Rangkuman, 20 Contoh Soal Listrik Statis Jawaban & Pembahasannya

Lanjut..setelah belajar bab pertama di pelajaran fisika yaitu bab listrik dinamis. Kita sekarang belajar mengenai listrik statis. Kita kasih ringkasan materi dan 20 contoh soal mengenai listrik statis. Semoga setelah baca-baca di web ini kamu tambah paham mengenai bab listrik statis. Lanjut ke daftar isi yah..

Rangkuman Materi Listrik Statis Kelas 12

HUKUM COULOMB

Menurut Coulomb, dua muatan yang didekatkan akan bekerja gaya tarik atau gaya tolak. Gaya tarik terjadi jika muatan berlainan jenis sedangkan gaya tolakan terjadi pada muatan yang sejenis
HUKUM COULOMB
Gaya tersebut disebut gaya coulomb yang besarnya sebanding dengan perkalian kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dapat dituliskan sebagai berikut.
Rumus gaya coloumb
Keterangan:
F = Gaya Coloumb (N)
k = Konstanta = 9 x 109 Nm2 / C2
q1 = Besar muatan 1 (C)
q2 = Besar muatan 2 (C)
r = Jarak antar muatan (m)

Kuat Medan Listrik

Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang masih merasakan pengaruh gaya Coulomb.
kuat medan listrik
Dari gambar tersebut arah garis garis medan listrik jika muatan positif (+) keluar menuju muatan negatif (-) masuk.
Besarnya medan listrik disebut kuat medan listrik yang dirumuskan sebagai berikut:
rumus kuat medan listrik
atau
rumus kuat medan listrik
Keterangan:
E = Kuat Medan listrik (N/C)
k = konstanta = 9 x 109 Nm2/C2
q = Muatan listrik (C)
r = jarak dari titik ke muatan sumber medan listrik (m)

Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik secara matematis dapat di rumuskan sebagai berikut:
Energi Potensial Listrik
Keterangan:
Ep = energi potensial listrik (joule)
k = konstanta = 9 x 109 N m2 / C2
q1, q2 = besar muatan listrik (C)
r = jarak antara muatan (m)

Usaha

Merupakan perubahan energi potensial
rumus usaha
Keterangan:
W = Usaha (joule)
k = konstanta = 9 x 109 N m2 / C2
q1, q2 = besar muatan listrik (C)
r1 = jarak awal (m)
r2 = jarak akhir (m)

Kekekalan energi

Berlaku dalam medan listrik
kekekalan energi
Di mana:
rumus kuat medan antar pelat
Keterangan:
E = kuat medan antar pelat (N/C)
d = jarak antar pelat (m)

Potensial Listrik

Energi potensial merupakan besarnya energi potensial yang dimiliki muatan 1 Coulomb. Dari definisi ini, potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut.
Rumus potensial listrik
atau
Rumus potensial listrik
Keterangan:
V = Potensial listrik (Volt)
k = Konstanta = 9 x 109 N m2 / C2
q = besar muatan sumber (C)
r = jarak titik dari muatan (m)

Hukum Gauss

Hukum gauss menyatakan bahwa jumlah garis medan listrik yang menembus suatu permukaan sebanding dengan jumlah muatan listrik yang ada di dalam permukaan tersebut. Hukum ini menghubungkan medal listrik pada permukaan tertutup dengan muatan total di dalam permukaan tersebut. Dirumuskan sebagai berikut:
Rumus Hukum Gauss
Keterangan
f = fluks listrik (weber)
q = muatan total di dalam permukaan (C)
eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2)
E = medan listrik (N/C)
A = Luas permukaan yang dilingkupi muatan (m2)
q = sudut antara medan listrik dan normal bidang

Penerapan Hukum Gauss

Bola Konduktor Bermuatan

Bola konduktor berongga
Penerapan Hukum Gauss
Kuat medan di dalam bola ( r < R)
E = 0
Potensial Listrik di dalam bola (r < R)
Potensial Listrik di dalam bola
Kuat Medan di luar bola ( r > R)
Kuat Medan di luar bola
Potensial listrik di dalam bola (r > R)
Potensial listrik di dalam bola
Keterangan
r = Jarak titik ke muatan sumber
R = jari jari bola konduktor

Keping Sejajar Bermuatan

Keping Sejajar Bermuatan
Kuat Medan
Kuat Medan Keping Sejajar Bermuatan
Keterangan :
E = Kuat medan listrik di antara keping sejajar (N/C)
q = muatan total di dalam permukaan (C)
eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2)
A = Luas keping (m2)
σ = rapat muatan keping (C/m2)

