Soal Dan Pembahasan Listrik Statis [PDF]

Citation preview

SOAL DAN PEMBAHASAN LISTRIK STATIS Update 26 soal terbaru: agustus 2020 Soal no 1 listrik statis: hukum coulomb Diketahui muatan listrik Q1 positif dan Q2 negatif…… (1) muatan Q1 menarik muatan Q2 (2) gaya coulomb sebanding dengan Q1 dan Q2 (3) gaya coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara Q1 dan Q2 (4) kuat medan listrik di tengahtengah antara Q1 dan Q2 nol yang benar adalah …. a. 1, 2, 3 dan 4    d. 2 dan 4 b. 1, 2 dan 3        e. 4 c. 1 dan 3 jawab: b Pembahasan: Sesuai hukum coulomb bahwa F berbanding lurus dengan q dan terbalik dengan r² Soal no 2 listrik statis: hukum coulomb Dua muatan titik yang sejenis dan sama besar qA = qB =10 –2 C pada jarak10 cm satu dari yang lain. Gaya tolak yang dialami kedua muatan itu (dalam Newton) adalah .... e. 9.107 a. 9.10–14                 d. 9.103 b. 9.10–9                c. 9.10–5 jawab: e Pembahasan 



Soal No.3 tentang gaya coulomb



Dua buah muatan P dan Q masing – masing bermuatan +3µC dan -4µC terpisah sejauh 2 cm. gaya tarik menarik kedua muatan listrik tersebut adalah.... d. 270 N a. 27 N b. 90 N c. 180 N e. 900 N Kunci Jawaban: D Penyelesaian / pembahasan: k. q1 . q2 F = _________



r2 9.109. 3.10-6 . 4.10-6 F = _____________________ (2.10-2)2 9.109. 3.10-6 . 4.10-6 F = _____________________ 4.10-4  F = 270 N



Soal No. 4 : listrik statis - perbandingan gaya dan jarak dua buah muatan sejenis saat terpisah sejauh R bekerja gaya Coulomb sebesar 80 N, jika muatan yang sama tersebut jaraknya dijauhkan menjadi 2R, berapakah besar gaya tolak menolak kedua muatan tersebut sekarang.... b. 20 N a. 10 N c. 30 N d. 40 N e. 50 N kunci jawaban: B pembahasan:



berdasarkan rumus gaya coulomb yaitu gaya (F) berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r²)



F1 ____ F2 80 ____ F2



=



R22 ____ R12



=



(2R)2 ____ (R)2



F2 = 80/4 = 20 N



5. dua buah muatan sejenis saat berada di udara terpisah sejauh R bekerja gaya Coulomb sebesar 80 N, jika muatan yang sama tersebut jaraknya dijauhkan menjadi 2R dan diletakkan di dalam zat dengan permitivitas listrik relatif sebesar 2, berapakah besar gaya tolak menolak kedua muatan tersebut sekarang....



F1 ____ F2 80 ____ F2



=



=



Ɛ2 . R22 ____ Ɛ1 . R12 2. (2R)2 ____ 1 . R2



      F2 = 80 / 8 = 10 N



soal No. 6 tentang gaya dan medan listrik yang bernilai nol 6. muatan listrik A dan B terpisah sejauh r seperti pada gambar berikut



Dimakah letak medan listrik dan gaya coulomb yang bernilai nol, jika QA = 4 µC dan QB = 9 µC dan besar jarak r adalah 10 cm. a. 6 cm dikanan A b. 6 cm dikiri A c. 4 cm di kanan A d. 4 cm di kiri A e. 4 cm dikiri B kunci jawaban: C Penyelesaian dan pembahasan: untuk dua muatan yang sejenis letak medan listrik yang bernilai nol adalah di antara dua muatan tersebut. RA = x RB = 10 - x



