SOAL DAN PENYELESAIAN MEDAN LISTRIK DAN POTENSIAL LISTRIK

Soal dan Penyelesaian Fisika SMA - SOAL MEDAN LISTRIK DAN POTENSIAL LISTRIK - Pada artikel sebelumnya, kita sudah membahas konsep dasar mengenai GAYA LISTRIK,  MEDAN LISTRIK , POTENSIAL LISTRIK dan  sudah mempelajari dan mengerjakan soal-soal tentang LISTRIK STATIS, dan kali ini kita mencoba kemampuan mengerjakan soal yang berhubungan dengan topik tersebut

SOAL DAN PENYELESAIAN MEDAN LISTRIK DAN POTENSIAL LISTRIK

---

01. Pada setiap titik sudut sebuah segitiga sama sisi dengan panjang sisi 2√3 satuan panjang terdapat muatan positif q. Kuat medan listrik dan potensial listrik di pusat segitiga ini dengan k sebagai tetapan beturut-turut adalah....
A. ½ kq dan 0
B. ½ kq dan ³⁄₂ kq
C. ⁷⁄₃ kq dan ³⁄₂ kq
D. 0 dan ³⁄₂ kq
E. 0 dan ²⁄₃ kq 
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
 

$\begin{align*}TS&=\frac{1}{3}\sqrt{PQ^{2}-QT^{2}}\\TS&=\frac{1}{3}\sqrt{(2\sqrt{3})^{2}-\sqrt{3}^{2}}\\TS&=1\\\\QS&=\sqrt{QT^{2}+ST^{2}}\\QS&=\sqrt{(\sqrt{3})^{2}+\sqrt{1}^{2}}\\QS&=2 \end{align*}$
Potensial di S:
$\begin{align*}V_{S}&=V_{1}+V_{2}+V_{3}\\V_{S}&=V+V+V\\V_{S}&=3V=3\frac{kq}{R}\\V_{S}&=\frac{3kq}{2}\end{align*}$
Karena semua muatan sama besar dan tanda, dan jarak muatan ke s juga sama, maka besar medan E₁, E₂ dan E₃ juga sama sebesar E.


$\begin{align*}E_{x}&=E\cos 30^{o}-E\cos 30^{o}\\E_{x}&=0\\\\E_{y}&=E(0,5)+E(0,5)-E\\E_{y}&=E\sin 30^{o}+E\sin 30^{o}-E\\E_{y}&=0\\\\E_{s}&=\sqrt{E_{x}^{2}+E_{x}^{2}}\\E_{s}&=\sqrt{0^{2}+0^{2}}=0\end{align*}$

---

02. Pada titik-titik sudut B dan D pada sebuah persegi ABCD masing-masing diletakkan sebuah partikel bermuatan +q. Agar kuat medan listrik di A sama dengan nol, maka di titik C harus diletakkan sebuah partikel bermuatan sebesar:
A. -√2q
B. -q
C. √2q
D. +q
E. -2√2q
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:

$\begin{align*}E_t&=\sqrt{E^2+E^2}\\E_t&=\sqrt{2E^2}=E\sqrt 2\\\\E_c&=E_{tot}\\\frac{kq_c}{\left (a\sqrt 2 \right )^2}&=\frac{kq}{a^2}\sqrt2\\q_{c}&=-2\sqrt{2}\, q\end{align*}$
Karena E_c mendekati muatan di C, maka muatan di C pasti NEGATIP

---

03. Dua buah partikel bermuatan listrik masing-masing +q₁ dan q₂ berjarak 6 cm satu sama lain. Jika kuat medan listrik di satu titik yang berjarak 2 cm dari +q₁ sama dengan nol, maka perbandingan antara +q₁ dan q₂ adalah ....
A. 1 : 2
B. 2 : 3
C. 1 : 3
D. 1 : 6
E. 1 : 4
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\begin{align*}E_1&=E_2\\\frac{q_1}{q_2}&=\left ( \frac{r_1}{r_2} \right )^2\\\frac{q_1}{q_2}&=\left ( \frac2{4} \right )^2=\frac{1}{4}\end{align*}$

---

04. Dua partikel A dan B masing-masing bermuatan listrik +20 μC dan +45 μC terpisah oleh jarak 15 cm. Jika C adalah titik yang terletak di antara A dan B sedemikian rupa sehingga medan di C sama dengan nol, maka letak C dari A adalah .....
A. 9 cm
B. 6 cm
C. 4 cm
D. 3 cm
E. 2 cm
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\begin{align*}R_{a}&=\frac{R\sqrt{Q_{1}}}{\sqrt{Q_{1}+\sqrt{Q_2}}}\\ R_{a}&=\frac{15\sqrt{20}}{\sqrt{15+\sqrt{20}}}\\R_a&=6\, cm\end{align*}$

