Sejarah Penangkal Petir : Dari Franklin hingga Saat Ini
Penangkal petir merupakan serangkaian saluran yang dirancang sebagai jalur untuk mengalirkan petir menuju ke permukaan bumi tanpa menimbulkan kerusakan pada benda-benda yang dilaluinya.
Penggunaan instalasi penangkal petir dianggap efektif karena dapat mengurangi kerugian yang terkait dengan kebakaran dan kerusakan struktural yang disebabkan oleh petir. Umumnya, alat ini terbuat dari logam, terutama logam yang memiliki konduktivitas tinggi seperti tembaga atau aluminium. Saar petir mengenai logam tersebut, energi listrik akan dialirkan melalui kawat menuju tempat pembuangan tanah (grounding). Sistem penyaluran petir beroperasi dengan mengalihkan arus listrik dari struktur bangunan dan daerah yang rentan.
Tokoh dibalik Terciptanya Penangkal Petir
Benjamin Franklin (17 Januari 1706 – 17 April 1790) adalah seorang tokoh terkenal Amerika Serikat yang meninggalkan warisan besar dalam berbagai bidang selama hidupnya. Ia terkenal sebagai wartawan, penerbit, pengarang, filantropis, abolisionis, pejabat pelayanan masyarakat, ilmuwan, diplomat, dan penemu.
Pada tahun 1746, di Boston, Massachusetts, Franklin memulai serangkaian eksperimen listriknya. Pada bulan Juli 1747, ia mengenalkan istilah positif dan negatif untuk merujuk pada muatan listrik, menggantikan istilah “vitreous” dan “resinous” yang sebelumnya digunakan. Franklin juga menguraikan konsep baterai listrik dalam suratnya kepada Collison pada musim semi 1749, meskipun pada saat itu ia belum menyadari bagaimana teori tersebut dapat bermanfaat bagi kepentingan manusia.
Pada tahun 1750, sebagai bagian dari usahanya untuk membuktikan bahwa petir adalah fenomena listrik, Franklin mulai mengembangkan ide untuk melindungi manusia, bangunan, dan struktur lain dari bahaya sambaran petir. Ia merancang sebuah alat menggunakan batang besi berukuran 8 atau 10 kaki dengan ujung yang runcing. Konsepnya adalah bahwa besi berujung runcing tersebut dapat menarik listrik, dan dengan menghubungkannya ke tanah, dapat mengosongkan listrik statis dari awan. Raja George III mendukung pandangan ini, meskipun pada saat itu, perbedaan pendapat dan dukungan terhadap teori Franklin dianggap sebagai tindakan yang tidak patuh.
Pada 15 Juni 1752, dalam sebuah badai di Philadelphia, Franklin mencoba alat rakitannya. Ia menempatkan batang besi runcing di puncak atap dan menunggu petir menyambar. Karena kurang sabar, ia mendekatkan alat ke awan menggunakan layang-layang, dengan kunci logam sebagai pemicu aliran listrik. Meskipun percobaan ini berbahaya dan beberapa menyebutkan bahwa Franklin terluka, hal itu juga menjadi bukti bahwa teori Franklin tentang kesamaan listrik dengan petir terbukti benar.
Franklin menemukan bahwa saat sambaran petir atau api listrik meninggalkan awan dan menemukan saluran logam menuju bumi, ia akan tetap di saluran tersebut dan tidak menyebabkan kerusakan. Sebagai hasilnya, pada tahun 1753, Franklin menemukan penyalur petir yang dikenal sebagai Rod Franklin, dan eksperimennya menjadi dasar untuk Instalasi Sistem Franklin yang terkenal sekarang.
Selama beberapa puluh tahun setelah penemuan Rod Franklin, banyak ilmuwan dan peneliti, termasuk Michael Faraday, yang dijuluki “Bapak Listrik,” berusaha mengembangkan teknologi dari rod Franklin ini. Faraday berhasil menemukan Teknologi Penyalur Petir Sangkar Faraday untuk menyempurnakan teknologi ini.
Sangkar Faraday
Michael Faraday (Sumber: profilbos.com)
Sangkar Faraday pertama kali ditemukan pada tahun 1836 oleh Michael Faraday. Dia menemukan bahwa muatan listrik pada sebuah konduktor hanya terdapat pada bagian luarnya dan tidak berpengaruh pada apa pun yang berada di dalam konduktor tersebut. Untuk membuktikan temuannya, Faraday membuat sebuah ruangan tertutup yang dilapisi dengan lembaran tipis logam. Dengan mengatur ruangan tersebut, ia memastikan bahwa lonjakan voltase tinggi dari generator elektrostatis menyambar bagian luar ruangan. Menggunakan elektrometer, Faraday berhasil membuktikan bahwa tidak ada muatan listrik di bagian dalam ruangan tertutup tersebut.