√QA ____ RA



√QB =



√4 ____ x 2 ____ x



____ RB



√9 =



=



____ r-x 3 ____ 10 x



3x = 20 – 2x 5x = 20 x = 4 cm jadi, gaya dan medan listrik bernilai nol pada jarak 4 cm dari A (r A = 4 cm) atau dari B sejauh 6 cm (rB = 10 – 4 = 6 cm)



7. muatan listrik A dan B terpisah sejauh r seperti pada gambar berikut jika QA = -18 µC dan QB = +8 µC dan besar jarak r adalah 10 cm. Dimakah sebuah muatan uji yang



bermuatan harus diletakkan pada daerah yang memiliki medan listrik dan gaya coulomb bernilai nol. .... c. 20 cm dikanan B a. 20 cm dikanan A b. 20 cm dikiri A d. 20 cm dikiri B e. 10 cm di kanan B kunci jawaban:C penyelesaian / pembahasan: pada muatan yang berbeda jenis (+) dan (-) letak medan listrik dan gaya coulomb yang bernilai nol terletak pada sebelah luar dikanan atau dikiri dari muatan yang kecil, pada soal ini berarti berada pada titik di sebelah kanan B karena QB < QB RB = x RA = 10 + x



√18 ____ RA



√8 =



2√9 ____ r+x 3 ____ x + 10



____ RB



2√4 =



=



____ x 2 ____ x



3x = 20 + 2x X = 20 cm jadi, gaya dan medan listrik bernilai nol pada jarak 20 cm dari B (r B = 20 cm) atau dari A sejauh 30 cm (rA = 10 + 20 = 30 cm)



8. tiga buah muatan sejenis yang nilainya sama sebesar 2 µC terletak pada sudut – sudut segitiga sama sisi dengan panjang sisi 10 cm, besar medan listrik pada muatan yang terletak di salah satu sudut segitiga tersebut adalah...



a. 3,6 √3 N b. 36 √3 N c. 72 √3 N d. 72 √3 N Penyelesaian / pembahasan: karena gaya coulumb termasuk vektor maka besar gaya total dapat kita selesaikan dengan rumus cosinus resultan vektor



________________ ΣF =



√ F² + F² + 2F.F.Cos 60o



______________ ΣF =



√ F² + F² + 2F2.1/2



ΣF = √3F2 ΣF = F √3



====0===0====0=======0 k. q1 . q2 F = _________ r2 9.109 2.10-6 . 2.10-6 F = _________________ (10-1)2 F = 3,6 N Sehingga besar resultannya adalah ΣF = 3,6 √3 N soal No.9 tentang Energi potensial Listrik statis



9. tiga buah muatan sejenis yang nilainya sama sebesar 2 µC terletak pada sudut – sudut segitiga sama sisi dengan panjang sisi 10 cm, besar gaya listrik dan potensial pada pusat segitiga tersebut sebesar... a. F = 0 ; Ep = 0,36 J b. F = 3,6 N ; Ep = 0 c. F = 0 ; Ep = 0 d. F = 3,6 N ; Ep = 3,6 J kunci jawaban: A



Penyelesaian / pembahasan:



Ep =



k. q1 . q2 _________ r2



Ep =



9.109 2.10-6 . 2.10-6 _________________ 10-1



Ep = 0,36 Joule 10. perhatikan gambar muatan listrik berikut



QA = 2µC , QB = -1µC dan Qc = - 3µC. Jarak a = 2 cm dan jarak b =3 cm. Besar gaya Coulomb pada muatan C sebesar..... Penyelesaian / pembahasan: Ditanya gaya coulomb pada muatan C - FCA : muatan C tarik menarik dengan muatan A ke kiri karena berbeda jenis yaitu (+) dan (-) k. q1 . q2 FCA = _________ r2



    =



9.109 2.10-6 . 4.10-6 _________________ (5.10-2)2



FCA = 28,8 N ke kiri - FCB : muatan C tolak menolak dengan muatan B ke kanan karena sejenis yaitu (-) dan (-) 9.109 1.10-6 . 4.10-6   FCB  = _________________ (3.10-2)2 FCB  =



40 N ke kanan



Sehingga, besar resultan gaya coulombnya adalah



ΣF = 40 – 28,8 = 11,2 N ke kanan 11. Perhatikan gambar berikut



QA = 2µC , QB = -1µC dan Qc = - 3µC. Jarak a = 2 cm dan jarak b =3 cm. Besar Energi potensial pada muatan C sebesar.....



