Sejarah Penangkal Petir Hingga Teknologi Terus Berkembang

Penangkal petir memiliki sejarah hingga memiliki banyak jenis dan type, mulai dari saat pertama kali ditemukan oleh Benjamin Franklin (Franklin Rod) lalu dikembangkan oleh Michael Faraday (Sangkar Faraday / Faraday Cage), terus berkembang dengan ditemukan penangkal petir radioaktif yang pada akhirnya dilarang, dan yang paling mutakhir adalah penangkal petir modern sistem elektrostatis  non radioaktif dengan menggunakan teknologi early streamer emission (ESE) yang memiliki kekuatan radius proteksi. Mari kita simak penjelasannya.

Foto Benjamin Franklin

1. PENEMU PENANGKAL PETIR

Penangkal petir pertama kali ditemukan oleh Benjamin Franklin seorang tokoh bangsawan amerika serikat yang sangat terkenal dan telah meninggalkan banyak karya selama hidupnya. Beliau adalah seorang pemimpin Revolusi Amerika yang juga seorang wartawan, penerbit, pengarang, filantrofis, diplomat, ilmuwan sekaligus penemu, kata-kata (quotes) nya yang terkenal dan dikenang hingga saat ini adalah ” semua yang dimulai dengan rasa marah akan berakhir dengan rasa malu “.

Benjamin Franklin adalah seorang anak bungsu dari 17 bersaudara yang terlahir di milk street, Boston pada tanggal 17 Januari 1706 dari seorang ayah bernama Josiah Franklin. Dia adalah seorang pengagum badai dan sangat terpukau dengan kekuatan badai dan petir, berkat rasa kagumnya terhadap badai dan petir terciptalah hasil temuan sebuah sistem penangkal petir yang diberi nama Franklin Rod untuk mengenang hasil temuannya tersebut.

ilustrasi experiment benjamin franklin

Penangkal petir franklin rod ditemukan ketika pada tahun 1746 beny (panggilan akrab benjamin franklin) menyaksikan hewan ternak peliharaannya tewas tersambar petir, dengan cepat dia merubah tempat tinggalnya menjadi semacam laboratorium kecil dan dengan menggunakan alat-alat sederhana yang berada disekitar rumahnya tersebut franklin memulai berbagai macam rangkaian eksperiment. Pada salah satu eksperimentnya terhadap badai dan petir beny secara tidak sengaja terkena aliran listrik (tersetrum), dan pada saat itulah beny berpikir bahwa terdapat muatan listrik pada sambaran petir dan berkeinginan untuk dapat menciptakan sebuah alat untuk mengendalikan muatan listrik pada arus petir dan menangkal dampak bahayanya.

Beny terus bereksperiment dan pada bulan juli tahun 1747 ia mulai menulis laporan hasil temuannya dan dikirim kepada Peter Collinson temannya di london juga seorang ilmuwan yang sangat tertarik untuk mempublikasikan hasil temuan beny. Dalam laporan tersebut beny memperkenalkan istilah ion positif (+) dan ion negatif (-) untuk mengganti istilah “vitroeus” dan  “resinous” yang telah digunakan sebelumnya. Pada tahun 1749 Beny kembali mengemukakan pendapatnya berupa konsep batere listrik dan kesamaan antara listrik dan petir dalam hal warna cahaya, arah aliran dan bunyi yang dihasilkan, pada kala itu bukan hanya beny yang memiliki pendapat demikian namun hanya benjamin franklin lah yang dapat membuktikan secara ilmiah pendapatnya itu.

1.1 PENEMUAN SISTEM PENANGKAL PETIR FRANKLIN ROD

Experiment Layang-layang Franklin

Pada tahun yang sama 1749 Benjamin Franklin mulai berfikir bahwa petir adalah sebuah arus energi listrik yang mempunyai tujuan yaitu bumi sebagai penghasil alami muatan ion positif (+) yang menjadi pasangan alami kumpulan ion negatif (-) muatan listrik statis yang berada di awan. Lalu dia menciptakan sebuah sistem rangkaian sebagai alat berupa sebuah batang besi yang ujungnya dibuat runcing, beberapa meter kawat besi sebagai penghantar arus listrik pada energi petir, dan juga satu batang besi untuk ditancapkan kedalam bumi atau tanah. Pada saat itu setelah melewati beberapa eksperiment mengenai penghantaran arus listrik, beny menemukan pendapat bahwa batang logam berujung runcing tersebut yang dihubungkan ke bumi akan mengosongkan muatan listrik statis ion negatif (-) yang berada diawan.

