SOAL DAN PEMBAHASAN LISTRIK STATIS

LISTRIK STATIS

Gaya Coulomb

Gaya coulomb adalah gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua atu lebih partikel bermuatan. Sesuai dengan hokum coloumb, besar gaya tarik menarik atau tolak menolak antara 2 partikel bermuatan sebanding  dengan besar masing-masing muatan dan berbanding terbalik dngan kuadrat jarak antarmuatan, secara matematis

Dengan

F = gaya coloumb(N),

q₁= muatan partikel pertama,

q₂= muatan partikel kedua,

r = jarak antara kedua muatan,

ε_o=permitivitas listrik vakum=8,85. 10^-12 C²/Nm². 

Medan Listrik

Medan listrik adalah ruang disekitar benda bermuatan listrik di mana benda bermuatan listrik lainnya yang diletakkan dalam ruang ini akan mendapatkan gaya listrik.

Medan listrik oleh muatan titik

Kuat medan listrik adalah besaran yang menyatakan gaya coloumb persatuan muatan. Secara matematis

Medan listrik oleh bola konduktor bermuatan

Grafik hubungan antara kuat medan listrik (E) dan jarak titik ke pusat bola (r) dapat digambarkan sebagai berikut :

Medan listrik diantara dua keeping sejajar muatan

Dua keping sejajar diberikan muatan listrik sama besar tetapi berlainan jenis. Kuata medan listrik di antara kedua keping tersebut adalah

Dimana

E = kuat medan listrik (N/C)

δ = rapat muatan (C/m²)

A = luas keping

Potensial listrik

Potensial listrik oleh muatan titik

Potensial listrik pada suatu titik yang berjarak r dari muatan q dinyatakan dengan persamaan :

Karena potensial listrik merupakan besaran skalar, maka untuk muatan negatif  dan positif berpengaruh terhadap nilai dan disertakan dalam perhitungan.

Potensial listrik oleh bola konduktor bermuatan

Garfik hubungan antara potensial listrik (V) dan jarak titik kepusat bola (r) dapat digambarkan sebagai berikut

Energi potensial listrik

Sebuah muatan q yang berada pada suatu titik berpotensil V memiliki energy potensial sebesar

Apabila sebuah muatan q dipindahkan antara 2 potensial maka besar usaha yang diperlukan dirumuskan

Hukum kekekalan energi

Gerakan partikel bermuatan dalam medan listrik memiliki energi mekanik yang konstan yang dirumuskan sebagai berikut :

Kapasitas kapasitor keping sejajar

Kapasitas kapasitor adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan mautan llistrik atau energi listrik. Kapasitas kapasitor dinyatakan dengan persamaan

Untuk menentukan besar muatan dan energy yang tersimpan yang tersimpan dirumuskan

Rangkaian seri dan parallel kapasitor

Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan, pada rangkaian bias disusun secara seri dan parallel sesuai dengan kebutuhan. Karakteristik seri dan parallel sebagai berikut:

1. Rangkaian seri (rangkaian pembagi tegangan dengan muatan yang sama)

2.    Rangkaian parallel (rangkaian pembagi tmuatan dengan tegangan yang sama)

kumpulan soal dan pembahasan

soal UN 2014 kode A/C/E/M

Tiga muatan listrik A, B, dan C terletak pada posisi seperti pada gambar dibawah. Resultan gaya listrik yang terjadi pada muatan A adalah…….

(k = 9 x10⁹ N.m²­.C^-2)

Soal UN 2014 kode N/Q

perhatikan gambar dua muatan listrik berikut!

perhatikan arah E yang dialami titik P berlawanan jadi resultannya adalah hasil selisih antar 2 muatan jadi akan nol jika besarnya sama

cara praktis

jika kita perhatikan hubungan anatara muatan dan jarak pada rumus medan sebagai berikut:

Didapatkan hubungan r kuadarat berbanding lurus dengan q atau  akar q ber banding lurus dengan r (untuk menentukan q maka r perlu dikuadarat, untuk menentukan r maka q harus diakar). Maka;

Soal UN 2014 kode T/G/J/U

Muatan Q₁, Q₂ (keduanya positif) terpisah pada jarak 2a seperti pada gambar berikut :

Jika kuat medan listrik total yang ditimbulkan oleh Q₁ dan Q₂ dititik A sebesar kQ/a² dan arahnya ke kanan, maka besar Q₂ adalah

(    (A)  4 Q                              (C) 2 Q                                               (E) 1/2 Q

     (B)  3 Q                              (D) Q

Soal UN 2013 kode F/I/R

Medan listrik

Dua buah muatan masing-masing bermuatan Q₁ = -40 μC dan Q₂=+5μC terletak pada posisi seperti pada gambar (k = 9 x 10⁹ N.m².C^-2 dan 1μC=10^-6), kuat medan listrik dititik P adalah

(A) 2,25 x 10⁶ N.C^-1                     (D) 6,75 x 10⁶ N.C^-1

(B) 2,45 x 10⁶ N.C^-1­                     (E) 9,00 x 10⁶ N.C^-1

(C) 5,25 x 10⁶ N.C^-1

Soal UN 2014

Gaya coloumb

Sebuah debu bermassa 1 milligram dapat mengapung diudara karena adanya medan listrik yang menahan debu tersebut. Bila muatan debu tersebut 0,5 μC dan percepatan gravitasi 10 m/s² tentukan besarnya kuat medan listrik yang dapat menahan debu tersebut :

      (A) 5 N/C                          (C) 20 N/C                             (E) 40 N/C

      (B) 10 N/C                        (D) 25 N/C

     

Karena soal menginginkan kondisi diam dinyatakan dengan pernyataan “menahan” maka berlaku :

