Sunday, 30 August 2015

Ringkasan materi dan pembahasan soal UN tentang listrik statis

RINGKASAN MATERI DAN PEMBAHASAN SOAL UN TENTANG LISTRIK STATIS

Listrik statis merupakan salah satu bahasan fisika yang membahas tentang muatan listrik yang diam. Muatan listrik ada dua macam yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan-muatan sejenis tolak menolak dan muatan berbeda jenis tarik-menarik. Itu hanya sedikit ulasan tentang listrik statis.
Dibawah ini merupakan ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika sma tentang listrik statis ini meliputi gaya listrik atau gaya Coulomb, medan listrik, potensial listrik, dan Kapasitor. Bahasan kapasitor meliputi kapasitansi kapasitor, kapasitor keping sejajar, rangkaian seri dan rangkaian paralel kapasitor, dan energi potensial kapasitor. 

GAYA LISTRIK

Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan sebanding dengan muatan-muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.

Listrik statis

Listrik statis

Keterangan:
F = gaya listrik (N).
k = tetapan Coulomb (9 . 109 Nm2/C2).
Q1 = muatan listrik 1 (C).
Q2 = muatan listrik 2 (C).
r = jarak kedua muatan (m).
Arah dari gaya listrik adalah tolak menolak jika muatan sejenis dan tarik menarik jika muatan berbeda jenis.

MEDAN LISTRIK

Listrik statis
Arah medan listrik adalah dari muatan positif menuju muatan negatif.

Listrik statis

POTENSIAL LISTRIK

Listrik statis

KAPASITOR

Adalah suatu piranti yang berguna untuk menyimpan muatan dan energi listrik.

Kapasitor
Keterangan:
C = kapasitansi kapasitor (Farad).
Q = muatan listrik (C).
V = beda potensial (Volt).

KAPASITOR KEPING SEJAJAR

Kapasitor
Keterangan:
ɛ = ɛr . ɛ0 = permitivitas bahan.
A = luas keping.
d = jarak antar keping.
ɛr = permitivitas relatif.
ɛ0 = permitivitas vakum/udara.

SUSUNAN SERI KAPASITOR

Kapasitor
Kapasitor

SUSUNAN PARALEL KAPASITOR

Kapasitor
Kapasitor

ENERGI POTENSIAL KAPASITOR

Kapasitor

CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN

Nomor 1 (UN 2013)
Dua muatan listrik P dan Q yang terpisah sejauh 10 cm mengalami gaya tarik menarik 8 N. Jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P, maka gaya listrik yang terjadi adalah...
Listrik statis
A. 8 N
B. 16 N
C. 32 N
D. 40 N
E. 56 N

Pembahasan
Membandingkan dua persamaan gaya Coulomb:
Contoh soal gaya listrik
F2 = 8 N . 4 = 32 N
Jawaban: C

Nomor 2 (UN 2013)
Dua muatan listrik terpisah seperti gambar.
listrik statis
Kuat medan pada titik P adalah...A. 9,0 x 109 N/C
B. 4,5 x 109 N/C
C. 3,6 x 109 N/C
D. 5,4 x 108 N/C
E. 4,5 x 108 N/C

Pembahasan
Jika tanda muatan berbeda berarti besar medan listrik di P:
Ep = Eb - Ea
Ep = k (Qb / r12 - Qa / r22)
Ep = 9,0 x 109 (2 / 22 - 2,5 / 52)
Ep = 9,0 x 10(1/2 - 1/10)
Ep = 3,6 x x 10N
Jawaban: C

Nomor 3 (UN 2013)
Garis-garis gaya yang benar antara dua muatan adalah...
Listrik statis

PembahasanGaris gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif
Jawaban: E

Nomor 4
Dua buah muatan listrik identik tetapi bermuatan tidak sama diletakkan terpisah seperti gambar. F adalah gaya elektrostatis kedua muatan.

Gaya listrik
Jika jarak kedua muatan dijadikan ½ r, maka gaya elektrostatis yang bekerja pada tiap muatan adalah...
A. 8 F
B. 4 F
C. 3/2 F
D. ½ F
E. ¼ F

Pembahasan
Membandingkan 2 buah gaya listrik:
Menentukan perbaMenentukan perbandingan gaya listrik
F2 = 4F
Jawaban: B

Nomor 5
Perhatikan gambar muatan listrik berikut.
Gaya listrik
Gaya listrik yang dialami q dari titik A adalah 12 N. Jika muatan q digeser mendekati titik A sejauh 5 mm, maka gaya listrik yang dialami yang dialami q adalah...
A. 54 N
B. 48 N
C. 27 N
D. 9 N
E. 3 N
Pembahasan
Gunakan rumus seperti nomor 1
Menghitung gaya listrik
F2 = 12 N . 4 = 48 N
Jawaban: B

Nomor 6
Dua muatan berjarak 2 meter berada diudara. Apabila jarak kedua muatan 6 kali semula, maka besar gaya Coulomb menjadi...
A. ½ kali semula
B. ¼ kali semula
C. 1/9 kali semula
D. 1/16 kali semula
E. 1/36 kali semula