Sisa Tombak Penangkal Petir Franklin rod

Benjamin Franklin mulai memberanikan diri untuk mencoba langsung rangkaian alat hasil ciptaannya, dia menempatkan batang besi runcing pada puncak atap lalu menjalurkan kabel penghantar berupa kawat besi dan menancapkan batang besi ke dalam tanah. Setelah beberapa hari ditunggu tidak juga disambar oleh petir akhirnya beny memutuskan untuk melakukan percobaan yang lebih ekstrim, pada saat cuaca mendung dia coba mendekatkan alat penghubung dengan awan menggunakan sebuah layang-layang, sebagai pemicu datangnya petir dia mengikat sebuah kunci yang terbuat dari logam ternyata percobaannya berhasil petir menyambar seketika, franklin terluka pada saat kejadian namun dia bangga karena percobaannya berhasil untuk membuktikan bahwa terdapat bahwa energi petir adalah sebuah muatan listrik yang sangat besar. Tidak lama setelah percobaan layang-layang tersebut rangkaian alat batang besi yang dipasang dipuncak rumah tersambar oleh petir, sekali lagi beny berhasil membuktikan hasil temuannya sisa tombak yang tersambar petir pun disimpan sebagai saksi sejarah hingga saat ini. Alat penangkal petir temuan benjamin franklin pun diberi nama franklin rod dan banyak rumah-rumah serta bangunan lainnya menggunakan penangkal petir konvensional yang merupakan hasil adopsi dari teknologi franklin rod hingga saat ini.

Foto Michael Faraday

1.2 PENEMUAN SISTEM PENANGKAL PETIR SANGKAR FARADAY CAGE

Selama puluhan tahun setelah penangkal petir Franklin Rod  ditemukan dan dirasa banyak kekurangan, banyak ilmuwan dan para peneliti berusaha mengembangkan teknologi dari Franklin Rod ini termasuk Michael Faraday seorang ilmuwan inggris yang mendapat julukan “Bapak Listrik” yang berhasil menemukan teknologi Penangkal Petir Sangkar Faraday (Faraday Cage) untuk menyempurnakan teknologi Franklin Rod.

Sangkar Faraday (Faraday Cage) pertama kali ditemukan pada tahun 1836 ketika Michael Faraday mendapati bahwa muatan listrik pada sebuah konduktor hanya bermuatan pada bagian luarnya saja dan tidak mempengaruhi apapun yang berada didalam konduktor tersebut, dan untuk membuktikan fakta ini dia coba mendemonstrasikan hasil temuannya. Dia membuat sebuah ruangan tertutup yang dilapisi dengan lembaran tipis terbuat dari logam dan mengaturnya agar lucutan bervoltase tinggi dari sebuah generator / pembangkit elektrostatis menyambar luar ruangan, dan dengan menggunakan sebuah alat elektrometer Faraday berhasil membuktikan bahwa tidak ada muatan listrik dibagian dalam ruangan tertutup tersebut.

Efek teori ini sebelumnya telah diprediksi oleh Francesco Beccaria (1716-1781) seorang murid dari Benjamin Franklin di Universitas Torino yang menyatakan bahwa “Semua listrik pergi ke permukaan bebasnya benda dan tidak tersebar ke substansi bagian dalamnya” dan berhasil dibuktikan oleh michael faraday melalui ujicobanya.

Uji Coba Sangkar Faraday

Sangkar Faraday atau Faraday Cage adalah sebuah rangkaian ruang yang dibuat dari logam penghantar listrik dan dirangkai menutupi obyek atau benda yang ingin dilindungi lalu dihubungkan ke tanah sebagai tempat pembuangan energi, rangkaian ruang tertutup (sangkar) tersebut mampu merintangi medan listrik statik eksternal dari besarnya energi sambaran petir karena secara teori medan listrik tersebut dapat menciptakan muatan listrik didalam bahan yang konduktif untuk menyalurkan kembali diri mereka sendiri sehingga hal tersebut kemudian dapat membatalkan efek medan listrik statik pada benda apapun yang berada didalam sangkar. Oleh karena itu sangkar ini bisa digunakan untuk melindungi sebuah obyek dari sambaran petir dan pelucutan / pengosongan (discharge) energi elektrostatis lainnya.

Cara kerja penangkal petir sangkar faraday secara teori fungsi hampir sama dengan penangkal petir franklin rod seluruh rangkaian sama-sama dihubungkan ke tanah sebagai tempat peredam alami muatan energi listrik, dan sama2 bersifat pasif (konvensional). Ketika sangkar dihubungkan ke tanah maka kelebihan muatan akan menuju tanah dan tidak berkumpul di permukaan luar sangkar sehingga muatan pada bagian dalam sangkar akan saling menghapuskan dan bagian sangkar yang lain akan tetap netral. Kekurangan penangkal petir sangkar faraday adalah membutuhkan banyak biaya dalam hal pembuatan sangkar sehingga tidak banyak digunakan pada aplikasi umum, hanya aplikasi tertentu saja seperti scanner MRI yang menggunakan sangkar faraday, karena harga scanner MRI juga tidaklah murah.

2. PERKEMBANGAN TEKNOLOGI PENANGKAL PETIR

Perkembangan Teknologi Penangkal Petir

Seiring perkembangan zaman teknologi pun semakin berkembang termasuk teknologi penangkal petir, para ilmuwan dan peneliti telah sepakat mengenai bagaimana proses terjadi petir setelah ditemukan oleh Benjamin Franklin dan Michael Faraday.

