Contoh soal medan listrik

1. Titik A berada pada jarak 5 cm dari muatan +10 mikro Coulomb. Besar dan arah medan listrik pada titik A adalah… (k = 9 x 10⁹ Nm²C⁻², 1 mikro Coulomb = 10⁻⁶ C)
Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar dan arah medan listrik pada titik A
Jawab :

Arah medan listrik di titik A :
Muatan listrik positif karenanya arah medan listrik menjauhi muatan listrik dan menjauhi titik A.

2. Jarak antara titik P dan muatan -20 mikro Coulomb adalah 10 cm. Tentukan kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik P.
Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar dan arah medan listrik pada titik P
Jawab :

Arah medan listrik di titik A :
Muatan listrik negatif karenanya arah medan listrik menuju muatan listrik dan menjauhi titik P.

3. Dua muatan listrik terpisah sejauh 40 cm. Kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan adalah…

Pembahasan
Andaikan titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan adalah titik P.
Diketahui :

Ditanya : besar dan arah medan listrik pada titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan (titik P)
Jawab :
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik P :

Muatan A negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan A (ke kiri).
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik P :

Muatan B positif sehingga arah medan listrik menjauhi muatan B (ke kiri).
Resultan medan listrik pada titik A :
E_A dan E_B searah karenanya dijumlahkan.
E = E_A + E_B
E = (4,5 x 10⁵) + (9 x 10⁵)
E = 13,5 x 10⁵ N/C
Arah medan listrik adalah menuju muatan A dan menjauhi muatan B (ke kiri).

4. Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak…

Pembahasan
Muatan A positif dan muatan B positif sehingga kuat medan listrik nol terletak di tengah kedua muatan tersebut. Andaikan titik di mana kuat medan listriknya nol adalah titik P.
Diketahui :

Ditanya : kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak…
Jawab :
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik P :

Muatan A positif sehingga arah medan listrik yang ditimbulkan muatan A pada titik P adalah menjauhi muatan A (ke kanan).
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik P :

Muatan B positif sehingga arah medan listrik yang ditimbulkan muatan B pada titik P adalah menjauhi muatan B (ke kiri).
Resultan medan listrik pada titik P = 0 :
E_A dan E_B berlawanan arah.
E_A – E_B = 0
E_A = E_B

Gunakan rumus ABC untuk menentukan nilai a.

Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak 8 cm dari muatan A atau 12 cm dari muatan B.

5. Jarak dua muatan A dan B adalah 3 meter. Titik O berada di antara kedua muatan berjarak 2 meter dari muatan B. q_A = –300 μC dan q_B = 600 μC. k = 9 × 10⁹ N m² C^–2. Kuat medan listrik di titik O pengaruh muatan q_A dan q_B adalah…
A. 9 × 10⁵ N/C
B. 18 × 10⁵ N/C
C. 52 × 10⁵ N/C
D. 60 × 10⁵ N/C
E. 81 × 10⁵ N/C

Pembahasan :
Diketahui :
q_A = –300 μC, q_B = 600 μC, k = k = 9 × 10⁹ N m² C^–2
Ditanya :
Kuat medan listrik (E) di titik O ?
Jawab :
Kuat medan resultan :
E = E_A + E_B
E = (2700 x 10³ N/C) + (5400 x 10³ N/C)
E = 8100 x 10³ N/C
E = 81 x 10⁵ N/C
Jawaban yang benar adalah E.

6. Dua buah muatan masing-masing q₁ = -20 μC dan q₂ = –40 μC. Bila pada titik P yang berjarak 20 cm dari q₂ resultan kuat medan listrik bernilai nol maka nilai x adalah…
A. 11 cm
B. 12 cm
C. 13 cm
D. 14 cm
E. 15 cm

Pembahasan :
Diketahui :
q₁ = -20 μC, q₂ = –40 μC, r₂ = 0,2 m, r₁ = x
Ditanya :
Jarak titik P dari q₁ (x) ?
Jawab :
Resultan kuat medan listrik bernilai nol pada titik P :
Jawaban yang benar adalah D.

7. Titik A terletak di tengah-tengah dua buah muatan yang sama besar tetapi berlainan jenis yang terpisah sejauh a. Besar kuat medan listrik di titik A saat itu 36 NC^-1. Jika titik A tersebut digeser ¼ a mendekati salah satu muatan, maka besar kuat medan listrik titik A setelah digeser adalah ….

