Contoh Soal Energi Potensial Listrik
1. Elektron dipercepat dari keadaan diam melewati beda potensial 12 Volt. Berapa perubahan energi potensial elektron ?
Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 elektron (e) = -1,60 x 10-19 Coulomb
Beda potensial listrik = tegangan listrik (V) = 12 Volt
Ditanya : Perubahan energi potensial elektron (ΔEP)
Jawab :
ΔEP = q V = (-1,60 x 10-19 C)(12 V) = -19,2 x 10-19 Joule
Tanda negatif artinya energi potensial listrik berkurang. Ketika berada di dekat pelat bermuatan negatif, energi potensial listrik elektron bernilai maksimum. Setelah tiba di dekat pelat bermuatan positif, energi potensial listrik elektron bernilai minimum.
2. Dua pelat sejajar masing-masing bermuatan positif dan negatif. Medan listrik di antara kedua pelat adalah 500 Volt/meter. Jarak antara kedua pelat adalah 2 cm. Tentukan perubahan energi potensial proton ketika bergerak dari pelat bermuatan positif ke pelat bermuatan negatif!
Pembahasan
Diketahui :
Medan listrik di antara kedua pelat (E) = 500 Volt/meter
Jarak antara kedua pelat (s) = 2 cm = 0,02 meter
Muatan proton = +1,60 x 10-19 Coulomb
Ditanya : Perubahan energi potensial listrik (ΔEP)
Jawab :
Terlebih dahulu hitung beda potensial atau tegangan listrik :
V = E s
V = (500 Volt/meter)(0,02 meter)
V = 10 Volt
Perubahan energi potensial listrik :
ΔEP = q V
ΔEP = (1,60 x 10-19 C)(10 V)
ΔEP = 16 x 10-19 Joule
ΔEP = 1,6 x 10-18 Joule
Ketika berada di dekat pelat bermuatan positif, energi potensial listrik proton bernilai maksimum. Setelah tiba di dekat pelat bermuatan negatif, energi potensial listrik proton bernilai minimum. Jadi ketika bergerak dari pelat bermuatan positif ke pelat bermuatan negatif, energi potensial listrik proton berkurang.
3. Dua muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Muatan di A adalah +9 μC dan muatan di B adalah -4 μC. Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 Nm2C−2, 1 μC = 10−6 C. Berapa perubahan energi potensial listrik muatan B jika bergerak ke muatan A ?
Pembahasan
Diketahui :
Muatan A (q1) = +9 μC = +9 x 10−6 C
Muatan B (q1) = -4 μC = -4 x 10−6 C
Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 Nm2C−2
Jarak antara muatan A dan B (r) = 10 cm = 0,1 meter = 10-1 meter
Ditanya : Perubahan energi potensial listrik muatan B jika bergerak ke muatan A
Jawab :
Muatan B bergerak ke muatan A sehingga energi potensial listriknya berkurang 2,4 Joule.
Hal ini menyerupai benda bermassa yang bergerak ke bawah mendekati bumi sehingga ketinggian dan energi potensial gravitasinya berkurang.
4. Sebuah partikel bermuatan \( q = 5 \times 10^{-6} \) C ditempatkan dalam medan listrik dengan potensial \( V = 300 \) V. Berapa energi potensial listrik partikel tersebut?
Pembahasan:
Energi potensial listrik diberikan oleh:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 5 \times 10^{-6} \times 300 \]
\[ U = 1.5 \times 10^{-3} \] J
5. Sebuah elektron ditempatkan dalam medan listrik dengan potensial 500 V. Berapa energi potensial listrik elektron tersebut?
Pembahasan:
Muatan elektron \( q = -1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ U = q \times V \]
\[ U = -1.6 \times 10^{-19} \times 500 \]
\[ U = -8 \times 10^{-17} \] J
6. Sebuah proton bergerak dari potensial 100 V ke 200 V. Berapa perubahan energi potensialnya?
Pembahasan:
Muatan proton \( q = 1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-19} \times (200 – 100) \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-17} \] J
7. Dua buah benda bermuatan \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \) C dan \( q_2 = -3 \times 10^{-6} \) C ditempatkan dalam medan listrik dengan potensial \( V = 400 \) V. Berapa total energi potensial kedua benda tersebut?
Pembahasan:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (2 \times 10^{-6} + (-3 \times 10^{-6})) \times 400 \]
\[ U_{total} = -4 \times 10^{-3} \] J
8. Sebuah ion dengan muatan \( q = 4e \) (dimana \( e \) adalah muatan dasar) berada dalam medan listrik dengan potensial \( V = 250 \) V. Berapa energi potensial listrik ion tersebut?
Pembahasan:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 4 \times 1.6 \times 10^{-19} \times 250 \]
\[ U = 1.6 \times 10^{-16} \] J
9. Diketahui sebuah partikel bermuatan \( q = -7 \times 10^{-5} \) C memiliki energi potensial sebesar \( 2 \times 10^{-2} \) J. Berapakah potensial medan listrik tempat partikel tersebut berada?
Pembahasan:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{2 \times 10^{-2}}{-7 \times 10^{-5}} \]
\[ V = -285.71 \] V
10. Dua buah benda bermuatan \( q_1 = 5e \) dan \( q_2 = -2e \) berada pada medan listrik dengan potensial \( V = 300 \) V. Berapa energi potensial total kedua benda tersebut?
Pembahasan:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (5 \times 1.6 \times 10^{-19} – 2 \times 1.6 \times 10^{-19}) \times 300 \]
\[ U_{total} = 1.44 \times 10^{-16} \] J
11. Sebuah ion bermuatan \( q = -3e \) memiliki energi potensial sebesar \( -9.6 \times 10^{-19} \) J. Berapakah potensial medan listrik tempat ion tersebut berada?
Pembahasan:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{-9.6 \times 10^{-19}}{-3 \times 1.6 \times 10^{-19}} \]
\[ V = 200 \] V
12. Diketahui energi potensial listrik sebuah muatan \( q \) dalam medan listrik dengan potensial \( V = 450 \) V adalah \( 9 \times 10^{-18} \) J. Berapa muatan \( q \)?
Pembahasan:
\[ U = q \times V \]
\[ q = \frac{U}{V} \]
\[ q = \frac{9 \times 10^{-18}}{450} \]
\[ q = 2 \times 10^{-20} \] C
13. Muatan positif \( q = 1.5 \times 10^{-19} \) C dipindahkan dari titik dengan potensial \( V_1 = 100 \) V ke \( V_2 = 500 \) V. Berapa perubahan energi potensialnya?
Pembahasan:
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.5 \times 10^{-19} \times (500 – 100) \]
\[ \Delta U = 6 \times 10^{-17} \] J
