FISIKA II Pembahasan Soal Potensial Listrik
“
”
DOSEN PENGAMPU : Drs. Juaksa Manurung ST, M.Si
OLEH : KELOMPOK 12
NAMA
:
ANDI HILMY SYAHIR
NIM
:
5163230005
PRODI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2017
KATA PENGANTAR Rasa syukur yang dalam kami sampaikan ke hadiran ALLAH SWT, yang karena bimbingan-Nyalah maka penulis bisa menyelesaikan sebuah laporan berupa makalah pada mata kuliah Fisika II. Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman mahasiswa terhadap pokok kajian soal-soal pada bab potensial listrik, dan juga sekaligus melakukan apa yang menjadi tugas mahasiswa yang mengikuti mata kuliah “Fisika II” Akhirnya kami menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang sudah mendukung penyusunan makalah ini. Selanjutnya kami sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca sehingga akan menumbuhkan rasa syukur kami kepada rahmat ALLAH SWT dan dalam hal perbaikan makalah ini ke depannya.
Medan, Mei 2017
-Penulis-
PEMBAHASAN SOAL Tingkat I 20-1 Potensial Listrik dan Beda Potensial 1. DIK :
= 2.10/ = 3.10− Dit :
a. EK b. ∆E
c. V d. E e. E jawab :
a) EK =
Q.V
=
3.10−.92.10.4 24.10− 024.10− 24.10−
=
E.R
=
2.10.4
=
8000 V
d) E
=
2000V- (2kV/m)x
e) E
=
2000V- (2kV/m)x
= = b)
∆E
= =
c) V
2. Dik :
Sebuah bidan permukaan takhingga dengan densitas muatan
2,5/ pada bidang Dit :
=
a) Berapakah besar medan listrik dalam newton per coulomb? Dalam volt per meter? Kemanakah arah E untuk harga positif x? b) Berapalah beda potensial
ketika titik b di x=20 dan titik a
di x=50? c) Berapakah
kerja
yang
memindahkan muatan uju
diperlukan
oleh
alat
luar
untuk
= 1.5 dari titik a ke titik b?
Jawab :
= 2,5/ a) = = = b)
,. .,. 0,141.10 /
[ / ] 2.3,14.9.10 .2,5.10− [50 20 / 50]
= 2 =
= 1,81 V c)
= ∆. 10− = 2,721. 10− = 1,81.1,5.
3. Dik :
Titik a dan b pada sumbu x, a di x = 2 m dan b di x = 6 m Dit :
positif atau negatif? b) Jika besar adalah 10 , berapakah besar medan listrik E? a) Beda potensial
Jawab :
a)
= = E . 6 – E . 2 = 4E (positif)
= 10 = 10 E . 6 – E . 2 = 10 4E= 10 E= = 25000 /
b)
4. Dik :
Dua plat konduktor sejajar dengan densitas muatan sama dan berlawanan dimana medan listrik diantaranya serba sama. Beda potensial antara plat 500 V, dan mereka dipisahkan sejauh 10cm. Elektro dilepas dari keadaan bebas ke plat negatif. Dit :
a) Berapakah besar medan listrik antar plat? Positif atau negatifkah plat pada potensial yang lebih tinggi? b) Tentukan kerja yang dilakukan oleh medan listrik pada elektron saat elektron pindah dari plat negatif ke plat positif. Nyatakan jawaban anda dalam elektron volt dan joule c) Berapakah perubahan energi potensial elektron ketka ia bergerak dari plat negatif ke plat positif? Berapakah energi kinetik ketika ia mencapai plat positif? Jawab :
= 500, = 10.10− = 500, = 10.10− a) = = = 5000 / b) = V.Q = 500.1,6.10− = 8.10− = 500 eV
c)
=
V.q
10−
= 500.1,6. = 8.
10−
5. Dik :
Medan listrik diberikan oleh E =
i dimana E dalam newton per
coulomb, dalam meter, dan konstan positif. Dit :
a) Apakah satuan SI dari ? b) Kerja yang dilakukan oleh medan listrik pada muatan titik positif
c)
ketika muatan tersebut bergerak dari pusat ke titik ? Fungsi potensial sehingga = 0 di = 0
Jawab :
a) Satuan SI dari adalah b) c)
/
= = V = ∫ = = 0 =
6. Dik :
Empat muata titik
2 di ujung ujung bujur sisi 4m.
