Rangkuman, Soal dan Pembahasan Medan Listrik Part 3

12:42 0
Soal No. 13
Perhatikan gambar tiga buah muatan yang berada di sekitar titik P berikut! 

Jika k = 9 x 109 N m2 C− 2 , Q1 = + 10−12 C, Q2 = + 2 x 10−12 C dan Q3 = - 10−12 C, tentukan besar potensial listrik pada titik P !
Pembahasan
Soal No. 14
8 buah muatan listrik 4 diantaranya sebesar + 5 C dan 4 lainnya adalah − 5 C tersusun hingga membentuk suatu kubus yang memiliki sisi sepanjang r.


Tentukan besar potensial listrik di titik P yang merupakan titik berat kubus !
Pembahasan
Kenapa nol? Jarak masing-masing muatan ke titik P adalah sama dan besar muatan juga sama, separuh positif dan separuh lagi negatif sehingga jika dimasukkan angkanya hasilnya adalah nol.

Soal No. 15
Dua buah partikel dengan besar muatan yang sama digantung dengan seutas tali sehingga tersusun seperti gambar berikut!

Jika tan θ = 0,75 dan besar tegangan pada masing-masing tali adalah 0,01 N, tentukan besar gaya tolak - menolak antara kedua partikel!

Pembahasan
Perhatikan uraian gaya pada Q2 berikut !

Karena nilai gaya tali sudah diketahui, maka dengan prinsip keseimbangan biasa didapat:
FC = T sin Θ
FC = 0,01 x 0,6 = 0,006 Newton

Soal No. 16Sebuah partikel yang bermuatan negatif sebesar 5 Coulomb diletakkan diantara dua buah keping yang memiliki muatan berlawanan.

Jika muatan tersebut mengalami gaya sebesar 0,4 N ke arah keping B, tentukan besar kuat medan listrik dan jenis muatan pada keping A !

Pembahasan
F = QE
E = F / Q = 0,4 / 5 = 0,08 N/C
Untuk muatan negatif arah E berlawanan dengan F sehingga E berarah ke kiri dan dengan demikian keping B positif, keping A negatif.

Soal No. 17
Sebuah bola berongga memiliki muatan sebesar Q Coulomb dan berjari-jari 10 cm. 

Jika besar potensial listrik pada titik P adalah (kQ / x ) volt, tentukan nilai x !

Pembahasan
Untuk mencari potensial suatu titik yang berada di luar bola, V = (kq)/r dimana r adalah jarak titik tersebut ke pusat bola atau x = (0,1 + 0,2) = 0,3 meter.

Soal No. 18
Tentukan besarnya usaha untuk memindahkan muatan sebesar positif sebesar 10 μC dari beda potensial 230 kilovolt ke 330 kilovolt !

Pembahasan
W = q ΔV
W = 10μC x 100 kvolt = 1 joule

Soal No. 14
Perhatikan gambar berikut ! E adalah kuat medan listrik pada suatu titik yang ditimbulkan oleh bola berongga yang bermuatan listrik + q.

Tentukan besar kuat medan listrik di titik P, Q dan R jika jari-jari bola adalah x dan titik R berada sejauh h dari permukaan bola!

Pembahasan
  • Titik P di dalam bola sehingga EP = 0
  • Titik Q di permukaan bola sehingga EQ = (kq)/x2
  • Titik R di luar bola sehingga ER = (kq)/(x + h)2
Soal No. 29
Sebuah partikel bermassa m dan bermuatan negatif diam melayang diantara dua keping sejajar yang berlawanan muatan.
 

Jika g adalah percepatan gravitasi bumi dan Q adalah muatan partikel tentukan nilai kuat medan listrik E antara kedua keping dan jenis muatan pada keping Q !