Pembahasan
F2 = 1/36 F1
Jawaban: E

Nomor 7
Tiga buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar.
contoh soal gaya listrik tiga muatan sejajar
Resultan gaya yang bekerja pada muatan +q adalah F1. Jika muatan − 2 q digeser menjauhi muatan + q sejauh a, maka resultan gaya yang bekerja pada muatan +q menjadi F2. Nilai perbandingan F1 dengan F2 adalah....
A. 2 : 5
B. 5 : 2
C. 5 : 8
D. 8 : 1
E. 8 : 5

Pembahasan
Tentukan terlebih dahulu besar F1
F1 = (k . 2q . q) / (a)+ (k . q . 2q) / (a)2  = 2 k q2/a+ 2 k q2/a2 = 4 k q2/a
Menentukan besar F2
F2 = (k . 2q . q) / (a)+ (k . q . 2q) / (2a)2  = 2 k q2/a+ 1/2 k q2/a2 = 5/2 k q2/a2
Jadi
F1 : F2 = 4 k q2/a2 : 5/2 k q2/a2
F1 : F2 = 8 : 5
Jawaban: E

Nomor 8
Tiga muatan listrik disusun seperti gambar.
Listrik statis
Agar muatan uji P bebas dari pengaruh gaya elektrostatik muatan Q1 dan Q2, maka nilai x adalah ...
A. 4 cm
B. 5 cm
C. 6 cm
D. 7 cm
E. 8 cm

Pembahasan
Untuk menghitung nilai x gunakan
E1 = E2
k Q1 / r1= k Q2 / r2
Menghitung jarak titik dengan medan listrik nol
1/2 =  x /(x + 4)
x + 4 = 2x sehingga 2x - x = 4
x = 4
Jawaban: A

Nomor 9
Titik A terletak di tengah-tengah dua buah muatan yang sama besar tetapi berlainan jenis yang terpisah sejauh a. Besar kuat medan listrik di titik A saat itu 36 NC– 1 . Jika titik A tersebut digeser 1/4 a mendekati salah satu muatan maka besar kuat medan listrik di titik A setelah digeser menjadi....
A. 4 N/C
B.  16 N/C
C.   32 N/C
D.  40 N/C
E.   80 N/C

Pembahasan
Membandingkan 2 persamaan medan listrik
E1 / E2 = k Q1 / r1/ k Q2 / r2= r2/ r12
Menghitung medan listrik
E2 = 36 . 4/9 = 16 N/C
Jawaban: B

Nomor 10
Perhatikan gambar berikut ini.

listrik statis
Kuat medan listrik dititik A adalah...(k = 9 . 109 Nm2/C2)
A. 9,0 . 107 N/C
B. 7,5 . 107 N/C
C. 7,2 . 107 N/C
D.  6,0 . 107 N/C
E.  5,4 . 107 N/C

Pembahasan
EA = E1 + E2 = k (Q1 / r12 + Q2 / r22)
EA9 . 109 ( 3 . 10-6 / (0,03)2 + 2 . 10-6 / (0,02)2 N/C
EA9 . 109 (1/3 . 10-2 +  1/2 . 10-2) N/C
EA9 . 109 (5/6 . 10-2) N/C = 7,5 . 107 N/C
Jawaban: B

Nomor 11
Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut.
Listrik statis
Besar energi listrik dalam rangkaian kapasitor gabungan ini adalah...
A.  0,6 . 10-3 joule
B.  1,2 . 10-3 joule
C.  1,8 . 10-3 joule
D. 2,4 . 10-3 joule
E.  3,0 . 10-3 joule

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu kapasitas pengganti susunan kapasitor diatas.
1/Cs1 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = (3 + 2 + 1) / 12 = 6/12 = 2 µF
Cs1 = 2 µF
1/Cs2 = 1/2 + 1/2 = 1 µF
Cs2 = 1 µF
Ctotal = 2 µF + 1 µF = 3 µF = 3 . 10-6 F
Menghitung energi potensial kapasitor
E = 1/2 C V= 1/2 . 3 . 10-6 F . (40 V)2 
E = 2,4 . 10-3 J
Jawaban: D

Nomor 12
Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut.
Listrik statis
Besar energi listrik pada kapasitor gabungan adalah...
A. 1,44 . 10-4 J
B. 2,88 . 10-4 J
C. 5,76 . 10-4 J
D.7,20 . 10-4 J
E. 8,34 . 10-4 J

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu kapasitas pengganti susunan kapasitor diatas.
Cp1 = 7 µF + 5 µF = 12 µF
Cp2 = 4 µF + 2 µF = 6 µF
1/Ctot = 1/12 + 1/4 + 1/6 = (1 + 3 + 2) / 12 = 6/12
Ctot = 2 µF = 2 . 10-6 F
Menghitung energi potensial kapasitor
E = 1/2 C V= 1/2 . 2 . 10-6 F . (24 V)2 
E = 576 . 10-6 J
Jawaban: C

Nomor 13
Perhatikan faktor-faktor berikut ini!
(1) konstanta dielektrik
(2) tebal pelat
(3) luas pelat
(4) jarak kedua pelat
Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar jika diberi 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)
Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar adalah dielektrik, luas pelat dan jarak antar pelat.
Jawaban: E

Pembahasan soal listrik statis video youtube



Ditulis oleh: Admin Pembahasan Contoh soal Updated at : Sunday, August 30, 2015