Soal UN 2014 kode A/N/R

Potensial pada bola konduktor

Bola konduktor berongga dimuati listrik 100μC seperti pada gambar berikut :

Manakah pernyataan berikut yang benar

     (A) Potensial dititik P sama dengan potensial dititik R

     (B) Potensial dititik Q lebih besar dari potensial dititik R 

     (C) Potensial dititik P lebih besar dari potensial dititik Q

     (D) Potensial listrik terbesar di titik T

     (E) Potensial dititik S sama dengan potensial dititik T

Jawaban A. kawan2 bisa menyimak dari pembahasan teori diatas

SOAL UN 2014 kode A/R

Kapasitor keping sejajar

Lima kapasitor dirangkai sebagai berikut:

Besar muatan pada kapasitor C₄ adalah

     (A) 3 coloumb                             (D) 72 coloumb

     (B) 9 coloumb                             (E) 96 coloumb

     (C) 12 coloumb

Untuk menyelesaikan permasalahan soal diatas kawan-kawan perlu menyederhakanrangkaiaanya dan tentukan karakteristik nilai yang sama

Setelah disederhanakan kawan-kawan bisa menentukan besaran yang dicari disoal (q₄) dengan mencari komponen-komponen besaran yang sama seperti yang jabarkan berikut:

Untuk menentukan nilai q₄ maka yang kita butuhkan V₄ dimana :

Karena C₃ dan C₄ dirangkai secara parallel dan yang mungkin kita cari V_p sebab hanya nilai q_p yang bisa ditentukan

Karena q_s=q_p maka

Karena V₄=V_p, maka

Pada sebuah segita seperti gambar disamping , di A disimpan muatan 10^-10C dan di B disimpan muatan -10^-10 C. jika k = 9 x 10⁹ Nm²/C², maka usaha untuk memindahkan muatan -10^-10 dari C ke D 

(A) Nol                  (C) 18 x 10^-10 J          (E) 48 x 10^-10 

      (B) 12 x 10^-10 J    (D) 24 x 10^-10 J

  

    Untuk menyelesaikan soal diatas kita menggunakan persamaan

Berdasarkan persamaan diatas kita tentukan nilai V_D dan V_C dengan persamaan

     Usaha untuk memindahkan muatan q = -10^-10 dari C ke D adalah

baca juga :

defraksi celah tunggal
cincin newton

interferensi celah ganda

defraksi kisi

Read More

SOAL DAN PEMBAHASAN CINCIN NEWTON

Cincin Newton

Pola interferensi yang disebabkan oleh pemantulan cahaya di antara dua permukaan, yaitu permukaan lengkung (lensa cembung) dan permukaan datar yang berdekatan. Ketika diamati menggunakan sinar monokromatis akan terlihat rangkaian pola konsentris (sepusat) berselang-seling antara pola terang dan pola gelap membentuk suatu lingkaran berbentuk cicincin yang disebut cincin newton. perhatikan gejala berikut :

bagan jalannya sinar digambarkan sebagai berikut :

dari gambar bisa kita lihat pola Cincin di bagian luar lebih rapat dibandingkan di bagian dalam. Dengan R adalah jari-jari kelengkungan lensa, dan panjang gelombang cahaya dalam kaca adalah λ, radius cincin terang ke-n, yaitu rn dapat dihitung dengan rumus
                                                            
akan tetapi banyak khasus percobaan pada cincin newton dilakukan diudara sehingga nilai n_m =1, sehingga persamaannya bisa dituliskan :

dengan m = 1, 2, 3, … adalah nomor urut cincin terang.

Sedangkan radius cincin gelap ke-n, yaitu  rn dapat dihitung dengan rumus
                                                                     
akan tetapi banyak khasus percobaan pada cincin newton dilakukan diudara sehingga nilai n_m =1, sehingga persamaannya bisa dituliskan :

dengan m = 1, 2, 3, … adalah nomor urut cincin gelap.

Perlu diingat bahwa panjang gelombang λ pada persamaan di atas adalah panjang gelombang cahaya dalam kaca (lensa) yang dapat dinyatakan dengan: λ = λ0/n, di mana λ0 adalah panjang gelombang cahaya di udara dan n adalah indeks bias kaca (lensa).
Soal dan Pembahasan

soal

Pada cincin Newton, jari-jari cincin gelap pertama 1 mm. 1 mm. Jari-jari lensa plan konveks 4 m. Maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah. . . .

A. 500 Å      B. 4500 Å        C. 5000  Å         D. 55000 Å         E. 2500 Å

Pembahasan
Diketahui :

r = 1 mm = 0,001 m

n= indeks bias udara = 1

R = 4 m

gelap ke 1 = m = 1

Ditanyakan :   λ=  ……

(pada soal tidak ada keterangan panjang gelombang yang ditanyakan adalah panjang gelombang pada pada medium kaca atau diudara jadi kita anggap panjang gelombang pada kaca)

Jawab :         

n r² =  m λR

1.(0,001)²= 1 λ 4

λ=2500 Å

Soal

Pada percobaan cincin Newton yang menggunakan kaca datar dan lensa plankonveks yang mempunyai jari-jari kelengkungan 25 cm. jika cahaya yang dijatuhkan panjang gelombangnya 5000 Å. tentukan jari-jari cincin gelap dan cincin terang pada orde pertama (1 amstrong = 10^-10 m) ?

Pembahasan

Diketahui :
R = 25 cm = 0,25 meter
λ = 5000 A = 5 x 10^-7 meter
Karena harga indeks bias kaca yang dipakai tidak diketahui, maka nilai λ di atas adalah panjang gelombang cahaya yang merambat pada kaca ( bukan di udara ).

[a] Jari-jari cincin gelap pertama

[b] Jari-jari cincin terang pertama

Read More