Pembahasan
Jika ditinjau gaya-gaya yang bekerja pada partikel maka ada gaya gravitasi/ gaya berat yang arahnya ke bawah. Karena partikel melayang yang berarti terjadi keseimbangan gaya-gaya, maka pastilah arah gaya listriknya ke atas untuk mengimbangi gaya berat. Muatan negatif berarti arah medan listrik E berlawanan dengan arah gaya listrik F sehingga arah E adalah ke bawah dan keping P adalah positif (E "keluar dari positif, masuk ke negatif"), keping Q negatif.
Untuk mencari besar E :
listrik = W
qE = mg
E = (mg)/q

Soal No. 30
Sebuah elektron dengan massa 9,11 × 10−31 kg dan muatan listrik − 1,6 × 10−19 C, lepas dari katode menuju ke anode yang jaraknya 2 cm. Jika kecepatan awal elektron 0 dan beda potensial antara anode dan katode 200 V, maka elektron akan sampai di anode dengan kecepatan....
A. 2,3 × 105 m/s
B. 8,4 × 106 m/s
C. 2,3 × 107 m/s
D. 3 × 107 m/s
E. 2,4 × 108 m/s
(UMPTN 1994)

Pembahasan
Data dari soal:
me = 9,11 × 10−31 kg
Qe = − 1,6 × 10−19 C
ν= 0 m/s
ΔV = 200 volt
ν2 = ....... !?

Dengan hukum kekekalan energi mekanik, energi mekanik elektron saat di anode sama dengan energi mekanik saat di katode:
Asal mula rumusnya dari sini,

Soal ini dalam mode non kalkulator, tak boleh pake kalkulator dalam mengerjakan, alternatif berhitungnya seperti ini:


NEXT PAGE : 1 3

Rangkuman, Soal dan Pembahasan Medan Listrik Part 2

06:00 0
Soal No. 4
Gambar berikut adalah susunan tiga buah muatan A, B dan C yang membentuk suatu segitiga dengan sudut siku-siku di A.


Jika gaya tarik-menarik antara muatan A dan B sama besar dengan gaya tarik-menarik antara muatan A dan C masing-masing sebesar 5 F, tentukan resultan gaya pada muatan A !

Pembahasan
Karena kedua gaya membentuk sudut 90°cari dengan rumus vektor biasa :

Soal No. 5
Dua muatan listrik B dan C yang berada sejauh 8 cm menghasilkan gaya 50 N. Jika muatan C digeser ke kanan sejauh 8 cm, maka besar gaya tarik pada muatan B dan C adalah …..( 1µC = 10-6C)
Pembahasan

Soal No. 6
Dua buah bola identik bermuatan memiliki massa 3,0 x 102 kg digantung seperti seperti pada gambar. Panjang L setiap tali adalah 0,15m. Massa tali dan hambatan udara diabaikan. Bila tan θ = 0,0875, sin θ = 0,0872 dan g = 10m/s2 maka besar muatan pada setiap bola adalah ….

Pembahasan

Soal No. 7
Perhatikan gambar berikut ini!

Jika muatan +Q terletak antara A dan B di mana muatan +Q harus diletakkan sehingga gaya Coulomb yang dialaminya nol?
Pembahasan

Soal No. 8
Sebuah kapasitor 200 mF yang mula mula tidak bermuatan dialiri 10 mA selama 10 sekon. beda tegangan yang terjadi pada kapasitor adalah

Pembahasan

Soal No. 9
Tiga buah muatan listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2µC). Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B adalah….

Pembahasan

Soal No. 10
Tiga buah muatan membentuk segitiga sama sisi seperti gambar berikut. Jarak antar ketiga muatan masing-masing adalah 10 cm.

Jika Q1 = + 1 C, Q2= Q3 = − 2 C dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar resultan gaya Coulomb pada muatan Q!

Pembahasan
Tipe soal mirip soal nomor 4, dengan sudut 60° dan nilai masing-masing gaya harus dicari terlebih dahulu.
Angka 18 x 1011 N namakan saja X untuk mempermudah perhitungan selanjutnya.
Soal No. 11
Dua buah muatan masing - masing Q1 = 1 μC dan Q2 = 4 μC terpisah sejauh 10 cm.


Tentukan letak titik yang memiliki kuat medan listrik nol !(Tipikal Soal UN)

Pembahasan
Letak titik belum diketahui sehingga ada tiga kemungkinan yaitu di seblah kiri Q1, di sebelah kanan Q2 atau diantara Q1 dan Q2. Untuk memilih posisinya secara benar perhatikan ilustrasi berikut ini dan ingat kembali bahwa kuat medan listrik "keluar untuk muatan positif" dan "masuk untuk muatan negatif". Namakan saja titik yang akan dicari sebagai titik P.

