IR. STEVANUS ARIANTO 1

8/7/2017

MUATAN LISTRIK

CONTOH SOAL

HUKUM COULOMB

CONTOH SOAL

MEDAN LISTRIK

POTENSIAL LISTRIK BOLA KONDUKTOR BIDANG EKIPOTENSIAL

CONTOH SOAL

KAPASITOR/KONDENSATOR

CONTOH SOAL

KAPASITOR KEPING SEJAJAR

KUAT MEDAN LISTRIK BOLA KONDUKTOR

CONTOH SOAL

ENERGI KAPSITOR

KUAT MEDAN LISTRIK

CONTOH SOAL

SUSUNAN KAPSITOR SERI

GARIS GAYA

CONTOH SOAL

LINTASAN PARTIKEL

LEMPENG BERMUATAN

HUKUM GAUSS

CONTOH SOAL

ENERGI POTENSIAL LISTRIK

CONTOH SOAL

POTENSIAL LISTRIK

CONTOH SOAL

IR. STEVANUS ARIANTO

SUSUNAN KAPASITOR PARAREL POTENSIAL GABUNGAN KAPASITOR BOLA CONTOH SOAL

1

8/7/2017

MUATAN LISTRIK bila sebatang gelas digosok dengan kain wool atau bulu domba; batang gelas tersebut mampu menarik sobekan-sobekan kertas. Ini menunjukkan bahwa gelas timbul muatan listrik Ada dua macam yaitu : muatan positif dan negatif. Sifat : •Dua muatan listrik yang sejenis tolak-menolak *Dua muatan listrik yang berlawanan jenis tarik menarik.

HUKUM COULOMB “Besar gaya tarik/gaya tolak adalah : berbanding lurus dengan besar muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan”. Saling tarik menarik

Saling tolak-menolak

F

r

q

k

MKS - SI

newton

meter

coulomb

9.109

cgs

dyne

centimeter

statcoulo mb

1

1 Coulomb = 3.109 statcoulomb o = permitivitas udara atau ruang hampa

F

k

q1 . q 2 r2

Satuan (SI) k=


k

1 4

Nm2/Coulomb2

0 0

= 8,85 x 10-12 Coulomb2 / newton m2

Untuk di medium permitivitas = ta dielektrik K maka :

= K.

, dan konstan-

o

2

8/7/2017

CONTOH SOAL HUKUM COULOMB Tiga buah muatan titik yaitu : A 360 C, B -640 C berjarak 10 cm dari A dan C 100 C Berjarak 6 cm dari A dan 8 cm dari B Hitunglah : a.Besar Gaya Coulomb di A. b.Besar Gaya coulomb di C.

JAWABAN CONTOH SOAL GAYA COULOMB F2 A

+ 360 C

FA F1 C

10 cm

-640 C -

B

FA


F

F1

9.109

360.10 6.640.10 0,12

F2

9.109

360.10 6.100.10 0,062

+ 100 C

FA

q1.q2 k 2 r

207.3602 90.0002

6

207.360 N 6

90.000 N

2.207360.90.000 cos(180

207.360 2 90.000 2 2.207360.90.000(

3 ) 5

)

FA 169.420, 45 N

3

8/7/2017

JAWABAN CONTOH SOAL GAYA COULOMB A

B

10 cm

+ 360 C

C

F1

+ 100 C

F1

FC F2

F2 FA

F

-640 C -

9.109

9.109

k

q1.q2 r2

100.10 6.640.10 0, 082

360.10 6.100.10 0, 062

90.000 2 90.0002

6

90.000 N

6

90.000 N

90.000 2 N

MEDAN LISTRIK Medan listrik adalah daerah dimana pengaruh dari muatan listrik ada Besarnya kuat medan listrik (“E”) pada suatu titik di sekitar muatan listrik (Q) adalah :

Hasil bagi antara gaya yang dialami oleh muatan uji “+q” dengan besarnya muatan uji tersebut.

E

F q

(k

Q q ) / q r 2

E

k

Q r 2

Kuat medan listrik (E) adalah suatu besaran vector. Satuan dari kuat medan listrik adalah Newton/Coulomb atau dyne/statcoulomb


4

8/7/2017

CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK Dua buah muatan titik, A = 4 C dan B = -25 C saling berjarak 3 cm. Hitunglah : a.Kuat medan listrik pada titik 3 cm dari A 3 cm dari B. b. Dimana titik yang kuat medannya nol.

