Pembahasan soal potensial listrik

Potensial Listrik

Potensial listrik didefinisikan sebagai perubahan energi potensial tiap satuan muatan ketika sebuah muatan uji dipindahkan dari suatu titik yang potensialnya berbeda. Jika dirumuskan maka cara mencari potensial listrik menggunakan rumus:

Keterangan:

V = potensial listrik (volt)

k = konstanta Coulomb (9 x 10⁹ Nm²/C² )

Q = muatan (C)

r = Jarak sebuah titik ke muatan (m)

Potensial listrik berbeda dengan gaya listrik atau medan listrik. Gaya listrik atau medan listrik merupakan besaran vektor sedangkan potensial listrik merupakan besaran skalar. Sehingga dalam perhitungan potensial listrik tanda muatan dimasukkan dalam persamaan.

Hubungan potensial listrik dengan Medan listrik

V = E . d 

Keterangan:

E = medan listrik (N/C)

d = jarak 2 keping (m)

Contoh soal dan Pembahasan

Nomor 1

Pada titik sudut persegi ABCD diberi muatan listrik masing-masing Qa = Qc = +5√2 . 10^-6 C dan Qb = Qd = - 5√2 . 10^-6 C. Jika rusuk persegi tersebut 10 cm, maka hitunglah potensial listrik total pada perpotongan diagonal persegi tersebut?

Pembahasan

Vtot = Va + Vb + Vc + Vd

Vtot = k (Qa / Ra) + (- k (Qb/Rb)) + k (Qc/Rc) + (- k (Qd/Rd))

Vtot = k ( +5√2 . 10^-6 C/10√2 - 5√2 . 10^-6 C/10√2 + 5√2 . 10^-6 C/10√2 - 5√2 . 10^-6 C/10√2)

Vtot =  9 x 10⁹ Nm²/C² (0)

Vtot =  0

Nomor 2

Sebuah bola konduktor memiliki rapat muatan permukaan 20 mC/m² dan diameter 16 cm. Potensial dititik yang berjarak 10 cm dari pusat bola adalah...

A. 512 π kV

B. 460,8 π kV

C. 342,6 π kV

D. 51,2 π kV

E. 46,1 π kV

Pembahasan:

Diketahui:

Q/A =  20 mC/m2 = 0,02  C/m²

D = 16 cm maka R = 8 cm = 0,08 m

Ditanya: V pada R = 10 cm = 0,1 m
Jawab

Hitung terlebih dahulu Q

Q = 0,02  C/m² x A =  0,02  C/m² x 4πR²   = 0,02  C/m² x 4π(0,08 m)²

Q = 5,12 π 10^-6 C

Menghitung V

V = k Q/R = 9 x 10⁹ Nm²/C² x 5,12 π 10^-6 C / 0,1 m = 46,08 π 10⁴ V = 460,8 π kV

Jawaban: B

Nomor 3

Dua buah muatan masing-masing Q1 = + 16 µC dan Q2 = - 4 µC berjarak 1 meter satu sama lain. Titik yang memiliki potensial nol terletak....

A. 0,4 m dari Q1 dan 0,6 m dari Q2

B. 0,6 m dari Q1 dan 0,4 m dari Q2

C. 0,8 m dari Q1 dan 0,2 dari Q2

D. 0,2 m dari Q1 dan 0,8 m dari Q2

E. Ditengah-tengah keduanya

Pembahasan

Q1 __x____*___1 - x___Q2

V1 + V2 = 0

k Q1 / x + k Q2/(1 - x) = 0

k.16 µC/x - k 4 µC/(1 - x) = 0

k.16 µC/x = k 4 µC/(1 - x)

16 / x = 4 / (1 - x)

4 (1 - x) = x

4 - 4x = x

4 = 5x

x = 4/5 m = 0,8 m (dari muatan Q1)

Jawaban C

Nomor 4
Diketahui keadaan muatan seperti gambar


Besar potensial mutlak di titik C dan B adalah...
A. 2,25 V dan 7.87 V
B. 6,75 V dan 10,125 V
C. 7,65 V dan 12,150 V
D. 12,50 V dan 5,76 V
E. 10,125 V dan 6,75 V

Pembahasan
Menghitung Vc
Vc = k Qa / Ra + k Qd / Rd
Vc = 9 x 10⁹ Nm²/C² ( 2 x 10^-10 C/0,8 m + (-1 x 10^-10 C/0,2 m ))
Vc = 9 x 10⁹ Nm²/C² (2,5 . 10^-10 C/m - 5 x 10^-10 C/m)
Vc = 2,25 V
Menghitung Vb
Vb = k Qa / Ra + k Qd / Rd
Vb = 9 x 10⁹ Nm²/C² (2 x 10^-10 C/0,2 m + (-1 x 10^-10 C/0,8 m ))
Vb = 9 x 10⁹ Nm²/C² (10 . 10^-10 C/m - 5 x 10^-10 C/m)
Vb = 7,87 V
Jawaban: A

Nomor 5
Jika medan listrik antara dua plat paralel sebesar 2400 N/C dan jarak antar kedua plat 0,5 cm, maka beda potensialnya adalah...
A. 12 V
B. 10 V
C. 9 V
D. 7,5 V
E. 6 V

Pembahasan:
V = E . d
V = 2.400 N/C . 0,005 m = 12 V
Jawaban: A