BIMBINGAN BELAJAR &KONSULTASI PENDIDIKAN ON OFF 01377 Gaya Coulomb 01377 Medan Listrik Kapasitor Potensial Listrik Pendalaman Soal ON OFF BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Muatan Listrik Muatan listrik mempunyai sifat-sifat yaitu: 01377 • • • • ON OFF Terdiri dari dua jenis, yaitu muatan positif dan negatif Muatan sejenis saling menarik dan muatan yang berlainan jenis saling menolak Muatan tidak kekal, artinya muatan tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, yang terjadi adalah perpindahan muatan Muatan terkuantisasi, artinya muatan listrik dari suatu partikel selalu kelipatan muatan terkecil Satuan muatan listrik adalah Coulomb 1e = 1,6.10-19 C BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Gaya Coulomb Hukum Coulomb menyatakan bahwa gaya tarik-menarik antara dua muatan listrik sebanding dengan hasil kali muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan 01377 ON OFF 𝐪𝟏 𝐪𝟐 F=k 𝐫𝟐 𝟏 k= 𝟒 Π ε𝒐 F = gaya antara dua muatan (N) k = konstanta (9.109 Nm2/C2) q₁ = muatan benda pertama (C) q2 = muatan benda kedua (C) r = jarak antar muatan (m) εo = permitivitas ruang hampa (8,85.10 -12 C2/Nm2) BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN A B C D E ON Pembahasan : OFF Gunakan rumus gaya Coulomb : Fk q 1 .q 2 r2 01377 Jadi, gaya yang dialami kedua muatan adalah : 5.4 F 9.10 60.109 N 3 9 Jawaban : B BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Titik A terletak dalam medan listrik. Kuat medan listrik di titik A = 0,5 N/C. Jika di titik A dilettakan benda bermuatan listrik 0,25 C, maka pada benda tersebut bekerja gaya Coulomb sebesar… A 0,125 N B 0,25 N C 0,35 N D 0,40 N E 0,70 N ON Pembahasan : OFF Gaya Coulomb akibat medan listrik adalah : F = q.E = 0,25 x 0,5 = 0,125 N Jawaban : A 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua keping logam yang sejajar dan jaraknya 0,5 cm satu dari yang lain diberi muatan listrik yang berlawanan (lihat gambar) hingga beda potensial 1010 volt. Bila muatan elektron adalah 1,6 x 10-19 C, maka besar dan arah gaya coulomb pada sebuah elektron yang ada diantara kedua keping adalah… A 0,8.10-7 N, ke atas B 0,8.10-7 N, ke bawah C 3,2.10-7 N, ke atas D 3,2.10-7 N, ke bawah E 12,5.10-7 N, ke atas ON Pembahasan : OFF Gaya Coulomb akibat medan listrik adalah : F = q.E F q. V 10 d 7 19 10 Jadi, F 1,6.10 3,2.10 3 5.10 Untuk proton, arah medan listrik searah dengan gaya Coulomb Untuk elektron, arah medan listrik berlawanan arah gaya Coulomb. Jadi, besar dan arah gaya Coulomb adalah 3,2.10-7 N, ke atas. Jawaban : C 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua muatan terpisah pada jarak 4 m saling tarik dengan gaya 10N. Jika diinginkan gaya tarik antar kedua muatan menjadi 2,5 N, maka jarak antara kedua muatan tersebut harus diubah menjadi… A B 2 meter C 4 meter 8 meter D 10 meter E 16 meter ON Pembahasan : OFF Gunakan rumus gaya Coulomb : Fk q 1 .q 2 r2 01377 Jadi, perbandingan gaya terhadap jarak : 2 2 2 F1 r2 10 r2 4 r2 2 2 16 2,5 4 F2 r1 r2 8m Jawaban : C BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Terdapat tiga buah titik bermuatan masing-masing 2q, Q, dan 3q, dan terletak pada sumbu-x masing-masing 0, 0,5 l, dan l. Agar gaya Coulomb pada Q sama dengan nol, maka Q harus sama dengan ... 