuhan lalu dipisahkan agar terjadi pertukaran elektron. Setelah bersentuhan, sebuah ikatan kimia terbentuk di antara sejumlah bagian pada permukaan kedua material tersebut, disebut adhesi, dan muatan bergerak dari satu material ke material lain untuk menyamakan potensial elektrokimia. Hal ini menciptakan ketidakseimbangan muatan netto di antara obyek. Saat dipisahkan, beberapa atom yang terikat cenderung mempertahankan atau melepaskan elektron tambahan, meski ketidakseimbangan akan dihancurkan sebagian oleh penerowongan kuantum maupun kegagalan listrik/tembus listrik/dadalan elektrik/electrical breakdown (biasanya lucutan korona). Sebagai tambahan, beberapa material melakukan pertukaran ion pada mobilitas yang berbeda, atau menukarkan fragmen-fragmen yang bermuatan dari molekul berukuran besar.

Efek listrik tribo hanya berhubungan dengan gaya gesek karena keduanya melibatkan adhesi. Namun efek ini akan sangat meningkat dengan menggosok-gosokkan material yang satu ke material yang lain, karena material-material itu akan bersentuhan dan terpisah berkali-kali. Untuk permukaan-permukaan yang geometrinya berbeda, penggosokan bisa menyebabkan pemanasan bagian permukaan yang menonjol keluar, menyebabkan pemisahan muatan piroelektrik yang akan meningkatkan elektrifikasi sentuh yang ada, maupun menentang polaritas yang ada. Studi mengenai nano-efek permukaan mengalami perkembangan pesat sejak ditemukannya atomic force microscope (AFM).

Karena permukaan material kini bermuatan listrik, baik negatif maupun positif, apapun kontak dengan sebuah benda bersifat konduktif yang tidak bermuatan atau benda yang bermuatan berbeda akan menyebabkan cetus/latu elektrik (loncatan bunga api listrik). Muatan listrik di tubuh seseorang yang berjalan di sepanjang karpet bisa meningkat ribuan volt, cukup untuk menyebabkan cetus minimal sepanjang satu sentimeter. Kondisi yang kering menghambat lucutan elektris dengan mengurangi konduktivitas udara, sebagaimana yang biasa terjadi di dalam ruangan saat cuacanya sangat dingin. Cetus bisa pula tercipta hanya dengan melepaskan kaos atau korset dari nilon. Melakukan perjalanan dengan mobil bisa menyebabkan peningkatan muatan pada badan mobil dari logam (yang bertindak sebagai sebuah sangkar Faraday). Saat pengemudi turun, cetus melompat dari rangka mobil ke pengemudi ketika ia menyentuh tanah.

Lucutan bertipe ini seringkali tak berbahaya karena energi (V² * C)/2) cetus sangat kecil, hanya beberapa puluh mikro joule dalam cuaca yang sangat dingin, dan jauh lebih kecil lagi dalam kondisi yang lembap. Namun cetus itu mampu menyulut campuran metana-udara, dan berbahaya saat kebocoran gas alam terjadi di dalam bangunan yang berpenghuni. Kebocoran gas merupakan suatu bahaya serius dan bisa menyebabkan kerusakan fisik serta kematian.

Pesawat yang sedang terbang di dalam cuaca akan menciptakan muatan statik dari pergesekan udara dengan kerangka pesawat. Statik bisa dilucutkan dengan pelucut statik atau sumbu statik.

Risiko dan cara penanggulangan

Efek listrik tribo patut dipertimbangkan demi kepentingan industri dalam hal keselamatan dan potensi kerusakan terhadap barang-barang pabrikan. Cetus yang dihasilkan sepenuhnya mampu membakar petrol, uap eter, serta gas metana.

Harus ditemukan cara untuk melucuti kereta yang mengangkut cairan-cairan tadi di dalam rumah sakit. Bahkan terciptanya muatan listrik yang kecil sekalipun akan menyebabkan partikel debu tertarik ke permukaan yang digosok. Hal ini tentu merugikan bagi industri tekstil karena akan menyebabkan noda kotor yang permanen pada kaos. Beberapa peranti elektronik, khususnya sirkuit terpadu CMOS dan transistor MOSFET, bisa hancur karena lucutan statik bervoltase tinggi. Komponen-komponen seperti itu biasanya disimpan dalam busa yang bersifat konduktif. Meng-ground-kan diri sendiri dengan menyentuh meja kerja atau memakai gelang tangan atau gelang kaki khusus merupakan praktik standar saat sedang menangani sirkuit terpadu yang tidak terkoneksi. Cara lain menghilangkan muatan adalah dengan menggunakan bahan yang bersifat konduktif seperti lapik dari karet yang berisikan jelaga (Bahasa Inggris: carbon black) dalam ruang bedah.

Pranala luar

Umum

• "Charged Rod Demonstration" University of Minnesota, Crookston
• "Crackling Planets" NASA Science
• “Fenomena Efek Listrik Tribo Di Planet Lain”