Soal dan Pembahasan POTENSIAL LISTRIK

Soal dan Pembahasan
POTENSIAL LISTRIK PADA MUATAN LISTRIK STATIS & ENERGI DAN
USAHA
1. Sebuah bola konduktor diberi muatan +12 μC dan berjari-jari 4 cm. Jika ada tiga titik
A, B dan C yang dari pusat berjarak RA = 3 cm, RB = 4 cm dan RC = 6 cm. Tentukan:
a. Kuat medan listrik di titik A, B dan C!
b. Potensial Listrik di titik A, B dan C!
Penyelesaian:
a. Kuat medan listrik
Q = +12 x 106 C
R = 4 x 102 m
 Titik A : RA < RB, di dalam bola berarti EA = 0
 Titik B : di permukaan bola:
𝑄
𝐸𝐵 = 𝑘 𝑅
𝐵
2
12 x 10−6
𝐸𝐵 = 9 𝑥 109 (4 𝑥 10−2 )2
𝐸𝐵 = 6,75 𝑥 107 𝑁/𝐶
 Titik C : di luar bola:
𝑄
𝐸𝐶 = 𝑘 𝑟 2
𝑐
12 x 10−6
𝐸𝐶 = 9 𝑥 109 (6 𝑥 10−2 )2
𝐸𝐶 = 3 𝑥 107 𝑁/𝐶
b. Potensial Listrik
 Di titik A sama dengan di titik B:
𝑄
𝑉𝐴 = 𝑉𝐵 = 𝑘 𝑅
= 9 𝑥 109
12 x 10−6
4 𝑥 10−2
= 2,7 x 106 volt
 Di titik C:
𝑄
𝑉𝐶 = 𝑘 𝑟
= 9 𝑥 109
12 x 10−6
6 𝑥 10−2
= 1,8 x 106 volt
2. Bola kecil bermuatan +2𝜇𝐶, -2 μC , 3 μC , dan -6 μC diletakkan di titik-titik sudut
sebuah persegi yang mempunyai panjang diagonal 0,2 m. Hitung potensial listrik di
titik pusat persegi!
Penyelesaian:
Diketahui:
q1 = +2 μC = 2 × 10-6 C q3= 3 μC = 3 × 10-6 C
q2 = -2 μC = -2 × 10-6 C q4 = -6 μC = -6 × 10-6 C
Panjang diagonal = 2 × 10-1 m, sehingga jarak tiap-tiap muatan dari titik pusat
r1 = r2 = r3 = r4 = 21 (2×10-1)
r = 10-1 m
Ditanya: VP = ... ?
Jawab:
VP = V1 + V2 + V3 + V4
3. Titik P, Q, dan R terletak pada satu garis dengan PQ = 2 m dan QR = 3 m. Pada
masing-masing titik terdapat muatan 2 μC, 3 μC, dan -5 μC. Tentukan besarnya energi
potensial muatan di Q!
Penyelesaian:
Diketahui: PQ = 2 m
QR = 3 m
qP = 2 μC = 2× 10-6 C
qQ = 3 μC = 3× 10-6 C
qR = -5 μC = -5× 10-6 C
Ditanya: EpQ = ...?
Jawab:
4. Dua keping sejajar memiliki luas penampang 6 cm2 berjarak 10 cm satu dengan yang
lain. Kedua keping itu dihubungkan pada beda potensial 400 volt. Jika sebuahelektron
dilepaskan dari keping yang bermuatan negatif, e = -1,6x10-19 C dan me = 9,11x10-31
kg maka tentukan :
a. Gaya yang dialami elektron
b. Usaha yang dikerjakan elektron
c. Kecepatan elektron saat menumbuk keping positif !
Penyelesaian:
d = 10 cm = 10-1 m
e = -1,6x10-19 C
me = 9,11x10-31 kg
V = 400 volt
a. Gaya yang dirasakan elektron memenuhi:
𝐹 =𝑒𝐸
𝑉
𝐹 = 𝑒𝑑
400
𝐹 = 1,6𝑥109 10−1
𝐹 = 6,4𝑥10−16 𝑁
b. Usaha yang dikerjakan elektron:
𝑊 = ∆𝐸𝑝
𝑊=𝑒𝑉
𝑊 = 1,6𝑥10−19 𝑥 400
𝑊 = 6,4𝑥1017 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒
c. Kecepatan elektron saat menumbuk keping positif dapat ditentukan dari kekekalan
energi:
1
2
𝑚𝑣 2 = 𝑒 𝑉
2𝑒𝑉
𝑣=√
𝑚
2 𝑥 1,6𝑥10−19 𝑥 400
𝑣=√
9,11𝑥10−31
𝑣 = 1,21𝑥107 𝑚/𝑠