Secara teoritis, cara kerja Sangkar Faraday hampir sama dengan Franklin Rod, di mana seluruh rangkaian terhubung ke tanah sebagai peredam alami muatan energi listrik dan bersifat pasif. Ketika sangkar dihubungkan ke tanah, kelebihan muatan akan mengalir ke tanah, tidak berkumpul di permukaan luar sangkar, sehingga muatan di bagian dalam sangkar saling menghapuskan, sementara bagian lain tetap netral. Namun, kekurangan Sangkar Faraday terletak pada biaya produksinya yang tinggi, sehingga hanya diterapkan pada aplikasi atau bangunan tertentu dan tidak umum digunakan karena biayanya yang mahal.
Perkembangan Teknologi Penangkal Petir
Seiring dengan kemajuan teknologi, penelitian terkait penyalur petir terus berkembang. Ilmuwan dan peneliti telah mencapai kesepakatan mengenai proses terjadinya petir setelah temuan penting oleh Benjamin Franklin dan Michael Faraday. Melalui serangkaian penelitian dan uji coba yang intensif, terciptalah penyalur petir modern baru yang bersifat aktif, menjemput petir lebih awal daripada penyalur petir konvensional yang bersifat pasif, mengadopsi temuan Franklin dan Faraday.
Pada awal tahun 2000-an, para ilmuwan dan peneliti berhasil mengembangkan Penyalur Petir Radioaktif, yang kemudian dilarang dan disempurnakan menjadi Penyalur Elektrostatis (Non Radioaktif). Penyalur ini dilengkapi dengan teknologi Early Streamer Emission (ESE), meningkatkan jangkauan radius proteksinya hingga beberapa ratus meter untuk melindungi obyek yang diinginkan.
Penangkal Petir Radioaktif
Penyalur Petir Radioaktif merupakan sistem penyalur petir yang dirancang secara aktif melalui teknologi modern untuk menghadapi risiko sambaran energi petir. Ilmuwan dan peneliti sepakat bahwa fenomena petir terjadi karena adanya proses ionisasi positif (+) dan negatif (-), menyebabkan loncatan muatan listrik dengan kecepatan sangat tinggi, mencapai 3.10⁹ cm/detik, dan memiliki kekuatan antara 5kA hingga 200 kA, dengan rata-rata arus puncak sekitar 20kA.
Prinsip kerjanya melibatkan penghentian proses ionisasi tersebut menggunakan zat kimia yang mengandung radiasi aktif tinggi, seperti radium 226 dan amerisium 241. Kedua zat tersebut menambah muatan pada ujung finial dari tombak splitzen atau air terminal lightning rod. Kemudian, ion radiasi dihamburkan untuk menetralkan muatan ion di awan. Namun, ketika muatan ion di awan menyambar dan cenderung mengenai penyalur petir, serta ketika tidak ada sambaran, ion radiasi dari kedua zat radioaktif tersebut tersebar di sekitar area di mana penyalur petir radioaktif terpasang.
Meskipun memiliki efektivitas dalam menanggulangi petir, keberadaan zat radioaktif pada area sekitar penyalur petir radioaktif menjadi berbahaya bagi kesehatan manusia. Oleh karena itu, berdasarkan kesepakatan internasional yang telah disetujui melalui International Electrotechnical Commission (IEC) di Jenewa, Swiss, penggunaan Penyalur Petir Radioaktif dianggap tidak aman dan tidak dianjurkan.
Penangkal Petir Elektrostatis
Setelah dilarangnya penggunaan sistem radioaktif karena potensi dampak negatif yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia, ilmuwan dan peneliti terus berupaya menemukan solusi yang lebih aman. Akhirnya, mereka berhasil mengembangkan sistem terkini yang tidak mengandung zat radioaktif berbahaya (Non Radioaktif), tetapi tetap memiliki kinerja unggul. Sistem ini diberi nama Penyalur Petir Radius Elektrostatis, yang merupakan hasil dari teknologi rekayasa ilmiah dengan menggunakan Early Streamer Emission (ESE). Sistem ini bekerja secara aktif dengan mengumpulkan dan melepaskan ion dalam jumlah besar ke lapisan udara sebelum terjadinya sambaran petir, sehingga memastikan keamanan tanpa membahayakan kesehatan manusia.
Kesimpulan dari poin-poin di atas, berdasarkan sejarah mulai dari penemuan awal hingga perkembangan teknologi seiring berjalannya waktu, dapat disimpulkan bahwa ada tiga jenis sistem teknologi penyalur petir. Dua di antaranya masih digunakan hingga saat ini, sementara satu lainnya sudah dilarang penggunaannya. Jenis-jenis sistem tersebut adalah:
- Penyalur Petir Konvensional, yang bersifat pasif dan mengadopsi temuan dari Benjamin Franklin (Franklin Rod) dan Michael Faraday (Sangkar Faraday Cage).
- Penyalur Petir Radioaktif, yang sekarang sudah dilarang untuk digunakan.
- Penyalur Petir Radius Elektrostatis, yang bersifat aktif dan merupakan teknologi paling modern dan mutakhir, juga tidak mengandung zat radioaktif (Non Radioaktif).