Kapasitor

Kapasitor berfungsi sebagai komponen elektronik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan disebut dengan kapasitas kapasitor. Besarnya kapsitas dari suatu kapasitor di rumuskan sebagai berikut:
rumus kapasitor
Keterangan :
C = kapasitas kapasitor (Farad)
q = muatan yang tersimpan (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)
Kapasitor pada umumnya terdiri dari dua keping sejajar yang diletakkan berdekatan tetapi tidak saling bersentuhan.
Rumusan kapasitas kapsitor jika tanpa bahan penyekat :
rumus kapasitas kapasitor
Jika ada bahan penyekat/dielektrik:
rumus kapasitas kapasitor jika ada bahan penyekat
Keterangan:
Co = kapasitas kapasitor tanpa bahan elektrik (F)
A = luasan penampang plat ()
d = jarak antarplat sejajar (m)
C = Kapasitas kapasitor dengan bahan elektrik (F)
k = konstanta dielektrik bahan

Rangkaian Kapasitor

RANGKAIAN SERI
Rangkaian seri
Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut:
Kapasitas pengganti
kapasitas pengganti rangkaian seri
Muatan kapasitor sama
Q1 = Q2 = Q3 = Qtotal
Beda potensial antar kapasitor
beda potensial antar kapasitor
RANGKAIAN PARALEL
rangkaian paralel
Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut:
Kapasitas pengganti :
Co = C1 + C2 + C3
Beda potensial tiap kapasitor sama
V1 = V2 = V3
Muatan antar kapasitor
Q1 : Q2 : Q3 = C1 : C2 : C3
Energi yang tersimpan pada kapasitor
Rumus energi yang tersimpan pada kapasitor
Keterangan:
W = energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule)
Q = muatan kapasitor (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)
C = Kapasitas Kapasitor (Farad)

Contoh Soal Listrik Statis Jawaban & Pembahasannya Kelas 12

Soal No.1 (UN 2013)
Muatan listrik +q1 = 10 C; +q2 = 20 C dan q3 terpisah seperti pada gambar di udara
Agar gaya Coulomb yangbekerja dimuatan q2 = nol, maka muatan q3 adalah…
  1. +2,5 C
  2. -2,5 C
  3. +25 C
  4. -25 C
  5. +4 C

PEMBAHASAN :

Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 = nol maka muatan q3 harus bermuatan positif
F32 = F12
(k dan q2 dicoret kedua sisi)
q3 = ¼ q1 = ¼ x 10 C
q3 = +2,5 C
Jawaban : C

Soal No.2 (UN 2013)
Dalam satu ruang terdapat dua buah benda bermuatan listrik yang sama besar seperti ditunjukkan pada gambar…

PEMBAHASAN :
Arah medan listrik akan keluar dari muatan positif dan akan masuk menuju muatan negatif.
Jawaban : D

Soal No.3 (UN 2004)
Pada gambar di atas, dua buah muatan +Q dan -2Q terletak di udara dan terpisah pada jarak x. Letak titik yang mungkin kuat medan listriknya sama dengan nol adalah di titik…
  1. B
  2. C
  3. D
  4. E
  5. Tidak ada

PEMBAHASAN :
Suatu titik di sebelah kanan C memiliki muatan -2Q dan di sebelah kiri C memiliki muatan +Q, maka tidak mungkin titik C medan listriknya = 0 karena nilai muatannya tidak sama besar. Kemungkinan titik yang medan listriknya nol adalah B karena harus ada muatan lain yang diletakan di muatan yang lebih kecil yaitu +Q. Karena berbeda muatan maka letaknya tidak berada diantara kedua muatan tersebut.
Jawaban : A

Soal No.4 (UN 2014)
Sebuah bola konduktor berongga bermuatan Q berjari-jari R berada di udara. Nilai potensial listrik di dalam bola adalah…
  1. lebih kecil dari potensial di permukaan
  2. lebih kecil dari potensial di luar bola
  3. sama dengan di permukaan bola
  4. sama dengan nol
  5. sama dengan di luar bola

PEMBAHASAN :
Nilai potensial listrik di dalam bola akan sama dengan di permukaan bola
Jawaban : C