Ada 2 tempat dimana E1 dan E2 saling berlawanan, ambil saja titik yang lebih dekat dengan muatan yang nilai mutlaknya lebih kecil yaitu disebelah kiri Q 1 dan namakan jaraknya sebagai x.

Soal No. 12
Sebuah muatan listrik negatif sebesar Q yang berada pada suatu medan listrik E yang berarah ke selatan. Tentukan besar dan arah gaya listrik pada muatan tersebut!
Pembahasan
Hubungan antara kuat medan listrik E dan gaya listrik F yang terjadi pada suatu muatan q adalah
F = QE
dengan perjanjian tanda sebagai berikut:
  • Untuk muatan positif, arah F searah (sama arah)  dengan arah E
  • Untuk muatan negatif, arah F berlawanan arah dengan arah E

Pada soal diatas E berarah ke selatan sehingga arah F adalah ke utara, karena muatannya adalah negatif.
NEXT PAGE : 1 3

Rangkuman, Soal dan Pembahasan Medan Listrik

00:00 0

Rangkuman Materi Listrik Statis

Jika kita berbicara tentang listrik, sebenarnya kita sudah mendapatkan materi ini pada kelas 9 dengan judul yang sama yaitu listrik statis. materi yang disajikan pun tidak jauh berbeda hanya terdapat penambahan sub bab baru yang sebelumnya tidak ada dalam Materi ini.

untuk lebih lengkapnya yuk langsung saja ya kita pelajari bersama..

HUKUM COULOMB

Menurut Coulomb, dua muatan yang didekatkan akan bekerja gaya tarik atau gaya tolak. Gaya tarik terjadi jika muatan berlainan jenis sedangkan gaya tolakan terjadi pada muatan yang sejenis
Rangkuman, Contoh Soal dan Pembahasan Listrik Statis
Gaya tersebut disebut gaya coulomb yang besarnya sebanding dengan perkalian kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dapat dituliskan sebagai berikut.
Keterangan:
F = Gaya Coloumb (N)
k = Konstanta = 9 x 10Nm2 / C2
q= Besar muatan 1 (C)
q= Besar muatan 2 (C)
r = Jarak antar muatan (m)

Kuat Medan Listrik

Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang masih merasakan pengaruh gaya Coulomb.


Dari gambar tersebut arah garis garis medan listrik jika muatan positif (+) keluar menuju muatan negatif (-) masuk.
Besarnya medan listrik disebut kuat medan listrik yang dirumuskan sebagai berikut:


atau


Keterangan:
E = Kuat Medan listrik (N/C)
k = konstanta = 9 x 10Nm2/C2
q = Muatan listrik (C)
r = jarak dari titik ke muatan sumber medan listrik (m)

Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik secara matematis dapat di rumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
E= energi potensial listrik (joule)
k = konstanta = 9 x 10N m/ C2
q1, q2 = besar muatan listrik (C)
r = jarak antara muatan (m)

Usaha
Merupakan perubahan energi potensial
Keterangan:
W = Usaha (joule)
k = konstanta = 9 x 10N m/ C2
q1, q2 = besar muatan listrik (C)
r1 = jarak awal (m)
r2 = jarak akhir (m)

Kekekalan energi
Berlaku dalam medan listrik
Di mana:
Keterangan:
E = kuat medan antar pelat (N/C)
d = jarak antar pelat (m)

Potensial Listrik

Energi potensial merupakan besarnya energi potensial yang dimiliki muatan 1 Coulomb. Dari definisi ini, potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut.
atau
Keterangan:
V = Potensial listrik (Volt)
k = Konstanta = 9 x 10N m/ C2
q = besar muatan sumber (C)
r = jarak titik dari muatan (m)

Hukum Gauss

Hukum gauss menyatakan bahwa jumlah garis medan listrik yang menembus suatu permukaan sebanding dengan jumlah muatan listrik yang ada di dalam permukaan tersebut. Hukum ini menghubungkan medal listrik pada permukaan tertutup dengan muatan total di dalam permukaan tersebut. Dirumuskan sebagai berikut:


Keterangan
f = fluks listrik (weber)
q = muatan total di dalam permukaan (C)
eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2)
E = medan listrik (N/C)
A = Luas permukaan yang dilingkupi muatan (m2)
q = sudut antara medan listrik dan normal bidang
Penerapan Hukum Gauss