1 A q 2 B 1 q 3 C 1 q 4 1 q 2 D E 1 q 4 ON Pembahasan : OFF Q1 = 2q, q2 = Q, q3 = 3q. Besarnya muatan Q agar gaya Coulomb pada Q = nol adalah… 2q.3q 6q muatan Q terletak diantara 2q dan 3q (F1 ke kanan) : F1 k 2 k. 2 l muatan Q terletak antara Q dan 3q (F2 ke kiri, Q harus negatif, maka, l F2 k Q.3q Q.3q Q.3q 4k k. l2 0,25l 2 0,5 . l 2 6q 2 Q.3q 6q 2 12Q.q q 2 2Q.q Q 1 q F1 F2 k 2 4k 2 2 l l Jawaban : A 01377 Gaya Coulomb ON OFF 01377 Medan Listrik Potensial Listrik Kapasitor Pendalaman Soal BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Medan Listrik 01377 ON OFF Medan listrik adalah daerah yang memiliki pengaruh gaya listrik atau ruang di sekitar muatan listrik sumber yang menyebabkan muatan listrik lain yang ada di dalam ruang iti ikut mengalami gaya Coulomb Arah medan listrik searah dengan arah gaya istrik dalam arah radial, yaitu meninggalkan muatan jika muatan itu positif dan menuju muatan jika muatan itu negatif 𝐅 E= 𝐪 𝐪 E=k 𝟐 𝐫 F = gaya antara dua muatan (N) E = kuat medan listrik (N/C) q = muatan benda (C) r = jarak dari muatan ke suatu titik (m) BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Gambar di bawah ini adalah bola A dan bola B yang sama besar, memiliki muatan sama dan sejenis. Titik yang kuat medannya nol adalah… A P B Q C R D S E T ON Pembahasan : OFF Muatan di titik A dan B adalah muatan sejenis dan sama besar. Titik yang kuat medannya nol berada di tengah tengah kedua muatan A dan B, yaitu di titik P. Jawaban : A 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Sebutir debu massanya 1 mg dapat mengapung di udara karena adanya medan listrik yang menahan debu tersebut. Bila muatan debu tersebut 0,5 C dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, besarnya kuat medan listrik yang dapat menahan debu tersebut adalah… A 5 N/C B 10 N/C C 20 N/C D 25 N/C E 40 N/C ON Pembahasan : OFF Debu mengapung di udara (dalam keadaan setimbang), maka F = 0 F – W = 0 F = W q.E = m.g 01377 6 m.g 10 .10 20N/C E 6 0,5.10 q Jadi, kuat medan listrik yang menahan debu tersebut adalah : 20 N/C Jawaban : C BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Sebuah titik bermuatan q berada di titik P dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan (+) sehingga mengalami gaya sebesar 0,05 N dalam arah menuju muatan tersebut. Jika kuat medan di titik P besarnya 2.10-2 N/C, maka besar dan jenis muatan yang menimbulkan medan adalah… A 5,0 C, positif B 5,0 C, negatif C 3,0 C, positif D 2,5 C, negatif E 2,5 C, positif ON Pembahasan : OFF Gaya Coulomb akibat medan listrik adalah : F = q.E 0,05 = q.2.10-2 q = 2,5 C Arah medan listrik dari kutub positif menuju kutub negatif. Dari soal diketahui gaya yang timbul searah dengan arah medan, maka besar dan jenis muatan yang menimbulkan medan adalah q = 2,5 C positif. Jawaban : E 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua benda bermuatan listrik masing-masing +q1 dan + q2 berjarak 6 cm satu sama lain. Jika kuat medan listrik di suatu titik yang berjarak 2 cm dari + q1 sama dengan nol, maka perbandingan antara +q1 dan +q2 adalah.. A 1:2 B 1:3 C 1:4 D 1:6 E 2:3 ON Pembahasan : OFF r = 6.10-2 m, jarak titik dari +q1 = 2.10-2 m, perbandingan muatan +q1 dan +q2 adalah E1 = E2, r2 = 6 – 2 = 4cm = 4.10-2 m q1 q2 q1 q2 q1 q2 q1 q2 k 2 k 2 2 2 1 4 22 42 r1 r2 r1 r2 Maka perbandingan +q1 dan +q2 = 1 : 4 Jawaban : C 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua titik A dan B berjarak 0,5 m satu dengan lain, masing-masing bermuatan listrik qA = -4.10-8 C dan qB = 9.10-8 C. Titik C terletak 1 m di kiri A dan segaris dengan A dan B, maka kuat medan magnet listrik di C adalah… A 7,4 N B 9,2 N C 10,8 N D 11,3 N