Soal No.5 (UN 2014)
Sebuah bola konduktor berongga bermuatan Q berjari-jari R berada di udara. Nilai potensial listrik di dalam bola adalah…
  1. Energi listrik bola tidak berubah
  2. Timbul arus listrik di permukaan bola
  3. Muatan listrik tersebar merata di seluruh bagian bola
  4. Potensial listrik di dalam bola harus sama dengan nol
  5. Medan listrik di dalam bola harus sama dengan bola

PEMBAHASAN :
Jika sebuah bola pejal diberi muatan maka muatan pada bola pejal tersebut akan merata ke seluruh bagian bola tersebut
Jawaban : C

Soal No.6 (SNMPTN 2011)
Sebuah elektroskop diberi muatan Q1. Kemudian diberi muatan Q2 sehingga kedua kaki elektroskop agak menguncup. Ini berarti…
  1. Q2 dan Q1 sejenis, besar Q2 kurang dari besar Q1
  2. Q2 dan Q1 berlawanan jenis, besar Q2 kurang dari besar Q1
  3. Q2 dan Q1 sejenis, besar Q2 lebih dari besar Q1
  4. Q2 dan Q1 berlawanan jenis, besar Q2 lebih besar dari Q1
  5. Q2 dan Q1 berlawanan jenis, besar Q2 sama dengan besar Q1

PEMBAHASAN :
Jika elektroskop agak menguncup menandakan terjadi gaya tarik menarik sehingga muatan Q1 dan Q2 berlawanan jenis karena saling tarik menarik. Besar Q1 dan Q2 sama karena penambahan Q1 tidak mengalami perubahan pada elektroskop, tetapi saat Q2 ditambahkan elektroskop agak menguncup.
Jawaban : E

Soal No.7 (SNMPTN 2009)
Kapasitor C1 = 1 μF, C2 = 2 μF, dan C3 = 3μF dihubungkan paralel dan diberi tegangan V volt. Pernyataan berikut yang benar adalah…
  1. Pada masing-masing kapasitor akan bekerja tegangan yang sama.
  2. Kapasitor C3 menyimpan energi listrik paling banyak
  3. Kapasitor C1 mempunyai muatan paling kecil
  4. Ketiga kapasitor mempunyai harga kapasitansi ekivalen 6 μF

PEMBAHASAN :

  1. Karena dihubungkan secara paralel maka beda potensial ketiga kapasitor akan sama yaitu V volt. (Benar)
  2. Hubungan energi listrik dengan kapasitas yaitu:
    W = ½ CV2
    W (energi listrik) berbanding lurus dengan C (kapasitas). Energi listrik yang paling banyak disimpan yang kapasitas kapasitornya yang paling besar yaitu C3 (Benar)
  3. Hubungan muatan dengan kapasitas yaitu:
    Q = CV
    Q (muatan) berbanding lurus dengan C (kapasitas). Muatan terkecil yaitu yang kapasitas kapasitornya yang paling kecil yaitu C1 (Benar)
  4. Karena disambung paralel, maka kapasitas penggantinya:
    Cp = C1 + C2 + C3 = 1 + 2 + 3 = 6μF (Benar)

Karena 1,2,3 dan 4 benar maka jawabannya adalah E

Jawaban : E

Soal No.8 (SNMPTN 2007)
Dua bola konduktor A dan B terpisah pada jarak yang cukup jauh . Pada awalnya bola A dimuati sebesar -3 x 10-6 C sedangkan bola B sebesar 3 x 10-6 C. Pada keadaan tersebut, ada gaya sebesar 18 N antara kedua bola konduktor. Keduanya kemudian ditarik dan dihubungkan oleh kawat penghantar sedemikian rupa sehingga jarak antara keduanya menjadi setengah jarak semula. Besar gaya antara kedua bola konduktor apabila kawat kemudian dilepas adalah…
  1. 0 N
  2. 3 N
  3. 6 N
  4. 12 N
  5. 18 N

PEMBAHASAN :
Jika dua bola konduktor bermuatan dihubungkan oleh kawat penghantar maka berlaku:
Q = QA + QB
Q = -3 x 10-6 C + 3 x 10-6 C = 0 (netral)
Apabila kawat dilepas maka nilai besar gaya antara kedua bola konduktor = 0 N
Jawaban : A

Soal No.9 (UMB UI 2008)
Dua buah bola identik yang masing-masing bermuatan q dan bermassa gram digantung dengan tali ringan yang panjangnya sama ditempat yang sama. Karena sejenis maka keduanya akan tolak menolak sehingga terpisah pada jarak 1 m membentuk segitiga sama sisi. Besar muatan masing-masing (dalam mikro coulomb) adalah …
  1. 0,33
  2. 0,66
  3. 3,3
  4. 6,6
  5. 33,6

