Bagaimana Proses Terjadinya Petir dan Guntur secara Fisika?

tirto.id - Petir dan Guntur merupakan dua fenomena alam yang familiar dengan masyarakat, terutama saat musim hujan tiba. Kilatan cahaya tajam yang disusul suara menggelegar kerap kali menimbulkan rasa takut, penasaran, hingga kekaguman.

Di balik efek dramatis yang ditimbulkan, ternyata banyak orang mempertanyakan bagaimana proses proses terjadinya petir. Faktanya petir dan guntur memiliki proses yang menarik untuk dipelajari dari berbagai sudut pandang.

Oleh karena itu, dalam artikel ini akan dibahas secara menyeluruh terkait bagaimana proses terjadinya petir, konsep fisika apa saja yang terdapat di dalamnya, dampaknya bagi manusia, hingga waktu-waktu terjadinya petir.

Apa yang Dimaksud dengan Petir, Guntur, dan Kilat?

Sebelum memahami lebih jauh tentang proses terjadinya petir dan guntur, perlu diketahui terlebih dahulu perbedaan dari tiga istilah yang sering dianggap sama, yaitu petir, kilat, dan guntur.

• Petir adalah fenomena loncatan listrik raksasa yang terjadi dari atmosfer ke bumi atau awan ke awan, yang disertai cahaya dan suara.
• Kilat adalah cahaya terang yang muncul akibat loncatan listrik di udara. Loncatan ini mengionisasi udara sehingga menghasilkan cahaya yang sangat cepat dan terang.
• Guntur adalah suara menggelegar yang menyusul setelah kilat. Suara ini disebabkan oleh pemuaian udara yang sangat cepat akibat suhu tinggi dari loncatan listrik.

Sehingga, petir dapat didefinisikan sebagai gabungan kilat (cahaya) yang disusul guntur (suara). Jika kita melihat kilat terlebih dahulu sebelum guntur, hal ini dikarenakan cahaya lebih cepat sampai ke mata daripada suara ke telinga.

Istilah proses terjadinya petir dan kilat seringkali digunakan bergantian, karena kilat adalah bagian visual dari petir.

Bagaimanakah Proses Terjadinya Petir?

Proses terjadinya petir secara singkat adalah ketika muatan listrik di awan terkumpul akibat gesekan partikel, dan menyebabkan muatan tersebut melompat ke tanah atau awan lain, sehingga muncullah petir disusul suara guntur.

Muatan negatif di dasar awan menarik muatan positif dari permukaan bumi. Semakin besar perbedaan muatannya, semakin besar kemungkinan terjadi sambaran petir. Jalur sambaran ini biasanya menuju objek tertinggi seperti pohon, tiang, atau gedung karena itu jalur termudah bagi listrik untuk berpindah.

Pada dasarnya terdapat tiga tipe petir berdasarkan arah muatannya, yaitu petir yang terjadi dari awan ke tanah (Cloud to Ground), petir dari awan ke awan lain (Cloud to Cloud), dan petir yang terjadi di awan yang sama (Intra cloud).

Selain konsep terjadinya petir yang sudah dijelaskan sebelumnya, petir juga terbentuk karena melibatkan seragkaian proses fisika yang kompleks. Proses terjadinya petir secara fisika dijelaskan sebagai berikut:

1. Berawal dari penguapan air (evaporasi) di permukaan bumi, seperti air danau, sungai, laut, kolam, hingga pohon.
2. Terjadi proses transpirasi di mana air naik ke atmosfer dalam bentuk gas. Udara hangat yang naik kemudian bergerak dan menghangatkan udara dingin yang terdapat di atmosfer.
3. Terbentuk awan cumulonimbus atau awan badai yang besar akibat peningkatan udara hangat yang pesat
4. Akibat gesekan arus udara yang kuat, partikel curah hujan di wilayah yang lebih tinggi dari awan akan bertabrakan selama badai terjadi.
5. Sehingga udara bertabrakan dan bersentuhan dengan butiran air dan kristal es. Lalu menciptakan muatan listrik statis positif dan negatif.
6. Semakin lama muatan listrik positif dan negatif terpisah satu sama lain.
7. Kristal es yang bermuatan positif akan bergerak ke atas, sementara kristal es bermuatan negatif akan turun sebagai hujan
8. Awan yang bermuatan negatif akan menuju ke awan bermuatan positif dan membentuk loncatan elektron yang dikenal sebagai petir.
9. Elektron yang berada di awan juga dapat melompat ke bawah karena bumi merupakan medan listrik besar yang bermuatan positif dan negatif.
10. Setelah petir meloncat ke tanah, ia kembali menuju awan melalui jalur yang sama. Proses terjadinya petir memerlukan waktu yang relatif singkat untuk bergerak dari titik A ke titik B.
11. Udara panas tidak memiliki cukup waktu untuk bergerak, sehingga tekanan udara dapat meningkat 10 hingga 100 kali lipat dari tekanan udara normal di atmosfer.
12. Perbedaan tekanan udara yang signifikan akan meledak dan keluar dari saluran listrik. Kemudian membentuk gelombang kejut partikel yang dikompresi ke segala arah dan memunculkan suara guntur.