---

05. Dua buah muatan titik A dan B sama besar yaitu 10 μC terletak pada satu garis dan berjarak 9 cm (A di kiri). Jika di antara A dan B diletakaan titik uji P yang berjarak 3 cm dari B, maka besar dan arah kuat medan listrik P adalah .....
A. 7,5 x 10⁷ N/C menuju A
B. 7,5 x 10⁷ N/C menuju B
C. 2,5 x 10⁷ N/C menuju A
D. 2,5 x 10⁷ N/C menuju B
E. 5,5 x 10⁷ N/C menuju A 
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:

Perhatikan gambar:

$\begin{align*}E&=E_{b}-E_{a}\\E&=\frac{kq}{r_b^2}-\frac{kq}{r_{a}^{2}}\\E&=\frac{9.10^{9}.10}{(3.10^{-2})^2}-\frac{9.10^{9}.10}{(6.10^2)^2}\\ E&=7,5.10^7NC^{-1}\end{align*}$
.........menuju A

---

06. Pada titik-titik sudut sebuah segitiga ABC sama sisi dengan sisi a, diletakkan muatan listrik +q, -q dan +q. Jika besar kuat medan listrik di pusat segitiga oleh salah satu muatan adalah E, maka besar kuat medan listrik di pusat segitiga oleh seluruh muatan adalah .....
A. 2E
B. E
C. √3E
D. 1
E. √2E
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:A

Karena besar muatan sama, jarak muatan ke pusat segitiga juga sama, maka besar E₁=E₂=E₃, dan sesuai soal besarnya sama dengan E.
E₁=E₂ membentuk sudut 120^o, menghasilkan E₁₂. 
$\begin{align*}E_{12}&=\sqrt{E_1^2+E_2^2+2E_1E_2\cos 120^o}\\&\Rightarrow E_1=E_2=E\\E_{12}&=\sqrt{E^2+E^2+2E.E(-0,5)}\\E_{12}&=\sqrt{E^2}=E\end{align*}$
E₁₂ searah dengan E₃, maka 
$\begin{align*}E_{total} &= E_{12}+E_3\\E_{total} &=E+E\\E_{total} &=2E\end{align*}$

---

07. Untuk memindahkan muatan positif yang besarnya 10 Coulomb dari suatu titik yang potensialnya 10 volt ke titik lain yang potensialnya 60 volt, diperlukan usaha sebesar .....
A. 500 volt ampere
B. 500 Joule
C. 600 Joule
D. 100 Joule
E. 5 Volt/Coulomb
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\begin{align*}W&=q\Delta V\\W&=10(60-10)\\W&=500J\end{align*}$

---

08. Jika diperlukan usaha sebesar 2 Joule untuk memindahkan muatan 20 C dari titik A ke B yang berjarak 20 cm, maka beda potensial antara A dan B adalah ....
A. 0,04 V
B. 0,4 V
C. 0,02 V
D. 0,1 V
E. 8 V
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\begin{align*}W&=q\Delta V\\2&=20\Delta V\\\Delta V&=0,1{Volt}\end{align*}$

---

9. Sepotong pecahan kaca bermassa 5 mg bermuatan 2 μC. Besar kuat medan listrik yang diperlukan untuk menahan potongan kaca agar dapat terapung di udara adalah .....
A. 100 V/m
B. 25 V/m
C. 19,5 V/m
D. 10 V/m
E. 1,8 V/m
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\begin{align*}F&=W\\qE&=mg\\2.10^{-6}E&=5.10^{-6}.10\\E&=25Vm^{-1}\end{align*}$

---

10. Kuat medan listrik di titik sejauh 4 cm dari suatu muatan titik q sama dengan 10 N/C. Kuat medan listrik pada titik sejauh 8 cm dari muatan titik 6q sama dengan .....
A. 20 N/C
B. 15 N/C
C. 12 N/C
D. 10 N/C
E. 6 N/C
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\begin{align*}\frac{E_1}{E_2}&=\frac{q_1}{q_2}\left ( \frac{r_2}{r_1} \right )^2\\\frac{10}{E_2}&=\frac{q}{6q}\left ( \frac{8}{4} \right )^2\\E_{2}&=15NC^{-1}\end{align*}$