E 12 N ON Pembahasan : OFF Jarak A dan C r1 = 1m, B dan C r2 = 1,5m, kuat medan listrik di titik C adalah : Ec = E1 + E2 8 qA qB 9.108 9 4.10 9 k 2 2 9.10 9.10 x0 nol 2 1 1,5 r1 r2 Jawaban : A 01377 Gaya Coulomb 01377 Medan Listrik Kapasitor Potensial Listrik Pendalaman Soal ON OFF BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Potensial Listrik Potensial listrik adalah energi potensial persatuan muatan listrik yang terjadi ketika sebuah muatan uji dipindahkan dari titik tak sehingga ke suatu titik 01377 ON OFF V =q.E 𝐪 V=k 𝐫 E = kuat medan listrik (N/C) V = potensial listrik (Volt) q = muatan benda (C) r = jarak dari muatan ke suatu titik (m) k = konstanta (9.109 Nm2/C2) BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Energi Potensial Listrik Energi potensial sistem bermuatan q1 dan q2 adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan penguji (q2) dari titik tak terhingga ke titik yang berjarak r dari muatan q1 01377 W =q.V 𝐪𝟏 𝐪𝟐 V=k 𝐫 ON OFF W = Energi Potesial Listrik (Joule) V = potensial listrik (Volt) q = muatan benda (C) r = jarak dari muatan ke suatu titik (m) k = konstanta (9.109 Nm2/C2) BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Bola kecil digantung seperti pada gambar. Tiap bola massanya sama, yaitu 5 gram dan bermuatan sama q. Keduanya mencapai kesetimbangan ketika = 90o. Muatan masing-masing bola tersebut jika g = 10 m/s2 adalah... A B 5.10-6 C 5.10-7 52.10-6 D 52.10-7 E 53.10-7 ON Pembahasan : q1 = q2 = q, karena setimbang maka : q.q 2 o r tan45 m.g k q2 k 2 1 r m.g OFF q2 5.10 .10 9.10 0,3 2 3 9 5.10 2 .0,09 13 14 17 q 5.10 q 5.10 5 2 .10 C 9.109 2 Jawaban : D 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua plat konduktor disejajarkan masing-masing 12 cm2 dan diberikan muatan yang berlawanan jenis masing-masing 0,75.10-6C. Rapat muatan pada plat adalah… A 3,2.10-4 B 4,75.10-4 C 6,25.10-4 D 6,35.10-4 E 6,5.10-4 ON Pembahasan : OFF Luas kedua plat = 12.10-4 C/m2, muatan kedua plat = 0,75.10-6 C Rapat muatan pada plat adalah : q 0,75.106 2 τ 0,0625.10 12.10 4 A Jadi rapat muatan = = 6,25.10-4 C/m2 Jawaban : C 01377 Gaya Coulomb 01377 Medan Listrik ON OFF Potensial Listrik Kapasitor Pendalaman Soal BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Kapasitas Kapasitor 01377 ON OFF Kapasitor adalah komponen listrik yang ber-fungsi untuk menyimpan muatan dan energi listrik Kapasitor terdiri atas dua keping konduktor yang dihubungkan dengan baterai sehingga timbul beda potensial di antara kedua keping itu, dan muatan masing-masing konduktor sama besar, tetapi berlawanan jenis Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik disebut kapasitansi Kapasitas kapasitor adalah perbandingan antara muatan yang tersimpan pada tiap keping dengan beda potensial antara keduanya 𝐪 C= 𝐕 q = muatan yang disimpan kapasitor (C) V = beda potensial antara dua keping (V) C = kapasitansi kapasitor (F) BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Kapasitor Keping Sejajar 01377 ON OFF Kapasitas kapasitor dapat diperbesar dengan cara : • memperbesar luas permukaan keping • memperkecil jarak antara keping • penggunaan bahan dielektrik yang disisipkan di antara kedua keping kapasitor ε𝒐 𝐀 Co = k 𝐝 ε𝒓 𝐀 C= 𝐝 K = konstanta dielektrik bahan εr = permitivitas relatif C = kapasitansi kapasitor (F) A = luas penampang d = jarak antar dua keping BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Susunan Kapasitor Seri : 01377 ON OFF Kapasitas Total : 𝟏 