PEMBAHASAN :
Jika digambarkan sebagai berikut:

Diketahui:
muatan masing-masing = q
jarak antar bola (r) = 1 m
massa masing-masing bola = gram
Karena membentuk segitiga sama sisi maka sudut masing sisi = 60o, sehingga nilai θ = ½ x 60o = 30o
Menentukan muatan masing-masing melalui tan θ





Jawaban : A

Soal No.10 (UMPTN 2002)
Partikel A dan B masing-masing bermuatan +8μC dan +18μC. Jika titik C yang terletak di antara partikel A dan B memiliki medan listrik = 0, sedangkan jarak C dan partikel A = 2 cm maka jarak A dengan B adalah…cm
  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 7
  5. 9

PEMBAHASAN :
Jika digambarkan sebagai berikut:

Diketahui medan listrik C = 0, maka
EA = EB
(k dicoret)

x2 = 9
x = 3 cm
Maka jarak AB = 2 cm + 3 cm = 5 cm
Jawaban : C

Soal No.11
Jika dua buah muatan dengan jarak 15 cm memiliki gaya interaksi 30 N, kemudian jaraknya diperlebar menjadi 25 cm. Maka besar gaya interaksi yang terjadi adalah …
  1. 10,8 N
  2. 8,4 N
  3. 12,1 N
  4. 7,9 N
  5. 10,0 N

PEMBAHASAN :
Diketahui:
r1 = 15 cm
F1 = 30 N
r2 = 25 cm
Maka besar gaya interaksi dapat dihitung sebagai berikut:
Rumus gaya elektrostatis: listrik statis 1 (F berbanding terbalik dengan r² )
listrik statis 2
listrik statis 3
listrik statis 4
F2 = 10, 8 N
Jawaban : A

Soal No.12
Terdapat dua buah muatan listrik 15 μC dan 5 μC berada dalam minyak berjarak 8 cm satu sama. Jika tetapan dielektrikum minyak 2,5 maka gaya tolak menolak antara kedua muatan adalah …
  1. 6 N
  2. 18 N
  3. 28 N
  4. 36 N
  5. 42 N

PEMBAHASAN :
Diketahui:
q1 = 15 x 10-6 C
q2 = 5 x 10-6 C
r = 8 x 10-2 m
εr = 2,5
Maka gaya tolak menolak antara kedua muatan dapat dihitung sebagai berikut:
listrik statis 5
listrik statis 6
listrik statis 7
F = 42 N
Jawaban : E

Soal N0. 13
Perhatikan gambar berikut ini!
gambar
Besarnya gaya pada -10μC adalah …
  1. 5 N
  2. 10 N
  3. 20 N
  4. 25 N
  5. 30 N

PEMBAHASAN :
Diketahui:
gambar
Maka besar gaya pada -10μC dapat dihitung sebagai berikut:
listrik statis 6
F = F2 = F1
listrik statis 8
F = 20 N
Jawaban : C

Soal No.14
Jika dua buah muatan listrik masing-masing q1 = 16 μC dan q2 = 36 μC berada di udara pada jarak 30 cm. Maka letak sebuah muatan sehingga resultan yang bekerja padanya nol adalah …
  1. 6 cm
  2. 8 cm
  3. 10 cm
  4. 22 cm
  5. 24 cm

PEMBAHASAN :
Diketahui:
q1 = 16 μC
q2 = 36 μC
gambar
Maka letak sebuah muatan sehingga resultan yang bekerja padanya nol (gaya elektrostatis muatan 3 = 0) dapat dihitung sebagai berikut:
Rumus gaya elektrostatis: listrik statis 1
F31 = F32
listrik statis 9
listrik statis 10
6x = 4(15 – x) ⇒ x = 6 cm

Maka letak muatan 3 terhadap muatan 1 adalah 6 cm di kiri muatan 1.
Jawaban : A

Soal No.15
Jika dua buah muatan masing-masing 0,6 μC dan 0,5 μC dengan jarak satu sama lain 3 cm. Maka besar gaya Coulomb yang dialami kedua muatan adalah … (k = 9 x 109 Nm²C-2).
  1. 1 N
  2. 2 N
  3. 3 N
  4. 4 N
  5. 5 N

PEMBAHASAN :
Diketahui:
q1 = 0,6 μC
q2 = 0,5 μC
k = 9 x 109 Nm²C-2
r = 3 cm
Maka besar gaya Coulomb yang dialami kedua muatan dapat dihitung sebagai berikut:
Rumus gaya elektrostatis: listrik statis 1
listrik statis 11
F = 3 N

