Pada keempat sudut bujur sangkar (sisi 25 cm diletakkan muatan listrik tentukan)

Buka kunci jawaban

Jawaban: 1

B. Potensial dan Energi Potensial Listrik

R 2 R 1 1. Energi Potensial Setiap ada medan gaya maka akan melibatkan usaha dan energi. Usaha merupakan perubahan energi potensial. W = Ep ........................... 4.4 Sedangkan usaha sendiri didefinisikan sebagai perkalian titik vektor F dan R. dW = -F.dR W = k Q 1 Q 2 = k Q 1 Q 2 = Dengan menggunakan konsep : W = E P2 - E P1 maka diperoleh perumusan energi potensial listrik seperti berikut. Ep = k ........................................ 4.5 dengan : Ep = energi potensial listrik joule Q 1 , Q 2 = muatan listrik coulomb atau C R = jarak dua muatan Energi potensial listrik merupakan besaran skalar berarti tidak memiliki arah. Coba perhatikan contoh berikut. CONTOH 4.5 Pada titik A dan B dari titik sudut segitiga ter- dapat muatan Q A = 8 μC = 8.10 -6 C dan Q B = -6 μC = -6.10- 6 C seperti pada Gambar 4.11. Jika terdapat muatan lain sebesar q = 2 μC maka tentukan : a. energi potensial muatan q itu jika berada di titik C, b. energi potensial muatan q itu jika di titik D, c. usaha untuk memindahkan muatan q dari C ke D Penyelesaian Q A = 8 μC = 8.10 -6 C Q B = -6 μC = -6.10 -6 C q = 2 μC = 2.10 -6 C a. Di titik C : R AC = R BC = 4.10 -2 m E PC = E PA + E PB 4 cm 4 cm 2 cm 2 cm -6 μC 8 μC A B C D Gambar 4.11 = k + k = k Fisika SMA Kelas XII 60 Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut. 4 cm 3 cm +6 μC +3 μC +2 μC B A D C - 5 μC Gambar 4.12 Penting Kalian telah belajar beberapa besaran, F C dan E yang meru- pakan besaran vektor dan Ep dan V yang merupakan besa- ran sekalar. Perbedaan penyelesaian ten- tang vektor dan sekalar dapat kalian perhatikan pada tiap contoh soalnya. = = 0,9 joule b. Di titik D : R AD = R BD = 2.10 -2 m E PD = E PA + E PB = k + k = k = = 1,8 joule c. Usaha yang dilakukan : W = ΔEp = E PD − E PC = 1,8 − 0,9 = 0,9 joule Empat muatan benda di titik-titik sudut persegi panjang seperti Gambar 4.12. Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan A ke titik jauh tak hingga. 2. Potensial Listrik Kalian mungkin sudah sering mendengar tentang beda potensial, terutama pada bab listrik dinamis. Beda potensial ini disebut juga tegangan. Apa sebenarnya po- tensial listrik itu? Potensial listrik didefinisikan sebagai besarnya energi potensial yang dimiliki muatan 1 Cou- lomb. Dari definisi ini, potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut. V = V = k ............................................... 4.5 dengan : V = potensial listrik volt Q = muatan listrik C R = jarak titik dari muatan m B V = Listrik Statis 61 Potensial listrik juga termasuk besaran skalar seperti energi potensial listrik, berarti tidak memiliki arah dan jenis muatannya akan mempengaruhi besarnya. CONTOH 4.6 Dua muatan titik Q A = -4 μC dan Q B = +8 μC berjarak 16 cm. Tentukan potensial listrik di suatu titik yang berada di tengah-tengah kedua muatan itu Penyelesaian Q A = -4 μC Q B = +8 μC R A = R B = 8 cm = 8.10 -2 m Titik C berada di tengah-tengah seperti diperlihat- kan pada Gambar 4.13. karena besaran skalar maka potensial di titik C tersebut memenuhi : V C = V A + V B = k + k = = = 4,5.10 5 volt Perhatikan muatan-muatan pada titik sudut segitiga sama kaki pada Gambar 4.14. Tentukan potensial listrik di titik C Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut. 1. Pada sumbu X terdapat muatan −2 μC di x = 10 cm, muatan +5 μC di x = 15 cm dan muatan +4 μC di titik x = 30 cm. Tentukan : a. potensial listrik pada titik x = -10 cm, b. energi potensial yang dimiliki muatan q = -3 μC yang diletakkan di titik dengan x = -10 cm tersebut Gambar 4.13 Gambar 4.14 4 cm 3 cm 10 μC B A C -8 μC 4 cm 2. Pada keempat sudut bujur sangkar sisi 25 cm diletakkan muatan listrik. Tentukan : a. potensial listrik di titik pusat bujur sangkar jika dua muatan yang bertetangga masing-masing +3 μC dan -3 μC b. energi potensial yang dimiliki oleh salah satu muatan - 3 μC Q A Q B R A = 8 cm R B = 8 cm C LATIHAN 4.2 Fisika SMA Kelas XII 62 1. Hubungan Fluks Listrik dan Kuat Medan Lis- trik Medan listrik sebagai besaran vektor digambarkan dengan garis-garis yang memiliki arah atau anak panah. Contohnya medan listrik di sekitar muatan titik positif seperti pada Gambar 4.15. Jumlah garis-garis medan listrik yang menembus secara tegak lurus pada suatu bidang dinamakan dengan fluks listrik dan disimbolkan φ. Bagaimana dengan medan listriknya? Besar medan listrik disebut dengan kuat medan listrik dapat didefinisikan juga sebagai kerapatan garis-garis medan listrik. Dari dua pengertian di atas dapat dirumuskan hubungan sebagai berikut. φ = E . A atau .............................. 4.6 φ = E . A cos θ dengan : φ = fluks listrik weber E = kuat medan listrik NC A = luas bidang yang terbatas garis-garis gaya m 2 θ = sudut antara E dengan normal bidang Dengan menggunakan definisi dua besaran di atas, Gauss merumuskan hubungan antar besaran sebagai berikut. “Jumlah garis medan fluks listrik yang menembus suatu permukaannya sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tersebut” . Pernyataan di atas itulah yang dikenal sebagai hukum Gauss dan dapat dirumuskan sebagai berikut Faktor pembanding yang sesuai adalah . Sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut. φ ~ q Perhatikan penerapan hukum Gauss tersebut pada bola konduktor dan keping sejajar seperti penjelasan berikut. 2. Bola Konduktor Bermuatan Bola konduktor berjari-jari R diberi muatan Q maka muatan itu akan tersebar pada permukaan bola seperti pada Gambar 4.17. Bagaimana besaran-besaran