Soal Medan Listrik dan Potensial Listrik pada Konduktor Keping Sejajar
Soal 1
Sebuah keping dengan luas 0,10 m2 yang dibumikan membawa muatan –8,85 nC ketika diletakkan sejauh 2,0 mm dari sebuah keping identik bermuatan +8,85 nC. Hitung besar: (a) kuat medan listrik di antara keping dan (b) potensial titik di tengah-tengah antara pelat.
Jawab:
Luas tiap keping A = 0,10 m2, besar muatan tiap keping, Q = 8,85 nC = 8,85 x 10-9 C, jarak antar keping, d = 2,0 mm = 2, 0 x 10-3 m, dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2, maka
(a) kuat medan listrik di antara keping adalah
E = σ/A = Q/ε0A = (8,85 x 10-9 C)/( 8,85 x 10-12)(0,10) = 104 N/C
(b) Jarak r dihitung dari keping negatif. Misalnya titik di tengah-tengah pelat adalah titik P, maka r = d/2 = 1,0 x 10-3 m. Potensial listrik di titik P (antara pelat),
VP = Er = 104 x 10-3 = 10 Volt
Soal 2
Dua keping logam yang sejajar dan jaraknya 0,5 cm satu sam alain diberi muatan listrik yang berlawanan (lihat gambar) hingga memiliki beda potensial 104 V. Berapa gaya yang dialami sebauh elektron yang diletakkan di antara kedua keping?
Jawab:
Jarak antar keping d = 0,5 cm = 0,5 x 10-2 m, beda potensial V = 104 V, muatan elektron qe = –1,6 x 10-19 C. Arah kuat medan listrik E dari kepong + ke keping –, yaitu ke bawah (beri tandah negatif).
Jadi, E = –V/d j = –104/(5 x 10-3) j = –2 x 106 j N/C
Gaya listrik yang dialami elektron F adalah
F = qE = (–1,6 x 10-19)( –2 x 106 j) = +3,2 x 10-13 j
Soal 3
Sebuah elektron diletakkan di pusat sebuah keping logam bermuatan negatif dan dipercepat menuju keping logam positif didekatnya sebesar 2,0 x 1015 m/s2. Kedua keping memiliki rapat muatan yang sama. Berapakah nilai rapat muatan ini? (massa elektron 9,1 x 10-31 kg, muatan elektron qe = –1,6 x 10-19 C dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2).
Jawab:
Percepatan elektron keping a = 2,0 x 1015 m/s2, massa elektron me = 9,1 x 10-31 kg, muatan elektron qe = –1,6 x 10-19 C.
Besar gaya listrik yang dialami elektron, F, adalah F = qE, sedangkan F = ma, maka
qE = ma
qe(σ/ε0) = mea
σ = ε0ma/qe
= (8,85 x 10-12)( 9,1 x 10-31)( 2,0 x 1015)/1,6 x 10-19 C
σ = 1,0 x 10-7 C/m2 atau 0,10 μC.m-2
Soal 4
Sebuah partike bermuatan q dan bermassa m digantung dengan seutas kawat dan diletakkan di ruang antara dua keping sejajar yang diberi muatan samatetapi berbeda jenis dengan rapat muatan σ. Pada saat keseimbangan, kawat membentuk sudut θ terhadap arah vertikal (lihat gambar). Tentukan nilai tan θ!
Jawab:
Gaya-gaya yang bekerja pada muatan q terlihat pada gambar di bawah ini,
Pada sumbu y: ∑Fy = 0 = T cos θ + (–mg) = 0
T cos θ = mg (*)
Pada sumbu x: ∑Fx = 0 = Fq + (–T sin θ) = 0
T sin θ = qE = qσ/ε0 (**)
Maka dari (*) dan (**) kita peroleh
tan θ = qσ/mgε0
Sebuah keping dengan luas 0,10 m2 yang dibumikan membawa muatan –8,85 nC ketika diletakkan sejauh 2,0 mm dari sebuah keping identik bermuatan +8,85 nC. Hitung besar: (a) kuat medan listrik di antara keping dan (b) potensial titik di tengah-tengah antara pelat.
Jawab:
Luas tiap keping A = 0,10 m2, besar muatan tiap keping, Q = 8,85 nC = 8,85 x 10-9 C, jarak antar keping, d = 2,0 mm = 2, 0 x 10-3 m, dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2, maka
(a) kuat medan listrik di antara keping adalah
E = σ/A = Q/ε0A = (8,85 x 10-9 C)/( 8,85 x 10-12)(0,10) = 104 N/C
(b) Jarak r dihitung dari keping negatif. Misalnya titik di tengah-tengah pelat adalah titik P, maka r = d/2 = 1,0 x 10-3 m. Potensial listrik di titik P (antara pelat),
VP = Er = 104 x 10-3 = 10 Volt
Soal 2
Dua keping logam yang sejajar dan jaraknya 0,5 cm satu sam alain diberi muatan listrik yang berlawanan (lihat gambar) hingga memiliki beda potensial 104 V. Berapa gaya yang dialami sebauh elektron yang diletakkan di antara kedua keping?
Jarak antar keping d = 0,5 cm = 0,5 x 10-2 m, beda potensial V = 104 V, muatan elektron qe = –1,6 x 10-19 C. Arah kuat medan listrik E dari kepong + ke keping –, yaitu ke bawah (beri tandah negatif).
Jadi, E = –V/d j = –104/(5 x 10-3) j = –2 x 106 j N/C
F = qE = (–1,6 x 10-19)( –2 x 106 j) = +3,2 x 10-13 j
Soal 3
Sebuah elektron diletakkan di pusat sebuah keping logam bermuatan negatif dan dipercepat menuju keping logam positif didekatnya sebesar 2,0 x 1015 m/s2. Kedua keping memiliki rapat muatan yang sama. Berapakah nilai rapat muatan ini? (massa elektron 9,1 x 10-31 kg, muatan elektron qe = –1,6 x 10-19 C dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2).
Jawab:
Percepatan elektron keping a = 2,0 x 1015 m/s2, massa elektron me = 9,1 x 10-31 kg, muatan elektron qe = –1,6 x 10-19 C.
Besar kuat medan listrik E dalam keping
E = σ/ε0Besar gaya listrik yang dialami elektron, F, adalah F = qE, sedangkan F = ma, maka
qE = ma
qe(σ/ε0) = mea
σ = ε0ma/qe
= (8,85 x 10-12)( 9,1 x 10-31)( 2,0 x 1015)/1,6 x 10-19 C
σ = 1,0 x 10-7 C/m2 atau 0,10 μC.m-2
Soal 4
Sebuah partike bermuatan q dan bermassa m digantung dengan seutas kawat dan diletakkan di ruang antara dua keping sejajar yang diberi muatan samatetapi berbeda jenis dengan rapat muatan σ. Pada saat keseimbangan, kawat membentuk sudut θ terhadap arah vertikal (lihat gambar). Tentukan nilai tan θ!
Gaya-gaya yang bekerja pada muatan q terlihat pada gambar di bawah ini,
T cos θ = mg (*)
Pada sumbu x: ∑Fx = 0 = Fq + (–T sin θ) = 0
T sin θ = qE = qσ/ε0 (**)
Maka dari (*) dan (**) kita peroleh
tan θ = qσ/mgε0
Post a Comment for "Soal Medan Listrik dan Potensial Listrik pada Konduktor Keping Sejajar"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!