A. 100 NC^-1

B. 96 NC^-1

C. 80 NC^-1

D. 60 NC^-1

E. 16 NC^-1

Pembahasan

Diketahui :

Muatan 1 (q₁) = +Q

Muatan 2 (q₂) = -Q

Jarak antara muatan 1 dan titik A (r_1A) = ½ a

Jarak antara muatan 2 dan titik A (r_2A) = ½ a

Kuat medan listrik di titik A (E_A) = 36 NC^-1

Ditanya : Jika titik A digeser ¼ a mendekati salah satu muatan, maka kuat medan listrik titik A adalah…

Jawab :

Tahap 1.

Untuk menghitung kuat medan listrik pada titik A, diandaikan terdapat sebuah muatan uji positif yang terdapat pada titik tersebut. Adanya muatan uji positif mempengaruhi arah medan listrik.

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan +Q pada titik A :

Muatan uji positif dan muatan 1 positif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2.

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan -Q pada titik A :

Muatan uji positif dan muatan 2 negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2

Resultan medan listrik pada titik A :

Tahap 2.

Jika titik A digeser mendekati muatan 1 maka :

Jarak antara muatan 1 dan titik A (r_1A) = ¼ a

Jarak antara muatan 2 dan titik A (r_2A) = ¾ a

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan +Q pada titik A :

Muatan uji positif dan muatan 1 positif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2.

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan -Q pada titik A :

Muatan uji positif dan muatan 2 negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2

Resultan medan listrik pada titik A :

Jawaban yang benar adalah C.

8. Dua partikel masing-masing bermuatan q_A = 1 μC dan q_B = 4 μC diletakkan terpisah sejauh 4 cm (k = 9 x 10⁹ N m² C⁻²). Kuat medan listrik di tengah-tengah q_A dan q_B adalah…

A. 6,75 x 10⁷ NC⁻¹

B. 4,50 x 10⁷ NC⁻¹

C. 4,20 x 10⁷ NC⁻¹

D. 3,60 x 10⁷ NC⁻¹

E. 2,25 x 10⁷ NC⁻¹

Pembahasan

Diketahui :

Muatan A (q_A) = 1 μC = 1 x 10⁻⁶ C

Muatan B (q_B) = 4 μC = 4 x 10⁻⁶ C

k = 9 x 10⁹ N m² C⁻²

Jarak antara muatan A dan B (r_AB) = 4 cm = 0,04 meter

Jarak antara muatan A dan titik tengah (r_A) = 0,02 meter

Jarak antara muatan B dan titik tengah (r_B) = 0,02 meter

Ditanya : Kuat medan listrik di tengah-tengah q_A dan q_B adalah…

Jawab :

Untuk menghitung kuat medan listrik di tengah-tengah q_A dan q_B , diandaikan terdapat sebuah muatan uji positif yang terdapat di tengah-tengah kedua muatan tersebut. Adanya muatan uji positif mempengaruhi arah medan listrik.

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik tengah :

Muatan uji positif dan muatan A positif sehingga arah medan listrik menuju muatan B.

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik tengah :

Muatan uji positif dan muatan B positif sehingga arah medan listrik menuju muatan A.

Resultan medan listrik pada titik tengah :

E_A dan E_B berlawanan arah.

E = E_B – E_A = 9 x 10⁷ – 2,25 x 10⁷ = 6,75 x 10⁷ NC^-1

Jawaban yang benar adalah A.

9. Perhatikan gambar dua muatan titik berikut! Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ? (k = 9 x 10⁹ Nm²C⁻², 1 μC = 10⁻⁶ C)

A. tepat di tengah Q₁ dan Q₂

B. 6 cm di kanan Q₂

C. 6 cm di kiri Q₁

D. 2 cm di kanan Q₂

E. 2 cm di kiri Q₁

Pembahasan

Untuk menghitung kuat medan listrik di titik P, diandaikan pada titik P terdapat sebuah muatan uji positif. Q₁ positif dan Q₂ negatif, karenanya titik P harus berada di sebelah kanan Q₂ atau sebelah kiri Q₁. Jika titik P berada di sebelah kiri Q₁; medan listrik yang ditimbulkan titik Q₁ pada titik P arahnya ke kiri (menjauhi Q₁) dan medan listrik yang ditimbulkan Q₂ pada titik P arahnya ke kanan (menuju Q₁). Karena arah medan listrik berlawanan maka keduanya saling menghilangkan sehingga kuat medan listrik pada titik P bernilai nol.

Diketahui :

Q₁ = +9 μC = +9 x 10⁻⁶ C

Q₂ = -4 μC = -4 x 10⁻⁶ C

k = 9 x 10⁹ Nm²C⁻²

Jarak antara muatan 1 dan muatan 2 = 3 cm

Jarak antara Q₁ dan titik P (r_1P) = a

Jarak antara Q₂ dan titik P (r_2P) = 3 cm + a

Ditanya : Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?

