Soal Dan Pembahasan Listrik Statis, Gaya Coulomb Dan Medan Listrik

Pada listrik statis, subbab yang akan sering dibahas ialah menghitung besar gaya Coulomb yang terjadi antar muatan, menghitung berpengaruh medan listrik, memilih potensial listrik dan energi potensial muatan titik, dan memilih perjuangan yang diharapkan untuk membawa suatu muatan dari satu potensial ke potensial yang lain. Selanjutnya akan dibahas pula terkena kapasitor.

Untuk tingkat SMA, pembahasan umumnya spesialuntuk sebatas pengenalan kepada jenis-jenis kapasitor yang mencakup 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 memilih 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 berpengaruh 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 10^{9 .} (-4 x 10^-6)) / (9 x 10^-2)}
      ⇒ Vp = (1 x 10⁵) + (-4 x 10⁵)
      ⇒ Vp = -3 x 10⁵ volt.
      
      
   4. Letak titik yang berpengaruh medannya nol
      Karena muatan A dan B tidak sama tanda, maka tiik yang berpengaruh medannya nol sanggup berada di sebelah kiri muatan A pada jarak terntentu. Misalkan RA = x maka RB = 18 + x. Agar berpengaruh 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 berpengaruh 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. Dua buah partikel bermuatan berada pada satu garis berjarak R sehingga terjadi gaya tarik-menarikdanunik sebesar F. Tentukanlah perbandingan besar gaya tarik-menarikdanunik yang terjadi antar partikel tersebut terhadap posisi awal jikalau jarak antara keduanya menjadi 6 kali jarak tiruanla.
   
   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-menarikdanuniknya spesialuntuk 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 menarikdanunik setelah jaraknya diubah ialah 1/36 x gaya tarik menarikdanunik pada jarak tiruanla.