Soal Usaha gaya Listrik, energi potensial listrik dan Potensial Listrik 2
Soal 1
Sebuah bola logam berongga dengan jari–jari 0,25 m diberi muatan 5 nC. Hitung kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat : (a) 0,10 m, (b) 0,25 m dan (c) 0,50 m.
Jawab:
(a) kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat r = 0,10 m adalah
E(r < 0) = 0, maka E (r = 0,10 m) = 0
V(r < 0) = kq/R = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/0,25 m = 180 V
(b) kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat r = 0,25 m adalah
E(r = R) = kq/R2 = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/(0,25 m)2 = 720 V/m
V(r = R) = V(r < 0) = 180 V
(b) kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat r = 0,50 m adalah
E(r > R) = kq/r2 = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/(0,50 m)2 = 180 V/m
V(r > R) = kq/r = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/0,50 m = 90 V
Sebuah bola logam berongga dengan jari–jari 0,25 m diberi muatan 5 nC. Hitung kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat : (a) 0,10 m, (b) 0,25 m dan (c) 0,50 m.
Jawab:
(a) kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat r = 0,10 m adalah
E(r < 0) = 0, maka E (r = 0,10 m) = 0
V(r < 0) = kq/R = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/0,25 m = 180 V
(b) kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat r = 0,25 m adalah
E(r = R) = kq/R2 = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/(0,25 m)2 = 720 V/m
V(r = R) = V(r < 0) = 180 V
(b) kuat medan listrik dan potensial listrik pada titik yang jarak dari pusat r = 0,50 m adalah
E(r > R) = kq/r2 = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/(0,50 m)2 = 180 V/m
V(r > R) = kq/r = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-9 C)/0,50 m = 90 V
Soal 2
Inti atom timah putih bermuatan +10e
(a) Hitung potensial listrik pada jarak 2 x 10-10 m dari inti itu.
(b) Bila proton dilepas di titik ini, berapa kecepatannya pada saat mencapai titik 2 m dari inti? (massa proton = 1,6 x 10-27 kg)
Jawab:
(a) Potensial listrik sebesar
V = kq/r = (9 x 109 Nm2/C2)(10 x 1,6 x 10-19 C)/(2 x 10-10 m) = 72 V
(b) Bila proton dilepas di titik ini, kecepatannya pada saat mencapai titik 2 m dari inti adalah dengan menggunakan hukum kekekalan energi
Ek = Ep
½ mv2 + kq/r2 = qV
½ (1,6 x 10-27 kg)v2 + (9 x 109 Nm2/C2)(10 x 1,6 x 10-19 C)/(2 m) = 1,6 x 10-19 x 72
v2 = 9,0 x 1018 m2/s2
v = 3,0 x 109 m/s
Soal 3
Gambar di samping menunjukkan dua keping logam besar yang berhubungan dengan baterai 150 V. Kedua keping berada dalam ruang hampa. Tentukan: (a) besar kuat medan listrik di antara kedua keping tersebut, (b) gaya yang dialami elektron yang berada di antara kedua keping tersebut, (c) energi potensial listrik yang hilang jika elektron berpindah dari keping B ke keping A dan (d) jika elektron dilepas di keping B, berapa kecepatan elektron sesaat sebelum menumbuk keping A?
E = V/d = 150 V/(2,5 x 10-2 m) = 6000 V/m
(b) gaya yang dialami elektron yang berada di antara kedua keping tersebut adalah
F = eE = 1,6 x 10-19 C x 6000 V/m = 9,6 x 10-16 N
(c) energi potensial listrik yang hilang jika elektron berpindah dari keping B ke keping A
EP = eV = (–1,6 x 10-19 C)(150 V) = –2,4 x 10-17 J
(d) jika elektron dilepas di keping B, kecepatan elektron sesaat sebelum menumbuk keping A adalah
½ mv12 + qV1 = ½ mv22 + qV2
0 + 0 = ½ (9,1 x 10-31 kg)v22 + (–1,6 x 10-19 C)(150 V)
v22 = 5,27 x 1013 m2/s2
v2 = 7,26 x 106 m/s
Soal 4
Sebuah elektron ditembakkan dengan kecepatan 2 x 106 m/s dengan arah sejajar kuat medan listrik sebesar 5.000 V/m. Berapa jarak yang dapat ditempuh elektron itu sebelum berhenti?
Jawab:
Kita gunakan konsep usaha-energi
F.s = ½ mv22 – ½ mv12
Dengan F = qE, dan v2 = 0 (berhenti) maka
qE.s = 0 – ½ mv12
–1,6 x 10-19 C x 5000 V/m x s = – ½ (9,1 x 10-31 kg)(2 x 106 m/s)2
s = 18,2 x 10-19/(8 x 10-16) m
s = 2,275 x 10-3 m = 2,275 mm
Soal 5
Sebuah kapasitor 800 µF dihubungkan ke catu daya 20 V dan dibuang muatannya melalui resitor 80 kΩ. Hitung: (a) muatan awal yang disimpan kapasitor, (b) arus pelepasan awal, (c) nilai tetapan waktu, (d) muatan pada keping setelah 128 s dan (e) beda potensial saat itu.
