HUKUM COULOMB
ya
tan
Menurut Coulomb, dua muatan yang didekatkan akan bekerja gaya tarik atau gaya tolak. Gaya tarik terjadi jika muatan berlainan jenis sedangkan gaya tolakan terjadi pada muatan yang sejenis
Gaya tersebut disebut gaya coulomb yang besarnya sebanding dengan perkalian kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dapat dituliskan sebagai berikut.
-ta ny
Keterangan: F = Gaya Coloumb (N) k = Konstanta = 9 x 109 Nm2 / C2 q1 = Besar muatan 1 (C) q2 = Besar muatan 2 (C) r = Jarak antar muatan (m)
Kuat Medan Listrik
Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang masih merasakan pengaruh gaya Coulomb.
om
a.c Dari gambar tersebut arah garis garis medan listrik jika muatan positif (+) keluar menuju muatan negatif (-) masuk. Besarnya medan listrik disebut kuat medan listrik yang dirumuskan sebagai berikut:
atau
tan
ya
Keterangan: E = Kuat Medan listrik (N/C) k = konstanta = 9 x 109 Nm2/C2 q = Muatan listrik (C) r = jarak dari titik ke muatan sumber medan listrik (m)
Energi Potensial Listrik Energi potensial listrik secara matematis dapat di rumuskan sebagai berikut:
-ta
Usaha
ny
Keterangan: Ep = energi potensial listrik (joule) k = konstanta = 9 x 109 N m2 / C2 q1, q2 = besar muatan listrik (C) r = jarak antara muatan (m)
Merupakan perubahan energi potensial
om
a.c
Keterangan: W = Usaha (joule) k = konstanta = 9 x 109 N m2 / C2 q1, q2 = besar muatan listrik (C) r1 = jarak awal (m) r2 = jarak akhir (m)
Kekekalan energi Berlaku dalam medan listrik
tan Di mana:
Keterangan: E = kuat medan antar pelat (N/C) d = jarak antar pelat (m)
ya
Potensial Listrik Energi potensial merupakan besarnya energi potensial yang dimiliki muatan 1 Coulomb. Dari definisi ini, potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut.
-ta
atau
a.c
Hukum Gauss
ny
Keterangan: V = Potensial listrik (Volt) k = Konstanta = 9 x 109 N m2 / C2 q = besar muatan sumber (C) r = jarak titik dari muatan (m)
Hukum gauss menyatakan bahwa jumlah garis medan listrik yang menembus suatu permukaan sebanding dengan jumlah muatan listrik yang ada di dalam permukaan tersebut. Hukum ini menghubungkan medal listrik pada permukaan tertutup dengan muatan total di dalam permukaan tersebut. Dirumuskan sebagai berikut:
om
Keterangan f = fluks listrik (weber) q = muatan total di dalam permukaan (C) eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2)
E = medan listrik (N/C) A = Luas permukaan yang dilingkupi muatan (m2) q = sudut antara medan listrik dan normal bidang
tan
Penerapan Hukum Gauss Bola Konduktor Bermuatan Bola konduktor berongga
-ta
ya Kuat medan di dalam bola ( r < R) E=0 Potensial Listrik di dalam bola (r < R)
ny
Kuat Medan di luar bola ( r > R)
Potensial listrik di dalam bola (r > R)
om
a.c
Keterangan r = Jarak titik ke muatan sumber R = jari jari bola konduktor
Keping Sejajar Bermuatan
tan ya
Kuat Medan
Kapasitor
-ta
Keterangan : E = Kuat medan listrik di antara keping sejajar (N/C) q = muatan total di dalam permukaan (C) eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2) A = Luas keping (m2) σ = rapat muatan keping (C/m2)
a.c
ny
Kapasitor berfungsi sebagai komponen elektronik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan disebut dengan kapasitas kapasitor. Besarnya kapsitas dari suatu kapasitor di rumuskan sebagai berikut:
om
Keterangan : C = kapasitas kapasitor (Farad) q = muatan yang tersimpan (Coulomb) V = beda potensial (Volt) Kapasitor pada umumnya terdiri dari dua keping sejajar yang diletakkan berdekatan tetapi tidak saling bersentuhan. Rumusan kapasitas kapsitor jika tanpa bahan penyekat :
Jika ada bahan penyekat/dielektrik:
tan
Keterangan: Co = kapasitas kapasitor tanpa bahan elektrik (F) A = luasan penampang plat () d = jarak antarplat sejajar (m) C = Kapasitas kapasitor dengan bahan elektrik (F) k = konstanta dielektrik bahan
Rangkaian Kapasitor
-ta
ya
RANGKAIAN SERI
Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut: Kapasitas pengganti
ny
Muatan kapasitor sama Q1 = Q2 = Q3 = Qtotal Beda potensial antar kapasitor
Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut: Kapasitas pengganti : Co = C1 + C 2 + C3 Beda potensial tiap kapasitor sama
om
a.c
RANGKAIAN PARALEL
V1 = V2 = V3 Muatan antar kapasitor Q1 : Q2 : Q 3 = C 1 : C 2 : C 3 Energi yang tersimpan pada kapasitor
tan
Keterangan: W = energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule) Q = muatan kapasitor (Coulomb) V = beda potensial (Volt) C = Kapasitas Kapasitor (Farad) [adinserter block="5"]