Penyelesaian / pembahasan: k. q1 . q2 EPAC = _________ r



     =



9.109 2.10-6 . 4.10-6 _________________ 5.10-2



EPCA = 1,44 Joule oo======0=====0====oo k. q1 . q2 EPCB = _________ r



     =



9.109 1.10-6 . 4.10-6 _________________ 3.10-2



EPCB = 1,2 Joule



Karena Ep adalah besaran skalar maka Ep tidak punya arah, maka besar Ep hanya cukup dijumlahkan ΣEp = 1,44 + 1,2 = 2,64 Joule



Soal no 12 listrik statis: sbmptn pada gambar dibawah memperlihatkan suatu benda bermuatan positif dengan muatan q = + 0,5 μC, bermassa 20 gram digantung pada tali ringan (massanya diabaikan). pada jarak 15 cm disebelah kanan diletakkan muatan negatif q’ = -1 μC yang menyebabkan muatan positif tertarik ke kiri dengan posisi benda seimbang menjadi seperti gambar di bawah. , tegangan pada tali kira kira sebesar..... (dalam newton )



c. 0,28 a. 0,20 b. 0,24 d. 0,32 e. 0,40 jawab: C Pembahasan



Soal no 13 Kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan listrik pada sebuah titik bergantung pada….(1) besarnya muatan (2) jaraknya dari muatan (3) jenis muatan (4) jenis medium antara muatan dan titik yang benar adalah …. a. 1, 2, 3 dan 4    d. 2 dan 4 b. 1, 2 dan 3        e. 4 c. 1 dan 3 jawab:



A



Pembahasan : sesuai dengan hukum coulomb  Soal no 15 listrik statis: resultan gaya coulomb  Dua



muatan



titik



berjarak



Besar medan listrik di titik P adalah.... a. 27 N/C              d. 360 N/C b. 72 N/C              e. 720 N/C c. 270 N/C



5



cm



terlihat



seperti



gambar.



jawab: Pembahasan 



Soal no 16 mencari letak gaya atau medan nol Dua buah partikel A dan B bermuatan +20 μC dan +45 μC terpisah sejauh 15 cm. Jika suatu muatan positif yang diletakkan di antara A dan B sedemikian rupa sehingga kuat medan listrik di titik tersebut sama dengan nol. letak C dari A (dalam cm) adalah…. a. 2         b. 3        c. 4        d. 6     e. 9 jawab:



D



Pembahasan 



Soal



no



17



Pada setiap titik sudut sebuah segitiga sama sisi dengan sisi terdapat muatan positif q. Kuat medan dan potensial listrik di pusat segitiga ini, dengan k sebagai tetapan, berturutturut a.



adalah…. ½



b.



k ½



c.



q/r k



dan q/r



k



0 



 



dan



 



 



k



q/r



 



 



q/r^2     e. dan



jawab:



 d.



0 0



dan dan k



3 k



k



q/r q/r^2 q/r^2 D 



Pembahasan  pada



pusat



segitiga:



- nilai medan listrik bernilai nol karena besar medan listrik yang dihasilkan oleh tiap tiap muatan di sudut-sudutnya memiliki besar yang sama, sehingga saling menghilangkan. ingat



bahwa medan listrik adalah besaran vektor, sehingga analisis kuantitatifnya berdasarkan arah.  - potensial listrik adalah besaran skalar, sehingga nilai total potensial adalh total dari potensial



tiga



Soal



muatan



no



1



tersebut.