𝐂𝐬 Muatan Total : qt = q 1 = q 2 = q 3 = … Beda Potensial : V = V₁ + V2 + V3 + …. = 𝟏 𝐂𝟏 + 𝟏 𝐂𝟐 + 𝟏 𝐂𝟑 +… BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Susunan Kapasitor Paralel : 01377 Kapasitas Total : Cp = C₁ + C2 + C3 + … Muatan Total : qt = q 1 = q 2 = q 3 = … Beda Potensial : V = V 1 = V2 = V 3 = … ON OFF BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Energi Pada Kapasitor 01377 ON 𝟏 W= 𝟐 C 𝟏 W= 𝟐 qV V2 OFF 𝟏 𝐪𝟐 W= 𝟐 𝐂 W = energi kapasitor (J) C = kapasitansi kapasitor (F) V = beda potensial (V) q = muatan (C) BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua buah kapasitor masing-masing mempunyai kapasitas 2F dan 4 F dirangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah… A 1/6 F, B ½ F C ¾ F D 4/3 F E 6 F ON Pembahasan : OFF Kapasitas total dari kapasitor yang disusun paralel : Ctotal = C1 + C2 = 2 + 4 = 6 F 01377 Jawaban : E BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Jika kapasitas kapasitor 0,04 F dipasang pada beda potensial 20 volt, maka energi yang tersimpan adalah… A 2.10-6 j B 4.10-6 j C 6.10-6 j D 8.10-6 j E 8.10-8 j ON Pembahasan : OFF Energi yang tersimpan dalam kapasitor : W = ½ C.V2 = ½ .(4.10-8).(20)2 = 8.10-6 joule Jawaban : D 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Tiga kapasitor C1, C2, dan C3 dengan kapasitas masing-masing 2 F, 1 F dan 5 F disusun seri, kemudian diberi muatan hingga kapasitor C2 mempunyai tegangan 4 volt. Muatan pada kapasitor C3 adalah… A B 3 C 4 C C 8 C D 12 C E 24 C ON Pembahasan : OFF Kapasitor dirangkai seri : 1 C tot 1 1 1 1 1 1 17 C1 C2 C3 2 1 5 10 01377 Ctotal = 10/17 C Besar muatan pada C3 adalah : q2 = C2.V2 = 1 x 4 = 4 C Rangkaian seri, maka besar muatan : q1=q2=q3=qtotal= 4 C Jawaban : B Gaya Coulomb ON OFF 01377 Medan Listrik Kapasitor Potensial Listrik Pendalaman Soal BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Sebuah benda bermassa 15 gram dan bermuatan 0,4 F digantung pada tali yang massanya diabaikan. Pada sebelah kanan benda pada jarak 10 cm diletakkan benda bermuatan -0,3 F, sehingga menyebabkan benda tertarik, berapakah tegangan tali tersebut…(k=9.109 Nm2/C2, g=10 m/s2) A 7,4 N B 9,2 N C 10,8 N D 11,3 N E 12 N ON Pembahasan : OFF m = 15.10-3 kg, q1 = 0,4 F, q2 = -0,3 F, r = 10.10-3 m 12 6 6 q 1 .q 2 0,12.10 0,4.10 x0,3.10 9 9.10 10,8N F k 2 9.109 4 2 2 10 (10 ) r -3 Berat benda yang digantung adalah : W = m.g = 15.10 x 10 = 15.10-2 N Tegangan tali adalah resultan dari gaya Coulomb dan gaya berat : T F W 2 2 10,8 2 0,15 2 116,7 10,8N Jawaban : C 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Jarak dua muatan A dan B adalah 4 m. Titik C berada diantara kedua muatan berjarak 1 m dari A. Jika qA = -300 C, qB = 600 C dan 1 = 9.109 Nm2C-2, maka besar kuat medan di titik C pengaruh dari kedua muatan adalah…. 4 π ε 0 A 9.105 N/C B C 18.105 N/C 33.105 N/C D 45.105 N/C E 54.105 N/C ON Pembahasan : OFF Di titik C terdapat muatan (+) : Medan listrik di titik C : E C E CA E CB kq kq A B rAC 2 rBC 2 9 9.10 x300.10 12 6 9 9.10 x600.10 32 Jadi, medan di titik C adalah : EC = 33.105 N/C Jawaban : C 6 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua buah muatan masing-masing q1 = -128 C dan q2 = +32 C terpisah sejauh x satu sama lain seperti di gambar. Bila di titik P yang berjarak 10 cm dari q2 resultan kuat medan listriknya nol, maka besar x adalah… A 10 cm B C 20 cm D 40 cm 50 cm Pembahasan : ON OFF Di titik C terdapat muatan (+) : EP = EP1 + EP2 = 0 EP1 = EP2 kq 1 kq 