ya
CONTOH SOAL & PEMBAHASAN
A. B. C. D. E.
1:2 2:1 1:4 4:1 3:2
om
a.c
ny
-ta
Soal No.1 (UN 2012) Dua buah muatan listrik yang nilainya sama diletakkan pada jarak r meter sehingga terjadi gaya coloumb sebesar F1 Newton. ketika jarak keduanya di ubah menjadi dua kali semula , gaya Coulomb yang di alami menjadi F2 . Perbandingan F 1: F2 adalah....
PEMBAHASAN
:
-ta
ya
tan Jawaban : D
-5 µC dan -1 µC -10 µC dan 4 µC -3 µC dan -3 µC -8 µC dan 2 µC -4 µC dan -2 µC
om
a.c
A. B. C. D. E.
ny
Soal No.2 (SBMPTN 2013) Jumlah muatan dari dua buah muatan q1 dan q2 adalah -6µC. Jika kedua muatan tersebut dipisahkan sejauh 3m maka masing masing muatan akan merasakan gaya listrik sebesar 8mN. Besar q1 dan q2 berturut turut adalah…
PEMBAHASAN
:
ny
-ta
ya
tan Jawaban : E
7,5 N 12,5 N 17,5 N 22,5 N 27,5N
om
A. B. C. D. E.
a.c
Soal No.3 (UN 2013) Dua muatan listrik B dan C yang berada sejauh 8 cm menghasilkan gaya 50 N. Jika muatan C digeser ke kanan sejauh 8 cm, maka besar gaya tarik pada muatan B dan C adalah .....( 1µC = 10-6 C)
PEMBAHASAN
:
ny
-ta
ya
tan Jawaban : B
A. B. C. D. E.
4,4 x 10-6C 4,4 x 10-7C 4,4 x 10-8C 8,8 x 10-7C 8,8 x 10-8C
om
a.c
Soal No.4 (SBMPTN 2013) Dua buah bola identik bermuatan memiliki massa 3,0 x 10 2 kg digantung seperti seperti pada gambar. Panjang L setiap tali adalah 0,15m. Massa tali dan hambatan udara diabaikan. Bila tan θ = 0,0875, sin θ = 0,0872 dan g = 10m/s2 maka besar muatan pada setiap bola adalah ….
PEMBAHASAN
:
Soal No.5 (UN 2009) Perhatikan gambar berikut ini!
om
a.c
ny
-ta
ya
tan Jawaban : C
Jika muatan +Q terletak antara A dan B di mana muatan +Q harus diletakkan sehingga gaya Coulomb yang dialaminya nol? A. B. C. D.
3 cm dari muatan B 4 cm dari muatan B 5 cm dari muatan B 3 cm dari muatan A
E. 6 cm dari muatan A PEMBAHASAN
:
a.c
ny
-ta
ya
tan Jawaban : D
A. B. C. D. E.
1000 mV 500 mV 250 mV 50 mV 25 mV
om
Soal No.6 (SNMPTN 2012) Sebuah kapasitor 200 mF yang mula mula tidak bermuatan dialiri 10 mA selama 10 sekon. beda tegangan yang terjadi pada kapasitor adalah
PEMBAHASAN
:
-ta
ya
tan Jawaban : B
Soal No.7 (UN 2014) Tiga buah muatan listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2µC). Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B adalah....
om
0,9√3 N 0,9√2 N 0,9 N 0,81 N 0,4 N
a.c
ny A. B. C. D. E.
PEMBAHASAN
:
Soal No.8 (SNMPTN 2012)
a.c
ny
-ta
ya
tan Jawaban : B
1. 2. 3. 4.
om
Tiga buah kapasitor dengan kapasitansi masing- masing 1 mF , 2 mF, dan 3 mF dirangkai secara seri dan diberi tegangan 1 volt pada ujung ujungnya. Pernyataan berikut ini yang benar adalah Masing masing kapasitor memiliki muatan yang sama banyak Kapasitor yang besarnya 1 mF menyimpan energi listrik terbesar Pada kapasitor 3 mF Bekerja tegangan terkecil Ketiga kapasitor bersama sama membentuk sebuah kapasitor ekivalen dengan muatan tersimpan sebesar 6/11 C
PEMBAHASAN
:
ny
-ta
ya
tan Jawaban : A
Soal No.9 (UN 2000) Bila sebuah partikel bermuatan 4 x 10-19 C ditempatkan dalam medan listrik homogen yang kuat medannya 1,2 x 105 N/C maka partikel tersebut akan mengalami gaya sebesar… 4,8 x 10-14 N 5,2 x 10-14 N 3,0 x 10-23 N 3,3 x 10-24 N 4,8 x 10-24 N
PEMBAHASAN :
q = 4 x 10-19 C E = 1,2 x 105 N/C
om
Diketahui:
