SOAL DAN PEMBAHASAN LISTRIK STATIS, GAYA COULOMB DAN MEDAN LISTRIK

Pada listrik statis, subbab yang akan sering dibahas yaitu menghitung besar gaya Coulomb yang terjadi antar muatan, menghitung besar lengan berkuasa medan listrik, menentukan potensial listrik dan energi potensial muatan titik, dan menentukan usaha yang diharapkan untuk membawa suatu muatan dari satu potensial ke potensial yang lain. Selanjutnya akan dibahas pula mengenai kapasitor.

Untuk tingkat SMA, pembahasan umumnya hanya sebatas pengenalan kepada jenis-jenis kapasitor yang meliputi kapasitor bola dan kapasitor keping sejajar. Pada tahap ini biasanya siswa dituntut untuk memahami cara menghitung kapasitansi suatu konduktor atau besar muatan yang tersimpan dalam suatu kapasitor. Selain itu, siswa juga harus bisa menentukan kapasitansi pengganti pada susunan seri dan susunan paralel kapasitor.

Kumpulan Soal dan Jawaban Listrik Statis

  1. Muatan qA (+1 μC) dan muatan qB (-4 μC) terletak segaris dan dipisahkan oleh jarak 18 cm. Tentukanlah :
    a. Gaya Coulomb
    b. Energi potensial
    c. Potensial listrik di tengah-tengah A dan B (titik p)
    d. Letak titik yang besar lengan berkuasa medan listriknya nol
    e. Usaha untuk memindahkan muatan qC = -10-6 C dari jarak tak terhingga ke titik p.

    Pembahasan

    1. Gaya Coulomb
      F = (k qA. qB) / RAB2
      ⇒ F = (9 x 109 . 1 x 10-6 . 4 x 10-6) / (18 x 10-2)2
      ⇒ F = (36 x 10-3) / (324 x 10-4)
      ⇒ F = 36/324 x 10
      ⇒ F = 360/324
      ⇒ F = 10/9 N.

    2. Energi potensial
      Ep = (k qA. qB) / RAB
      ⇒ Ep = (9 x 109 . 1 x 10-6 . (-4 x 10-6)) / (18 x 10-2)
      ⇒ Ep = (-36 x 10-3) / (18 x 10-2)
      ⇒ Ep = -36/18 x 10-1
      ⇒ Ep = -2 x 10-1
      ⇒ Ep = -0,2 J.

    3. Potensial di titik p (di tengah A dan B)
      Vp = VA + VB
      ⇒ Vp = {(k.qA) / ½RAB} +{(k.qB) / ½RAB}
      ⇒ Vp = {(9 x 109 . 1 x 10-6) / (9 x 10-2)} + {(9 x 109 . (-4 x 10-6)) / (9 x 10-2)}
      ⇒ Vp = (1 x 105) + (-4 x 105)
      ⇒ Vp = -3 x 105 volt.

    4. Letak titik yang besar lengan berkuasa medannya nol
      Karena muatan A dan B berbeda tanda, maka tiik yang besar lengan berkuasa medannya nol dapat berada di sebelah kiri muatan A pada jarak terntentu. Misalkan RA = x maka RB = 18 + x. Agar besar lengan berkuasa medan sama dengan nol, maka :
      EA = EB.
      ⇒ (k.qA) / RA2 = (k.qB) / RB2
      ⇒ qA / RA2 = qB / RB2
      ⇒ (1 x 10-6) / x2 = (4 x 10-6) / (18 + x )2
      ⇒ 1/x2 = 4 / (18 + x )2 → akarkan untuk menghilangkan kuadrat.
      ⇒ 1/x = 2 / (18 + x)
      ⇒ 18 + x = 2x
      ⇒ x = 18 cm.
      Jadi, titik yang besar lengan berkuasa medan listriknya nol terletak 18 cm di sebelah kiri muatan A atau 36 cm di sebelah kiri muatan B.

    5. Usaha memindahkan muatan
      W = (Vp – V∞).qc
      ⇒ W = (-3 x 105 – 0).(-10-6)
      ⇒ W = -3 x 105.(-10-6)
      ⇒ W = -3 x 10-1
      ⇒ W = + 0,3 J

      Berikut ini rumus-rumus umum listrik statis :

  2. rumus listrik statis

  3. Dua buah partikel bermuatan berada pada satu garis berjarak R sehingga terjadi gaya tarik-menarik sebesar F. Tentukanlah perbandingan besar gaya tarik-menarik yang terjadi antar partikel tersebut terhadap posisi awal kalau jarak antara keduanya menjadi 6 kali jarak semula.
    Pembahasan
    Diketahui : R1 = R; R2 = 6R1 = 6R.
    F = (k q1. q2) / R2
    ⇒ F1 = (k q1. q2) / R12 dan F2 = (k q1. q2) / R22
    Karena nilai k, q1, q2 tetap, maka perbandingan gaya tarik-menariknya hanya bergantung pada kuadrat jarak.
    ⇒ F1/F2 = R22 / R12
    ⇒ F1/F2 = (6R)2 / R2
    ⇒ F1/F2 = 36 R2 / R2
    ⇒ F1/F2 = 36/1
    ⇒ F2 = 1/36 F1
    Makara gaya tarik menarik setelah jaraknya diubah yaitu 1/36 x gaya tarik menarik pada jarak semula.