2 2 2 rP1 rP2 E 60 cm 6 6 128.10 32.10 (x 0,1)2 (0,1)2 4 1 (x 0,1)2 (0,1)2 2 1 (x 0,1) (0,1) x = 0,1 m = 10 cm Jawaban : A 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Sebuah papan logam mempunyai panjang 15cm dan lebarnya 10cm. Jika kuat medan listriknya 150 N/C dan searah dengan bidang, maka jumlah garis medan listrik yang menembus bidang tersebut adalah… A nol B 2,25 weber C 2,5 weber D 2,75 weber E 3 weber ON Pembahasan : OFF P = 15 cm = 15.10-2m, l = 10cm = 10.10-2m, E = 150 N/C Luas papan A = p x l = (15.10-2) x (10.10-2) = 150.10-3 m2 Jumlah garis medan listrik yang menembus bidang adalah… = E.A.cos = 150.150.cos 90 = 150.150.0 = nol Jawaban : A 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua plat sejajar yang luasnya masing-masing 20 cm2 dan diberi muatan berlawanan jenis sebesar 1,5.10-6 C, jika kedua plat dimasukkan ke dalam gas helium maka kuat medan listrik yang terjadi adalah…(0 = 8,85.10-12 C2/Nm2, k=9.109 Nm2/C2) A 3,4.10-3 N/C B C 4,3.10-3 N/C 5,2.10-3 N/C D 7,6.10-3 N/C E 9,4.10-3 N/C ON Pembahasan : OFF Luas kedua plat = 20.10-4 m2, muatan kedua plat =1,5.10-6 C Kuat medan listrik adalah : 6 6 1,5.10 Q 1,5.10 ε 9.109 x8,85.10 12.20.10 4 k.ε 0 .A 1,6.10 4 = 9,4.10-3 N/C Jawaban : E 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Dua plat konduktor disejajarkan masing-masing 12 cm2, dan mempunyai rapat muatan 6,25.10-4 C/m2. Kuat medan listrik yang terjadi adalah (0=8,85.10-12 C2/Nm2) A B 0,7.109 N/C 7.109 N/C C 7,1.109 N/C D 0,7.108 N/C E 7,1.108 N/C ON Pembahasan : OFF Luas kedua plat = 12.10-4 m2, rapat muatan kedua plat =6,25.10-4 C/m2 Permitivitas udara = 8,85.10-12 C2/Nm2 Kuat medan listrik adalah : τ E ε0 6,25.104 0,7.108 N/C 12 8,85.10 Jawaban : D 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Diantara faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas suatu kapasitor keping sejajar ialah… A banyaknya muatan dan beda potensial antar keping B jarak antar keping dan zat dielektrikum C luas keping dan beda potensial antar keping D jarak antar keping dan beda potensial E banyaknya muatan dan luas keping Pembahasan : C ON OFF εA ε ε A r 0 d d Kapasitas kapasitor : Yang mempengaruhi nilai kapasitor : luas keping jarak antar keping permitivitas bahan/konstanta dielektrik Jawaban : B 01377 BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Perhatikan gambar di bawah. Setelah ujung A dan B dilepas dari sumber tegangan yang beda potensialnya 6 V, maka besar muatan pada kapasitor C2 adalah… A 90 C, B 60 C C 54 C D 45 C E 30 C ON Pembahasan : OFF Kapasitas dirangkai seri : 1 C tot 1 1 1 1 1 1 6 C 1 C 2 C 3 30 15 10 30 01377 Jadi Ctotal = 30/6 = 5 F Maka besar muatan pada C2 adalah : Q2 = C2.V2 = 15 x 6 = 90 C Jawaban : A BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN Tiga buah kapasitor C1, C2, dan C3, dengan kapasitas masing-masing 2 F, 3 F, dan 6 F disusun seri, kemudian dihubungkan dengan sumber muatan sehingga kapasitor C3 mempunyai beda potensial (tegangan) sebesar 4 volt. Energi yang tersimpan pada kapasitor C1 adalah…. A 3 C B C 4 C 8 C D 12 C E 24 C ON Pembahasan : OFF Kapasitor dirangkai seri : Ctotal = 1 C 1 C tot 1 1 1 1 1 1 6 C1 C2 C3 2 3 6 6 Besar muatan pada C3 adalah : q3 = C3.V3 = 6 x 2 = 12 C Rangkaian seri, maka besar muatan : q1=q2=q3=qtotal Sehingga energi pada C2 adalah : W2 = ½ C2.V22 = 1 q 2 122 . 2 C 2 2.3 144 24μ C 6 Jawaban : B 01377 ON OFF 01377 SEMOGA MENJADI GENERASI YANG UNGGUL DAN SUKSES TERIMA KASIH