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.





Keterangan:
F = gaya listrik (N).

k = tetapan Coulomb (9 . 10⁹Nm²/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

Arah medan listrik adalah dari muatan positif menuju muatan negatif.

POTENSIAL LISTRIK

KAPASITOR

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


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

KAPASITOR KEPING SEJAJAR

Keterangan:

ɛ = ɛ_r . ɛ₀ = permitivitas bahan.

A = luas keping.

d = jarak antar keping.

ɛ_r = permitivitas relatif.

ɛ₀ = permitivitas vakum/udara.

SUSUNAN SERI KAPASITOR

SUSUNAN PARALEL KAPASITOR

ENERGI POTENSIAL 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...

A. 8 N
B. 16 N
C. 32 N
D. 40 N
E. 56 N

Pembahasan
Membandingkan dua persamaan gaya Coulomb:

F2 = 8 N . 4 = 32 N
Jawaban: C

Nomor 2 (UN 2013)
Dua muatan listrik terpisah seperti gambar.

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 10⁹ (1/2 - 1/10)
Ep = 3,6 x x 10⁹ N
Jawaban: C

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

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.


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:

F2 = 4F

Jawaban: B

Nomor 5

Perhatikan gambar muatan listrik berikut.

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

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.

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)² + (k . q . 2q) / (a)²  = 2 k q²/a² + 2 k q²/a² = 4 k q²/a² 

Menentukan besar F2
F2 = (k . 2q . q) / (a)² + (k . q . 2q) / (2a)²  = 2 k q²/a² + 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.

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 / r₁² = k Q2 / r₂² 

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 / r₁² / k Q2 / r₂² = r₂² / r₁²

E2 = 36 . 4/9 = 16 N/C
Jawaban: B

Nomor 10
Perhatikan gambar berikut ini.


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)
EA = 9 . 10⁹ ( 3 . 10^-6 / (0,03)² + 2 . 10^-6 / (0,02)² N/C
EA = 9 . 10⁹ (1/3 . 10^-2 +  1/2 . 10^-2) N/C
EA = 9 . 10⁹ (5/6 . 10^-2) N/C = 7,5 . 10⁷ N/C
Jawaban: B

Nomor 11

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut.

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 V² = 1/2 . 3 . 10^-6 F . (40 V)² 
E = 2,4 . 10^-3 J
Jawaban: D

Nomor 12
Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut.

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 V² = 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

.
Topik: #gaya Coulomb #kapasitor #Materi ujian nasional fisika #medan listrik #potensial listrik #susunan kapasitor