Dit :
Tentukan potensial di pusat persegi panjang ( relatif ke potensial nol di takhingga) jika a) Semua muatan positif
b) Tiga muatan positif dan satu negatif, dan c) Dua muatan positif dan dua muatan negatif Jawab :
2
2
4
2 a)
2 = √ 2 2 = √ 8 V = .. . = 4 = 4 √ =
.. √
= 25,45V
= .. .. = = √
b) V =
= 12,72V c) V =
= 0
7. Dik :
tiga muatan titik di sumbu
: dipusat, di = 3, di = 6
Dit :
= 0, = 3, jika ; a) = = = 2 b) = = 2 dan = 2 c) = = 2 dan = 2
Tentukan potesial dititik
Jawab :
y 3
Q1
3m
6m
Q2
Q3
= √ 3 3 = √ 18 = √ 3 9 = √ 90 a)
= + + + √ + √ = √ √ = 9.10 .2.10− 0,674 = 12,89. 10 =
b)
= + + √ + √ = √ √ = 7,55. 10 =
c)
= + √ + √ = 6 - 4,23 + 2,675 = 4,44 .
10
8. Dik :
Titik A, B dan C di ujung-ujung segitiga ekilateral sisi 3m. Muatan positif sama
2 di A dan B
Dit :
a) Berapakah beda potensial dititik C? b) Berapakah kerja yang di perlukan untuk membaa muatan positif
5 dari takhingga ke titik C jika muatan lain dijaga tetap? c) Jawaban bagian (a) dan (b) jika muatan di B diganti oleh sebagai muatan
2
Jawab :
a)
= =
=
12.10
= .., = 2( = 12. 10 ., .., . c) = = 6.10 10
b)
=0
9. Dik :
Bola dengan jari-jari 60cm dengan titik tengahnya dipusat. muatan Dit :
a)Berapakah potensial listrik di pusat b)Berapakah potensial listrik di utara
Jawab :
a)
= = =
b)
= = =
... 9. 10 ... 4,5. 10
10.Dik :
Muatan positif sebesar 2
dipusat
Dit :
a) Berapakah potensial listrik di titik 4m dari pusat relatif ke V = 0 di takhingga? b) Berapakah kerja yang dilakukan oleh alat luar untuk membawa sebuah muatan 3 muatan 2
dari takhingga ke r = 4m, asumsikan bahwa
ditahan di pusat?
c) Berapakah kerja yang harus di dilakukan oleh alat uar untuk membawa muatan 2
dari takhingga ke pusat jika muatan 3
pertama diletakkan di r = 4m kemudian ditahan tetap? Jawab :
a) V = = = b)
... 4,5.10
= V.Q = 4,5.10 .3.10− = 13,5. 10−
c)
= V.Q = 4,5.10 .3.10− = 13,5. 10−
11. Dit :
Tentukan energi potensial elektrostatik untuk distribusi muatan yang digambarkan dalam a) Soal 6a b) Soal 6b c) Soal 6c dengan muatan yang serupa pada ujung-ujung berlawanan, dan Jawab :
a)
= = √ = =
(+√ ). (+√ ).... .
= 0,0487J b)
= √ √ = 0
c)
= = =
√ −−√ (−√ ).... .
= -0,0232
12.Dit :
Tentukan energi potensial elektrostatik untuk distribusi muatan yang digambarkan pada soal no 7. Jawab :
a)
= q.V 10.2.10− = 25,78.10− = 12,89.
b)
= q.V 10.2.10− = 15,1.10− = 7,55.
c)
= q.V 10.2.10− = 8,88.10− = 4,44.
13.Dik :
Muatan
,, di ujung segitiga ekuilateral sisi 2,5 m.
Dit :
Tentukan energi potensial elektrostatik distribusi muatan ini jika,
= = = 4 b) = = 4 = 4 c) = = 4 = 4 a)
Jawab :
= a)
= ..,..,. = 63,5.10− ,
= = 3.63,5.10− = 0,190J
b)
=
= 0,063J c)
= = -0,063J
14.Dik :
Sebuah muata
= 10− terdistribusi serba sama pada kulit bola jari-
jari 12cm. Dit :
a) Berapakah medan listrik tepat diluar dan tepat didalam kulit b) Berapakah medan listrik di titik tersebut Jawab :
a) a b) V(x) max pada x = 0 c)
=
15.Dik :
Sebuah muatan q=+
10−C terdistribusi serba sama pada kulit bola jari-
jari 12cm. Dit :
a) Berapakah medan listrik tepat diluar dan tepat di dalam kulit? b) Berapakah medan listrik di titik tersebut Jawab :
a) Tepat didalam kulit E = 0 V = =
.. .
