Contoh soal listrik statis kelas 12
Listrik statis merupakan fenomena yang terjadi akibat adanya akumulasi muatan listrik pada suatu benda, yang tidak dapat bergerak atau mengalir seperti arus listrik. Di kelas 12, siswa diajarkan konsep-konsep dasar listrik statis serta rumus-rumus yang terkait. Berikut adalah contoh soal dan pembahasan mengenai listrik statis untuk siswa kelas 12.
1. Soal 1:
Dua buah bola logam A dan B masing-masing memiliki muatan +3µC dan -2µC. Apabila kedua bola logam tersebut disentuhkan satu sama lain lalu dipisahkan, berapakah muatan masing-masing bola setelah dipisahkan?
Pembahasan:
Ketika dua benda bermuatan disentuhkan, muatan akan berpindah hingga kedua benda mencapai potensial yang sama. Total muatan sebelum dan sesudah sentuhan tetap terjaga (hukum kekekalan muatan).
\[ Q_{total} = Q_A + Q_B \]
\[ Q_{total} = 3µC – 2µC = 1µC \]
Setelah kontak, kedua bola memiliki muatan yang sama:
\[ Q’_A = Q’_B \]
\[ Q’_A = Q’_B = \frac{Q_{total}}{2} = \frac{1µC}{2} = 0,5µC \]
Jadi, muatan masing-masing bola setelah dipisahkan adalah +0,5µC.
2. Soal 2:
Sebuah batang plastik yang bermuatan -10µC didekatkan ke sebuah benda netral. Akibat pengaruh induksi, benda tersebut menjadi bermuatan +4µC. Berapakah muatan yang tersisa pada batang plastik?
Pembahasan:
Pada proses induksi, muatan yang berpindah dari batang plastik ke benda netral adalah sebanding dengan muatan yang muncul pada benda tersebut.
\[ Q_{pindah} = 4µC \]
Muatan batang plastik setelah induksi:
\[ Q’ = Q_awal – Q_{pindah} \]
\[ Q’ = -10µC – 4µC = -14µC \]
Jadi, muatan yang tersisa pada batang plastik adalah -14µC.
3. Soal 3:
Dua buah bola logam masing-masing bermuatan +5µC dan -5µC diletakkan pada jarak 20 cm satu sama lain. Apabila kedua bola tersebut digabungkan tanpa menyentuhkan, berapakah muatan masing-masing bola?
Pembahasan:
Tanpa adanya kontak fisik, muatan pada kedua bola tidak akan berpindah. Jadi, muatan pada masing-masing bola tetap:
\[ Q_A = +5µC \]
\[ Q_B = -5µC \]
Dengan demikian, muatan pada bola A adalah +5µC dan pada bola B adalah -5µC.
[Note: Di atas adalah tiga contoh soal dari listrik statis untuk kelas 12. Anda bisa membuat variasi soal lain berdasarkan konsep dasar yang sama.]
Dengan memahami konsep dasar listrik statis, siswa dapat menyelesaikan berbagai macam soal yang berhubungan dengan muatan listrik, potensial, dan kapasitas. Hal ini penting untuk memperdalam pemahaman tentang fenomena-fenomena listrik dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.
SOAL DAN PEMBAHASAN
Soal 1:
Dua buah bola plastik identik masing-masing memiliki muatan sebesar +6µC dan -8µC. Jika kedua bola tersebut disentuhkan dan kemudian dipisahkan, tentukan muatan pada masing-masing bola setelah dipisahkan!
Pembahasan:
Ketika dua benda bermuatan disentuhkan, muatan akan berpindah hingga potensial kedua benda sama. Total muatan sebelum dan sesudah sentuhan tetap terjaga (hukum kekekalan muatan).
\[ Q_{total} = Q_1 + Q_2 \]
\[ Q_{total} = 6µC – 8µC = -2µC \]
Setelah kontak, kedua bola memiliki muatan yang sama:
\[ Q’_1 = Q’_2 \]
\[ Q’_1 = Q’_2 = \frac{Q_{total}}{2} = \frac{-2µC}{2} = -1µC \]
Maka, muatan pada masing-masing bola setelah dipisahkan adalah -1µC.
Soal 2:
Sebuah bola logam bermuatan -20µC didekatkan ke sebuah bola logam netral tanpa menyentuhnya. Setelah beberapa saat, bola logam netral memiliki muatan +10µC. Berapakah muatan pada bola pertama setelah proses induksi?
Pembahasan:
Dalam proses induksi, muatan berpindah dari bola pertama ke bola kedua tanpa kontak langsung. Muatan yang berpindah dari bola pertama adalah sama dengan muatan yang muncul pada bola kedua.
\[ Q_{pindah} = 10µC \]
Muatan bola pertama setelah induksi:
\[ Q’ = Q_awal – Q_{pindah} \]
\[ Q’ = -20µC – 10µC = -30µC \]
Jadi, muatan yang tersisa pada bola pertama adalah -30µC.
Soal 3:
Sebuah batang karet yang awalnya netral digosok dengan kain dan menjadi bermuatan -15µC. Berapakah total muatan pada kain setelah penggosokan?
Pembahasan:
Pada penggosokan, muatan yang ditransfer dari kain ke batang karet adalah sama dengan muatan yang muncul pada batang karet. Jadi, kain memberikan muatan +15µC ke batang karet. Oleh karena itu, muatan pada kain setelah penggosokan adalah +15µC.
Soal 4:
Dua buah bola logam identik, A dan B, masing-masing bermuatan -3µC dan +7µC. Kedua bola disentuhkan. Tentukan muatan bola A dan B setelah kontak!
Pembahasan:
Total muatan sebelum kontak:
\[ Q_{total} = -3µC + 7µC = 4µC \]
Setelah kontak, kedua bola akan memiliki muatan yang sama:
\[ Q’_A = Q’_B \]
\[ Q’_A = Q’_B = \frac{Q_{total}}{2} = \frac{4µC}{2} = 2µC \]
Maka, muatan bola A dan B setelah kontak masing-masing adalah 2µC.