Setelah menjalani penelitian dan uji coba yang panjang terciptalah penangkal petir modern jenis baru bersifat aktif yang dapat menjemput petir terlebih dahulu dibanding penangkal petir konvensional bersifat pasif hasil adopsi temuan dari Benjamin Franklin dan Michael Faraday.

Pada awal tahun 2000an para ilmuwan dan peneliti berhasil menciptakan penangkal petir radioaktif yang pada akhirnya dilarang lalu disempurnakan menjadi Penangkal Petir Elektrostatis (Non Radioaktif) yang memiliki teknologi Early Streamer Emission (ESE) sehingga memiliki kekuatan jangkauan radius proteksi hingga beberapa ratus meter untuk melindungi obyek yang ingin dilindungi.

Penangkal Petir Radioaktif

2.1 PENANGKAL PETIR RADIOAKTIF

Penangkal petir radioaktif adalah sebuah sistem penangkal petir bersifat aktif hasil rekayasa teknologi modern untuk mengantisipasi bahaya dari sambaran energi petir, para ilmuwan dan peneliti sepakat bahwa petir terjadi karena ada proses ionisasi positif (+) dan negatif (-) sehingga terjadi loncatan muatan listrik yang sangat besar berkecepatan 3.10˄9 cm/detik dengan kekuatan berkisar 5kA sampai dengan 200kA dengan rata-rata arus puncak sebesar 20kA.

Cara kerja penangkal petir radioaktif adalah dengan menggagalkan proses ionisasi tersebut menggunakan zat kimia yang mengandung radiasi aktif yang sangat tinggi seperti radium 226 dan ameresium 241, kedua zat tersebut akan menambah muatan pada ujung finial dari tombak splitzen / air terminal lightning rod lalu menghamburkan ion radiasi untuk menetralkan muatan ion yang berada di awan, namun ketika muatan ion di awan yang sangat besar tidak mampu dinetralkan oleh kedua zat tersebut maka petir akan menyambar dan cenderung mengenai penangkal petir tersebut dan ketika tidak disalurkan dengan baik maka energi arus balik dari petir akan berhamburan bersamaan dengan ion radiasi dari kedua zat radioaktif tersebut ke sekitar tempat dimana penangkal petir radioaktif terpasang sehingga sekitar area tersebut akan terpapar zat radioaktif, oleh sebab itu pada akhirnya penggunaan penangkal petir jenis radioaktif ini dilarang karena sangat berbahaya bagi kesehatan manusia berdasar pada kesepakatan internasional yang telah disepakati bersama melalui International Electrotechnical Commission (IEC) yang berpusat di Jenewa, negara Swiss.

Penangkal Petir Radius

2.2 PENANGKAL PETIR RADIUS ELEKTROSTATIS

Setelah penggunaan penangkal petir radioaktif disepakati untuk dilarang penggunaannya karena memiliki dampak negatif yang sangat berbahaya terhadap kesehatan manusia, para ilmuwan dan peneliti terus berusaha mencari solusi yang lebih baik dari penangkal petir tersebut hingga pada akhirnya ditemukanlah penangkal petir paling mutakhir yang tidak mengandung zat radioaktif berbahaya (Non Radioaktif) namun juga memiliki sifat aktif sehingga memiliki kekuatan jangkauan radius proteksi yang diberi nama Penangkal Petir Radius Elektrostatis.

Penangkal petir radius elektrostatis adalah sebuah rekayasa ilmiah berteknologi Early Streamer Emission (ESE) yang bekerja secara aktif dengan cara mengumpulkan lalu melepaskan ion dalam jumlah besar ke lapisan udara sebelum terjadi sambaran petir.

Untuk mengenal lebih dalam mengenai penangkal petir radius elektrostatis klik disini.

3. KESIMPULAN

Dari beberapa point yang telah dijelaskan diatas berdasar sejarah dari sejak pertama kali ditemukan hingga teknologi terus berkembang seiring zaman maka dapat ditarik kesimpulan bahwa terdapat 3 (tiga) jenis / type sistem teknologi penangkal petir yang dua diantaranya masih digunakan hingga saat ini dan satu telah dilarang penggunaannya, yaitu :

• Penangkal Petir Konvensional yang bersifat pasif hasil adopsi dari penemuan Benjamin Franklin (Franklin Rod) dan Michael Faraday (Sangkar Faraday Cage).
• Penangkal Petir Radioaktif yang telah dilarang penggunaannya.
• Penangkal Petir Radius Elektrostatis bersifat aktif yang paling modern dan mutakhir (Non Radioaktif).

4. DAFTAR PUSTAKA

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

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

id.wikipedia.org/wiki/Franklin_Rod

id.wikipedia.org/wiki/Sangkar_Faraday

IEC 6-1024-1, Protection of Structures Against Lightning – Part 1 : General Principles.

IEC 6-1312-1, Protection Against Lightning Electromagnetic Impilse – Part 1 : General Principles

Demikian semoga artikel ini dapat bermanfaat.

Penulis Admin ITH

TOKO INTECH