Soal dan pembahasan medan listrik
Soal 1
Muatan q sama besar tetapi berlainan jenis terpisah sejauh a. Titik x terletak di tengah-tengah kedua muatan tersebut. Kuat medan listrik di titik x sebesar 180 N/C. Berapa kuat medan di titik x jika titik x digeser a/4 ke arah salah satu muatan.
Jawab:
Kuat medan listrik pada titik X akibat kedua muatan adalah
180 = kq/(a/2)2 + kq/(a/2)2 = 8kq/a2
kq/a2 = 22,5 N/C
Jika titik x digeser a/4 ke salah satu muatan (lihat gambar (ii)) maka kuat medan listriknya adalah
= 16kq/a2 + 16kq/9a2
EX’ = 153/9(kq/a2) = (153/9)(22,5)
Ex’ = 382,5 N/C
Soal 2
Suatu tetes minyak m = 3,24 x 10-11 kg jatuh vertikal dengan kecepatan tetap di antara dua keping sejajar yang bermuatan. Kuat medan listrik di antara dua keping tersebut adalah 1,96 x 109 N/C. Tentukan besar dan jenis muatan tetes minyak tersebut.
Jawab;
Massa tetes minyak m = 3,24 x 10-11 kg; percepatan gravitasi g = 9,8 m/s2, kuat medan listrik E = 1,96 x 109 N/C dengan arah ke bawah yaitu dari keping positif menuju keping negatif. Jika antar keping tidak ada gaya selain gaya berat mg, maka tetes minyak akan bergerak dipercepat ke bawah. Tapi kenyataannya tetes minyak bergerak dengan kecepatan tetap berarti ada gaya lain selain gaya berat yang arahnya berlawanan dengan gaya berat. Karena tetes minyak berada dalam medan listrik maka gaya yang bekerja pada tetes minyak pastinya ada gaya listrik yang arahnya harus ke atas yang berarti tetes minyak pasti bermuatan negatif. Dengan besar gaya listriknya adalah F = qE , maka dengan menerapkan hukum I Newton,
ΣF = 0
+Fq – mg = 0
qE = mg, maka
q = (3,24 x 10-11 kg)( 9,8 m/s2)/(1,96 x 109 N/C)
= 1,62 x 10-19 C
Soal 3
Dua buah muatan listrik 5,0 μC dan –5,0 μC terpisah pada jarak 20 cm. (a) Berapa kuat medan listrik di titik P yang terletak pada garis hubung kedua muatan dan berjarak 5 cm dari muatan positif? (b) Berapa besar gaya listrik yang dialami muatan 3,0 μC jika diletakkan di titik P?
Jawab;
(a) Misalkan q1 = 5,0 μC = 5 x 10-6 C dan q2 = – 5,0 μC = – 5 x 10-6 C, maka letak titik P ditunjukkan pada gambar,
Kuat medan listrik oleh q1, yaitu E1, berarah ke kanan dan besarnya,
E1 = kq1/r12 = (9 x 109 Nm2/C2)( 5 x 10-6 C)/(0,05 m)2
= 1,8 x 107 N/C
Kuat medan oleh q2, yaitu E2 berarah ke kanan, dan besarnya adalah
E2 = kq2/r22 = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-6 C)/(0,15 m)2
= 2 x 106 N/C
Karena E1 dan E2 searah, maka resultan kuat medan listrik di titik P, yaitu Ep berarah ke kanan dan besarnya
EP = E1 + E2 = 1,8 x 107 N/C + 2 x 106 N/C = 2 x 107 N/C
(b) besar gaya listrik yang dialami muatan 3,0 μC jika diletakkan di titik P adalah
F = qE = (3 x 10-6 C)(2 x 107 N/C) = 60 N
Soal 4
Dua buah muatan 32μC dan –2,0 μC terpisah pada jarak x. Sebuah muatan uji ditempatkan di titik P kemudian dilepaskan, ternyata muatan tersebut tetap diam. Berapa besar x?
Jawab;
Masing-masing muatan q1 = 32μC dan q2 = -2Μc, muatan uji di titik P tidak bergerak, ini menunjukkan bahwa jumlah medan listrik akibat kedua muatan pada titik P sama dengan nol. Maka berlaku,
E1 = E2
q1/r12 = q2/r22
dengan r2 = 10 cm dan r1 = (x + 10) cm maka,
32μC/(x + 10)2 = 2 μC/(10)2
16 = [(x + 10)/x]2
(x + 10)/x = 4
x + 10 = 40
x = 30 cm
Jadi jarak pisah dari kedua muatan tersebut kira-kira 30 cm.