Jawaban : C

Soal No.16
Terdapat dua buah muatan Q1 dan Q2 berada di udara pada jarak R. Kemudian  kedua muatan diletakkan di sebuah medium (εr = 81) dengan jarak 1/9 R. Maka perbandingan antar gaya Coulomb yang timbul pada kedua muatan di udara dan medium tersebut adalah …
  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 2 : 3
  4. 3 : 2
  5. 3 : 4

PEMBAHASAN :
Diketahui:
εr1 = 1
r1 = R
εr2 = 81
rr2 = 1/9 R
Maka perbandingan antar gaya Coulomb yang timbul pada kedua muatan dapat dihitung sebagai berikut:
listrik statis 5
listrik statis 12
listrik statis 13
F1 : F2 = 1 : 1

Jawaban : A

Soal No.17
Perhatikan gambar berikut ini!
gambar
Jika muatan listrik +q1 = 15μC dan +q2 = 25μC, sedangkan +q3 terpisah seperti terlihat pada gambar di atas. Maka gaya coulomb agar muatan q2 = 0 dan besar muatan q3 adalah …
  1. -1,0 μC
  2. 4,2 μC
  3. -2,5 μC
  4. 5,4 μC
  5. 3,6 μC

PEMBAHASAN :
Diketahui:
q1 = 15 μC
q2 = 25 μC
Medan listrik pada titik antara dua muatan = 0 jika kedua muatan sejenis (q3 = positif)
Maka besar q3 dapat dihitung sebagai berikut:
listrik statis 14
listrik statis 15
q3 = 5,4 μC
Jawaban : D

Soal No.18
Muatan q1 dan q2 semula berjarak a kemudian menjadi ½ a. Mula-mula kedua muatan tersebut tolak menolak dengan gaya sebesar F. Maka besar gaya tolak menolaknya menjadi … kali semula.
  1. 4
  2. ¼
  3. ½
  4. 8
  5. 16

PEMBAHASAN :
Diketahui:
r1 = a
F1 = 36 μC
r12 = ½ a
Maka besar gaya tolak menolaknya (F2) dapat dihitung sebagai berikut:
Rumus gaya elektrostatis: listrik statis 1
F berbanding terbalik dengan r² sehingga menjadi:
listrik statis 16
listrik statis 17
F2 = 4F

Jawaban : A

Soal No.19
Jika dua benda bermuatan listrik +q1 dan +q2 berjarak 8 cm satu sama lain, dengan kuat medan listrik di suatu titik yang berjarak 2 cm  dari q1 sama dengan nol. Maka perbandingan antara q1 dan q2 adalah …
  1. 1 : 4
  2. 1 : 9
  3. 2 : 1
  4. 2 : 3
  5. 3 : 4

PEMBAHASAN :
Diketahui:
r1 = 2 cm
r2 = 6 cm
gambar
Maka perbandingan antara q1 dan q2 dapat dihitung sebagai berikut:
E1 = E2
listrik statis 18
listrik statis 19
listrik statis 20
Jawaban : B

Soal No.20
Jika terdapat dua muatan titik +10 μC dan -10 μC yang diletakkan pada jarak 20 cm di udara. Maka besar gaya yang dialami oleh muatan +1 μC yang terletak di tengah-tengah jarak antara kedua muatan tersebut adalah … (k = 9 x 109 Nm²C-2).
  1. 1 N
  2. 4,5 N
  3. 9 N
  4. 18 N
  5. 0,9 N

PEMBAHASAN :
Diketahui:
gambar
q1 = +10 μC = +10-5 C
q2 = -10 μC = -10-5 C
q3 = +1 μC = +10-6 C
r1 = r2 = 10 cm = 10-1 m
k = 9 x 109 Nm²C-2
Maka besar gaya yang dialami oleh muatan +1 μC dapat dihitung sebagai berikut:
listrik statis 1
listrik statis 3
F31 = 9 N
listrik statis 2
listrik statis 4
F32 = 9 N

F31 + F32 = 9 + 9 = 18 N
Jawaban : D

2 comments

  1. dwi wibowo
    26/08/2019 at 11:27 am

    izin share,rangkuman soal

    Reply
  2. Shely
    04/03/2020 at 6:30 am

    terimakasih banyak kak.. Sukses selalu..

    Reply

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

You cannot copy content of this page