= 750V
16.Dik : Sebuah cakra jari-jari 6,25 cm mempunyai densitas muatan permukaan serba sama
= 7,5/
Dit : Tentukan potensial di sumbu cakra pada jarak a) 0,5cm b) 3,0cm c) 6,25cm dari cakra Jawab :
= 6,25.10− = 7,5.10−/ a) = 2[ / ] = 2.3,14.9.10 .7,5.10− [0,5 6,25 / 0,5] = 423,96,270,5 = 24,45V b)
[ / ] = 423,9[3 6,25 / 3]
= 2
= 16,67V c)
[ / ] = 435,9[6,25 6,25 / 6,25]
= 2
= 10,97V
17.Dik :
Muatan
garis
takhingga
dengan
densitas
, Dit :
Tentukan potensial disumbu cakra pada jarak
muatan
liner
=
a) 2,0m b) 4,0m c) 12m dari garis dengan asumsi V=0 di 2.5m Jawab :
/ = 1,5. 10− / a) = 2k ln = 2.9.10 .1,5.10− .ln2,5 = 24,739.10 b) = 2 = 24,739.10 -2.9. 10 .1,5. 10− 4 = 24,739.10 -37,429. 10 = -1,27. 10 c) = 2 = 24,739.10 -2.9. 10 .1,5. 10− 12 = 24,739.10 -67,09. 10 = -4,23. 10 = 1,5
18.Dik :
Dua muatan positif +q pada sumbu y = +a dam y = -a Dit :
a) Tetukan potensial V untuk suattu titik di sumbu x b) Gunakan hasil anda dibagian (a) untuk menentukan medan listrik suatu titik pada sumbu x Jawab :
= 2 = 2√ . + b) = = = = √ + √ + + a)
19.Dik :
Muatan titik q=300
dititik pusat
Dit :
a) Potensial V pada sumbu x di x = 3,00m dan di x=3,01m b) Bertambah ataukah berkurang potensial saat x bertambah?
∆ perubahan 300m ke x = 3,01m dan, ∆ = 0,01. Hitunglah
∆/∆,
dimana
potensial dari x =
c) Tentukan medan listrik di x = 3,00m dan bandingkan besarnya dengan
∆/∆ yang didapat pada bagian (b).
d) Tentukan potensial (sampai tiga angka signifikan) di x=3,00m, y = 0,01m. Diskusikanhasil anda dengan potensial di sumbu x pada x = 3,00m. Diskusikan hasil anda dengan potensial di sumbu x pada x = 3.00m. diskusikan hasil arti tersebut. Jawab :
a) x = 3 V = =
.3.10− = 8,99.10 8,99. 10
x = 3,01 V = =
= ,... , 8,96. 10
b) potensialnya akan berkurang seiring bertambahnya x −∆ = −,.−,.
∆
= c)
= = =
,− 2,97. 10
,... 3,99. 10
d) Di x = 3m, y = 0,01m
10
V = 8,99.
Hampir sama ntuk kedua titik pada pertanyaan di atas karena keduanya dapat di kaitkan berada pada sebuah permukaan ekipotensial.
20.Dik :
Sebuah muatan +3,00
di pusat, dan muatan 3,00 pada sumbu x di x
= 6,00m Dit :
Tentukan a) Tentukan potensial pada sumbu x di x =3,00m b) Carilah medan listrik disumb x pada x = 3,00m c) Carilah potensial pada sumbu x di x = 3,01m dan hitunglah
∆/∆, di mana ∆ adalah perubahan potensial dari x = 3,00m ke x = 3,01m dan ∆ = 0,01m. Bandingkan hasil anda dengan jawaban pada bagian (b). Jawab :
a)
= 3 = -3 = − = = 0
b)
= = = = =
.. ,. 2( ) 2(2,99.10
10/
= 5,99.
c)
= 0
∆ ∆
=
−−+ ,−,
= 0