JAWABAN CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK A

B

3 cm

+ 4 C

60

o E2 E

E

(4.10 )

(4.107 ) 2 (25.107 )2


7 2

k

q r2

EA

4.10 6 9.10 0, 032

4.107 N / C

EB

25.10 6 9.10 0,032

25.107 N / C

E1

E

E

25 C

9

9

(25.107 )2 2.4.107.25.107 cos120o

2.4.107.25.107 (

1 ) 2

E

541.1014

23, 26.107 N / C

5

8/7/2017

JAWABAN CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK x EB

EA

A

B

3 cm

+ 4 C

25 C

Jika dicari titik yang kuat medannya nol oleh 2 muatan titik, maka titik itu pastilah sepanjang garis kedua muatan titik tersebut. Maka titik itu pastilah : 1. Jika kedua muatan sejenis, maka titik berada di antara kedua muatan tsb. 2. Jika kedua muatan berlawanan jenis, maka titik berada di kiri A atau di kanan B, menjauhi muatan yang paling besar diantara keduanya.

EB – EA = 0

k

EA = EB

qA x2

k

qB (3 x) 2

4 x2

25 (3 x) 2

2 x

5 (3 x)

6 2 x 5x

3x 6

2(3 x) 5.x x

2cm Kiri A

GERAK PARTIKEL DALAM MEDAN LISTRIK Didalam medan listrik serba sama yang kuat medannya E, bergerak partikel bermuatan positif dengan kecepatan vx. Dalam hal ini partikel mengalami dua gerakan sekaligus, yakni gerak lurus beraturan sepanjang sumbu x dan gerak lurus berubah beraturan sepanjang sumbu y.

q+

E

Oleh sebab itu lintasannya berupa parabola.

t

d

v 1 2

at


vY 2

1 2

a. t

q. E 2 . . m vX 2

q. E . m vX v

vX 2

tg

vY vX

vY 2

6

8/7/2017

CONTOH SOAL GERAK PARTIKEL DALAM MEDAN LISTRIK Sebuah elektron dengan muatan sebesar : -1,6.10-19 coulomb dan massanya 9,1.10-31 Kg ditembakkan ditengah-tengah plat sejajar yang diberi beda potensial sehingga menghasilkan kuat medan sebesar 56875 N/C kecepatan elektron 500.000 m/s sejajar plat, tegak lurus medan listrik. Lebar sejajar plat 16 cm Berapakah jarak tempuh elektron ketika membentur plat dari saat memasuki medan listrik tersebut.

JAWABAN CONTOH SOAL GERAK PARTIKEL DALAM MEDAN LISTRIK

+

E

a

F

d

x

t x


q.E m

16.10 v.t

18

1, 6.10 19.56875 1016 m / s 2 31 9,1.10

1 2 a.t 2

8.10

2

1 16 2 10 t 2

4.10 9 det ik

500.000.4.10

9

0, 002meter

7

8/7/2017

KUAT MEDAN PADA BOLA KONDUKTOR Kuat medan listrik yang disebabkan oleh bola berongga bermuatan(Bola konduktor)

r dititik R; yang berada didalam bola ER=0. Sebab di dalam bola tidak ada muatan dititik S; yang berada pada kulit bola

Es

k

Q R2

Q = muatan bola R = jari-jari bola

dititik P; sejauh r terhadap pusat bola

Ep

Q r2

k

KUAT MEDAN PADA PELAT BERMUATAN Bila 2 pelat sejajar; dengan muatan sama besar; tetapi berlawanan tanda

Ep

EP

2

2

0 = muatan-muatan persatuan luas pelat

Q A


E1

E

E2 2

0

0

P 0

titik P yang tidak di antara kedua pelat. E = 0

8

8/7/2017

CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK A 10 cm

+

B 15 cm

Sebuah lempeng berukuran 4 cm x 5 cm diberi muatan sebesar (-1/18 ) C, terletak pada 10 cm dari permukaan bola konduktor yang bermuatan +10 C berjari-jari 20 cm. Hitunglah : a. Kuat medan di A b. Kuat medan di B c. Titik yang kuat medannya nol.