Muatan q sama besar tetapi berlainan jenis terpisah sejauh a. Titik x terletak di tengah-tengah kedua muatan tersebut. Kuat medan listrik di titik x sebesar 180 N/C. Berapa kuat medan di titik x jika titik x digeser a/4 ke arah salah satu muatan.
Jawab:
Kuat medan listrik pada titik X akibat kedua muatan adalah
EX = E1 + E2 (lihat gambar (i))
kq/a2 = 22,5 N/C
Jika titik x digeser a/4 ke salah satu muatan (lihat gambar (ii)) maka kuat medan listriknya adalah
EX’ = E1’+ E2’
EX’ = kq/(a/4)2 + kq/(3a/4)2= 16kq/a2 + 16kq/9a2
EX’ = 153/9(kq/a2) = (153/9)(22,5)
Ex’ = 382,5 N/C
Soal 2
Suatu tetes minyak m = 3,24 x 10-11 kg jatuh vertikal dengan kecepatan tetap di antara dua keping sejajar yang bermuatan. Kuat medan listrik di antara dua keping tersebut adalah 1,96 x 109 N/C. Tentukan besar dan jenis muatan tetes minyak tersebut.
Jawab;
Massa tetes minyak m = 3,24 x 10-11 kg; percepatan gravitasi g = 9,8 m/s2, kuat medan listrik E = 1,96 x 109 N/C dengan arah ke bawah yaitu dari keping positif menuju keping negatif. Jika antar keping tidak ada gaya selain gaya berat mg, maka tetes minyak akan bergerak dipercepat ke bawah. Tapi kenyataannya tetes minyak bergerak dengan kecepatan tetap berarti ada gaya lain selain gaya berat yang arahnya berlawanan dengan gaya berat. Karena tetes minyak berada dalam medan listrik maka gaya yang bekerja pada tetes minyak pastinya ada gaya listrik yang arahnya harus ke atas yang berarti tetes minyak pasti bermuatan negatif. Dengan besar gaya listriknya adalah F = qE , maka dengan menerapkan hukum I Newton,
ΣF = 0
+Fq – mg = 0
qE = mg, maka
q = (3,24 x 10-11 kg)( 9,8 m/s2)/(1,96 x 109 N/C)
= 1,62 x 10-19 C
Soal 3
Dua buah muatan listrik 5,0 μC dan –5,0 μC terpisah pada jarak 20 cm. (a) Berapa kuat medan listrik di titik P yang terletak pada garis hubung kedua muatan dan berjarak 5 cm dari muatan positif? (b) Berapa besar gaya listrik yang dialami muatan 3,0 μC jika diletakkan di titik P?
(a) Misalkan q1 = 5,0 μC = 5 x 10-6 C dan q2 = – 5,0 μC = – 5 x 10-6 C, maka letak titik P ditunjukkan pada gambar,
Kuat medan listrik oleh q1, yaitu E1, berarah ke kanan dan besarnya,
E1 = kq1/r12 = (9 x 109 Nm2/C2)( 5 x 10-6 C)/(0,05 m)2
= 1,8 x 107 N/C
Kuat medan oleh q2, yaitu E2 berarah ke kanan, dan besarnya adalah
E2 = kq2/r22 = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-6 C)/(0,15 m)2
= 2 x 106 N/C
Karena E1 dan E2 searah, maka resultan kuat medan listrik di titik P, yaitu Ep berarah ke kanan dan besarnya
EP = E1 + E2 = 1,8 x 107 N/C + 2 x 106 N/C = 2 x 107 N/C
(b) besar gaya listrik yang dialami muatan 3,0 μC jika diletakkan di titik P adalah
F = qE = (3 x 10-6 C)(2 x 107 N/C) = 60 N
Soal 4
Jawab;
Masing-masing muatan q1 = 32μC dan q2 = -2Μc, muatan uji di titik P tidak bergerak, ini menunjukkan bahwa jumlah medan listrik akibat kedua muatan pada titik P sama dengan nol. Maka berlaku,
E1 = E2
q1/r12 = q2/r22
dengan r2 = 10 cm dan r1 = (x + 10) cm maka,
32μC/(x + 10)2 = 2 μC/(10)2
16 = [(x + 10)/x]2
(x + 10)/x = 4
x + 10 = 40
x = 30 cm
Jadi jarak pisah dari kedua muatan tersebut kira-kira 30 cm.
Post a Comment for "Soal dan pembahasan medan listrik"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!