Jawab:
(a) muatan awal yang disimpan kapasitor
C = q/V
q0 = CV = 800 µF x 20 V = 16 mC
(b) arus pelepasan awal
I = V/R = 20 V/8000 Ω = 2,5 mA
(c) nilai tetapan waktu adalah
RC = 800 µF x 80 kΩ = 64
(d) muatan pada keping setelah 128 s adalah
q = q0e(–t/RC) = (16 mC)e(–128/64) = 2,16 mC
(e) beda potensial saat itu adalah
V = q/C = 2,16 mC/(800 µF) = 2,71 V
Inti atom timah putih bermuatan +10e
(a) Hitung potensial listrik pada jarak 2 x 10-10 m dari inti itu.
(b) Bila proton dilepas di titik ini, berapa kecepatannya pada saat mencapai titik 2 m dari inti? (massa proton = 1,6 x 10-27 kg)
Jawab:
(a) Potensial listrik sebesar
V = kq/r = (9 x 109 Nm2/C2)(10 x 1,6 x 10-19 C)/(2 x 10-10 m) = 72 V
(b) Bila proton dilepas di titik ini, kecepatannya pada saat mencapai titik 2 m dari inti adalah dengan menggunakan hukum kekekalan energi
Ek = Ep
½ mv2 + kq/r2 = qV
½ (1,6 x 10-27 kg)v2 + (9 x 109 Nm2/C2)(10 x 1,6 x 10-19 C)/(2 m) = 1,6 x 10-19 x 72
v2 = 9,0 x 1018 m2/s2
v = 3,0 x 109 m/s
Soal 3
Gambar di samping menunjukkan dua keping logam besar yang berhubungan dengan baterai 150 V. Kedua keping berada dalam ruang hampa. Tentukan: (a) besar kuat medan listrik di antara kedua keping tersebut, (b) gaya yang dialami elektron yang berada di antara kedua keping tersebut, (c) energi potensial listrik yang hilang jika elektron berpindah dari keping B ke keping A dan (d) jika elektron dilepas di keping B, berapa kecepatan elektron sesaat sebelum menumbuk keping A?
Jawab:
(a) besar kuat medan listrik di antara kedua keping tersebut diberikan olehE = V/d = 150 V/(2,5 x 10-2 m) = 6000 V/m
(b) gaya yang dialami elektron yang berada di antara kedua keping tersebut adalah
F = eE = 1,6 x 10-19 C x 6000 V/m = 9,6 x 10-16 N
(c) energi potensial listrik yang hilang jika elektron berpindah dari keping B ke keping A
EP = eV = (–1,6 x 10-19 C)(150 V) = –2,4 x 10-17 J
(d) jika elektron dilepas di keping B, kecepatan elektron sesaat sebelum menumbuk keping A adalah
½ mv12 + qV1 = ½ mv22 + qV2
0 + 0 = ½ (9,1 x 10-31 kg)v22 + (–1,6 x 10-19 C)(150 V)
v22 = 5,27 x 1013 m2/s2
v2 = 7,26 x 106 m/s
Soal 4
Sebuah elektron ditembakkan dengan kecepatan 2 x 106 m/s dengan arah sejajar kuat medan listrik sebesar 5.000 V/m. Berapa jarak yang dapat ditempuh elektron itu sebelum berhenti?
Jawab:
Kita gunakan konsep usaha-energi
F.s = ½ mv22 – ½ mv12
Dengan F = qE, dan v2 = 0 (berhenti) maka
qE.s = 0 – ½ mv12
–1,6 x 10-19 C x 5000 V/m x s = – ½ (9,1 x 10-31 kg)(2 x 106 m/s)2
s = 18,2 x 10-19/(8 x 10-16) m
s = 2,275 x 10-3 m = 2,275 mm
Soal 5
Sebuah kapasitor 800 µF dihubungkan ke catu daya 20 V dan dibuang muatannya melalui resitor 80 kΩ. Hitung: (a) muatan awal yang disimpan kapasitor, (b) arus pelepasan awal, (c) nilai tetapan waktu, (d) muatan pada keping setelah 128 s dan (e) beda potensial saat itu.
Jawab:
(a) muatan awal yang disimpan kapasitor
C = q/V
q0 = CV = 800 µF x 20 V = 16 mC
(b) arus pelepasan awal
I = V/R = 20 V/8000 Ω = 2,5 mA
(c) nilai tetapan waktu adalah
RC = 800 µF x 80 kΩ = 64
(d) muatan pada keping setelah 128 s adalah
q = q0e(–t/RC) = (16 mC)e(–128/64) = 2,16 mC
(e) beda potensial saat itu adalah
V = q/C = 2,16 mC/(800 µF) = 2,71 V
Post a Comment for "Soal Usaha gaya Listrik, energi potensial listrik dan Potensial Listrik 2"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!