Lanjut..setelah belajar bab pertama di pelajaran fisika yaitu bab listrik dinamis. Kita sekarang belajar mengenai listrik statis. Kita kasih ringkasan materi dan 40 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

Gaya tersebut disebut gaya coulomb yang besarnya sebanding dengan perkalian kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dapat dituliskan sebagai berikut.

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.

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:

atau

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:

Keterangan:
E_p = 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

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

Di mana:

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.

atau

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:

Keterangan
f = fluks listrik (weber)
q = muatan total di dalam permukaan (C)
e_o = 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

Kuat medan di dalam bola ( r < R)
E = 0
Potensial Listrik di dalam bola (r < R)

Kuat Medan di luar bola ( r > R)

Potensial listrik di dalam bola (r > R)

Keterangan
r = Jarak titik ke muatan sumber
R = jari jari bola konduktor

Keping Sejajar Bermuatan

Kuat Medan

Keterangan :
E = Kuat medan listrik di antara keping sejajar (N/C)
q = muatan total di dalam permukaan (C)
e_o = 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:

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 :

Jika ada bahan penyekat/dielektrik:

Keterangan:
C_o = 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

Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut:
Kapasitas pengganti

Muatan kapasitor sama
Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q_total
Beda potensial antar kapasitor

RANGKAIAN PARALEL

Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut:
Kapasitas pengganti :
C_o = 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

Keterangan:
W = energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule)
Q = muatan kapasitor (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)
C = Kapasitas Kapasitor (Farad)

35 Contoh Soal Listrik Statis Jawaban & Pembahasannya Kelas 12

Soal No.21 (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.22 (UN 2013)

Dalam satu ruang terdapat dua buah benda bermuatan listrik yang sama besar seperti ditunjukkan pada gambar…

1. 
2. 
3. 
4. 
5. 

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

Soal No.23 (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.24 (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.25 (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.26 (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.27 (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.28 (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 = Q_A + Q_B
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.29 (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 = 60^o, sehingga nilai θ = ½ x 60^o = 30^o
Menentukan muatan masing-masing melalui tan θ





Jawaban : A

Soal No.30 (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
E_A = E_B
(k dicoret)

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