Meskipun topik ini agak rumit, proses terjadinya petir untuk anak TK bahkan dapat dijelaskan dengan sangat sederhana:

Awan di langit kadang-kadang bergesekan seperti kamu menggosokkan penggaris ke rambutmu. Lama-lama awannya jadi punya muatan listrik. Kalau muatan itu sudah terlalu banyak, listriknya keluar ke tanah. Itulah yang kita lihat sebagai petir. Setelah itu, udara kaget dan berbunyi ‘duaar!’, maka itulah guntur.

Penjelasan ini bisa dibantu dengan gambar proses terjadinya petir seperti ilustrasi awan, anak panah muatan, dan kilat ke bumi agar lebih mudah dipahami oleh anak-anak.

Konsep Fisika Apa yang Terdapat dalam Peristiwa Terjadinya Petir?

JIka ditelaah lebih dalam, terdapat beberapa konsep fisika yang terlibat dalam proses terjadinya petir, di antaranya adalah :

• Listrik Statis

Listrik statis adalah bentuk muatan listrik yang diam, tidak mengalir seperti arus listrik biasa. Dalam awan, listrik statis terbentuk akibat gesekan antar partikel es dan air.

• Muatan Listrik

Muatan listrik terdiri dari dua jenis: positif dan negatif. Petir terjadi karena adanya akumulasi muatan yang sangat besar dan perpisahan muatan positif dengan muatan negatif.

• Medan Listrik dan Tegangan

Muatan listrik yang semakin banyak dapat menciptakan medan listrik besar seiring bertambahnya perbedaan potensial. Ketika tegangan listrik terlalu tinggi, loncatan listrik pun tak terhindarkan.

• Konduksi dan Ionisasi Udara

Pada tegangan yang sangat tinggi, udara mengalami ionisasi, artinya molekul-molekulnya terurai menjadi ion dan elektron bebas, menjadikannya bisa menghantarkan listrik. Meskipun udara biasanya bukan konduktor listrik.

• Hukum Coulomb

Hukum ini menjelaskan gaya tarik-menarik antara dua muatan. Muatan yang berbeda menarik satu sama lain. Yang mana gaya sebanding dengan besar muatan dan berbanding terbalik dengan jarak. Sehingga petir sering menyambar objek tinggi, karena gaya tarik muatannya lebih besar.

Dampak Petir dan Guntur

Fenomena petir menjadi pusat perhatian bukan hanya karena prosesnya yang kompleks, tetapi juga bahaya yang diakibatkannya. Bagaimana terjadinya petir dan kilat memberi dampak positif dan negatif dijelaskan sebagai berikut :

• Dampak Positif

Sambaran petir membantu proses fiksasi nitrogen di atmosfer yang bermanfaat untuk kesuburan tanah.

• Dampak Negatif

1. Petir menyebabkan luka bakar, kerusakan organ dalam, hingga kematian bagi manusia yang terkena sambarannya.
2. Loncatan listrik dari petir bisa merambat ke peralatan elektronik melalui kabel listrik. Kerusakan dapat terjadi dalam sekejap, terutama jika tidak terdapat penangkal petir.
3. Petir bisa menyambar pohon atau bangunan dan memicu kebakaran besar. Ini sering terjadi di daerah pegunungan atau hutan saat musim kemarau.
4. Guncangan elektromagnetik dari petir dapat mengganggu sinyal radio, radar, hingga jaringan komunikasi. Ini sangat penting bagi penerbangan dan industri lainnya.

Apakah Petir Hanya Terjadi saat Hujan Saja?

Petir biasanya terjadi saat hujan, tetapi terdapat beberapa kondisi di mana petir dapat terjadi saat tidak hujan. Petir bisa terjadi tanpa disertai hujan jika kondisi atmosfernya mendukung, seperti :

Petir Kering (Dry Lightning)

Petir jenis ini terjadi saat badai petir terbentuk tinggi di atmosfer, tapi hujan tidak sampai ke permukaan bumi karena menguap di udara kering. Ini sering menyebabkan kebakaran hutan.

Petir Vulkanik

Letusan gunung berapi yang besar juga bisa menciptakan petir akibat gesekan antar partikel abu vulkanik. Petir jenis ini sangat kuat dan bisa terlihat dari jauh.

Petir Salju

Fenomena langka yang terjadi saat badai salju. Meskipun cuacanya dingin, gesekan antar kristal es tetap bisa menghasilkan muatan listrik.

Melalui pemahaman proses terjadinya petir secara fisika, kita bisa mengetahui bahwa proses terjadinya petir adalah hasil dari interaksi kompleks antara gesekan partikel di awan, pemisahan muatan, dan loncatan listrik. Sehingga menjadi penyebab utama munculnya cahaya dan suara yang dramatis ini.

Dampak petir bisa sangat merugikan jika tidak diantisipasi. Namun dengan pemahaman yang benar, fenomena ini dapat dihindari agar tidak berbahaya atau bahkan memanfaatkannya.