JAWABAN CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK a EB A 10 cm EL

EA

EB

EA


EL

Q A

+

B 15 cm

Q k 2 r

EB

EL

2

10 5 9.10 400.10

o

9

5.105

4

1 .10 6 18 20.10 4

1 .10 3 C / m 2 36

1 .10 3.18 .109 36

5.105 N / C

2, 25.106 N / C

2, 25.106

2, 75.106 N / C

9

8/7/2017

JAWABAN CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK b

+

A B 15 cm 10 cm EL

EL

EL

2

o

1 .10 3 C / m 2 36

1 .10 3.18 .109 36

5.105 N / C

0(Di dalam Bola konduktor)

EBola EB

1 .10 6 18 20.10 4

Q A

5.105 0 5.105 N / C

EBola

JAWABAN CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK c EL empeng A 10 cm

+

B 15 cm

EL

EB

x

o

5

1 10 3 36 1 2 36 .109


k

5.10 10 5 9.10 2 x 9

x

x

2

E B ola

Q r2

9.104 x2

9.104 5.105

18.10

2

0, 3 2 m 30 2cm

10

8/7/2017

GARIS GAYA LISTRIK Garis khayal yang ditarik sedemikian rupa sehingga arahnya pada setiap detik (yaitu arah garis singgungnya) sama dengan arah medan pada titik tersebut Beberapa sifat dari garis gaya * Garis gaya berasal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif

* Garis gaya tidak mungkin perpotongan satu sama lain * Banyaknya garis gaya persatuan luas yang menembus suatu permukaan (yang tegak lurus arah medan) pada tiap-tiap titik, sebanding dengan kuat medan listriknya N .E 0 An

HUKUM GAUSS Jumlah garis gaya total/flux listrik (yang masuk dan keluar) dalam suatu permukaan bola sebanding dengan jumlah muatan total yang terdapat didalam bola tadi

0

( E . An ) =

q

0 = permitivitas listrik. ( E . An ) = jumlah total garis gaya (flux listrik). q = jumlah total muatan yang ada dalam bola.


11

8/7/2017

CONTOH SOAL HUKUM GAUSS Pada kawat lurus yang panjang dan bermuatan listrik dengan rapat muatan C/m2 dengan hukum Gauss, Hitunglah : a.Kuat medan listrik E di suatu titik sejauh r dari kawat tersebut. b. Kuat medan listrik E pada soal a apabila diketahui muatan persatuan panjang dilambangkan C/m.

JAWABAN CONTOH SOAL HUKUM GAUSS r d

N An

N

o

E

2 r.s. o .E

S

Menurut Gauss q

2 r.s. o E

q=N

r. o E

q

E


2 r.s. o .E

2 d .s.

2 d .s.

d. .d o .r

12

8/7/2017

JAWABAN CONTOH SOAL HUKUM GAUSS r d

.d

S

2 .d .

2 .d o .r

E

2 d .s. s

E

.d o .r

E

2

o

r

ENERGI POTENSIAL LISTRIK •Besarnya usaha yang dipergunakan untuk memindahkan muatan q dari titik a dengan jarak rA ke titik B dengan jarak rB adalah :

WA Bila rA = Usaha untuk membawa muatan sebesar q dari ~ ke titik B yang jaraknya rB terhadap titik Q adalah energi potensial dari q yang terletak di rB dari muatan Q


k . Q. q.(

B

maka

W~

EP

B

k

Q.q rB

1 rB

1 ) rA k.

Q .q rB

1 4

. 0

Q.q rB

13

8/7/2017

POTENSIAL LISTRIK Potensial listrik disuatu titik P yang berjarak “r” terhadap muatan Q adalah : Besarnya energi potensial listrik (EP) di titik P persatuaan muatan di titik P tersebut.

V

EP q

k

Q. q rB . q

V

k

Q rB

1 4

. 0

Q rB

Sehingga usaha yang diperlukan untuk membawa muatan listrik sebesar q dari titik A ke titik B adalah:

WA

B

q .( v B

vA)

Satuan dari potensial listrik adalah Joule/Coulomb = Volt atau dalam cgs dinyatakan dalam statVolt.

1 Volt = 1/300 stat Volt

CONTOH SOAL POTENSIAL LISTRIK Dua buah muatan titik, A = 20 C berjarak 6 cm dari B -40 C. Hitunglah : Usaha memindahkan muatan 1 C dari titik Tengah AB ke titik yang berjarak 6 cm dari A dan 6 cm dari B.


14

8/7/2017

JAWABAN CONTOH SOAL POTENSIAL LISTRIK 20 C 3 cm

A

VC VC

k 9.109 (

qA rA

20.10 6 3.10 2

k

qB rB

40.10 6 ) 3.10 2

D

-40 C 3 cm

VD 6.106 J / C

WC

WC

6 cm + C

D

D

VD

9.109 (

20.10 6 6.10 2

B

k

qA rA 40.10 6 ) 6.10 2

k

qB rB

3.106 J / C

q (VD VC )

10 6 { 3.106 ( 6.106 )} 3 joule

POTENSIAL LISTRIK PADA BOLA KONDUKTOR

Bola A yang berjari-jari R meter bermuatan q Coulomb q k. Titik L yang berada di permukaan bola mempunyai potensial: V L R q k. Titik M yang berada di luar bola mempunyai potensial : V M

r

Titik K yang berada di dalam bola mempunyai potensial yang sama dengan potensial di permukaan bola.


15

8/7/2017

CONTOH SOAL POTENSIAL BOLA KONDUKTOR Sebuah bola konduktor bermuatan +100 C berjari-jari 20 cm, Hitunglah usaha memindahkan muatan 1 C dari titik berjarak 30 cm dari permukaan bola konduktor ke permukaan bola konduktor.

JAWABAN CONTOH SOAL POTENSIAL BOLA KONDUKTOR

+

VA

+100 C

A

WB


A

9

k

A

q rB

4,5.106 J / C

+ B

30 cm

VB

WB

100.10 6 9.10 20.10 2

q k R

9.109 (

100.10 6 ) 1,8.106 J / C 2 50.10

q(VA VB )

10 6 (4,5.106 1,8.106 ) 3, 7 joule

16

8/7/2017

BIDANG EKIPOTENSIAL Adalah : Tempat kedudukan titik-titik yang berpotensial sama. Bidang ini memotong garis-garis gaya secara tegak lurus; untuk memindahkan muatan q’ di dalam bidang potensial tak diperlukan usaha. Karena A dan B dalam satu bidang ekipotensial. VA=VB W A----->B = q ( V B - V A ) =0

HUKUM KEKEKALAN ENERGI E P + E K = konstan Jika E P adalah energi potensial listrik, maka

qV

1 m. v 2 2

= konstan

1 m. v1 2

qV1

v

2 2

v

2

2 1

qV2

1 m. v2 2

2q (V m

1

V

2

2

)

KAPASITOR/KONDENSATOR Kapasitor (kondensator) adalah : alat yang terdiri dari dua penghantar berdekatan yang dimaksudkan untuk diberi muatan sama besar dan berlawanan jenis. Fungsi dari Kapasitor. * Untuk menghilangkan bunga api listrik pada rangkaian-rangkaian yang mengandung kumparan bila tiba-tiba diputuskan. * Pada rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil. * Untuk memperbesar effisiensi daya transmisi (penyebaran) arus bolak-balik. * Untuk memilih panjang gelombang (tuning) pesawat penerima radio. Setiap kapasitor mempunyai kapasitas (C), yaitu perbandingan antara besar muatan (Q) dari salah satu keping dengan beda potensial (V) antara kedua keping-kepingnya C = kapasitor satuan = Coulomb/Volt

C


Q V

Q = muatan

satuan = Coulomb

V = beda potensial

satuan = Volt

17

8/7/2017

KAPASITOR KEPING SEJAJAR Kapasitor yang terdiri dari 2 buah keping sejajar yang masing-masing luasnya A m^2 terpisah sejauh d meter satu sama lain, bila diantara kepin-kepingnya hampa udara, kapasitasnya (C0) adalah: 0

A

0

C0

d

= permitivitas ruang hampa

Bila di antara keping-keping kapasitor disisipi bahan dielektrik

.A

Besar kapasitasnya (C) menjadi :

C

d = permitivitas bahan dielektrik

K

C C0

.A d X d A 0

C 0

C0 . K

K

0

A

d

ENERGI KAPASITOR Energi yang tersimpan di dalam kapasitor, bila suatu kapasitor diberi muatan adalah :

W


2 Q 1 2 C

atau

W

1 2

CV

2

18

8/7/2017

CONTOH SOAL CAPASITOR Sebuah capasitor dari dua lempeng sejajar Berjarak 1 mm. Luas salah satu lempeng = 28,26 cm2. Berapa ENERGI capasitor, apabila diantara dua lempeng terdapat mika yang bahan dielektrinya K=7 dan diberi beda potensial 10 volt.