a.c
A. B. C. D. E.
Menentukan Gaya Coulumb jika diketahui q dan E menggunakan rumus: F = qE
F = 4.10-19 x 1,2.105 = 4,8.10-14 N Jawaban : A Soal No.10 (SNMPTN 2010)
tan
Empat buah muatan masing masing q2 = -2 µC, q2 = 1 µC, q3 = -1 µC dan q1 =1 µC terletak di sudut sudut suatu bujur sangkar berisi 0,2 m. Bila diketahui εo adalah termitivitas vakum maka potensial listrik dititik tengah bujur sangkar tersebut adalah
A.
C.
D. E. 0 μV
om
a.c
ny
-ta
ya
B.
PEMBAHASAN
:
ny
-ta
ya
tan Jawaban : B
Soal No.11 (UN 2013) Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Titik C berada 20 cm di sebelah B. Jika k = 9.109 Nm2.C2 dan 1µC = 10-6 C maka kuat medan di titik C adalah…
om
1,275.108 N.C-1 1,350.108 N.C-1 1,425.108 N.C-1 1,550.108 N.C-1 1,675.108 N.C-1
a.c
A. B. C. D. E.
PEMBAHASAN
:
ny
-ta
ya
tan Jawaban : C
Soal No.12 (SNMPTN 2010) Dua buah muatan titik masing masing sebesar 10 µC dan 4µC terpisah sejauh 10 cm. kedua muatan tersebut berada di dalam medium yang memiliki permitivitas relatif sebesar 3. berapakah besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut? 10 N 12 N 36 N 72 N 100 N
PEMBAHASAN
Soal No.13 (UN 2013)
om
Jawaban : B
a.c
A. B. C. D. E.
:
Perhatikan gambar berikut ini!
tan
Besar kuat medan listrik di titik A adalah…(k = 9 x 109 N m2 C-2). A. B. C. D. E.
9,0 x 107 N/C 7,5 x 107 N/C 6,0 x 107 N/C 7,2 x 107 N/C 5,4 x 107 N/C :
Jawaban : B
a.c
ny
-ta
ya
PEMBAHASAN
Soal No.14 (UM UGM 2008) Muatan +Q coulomb ditempatkan di x=-1 m dan muatan -2Q coulomb di x = +1 m. Muatan uji q+ coulomb yang diletakkan di sumbu x akan mengalami gaya total nol bila ia diletakkan di x = ...
om
A. –(3+√8) m
B. C. D. E.
- 1/3 m 0m 1/3 m 3√8 m :
Soal No.15 (UN 2013) Perhatikan faktor-faktor berikut! 1. 2. 3. 4.
Luas pelat Tebal pelat Jarak kedua pelat Konstanta dielektrik
om
Jawaban : A
a.c
ny
-ta
ya
tan
PEMBAHASAN
Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri muatan adalah… 1 dan 2 saja 3 dan 4 saja 1,2, dan 3 1,2 dan 4 1,3, dan 4
tan
A. B. C. D. E.
PEMBAHASAN : Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri muatan dapat di lihat daripersamaan kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri bahan dielektrik.
ya
Keterangan:
A = luas pelat
-ta
k = konstanta dielektrik
d = jarak antar pelat
ny
Sehingga faktor yang mempengaruhi adalah(1),(3), dan(4) Jawaban : E Soal No.16 (UN 2014) Perhatikan rangkaian di bawah ini!
A. B. C. D. E.
36 coulumb 24 coulumb 12 coulumb 6 coulumb 4 coulumb
om
a.c besar nya muatan pada kapasitor C5 adalah...
PEMBAHASAN Menentukan muatan di C5 harus menentukan Qtotal dari Ctotal
:
om
a.c
ny
-ta
ya
tan
a.c
ny
-ta
ya
tan Jawaban : B
Soal No.17 (UN 2013) pada gambar di samping bila VAB = 6 volt maka nilai energi listrik pada gambar adalah…
om
A. 2 joule B. 6 joule C. 9 joule
D. 12 joule E. 18 joule PEMBAHASAN
:
Soal No.18 (UN 2013) Perhatikan gambar kapasitas berikut.
om
a.c
ny
-ta
ya
tan Jawaban : D
tan
Energi yang tersimpan dalam rangkaian listrik di atas adalah… 576 joule 288 joule 144 joule 72 joule 48 joule
ya
A. B. C. D. E.
PEMBAHASAN
:
om
a.c
ny
-ta
om
a.c ny -ta
ya tan
Jawaban : B
