Potensial dan energi potensial listrik SBMPTN, pembahasan contoh soal

Nomor 1
Bola konduktor berongga dimuati dengan muatan listrik positif sebesar 500 µC seperti gambar berikut:

Manakah pernyataan yang benar?
A. Potensial listrik di P = 2 kali potensial listrik di R.
B. Potensial listrik di Q sama dengan potensial listrik di T.
C. Potensial listrik di T = 2 kali potensial listrik di Q.
D. Potensial listrik dititik P sama dengan dititik T.
E. Potensial listrik di P, Q, dan R sama besar.

Pembahasan:
Potensial listrik di dalam bola konduktor = 0, sedangkan diluar bola V = k . q / r.
Jawaban: E

Nomor 2

Sebuah bola konduktor berongga bermuatan 4 µC dan jari-jari 10 cm seperti gambar.
Manakah pernyataan tentang potensial listrik (V) pada bola tersebut yang benar adalah...
A. VA > VB
B. VB > VA
C. VA = VB
D. VA < VC
E. VB < VC

Jawaban: D

Nomor 3
Empat buah muatan masing-masing 10 µC, 20 µC, - 30 µC dan 40 µC, ditempatkan pada titik sudut sebuah empat persegi dengan panjang sisi 60 cm x 80 cm. Potensial listrik pada titik tengah empat persegi panjang tersebut adalah...
A. 150 kV
B. 360 kV
C. 720 kV
D. 1440 kV
E. 2880 kV

Pembahasan

Vp = k/r (q1 + q2 + q3 + q4) = 9 . 10⁹ / (1/2) (10 + 20 - 30 + 40) 10^-6
Vp = 720 kV


Nomor 4
Dua buah muatan A dan B masing-masing q1 = 4 µC dan q2 = - 6 µC, berjarak 4 cm. Jika jaraknya dibuat menjadi 8 cm, maka perubahan energi potensialnya terhadap kedudukan awal adalah...
A. 1,3 J
B. 2,7 J
C. 5,4 J
D. 8,1 J
E. 10,5 J

Pembahasan

Ep = 2,7 J
Jawaban: B

Nomor 5
Dua partikel A dan B yang terpisah pada jarak 20 cm secara berurutan memiliki muatan 5 µC dan - 8 µC. Usaha yang diperlukan untuk memindahkan partikel B agar menjadi berjarak 80 cm terhadap partikel A adalah...
A. 6,75 J
B. 4,5 J
C. 2,25 J
D. 1,35 J
E. 0,65 J

Pembahasan

Ep = 1,35 J
Jawaban: D

Nomor 6
Jarak terdekat partikel alpha berenergi 10 MeV dari inti emas (nomor atom 78) jika partikel lain menumbuk inti tersebut secara berhadapan adalah...
A. 0,2 x 10^-14 m
B. 2,2 x 10^-14 m
C. 0,2 x 10^-12 m
D. 2,2 x 10^-12 m
E. 0,2 x 10^-10 m

Pembahasan
Gunakan hukum kekekalan energi mekanik
EM1 = EM2
EK = EP
10 MeV =

r2 = 2,2 x 10-14 m
Jawaban: B

Materi dan pembahasan soal listrik statis

MATERI LISTRIK STATIS

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 . 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

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

SUSUNAN SERI KAPASITOR

SUSUNAN PARALEL KAPASITOR

ENERGI POTENSIAL KAPASITOR

Contoh soal dan pembahasan soal listrik statis

Pembahasan soal gaya listrik

Nomor 1
Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar.


Muatan di A adalah 8 µC dan gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah 45 N. Jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm dan k = 9 . 10⁹  Nm²/C², maka gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan sekarang adalah...
A.45 N
B.60 N
C.80 N
D.90 N
E.120 N

Nomor 2
Dua buah benda A dan B bermuatan, mula-mula ditempatkan pada jarak 0,5 m satu sama lain sehingga timbul gaya 81 N. Jika jarak A dan B diperbesar menjadi 1,5 m, gaya tarik menarik keduanya menjadi...(k = 9 . 10⁹ Nm²/C²)

A.3 N
B.6 N
C.9 N
D.12 N
E.15 N


Nomor 3
Muatan listrik +q1 = 10 μC ; +q2= 20 μC dan q3 terpisah seperti pada gambar di udara:


Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 = nol maka muatan q3 adalah....
A.+ 2,5 μC
B.− 2,5 μC
C.+ 25 μC
D.− 25 μC
E.+ 4 μC

Pembahasan soal kuat medan listrik

Nomor 1
Perhatikan gambar berikut.

Kuat medan listrik dititik C sebesar ... (k = 10⁹ Nm²/C²)
A.5,0 . 10⁹ N/C
B.2,3 . 10¹⁰ N/C
C.2,7 . 10¹⁰ N/C
D.3,1 . 10¹⁰ N/C
E.4,0 . 10¹⁰ N/C


Nomor 2


Nomor 3
Dua partikel P dan Q terpisah pada jarak 9 cm seperti gambar.

Letak titik yang kuat medannya nol adalah.....
A.3 cm di kanan P
B.6 cm di kanan P
C.3 cm di kiri P
D.4 cm di kanan P
E.4 cm di kiri P

 

Pembahasan soal kapasitor

Nomor 1
Tabel dibawah ini menunjukkan besaran-besaran pada kapasitas kapasitor plat sejajar.

 

Kapasitor yang memiliki kapasitas terbesar adalah...
A.C1
B.C2
C.C3
D.C4
E.C5


Nomor 2


Nomor 3


Nomor 4
Tiga buah kapasitor C1, C2, dan C3 dengan kapasitas masing-masing 2 µF, 1 µF, 5 µF disusun seri. Kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan sehingga kapasitor C2 mempunyai beda potensial sebesar 4 Volt. Muatan pada kapasitor C3 adalah...
A.3 µC
B.4 µC
C.8 µC
D.12 µC
E.24 µC

Pembahasan:
Diketahui:
C1 = 2 µF
C2 = 1 µF
C3 = 5 µF
V2 = 4 V
Ditanya: Q3 = ...
Jawab:
Q3 = Q2 = C2 . V2 = 1 µF . 4 V = 4 µC
Jawaban: B

Soal-soal latihan listrik statis

Nomor 1
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

Nomor 2
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

Nomor 3
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

Nomor 4

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

Nomor 5
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)