Mengapa Penangkal Petir Menggunakan Logam Runcing?

Kalau kita lihat gedung-gedung tinggi, biasanya diatas atapnya dipasang penangkal petir. Penangkal petir ini biasanya menggunakan logam dengan ujung runcing yang dihubungkan ke tanah. Tapi mengapa harus menggunakan logam? Sementara logam adalah jenis konduktor yang dapat menghantarkan arus listrik dengan baik. Bukankah justru akan memperbesar kemungkinan gedung tersebut tersambar petir? Terus mengapa juga logam yang digunakan berujung runcing?

Mari kita tanya fisika!

Fisika menjawab:

Sesuai dengan namanya, penangkal petir berfungsi untuk menghindari terjadinya petir di sekitar lokasi. Petir terjadi ketika ada kumpulan muatan positif dan negative yang cukup besar dan berlokasi cukup dekat. Jika gaya tarik antar kumpulan muatan tersebut sangat kuat

maka dapat terjadi aliran dari satu kumpulan ke kumpulan lainnya (ingat gaya tarik Coulumb sebanding dengan perkalian muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak). Aliran tersebut menghasilkan kilat yang kita namakan petir. Aliran muatan dapat terjadi dari awan ke awal, atau dari awan ke tanah.

Untuk mengindari terjadi petir di suatu lokasi, misalnya di sekitar suatu bangunan maka dipasang penangkal petir pada bangunan tersebut. Penangkal petir dibuat dari bahan konduktor, satu ujung menjulang di atas bangunan dan ujung lainnya ditanam di dalam tanah. Guna penangkal petir adalah untuk menetralkan muatan yang ada di udara sekitar bangunan. Jika terbentuk muatan di sekitar ujung penangkal petir maka muatan tersebut akan dialirkankan ke tanah oleh kabel penangkal petir sehingga udara di sekitar penangkal petir selalu netral. Dengan demikian, tidak akan terjadi penumpukan muatan di sekitar penangkal petir yang berimplikasi tidak akan terjadi petir di sekitar lokasi tersebut. Bagaimana proses detailnya?

Ketika terjadi penumpukan muatan di sekitar penangkal petir, misalnya muatan positif, maka electron dari tanah ditarik melalui kabel penangkal petir dan menumpuk di ujung penangkal petir. Ujung penangkal petir menjadi bermuatan negative. Akibatnya terjadi tarikan antara electron pada ujung penangkal petir dengan muatan positif di udara sekitarnya sehingga terjadi netralisasi. Netralisasi tersebut berupa penyatuan dua jenis muatan tersebut. Pada proses penyatuan tersebut sering diamati kitalan di ujung penagkal petir, seperti diilustrasikan pada Gambar.

Penarikan muatan dari udara oleh muatan di penangkal petir akan sangat efektif jika gaya yang dihasilkan sangat besar. Kita ketahuin bahwa gaya tarik listrik memenuhi F = QE, atau gaya sebanding dengan buat medan listrik. Dengan demikian, untuk memperbesar tarikan muatan listrik maka kita dapat melakukannya dengan memperbesar medan listrik yang dihasilkan di sekitar ujung penangkal petir. Penangkal petir terbuat dari bahan logam dan sifat medan listrik dalam kondisi statis adalah selalu tegak lurus permukaan logam. Dengan sifat ini maka kita dengan mudah menunjukkan bahwa ujung logam yang runcing menghasilkan garis gaya listrik yang sangat rapat (karena tuntutan garis gaya tegak lurus permukaan). Kerapatan garis gaya berbanding lurus dengan kuat medan listrik. Dengan demikian, ujung logam yang runcing menghasilkan medan listrik yang sangat besar.

Sebagai contoh, ujung logam yang berbentuk kerucut seperti diilustrasikan pada Gambar menghasilkan medan listrik yang memenuhi

dengan

R adalah diameter dasar kerucut

r adalah diameter bagian kerucut tempat medan diamatati

b adaah sudut ujung kerucut

Tampak di sini bahwa di sekitar ujung penagkal petir r ® 0 sehingga ln(r/R)

® ¥ yang berakibat E ®¥.

Demikianlah fisika menjawab Mengapa penangkal petir menggunakan logam berujung runcing, semoga bermanfaat.

Subscribe to receive free email updates: