Rangkuman Listrik Statis PDF

 

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

Gaya tersebut disebut gaya coulomb yang besarnya sebanding seb anding dengan perkalian kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan: F Gaya Coloumb (N) k = Konstanta = 9 x 109 Nm2 / C2  q1 = Besar muatan 1 (C) q2 = 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 dir umuskan sebagai berikut:

 

  atau

Keterangan: E = Kuat Medan listrik (N/C) k = konstanta = 9 x 109 Nm2/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: Ep = energi potensial listrik (joule) ( joule) 9 k = konstanta = 9 x 10 N m2 / 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 109 N m2 / 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 dir umuskan sebagai berikut.

atau

Keterangan:  V = Potensial listrik (Volt) (Volt) k = Konstanta = 9 x 109 N m2 / 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: ber ikut:

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 yang dilingkupi muatan (m2) q = sudut antara medan listrik dan normal bidang

Penerapan Hukum Gauss Bola Konduktor Bermuatan Bola konduktor berongga

Kuat E = 0medan di dalam bola ( r < R) 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) 2

 A Luas keping ) σ == rapat muatan(m 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: pe nyekat/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  SERI 

Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut: Kapasitas pengganti  pengganti 

Muatan kapasitor sama  sama  Q1 = Q2 = Q3 = Qtotal  Beda potensial antar kapasitor  kapasitor 

RANGKAIAN PARALEL  PARALEL 

Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut: Kapasitas pengganti :  :  o = C1 + C2 + C3  C Beda potensial tiap kapasitor sama  sama 

 

 V 1 = V 2 = V 3  Muatan antar kapasitor  kapasitor  Q1 : Q2 : Q3 = C1 : C2 : C3  Energi yang tersimpan pada kapasitor  kapasitor 

Keterangan:  W = energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule) Q = muatan kapasitor (Coulomb)  V = beda potensial (Volt) C = Kapasitas Kapasitor (Farad) [adinserter block="5"]

CONTOH SOAL & PEMBAHASAN  Soal No.1 (UN 2012)  2012)  Dua buah muatan listrik yang nilainya sama diletakkan pada jarak r meter sehingga terjadi gaya coloumb sebesar F1 Newton. ketika jarak keduanya di ubah menjadi dua kali semula , gaya Coulomb yang di alami menjadi F2 . Perbandingan F 1: F2 adalah....  A.  1 : 2 B.  2 : 1 C.  1 : 4 D.  4 : 1 E.  3 : 2

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : D  D  Soal No.2 (SBMPTN 2013)  2013)  Jumlah muatan dari dua buah muatan q1 dan q2  adalah -6µC. Jika kedua muatan tersebut dipisahkan sejauh 3m maka masing masing muatan akan merasakan gaya listrik sebesar 8mN. Besar q1 dan q2 berturut turut adalah… adalah…   A.  -5 µC dan -1 µC B.  -10 µC dan 4 µC C.  -3 µC dan -3 µC D.  -8 µC dan 2 µC E.  -4 µC dan -2 µC

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : E  E  Soal No.3 (UN 2013)  2013)  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 = 10-6 C)

 A.  7,5 N B.  12,5 N C.  17,5 N D.  22,5 N E.  27,5N

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : B  B  Soal No.4 (SBMPTN 2013)  2013)   Dua buah bola identik bermuatan memiliki massa 3,0 x 10 2  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 ….  

 A.  4,4 x 10-6C B.  4,4 x 10-7C C.  4,4 x 10-8C D.  8,8 x 10-7C E.  8,8 x 10-8C

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : C  C  Soal No.5 (UN 2009)  2009)  Perhatikan gambar berikut ini!

Jika muatan +Q terletak antara A dan B di mana muatan +Q harus diletakkan sehingga gaya Coulomb yang dialaminya nol?  A.  3 cm dari muatan B B.  4 cm dari muatan B C. D.  5 3 cm cm dari dari muatan muatan B A

 

E.  6 cm dari muatan A PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : D  D  Soal No.6 (SNMPTN 2012)  2012)   Sebuah kapasitor 200 mF yang mula mula tidak bermuatan dialiri 10 mA selama 10 sekon. beda tegangan yang terjadi pada kapasitor adalah adalah  A.  1000 mV B.  500 mV C.  250 mV D.  50 mV   E. 25 mV

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : B  B  Soal No.7 (UN 2014)  2014)  Tiga buah muatan listrik listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC ABC panjang sisi  AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q ( q = 2µC). Besar gaya listrik yang bekerja b ekerja pada titik B adalah....

 A.  0,9√3 N  B.  0,9√2 N  C.  0,9 N D.  0,81 N E.  0,4 N

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : B  B  Soal No.8 (SNMPTN 2012)  2012)  Tiga buah kapasitor dengan dengan kapasitansi masing- masing 1 mF , 2 mF, dan 3 mF dirangkai secara seri dan diberi tegangan 1 volt pada ujung ujungnya. Pernyataan  berikut ini yang benar adalah 1.  2.  3.  4. 

Masing masing kapasitor memiliki muatan yang sama banyak Kapasitor yang besarnya 1 mF menyimpan energi listrik terbesar Pada kapasitor 3 mF Bekerja tegangan terkecil Ketiga kapasitor bersama sama membentuk sebuah kapasitor ekivalen dengan muatan tersimpan sebesar 6/11 C

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : A   Soal No.9 (UN 2000)  2000)  Bila sebuah partikel bermuatan 4 x 10-19 C ditempatkan dalam medan listrik homogen yang kuat medannya 1,2 x 10 5 N/C maka partikel tersebut akan mengalami gaya sebesar…   A.  4,8 x 10-14 N -14

B. C.   5,2 3,0 xx 10 10-23 N  N -24 D.  3,3 x 10  N E.  4,8 x 10-24 N PEMBAHASAN :  :  Diketahui: q = 4 x 10-19 C E = 1,2 x 105 N/C Menentukan Gaya Coulumb jika diketahui diketahui q dan E menggunakan menggunakan rumus: F = qE

 

F = 4.10-19 x 1,2.105 = 4,8.10-14 N Jawaban : A   Soal No.10 (SNMPTN 2010)  2010)  Empat buah muatan masing masing masing q2 = -2 µC, q2 = 1 µC, q3 = -1 µC dan q1 =1 µC terletak di sudut sudut suatu bujur sangkar berisi 0,2 m. Bila diketahui εo adalah termitivitas vakum maka potensial listrik dititik tengah bujur sangkar tersebut adalah

 A.  B.  C. 

  D.  0 μV   E.

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : B  B  Soal No.11 (UN 2013)  2013)  Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Titik C berada 20 cm di sebelah B. Jika k = 9.10 9 Nm2.C2  dan 1µC = 10-6 C maka kuat medan di titik C adalah… 

 A.  1,275.108 N.C-1  B.  1,350.108 N.C-1  C.  1,425.108 N.C-1  D.  1,550.108 N.C-1  E.  1,675.108 N.C-1 

 

PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : C  C  Soal No.12 (SNMPTN 2010)  2010)  Dua buah muatan titik masing masing sebesar 10 µC dan 4µC terpisah sejauh 10 cm. kedua muatan tersebut berada di dalam medium yang memiliki permitivitas relatif sebesar 3. berapakah besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut?  A.  10 N B.  12 N C.  36 N D.  72 N E.  100 N PEMBAHASAN

Jawaban : B  B  Soal No.13 (UN 2013)  2013) 

:  : 

 

Perhatikan gambar berikut ini!

Besar kuat medan listrik di titik A adalah…(k = 9 x 109 N m2 C-2).  A.  9,0 x 1077 N/C B.  7,5 x 10  N/C C.  6,0 x 107 N/C D.  7,2 x 107 N/C E.  5,4 x 107 N/C PEMBAHASAN

:  : 

Jawaban : B  B  Soal No.14 (UM UGM 2008)  2008)  Muatan +Q coulomb ditempatkan di x=-1 m dan muatan -2Q coulomb di x = +1 m. Muatan uji q+ coulomb yang diletakkan di sumbu x akan mengalami gaya total nol  bila ia diletakkan di di x = ...

 A.  –(3+√8) m 

 

B.  - 1/3 m C.  0 m D.  1/3 m E.  3√8 m  PEMBAHASAN

Jawaban : A   Soal No.15 (UN 2013)  2013)  Perhatikan faktor-faktor berikut! 1.  Luas pelat 2.  Tebal pelat 3.  Jarak kedua pelat 4.  Konstanta dielektrik

:  : 

 

 Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri muatan adalah…   A.  1 dan 2 saja B.  3 dan 4 saja C.  1,2, dan 3 D.  1,2 dan 4 E.  1,3, dan 4 PEMBAHASAN :  :  Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri muatan dapat di lihat daripersamaan daripersamaan kapasitas kapasitor keeping keeping sejajar jika di beri bahan dielektrik.

Keterangan: k = konstanta dielektrik  A = luas pelat d = jarak antar pelat Sehingga faktor yang mempengaruhi adalah(1),(3), dan(4) Jawaban : E  E  Soal No.16 (UN 2014)  2014)  Perhatikan rangkaian di bawah ini!

 besar nya muatan pada kapasitor kapasitor C5 adalah...  A.  36 coulumb B.  24 coulumb C.  12 coulumb D.  6 coulumb E.  4 coulumb

 

PEMBAHASAN Menentukan muatan di C5 harus menentukan Qtotal dari Ctotal 

:  : 

 

Jawaban : B  B 

 

Soal No.17 (UN 2013)  2013)  pada gambar di samping bila V  AB = 6 volt maka nilai energi listrik pada gambar adalah… 

 A.  2 joule B.  6 joule C.  9 joule

 

D.  12 joule E.  18 joule PEMBAHASAN

Jawaban : D  D  Soal No.18 (UN 2013)  2013)  Perhatikan gambar kapasitas berikut.

:  : 

 

Energi yang tersimpan dalam rangkaian listrik di atas adalah… 

 

 A.  576 joule B.  288 joule C.  144 joule D.  72 joule E.  48 joule PEMBAHASAN

:  : 

 

Jawaban : B  B