8 listrik



atau



statis:



3



bola



kali konduktor



Sebuah bola konduktor berjari – jari 9 cm diberi muatan 6 mC. Besar kuat medan listrik dan potensial



listrik



pada



a.



titik



yang



berjarak



sama



3



cm



dari



–



b.



E



=



nol,



c.



E



=



6.



pusat



bola



sama V



=



d.



E



=



6.



107 N/C,



e.



E



=



6.



107 N/C,



105 volt



V V



=



=



V



.... nol



6.



107 N/C,



adalah



=



nol



6.



105 volt



18.



105 volt



jawab:



B



Pembahasan 



Soal



no



19 listrik



statis:



keping



sejajar



Dua keping logam yang sejajar atas-bawah dan jaraknya 0,5 cm satu dari yang lain diberi muatan listrik yang berlawanan (keping bawah negatif dan atas positif) hingga beda potensial 10000 Volt. Bila nilai umum muatan elektron adalah 1,6 x 10-19 Coulomb, tentukan besar dan arah gaya coulomb yang terjadi jika ada sebuah elektron yang terletak diantara



kedua



keping



a.



0,8



b.



0,8



x



10-7



c.



3,2



x



10-13



d.



3,2



e.



12,5



jawab:



x



x



10-7



10-13 x



1024



tersebut N N



ke ke



N N



ke ke



N



ke



.… atas bawah atas bawah atas c



Pembahasan  w



=



F



W



.



S



=



ΔEp



F.S



=



V.q



F.r



=



V.q



F.0,5.10-2 = F



10000.



=



3,2



.



10-13 N 



ke



1,6.10-19



atas



Soal



karena



muatan



positif



no



20



Sebuah elektron (massa 9,11x10 –31 kg dan muatan listrik –1,6 x10-19 C), lepas dari katode menuju ke anode yang jaraknya 2 cm. Jika awalnya elektrom diam (dilepaskan tanpa kecepatan awal) dan beda potensial antara anode dan katode 200 V, maka kecepatan elektron



saat



berada



di    



a.



2,3



x



105 m/s



b.



8,4



x



106 m/s



c.



anode



sebesar



d.



   



e.



2,3



....



3



x



107 m/s



2,4



x



108 m/s



x



107 m/s



jawab: Pembahasan  W



=



V.q



W



=



ΔEk



V.q



=



200.1,6.10  = 3,2.10-17 =



½



V



=



Soal kapasitor



(1)  ruang (2)



dengan



V2



.



9,11.10-31 .



v2



8,4



.



106



diperkecil



dengan



pasangan



2, 1,



sebagai



berikut



diisi



kapasitor



lempeng



diperkecil



lempengnya



3 2



dan 1



diperkecil.



benar dan



4



adalah   



....



minyak



beberapa



kedua yang



1,



cara-cara



seri



luas



pernyataan



21



lempeng



jarak



(4)



c.



dapat antar



(3)



b.



m.



no



Kapasitas



a.



ΔEk



½



-19



d.



3



       dan



2



…. dan e.



4 4 3



jawab:



d



Pembahasan 



Soal



no



22



Tiga buah kapasitor identik yang mula-mula belum bermuatan akan dihubungkan dengan baterai 15 V. Bila hanya salah satunya saja yang dihubungkan dengan baterai 15 V tersebut, energi yang tersimpan dalam kapasitor adalah 3/2E. dan bila ketiga kapasitor tadi dihubungkan



seri



dengan



baterai



besarnya



energi



yang



tersimpan



adalah



….



a.



¼



E



                  



d.



2



E



b.



½



E



                  



e.



4



E



c.



E



jawab:



b



Pembahasan  cseri =



1/3



E2 =



1/3



C



.



E2 =



3/2



E



½



Soal



no



E



23 listrik



statis:



kapasitor



Tiga buah kapasitor A, B, dan C memiliki nilai kapafitansi 4Farad, 6Farad, dan 12Farad disusun secara seri dan terhubung dengan aki 90V. Apabila muatan listrik maka besar muatan a.



qC



b.



qA



pada =