JAWABAN CONTOH SOAL CAPASITOR C C

K .A 4 .k .d

7.28, 26.10 4 4.3,14.9.109.10

C 1,75.10 W


1 CV 2 2

1 .1, 75.10 4.102 2

4

3

F 8, 75.10

3

joule

19

8/7/2017

SUSUNAN CAPASITOR SERI

- Qs = Q1 = Q2 = Q3 = ..... - Vs = Vab + Vbc + Vcd + Vde +..... 1 1 1 1 ..... C S C1 C 2 C 3 1 1 1 V1 : V 2 : V 3 : : C1 C 2 C 3

SUSUNAN CAPASITOR PARAREL -Beda potensial (Vab) total sama dengan beda potensial masing-masing kapasitor


- Qp

= Q1 + Q2 + Q3 + .....

- Vt

= V1 = V2 = V3 = …..

- Cp

= C1 + C2 + C3 + .....

- Q1

: Q2 : Q3 = C1 : C2 : C3

20

8/7/2017

CONTOH SOAL SUSUNAN CAPASITOR 12 F

6 F

Pada rangkaian ini Hitunglah : a.Capasitor pengGanti. b. Muatan masingMasing capasitor

4 F

24 Volt

CONTOH SOAL SUSUNAN CAPASITOR 12 F

1 Cseri

6 F

96.10 6 C

4 F

96.10 6 C

1 12

1 6

1 2 12

3 12

Cseri

4 F

C pararel

4 4 8 F

a. Cpengganti = 8 F 6

96.10 C

24 Volt


q1 : q2 q1

q2

4 : 4 1:1 1 .192.10 2

6

qtotal

Ctotal .V

qtotal

8.10 6.24

qtotal

192.10 6 C

96.10 6 C

21

8/7/2017

POTENSIAL PENGHANTAR GABUNGAN Apabila dua penghantar baru yang bermuatan saling dihubungkan, terjadi sebuah penghantar baru yang kapasitasnya sama dengan jumlah kapasitas penghantar masing-masing. Untuk dua penghantar yang belum dihubungkan berlaku : Q1 = C1 V1 atau Q2 = C2 V2 Setelah dihubungkan : (Jumlah Muatan Tidak Berubah) Q1 + Q 2 = C V

C1 V1 + C2 V2 = C1 V + C2 V = ( C1 + C2 ) V

V

C 1V 1 C1

C 2V 2 C2

CONTOH SOAL POTENSIAL GABUNGAN Sebuah capasitor sebesar 20 F diberi beda potensial sebesar 12 Volt, disentuhkan pada sebuah capasitor lain yang berkapasitas 30 F yang telah diberi beda potensial 18 Volt Hitunglah besar muatan pada masing-masing capasitor setelah disentuhkan.


22

8/7/2017

JAWABAN CONTOH SOAL CAPASITOR GABUNGAN V

C1V1 C2V2 C1 C2

20.12 30.18 15, 6volt 20 30

V

q1

20.15, 6 312 C

q2

30.15, 6 468 C

CAPASITOR BOLA V1

q

danV2

q

Capasitor bola terdiri dari : 4 o R1 4 o R2 Dua bola konduktor yang q q Konsentris (sepusat), C salahSatu dari bola konduktor V V1 V2 Di groundkan. q q C C -q q( R2 R1) q q 4 o R1 4 o R2 4 o R2 .R1 +qR1 R2


C

4 o R1 R2 R2 R1

23

8/7/2017

CONTOH SOAL CAPASITOR BOLA Sebuah capasitor bola terdiri dari dua bola Konduktor yang sepusat. Jari-jari bola dalam 20 cm dan jari-jari bola luar = 25 cm. Sebagai Isolator digunakan bahan silika campuran Yang konstanta dielektriknya = 3,78. Bola luar di tanahkan. Berapa Muatan listrik maksimum yang dapat Diterima oleh bola dalam jika kekuatan bahan Isolator 10 KV/cm

JAWABAN CONTOH SOAL CAPASITOR BOLA C

K R2 .R1 . k R2 R1

25.10

2

R2

R1

V

106.5.10

q C.V


C

4, 2.10 10.500.10 4 C 5.10 2 4, 2.10 10 farad 4, 2.10

C d

3, 78.25.10 2.20.10 2 9.109 (25.10 2 20.10 2 )

20.10 2

4, 2.10 10.5.10 4

2

4

F

5.10 2 m

5.10 4 volt 21.10 6 coulomb

24

8/7/2017

PROFICIAT KAMU TELAH MENYELESAIKAN PELAJARAN INI YAITU TENTANG LISTRIK STATIS DAN PERLU KAMU MENGERJAKAN TUGAS , DAN KAMU AKHIRI DENGAN MENGERJAKAN SOAL-SOAL WEB.


25

IR. STEVANUS ARIANTO 1

Recommend Documents