Bola Konduktor Bermuatan

Bola konduktor berongga

Kuat medan di dalam bola ( r < R)
E = 0
Potensial Listrik di dalam bola (r < R)

Kuat Medan di luar bola ( r > R)
Potensial listrik di dalam bola (r > R)
Keterangan
r = Jarak titik ke muatan sumber
R = jari jari bola konduktor


Keping Sejajar Bermuatan
Kuat Medan
Keterangan :
E = Kuat medan listrik di antara keping sejajar (N/C)
q = muatan total di dalam permukaan (C)
eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2)
A = Luas keping (m2)
σ = rapat muatan keping (C/m2)

Kapasitor

Kapasitor berfungsi sebagai komponen elektronik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan disebut dengan kapasitas kapasitor. Besarnya kapsitas dari suatu kapasitor di rumuskan sebagai berikut:


Keterangan :
C = kapasitas kapasitor (Farad)
q = muatan yang tersimpan (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)
Kapasitor pada umumnya terdiri dari dua keping sejajar yang diletakkan berdekatan tetapi tidak saling bersentuhan.
Rumusan kapasitas kapsitor jika tanpa bahan penyekat :


Jika ada bahan penyekat/dielektrik:


Keterangan:
Co = kapasitas kapasitor tanpa bahan elektrik (F)
A = luasan penampang plat ()
d = jarak antarplat sejajar (m)
C = Kapasitas kapasitor dengan bahan elektrik (F)
k = konstanta dielektrik bahan

Rangkaian Kapasitor

RANGKAIAN SERI


Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut:
Kapasitas pengganti
Muatan kapasitor sama
Q1 = Q2 = Q3 = Qtotal
Beda potensial antar kapasitor

RANGKAIAN PARALEL
Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut:
Kapasitas pengganti :
Co = C1 + C2 + C3
Beda potensial tiap kapasitor sama
V1 = V2 = V3
Muatan antar kapasitor
Q1 : Q2 : Q3 = C1 : C2 : C3
Energi yang tersimpan pada kapasitor

Keterangan:
W = energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule)
Q = muatan kapasitor (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)
C = Kapasitas Kapasitor (Farad)




Contoh Soal dan Pembahasan Listrik Statis

Soal No. 1
Dua buah partikel bermuatan berjarak R satu sama lain dan terjadi gaya tarik-menarik sebesar F.
Jika jarak antara kedua muatan dijadikan 4 R, tentukan nilai perbandingan besar gaya tarik-menarik yang terjadi antara kedua partikel terhadap kondisi awalnya!
Pembahasan
sehingga


Soal No. 2
Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar berikut!



Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B !

Pembahasan
Pada muatan B bekerja 2 buah gaya, yaitu hasil interaksi antara muatan A dan B sebut saja FBA yang berarah ke kiri dan hasil interaksi antara muatan B dan C sebut saja FBCyang berarah ke kanan. Ilustrasi seperti gambar berikut:

Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka untuk mencari resultan gaya cukup dengan mengurangkan kedua gaya, misalkan resultannya kasih nama Ftotal :
total = FBC - FBA
F total = 72 X 10 - 3 - 18 x 10 -3 = 54 x 10 -3 N
Arah sesuai dengan FBC yaitu ke kanan.

Soal No. 3
Dua buah muatan tersusun seperti gambar berikut!

Jika Q1 = + 1 μC, Q2 = − 2 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah kuat medan listrik pada titik P yang terletak 4 cm di kanan Q1 !

Pembahasan
Rumus dasar yang dipakai untuk soal ini adalah

dimana E adalah kuat medan listrik yang dihasilkan suatu muatan, dan r adalah jarak titik dari muatan sumber. Harap diingat lagi untuk menentukan arah E : "keluar dari muatan positif" dan "masuk ke muatan negatif"
Perhatikan ilustrasi pada gambar!

Langkah berikutnya adalah menghitung masing-masing besar kuat medan magnet E1 dan E2 kemudian mencari resultannya jangan lupa ubah satuan centimeter menjadi meter. Supaya lebih mudah hitung secara terpisah satu persatu saja,..
Arah ke arah kanan.

NEXT PAGE : 1 3