Thursday, 15 February 2018

Rangkuman, Soal dan Pembahasan Medan Listrik Part 3

 


Soal No. 13
Perhatikan gambar tiga buah muatan yang berada di sekitar titik P berikut! 

Jika k = 9 x 109 N m2 C− 2 , Q1 = + 10−12 C, Q2 = + 2 x 10−12 C dan Q3 = - 10−12 C, tentukan besar potensial listrik pada titik P !
Pembahasan
Soal No. 14
8 buah muatan listrik 4 diantaranya sebesar + 5 C dan 4 lainnya adalah − 5 C tersusun hingga membentuk suatu kubus yang memiliki sisi sepanjang r.


Tentukan besar potensial listrik di titik P yang merupakan titik berat kubus !
Pembahasan
Kenapa nol? Jarak masing-masing muatan ke titik P adalah sama dan besar muatan juga sama, separuh positif dan separuh lagi negatif sehingga jika dimasukkan angkanya hasilnya adalah nol.

Soal No. 15
Dua buah partikel dengan besar muatan yang sama digantung dengan seutas tali sehingga tersusun seperti gambar berikut!

Jika tan θ = 0,75 dan besar tegangan pada masing-masing tali adalah 0,01 N, tentukan besar gaya tolak - menolak antara kedua partikel!

Pembahasan
Perhatikan uraian gaya pada Q2 berikut !

Karena nilai gaya tali sudah diketahui, maka dengan prinsip keseimbangan biasa didapat:
FC = T sin Θ
FC = 0,01 x 0,6 = 0,006 Newton

Soal No. 16Sebuah partikel yang bermuatan negatif sebesar 5 Coulomb diletakkan diantara dua buah keping yang memiliki muatan berlawanan.

Jika muatan tersebut mengalami gaya sebesar 0,4 N ke arah keping B, tentukan besar kuat medan listrik dan jenis muatan pada keping A !

Pembahasan
F = QE
E = F / Q = 0,4 / 5 = 0,08 N/C
Untuk muatan negatif arah E berlawanan dengan F sehingga E berarah ke kiri dan dengan demikian keping B positif, keping A negatif.

Soal No. 17
Sebuah bola berongga memiliki muatan sebesar Q Coulomb dan berjari-jari 10 cm. 

Jika besar potensial listrik pada titik P adalah (kQ / x ) volt, tentukan nilai x !

Pembahasan
Untuk mencari potensial suatu titik yang berada di luar bola, V = (kq)/r dimana r adalah jarak titik tersebut ke pusat bola atau x = (0,1 + 0,2) = 0,3 meter.

Soal No. 18
Tentukan besarnya usaha untuk memindahkan muatan sebesar positif sebesar 10 μC dari beda potensial 230 kilovolt ke 330 kilovolt !

Pembahasan
W = q ΔV
W = 10μC x 100 kvolt = 1 joule

Soal No. 14
Perhatikan gambar berikut ! E adalah kuat medan listrik pada suatu titik yang ditimbulkan oleh bola berongga yang bermuatan listrik + q.

Tentukan besar kuat medan listrik di titik P, Q dan R jika jari-jari bola adalah x dan titik R berada sejauh h dari permukaan bola!

Pembahasan
  • Titik P di dalam bola sehingga EP = 0
  • Titik Q di permukaan bola sehingga EQ = (kq)/x2
  • Titik R di luar bola sehingga ER = (kq)/(x + h)2
Soal No. 29
Sebuah partikel bermassa m dan bermuatan negatif diam melayang diantara dua keping sejajar yang berlawanan muatan.
 

Jika g adalah percepatan gravitasi bumi dan Q adalah muatan partikel tentukan nilai kuat medan listrik E antara kedua keping dan jenis muatan pada keping Q !

Pembahasan
Jika ditinjau gaya-gaya yang bekerja pada partikel maka ada gaya gravitasi/ gaya berat yang arahnya ke bawah. Karena partikel melayang yang berarti terjadi keseimbangan gaya-gaya, maka pastilah arah gaya listriknya ke atas untuk mengimbangi gaya berat. Muatan negatif berarti arah medan listrik E berlawanan dengan arah gaya listrik F sehingga arah E adalah ke bawah dan keping P adalah positif (E "keluar dari positif, masuk ke negatif"), keping Q negatif.
Untuk mencari besar E :
listrik = W
qE = mg
E = (mg)/q

Soal No. 30
Sebuah elektron dengan massa 9,11 × 10−31 kg dan muatan listrik − 1,6 × 10−19 C, lepas dari katode menuju ke anode yang jaraknya 2 cm. Jika kecepatan awal elektron 0 dan beda potensial antara anode dan katode 200 V, maka elektron akan sampai di anode dengan kecepatan....
A. 2,3 × 105 m/s
B. 8,4 × 106 m/s
C. 2,3 × 107 m/s
D. 3 × 107 m/s
E. 2,4 × 108 m/s
(UMPTN 1994)

Pembahasan
Data dari soal:
me = 9,11 × 10−31 kg
Qe = − 1,6 × 10−19 C
ν= 0 m/s
ΔV = 200 volt
ν2 = ....... !?

Dengan hukum kekekalan energi mekanik, energi mekanik elektron saat di anode sama dengan energi mekanik saat di katode:
Asal mula rumusnya dari sini,

Soal ini dalam mode non kalkulator, tak boleh pake kalkulator dalam mengerjakan, alternatif berhitungnya seperti ini:


NEXT PAGE : 1 3