Jawab :

Titik P berada di sebelah kiri Q₁.

Resultan medan listrik pada titik A :

Gunakan rumus ABC untuk menentukan nilai a.

10. Perhatikan gambar berikut! Muatan q₃ diletakkan pada jarak 5 cm dari q₂, maka kuat medan listrik pada muatan q₃ adalah… (1 µC = 10^-6 C)

A. 4,6 x 10⁷ N.C^-1

B. 3,6 x 10⁷ N.C^-1

C. 1,6 x 10⁷ N.C^-1

D. 1,4 x 10⁷ N.C^-1

E. 1,3 x 10⁷ N.C^-1

Pembahasan

Muatan q₃ diletakkan pada jarak 5 cm dari q₂, maksudnya bukan di sebelah kiri q₂ tetapi di sebelah kanan q₂. Jika di sebelah kiri q₂ maka resultan medan listrik bernilai nol. Hal ini dikarenakan jarak antara muatan q₃ dengan muatan q₁ dan q₂ adalah 5 cm dan besar muatan q₁ sama dengan muatan q₂.

Karena muatan q₃ positif maka arah medan listrik pada muatan q₃ menuju muatan negatif q₂ (E₂) dan menjauhi muatan positif q₁ (E₁). Resultan medan listrik adalah penjumlahan kuat medan listrik E₁ dan E₂.

Diketahui :

Muatan q₁ = 5 µC = 5 x 10^-6 Coulomb

Muatan q₂ = 5 µC = -5 x 10^-6 Coulomb

Jarak antara muatan q₁ dan muatan q₃ (r₁) = 15 cm = 0,15 m = 15 x 10^-2 meter

Jarak antara muatan q₂ dan muatan q₃ (r₂) = 5 cm = 0,05 m = 5 x 10^-2 meter

k = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Ditanya : Kuat medan listrik pada muatan q₃

Jawab :

Kuat medan listrik 1

E₁ = k q₁ / r₁²

E₁ = (9 x 10⁹)(5 x 10^-6) / (15 x 10^-2)²

E₁ = (45 x 10³) / (225 x 10^-4)

E₁ = 0,2 x 10⁷ N/C

Kuat medan listrik 2

E₂ = k q₂ / r₂²

E₂ = (9 x 10⁹)(5 x 10^-6) / (5 x 10^-2)²

E₂ = (45 x 10³) / (25 x 10^-4)

E₂ = 1,8 x 10⁷ N/C

Resultan kuat medan listrik

Resultan kuat medan listrik di muatan q₃ adalah :

E = E₂ – E₁ = (1,8 x 10⁷) – (0,2 x 10⁷) = 1,6 x 10⁷ N/C

Arah medan listrik ke kiri atau searah E₂.

Jawaban yang benar adalah C.

11. Dua muatan listrik terpisah seperti pada gambar. Kuat medan pada titik P adalah… (k = 9 x 10⁹ N m² C^-2)

A. 9,0 x 10⁹ N.C^-1

B. 4,5 x 10⁹ N.C^-1

C. 3,6 x 10⁹ N.C^-1

D. 5,4 x 10⁹ N.C^-1

E. 4,5 x 10⁹ N.C^-1

Pembahasan

Diketahui :

Muatan q_A = +2,5 C

Muatan q_B = -2 C

Jarak antara muatan q_A dan titik P (r_A) = 5 m

Jarak antara muatan q_B dan titik P (r_B) = 2 m

k = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Ditanya : Kuat medan listrik di titik P

Jawab :

Kuat medan listrik A

E_A = k q_A / r_A²

E_A = (9 x 10⁹)(2,5) / (5)²

E_A = (22,5 x 10⁹) / 25

E_A = 0,9 x 10⁹ N/C

Kuat medan listrik B

E_B = k q_B / r_B²

E_B = (9 x 10⁹)(2) / (2)²

E_B = (18 x 10⁹) / 4

E_B = 4,5 x 10⁹ N/C

Resultan kuat medan listrik

Resultan kuat medan listrik di titik P adalah :

E = E_B – E_A = (4,5 – 0,9) x 10⁹ = 3,6 x 10⁹ N/C

Arah medan listrik ke kiri atau searah E_B.

Jawaban yang benar adalah C.

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

A. 2,25 x 10⁶ N.C^-1

B. 2,45 x 10⁶ N.C^-1

C. 5,25 x 10⁶ N.C^-1

D. 6,75 x 10⁶ N.C^-1

E. 9,00 x 10⁶ N.C^-1

Pembahasan

Diketahui :

Muatan q₁ = -40 µC = -40 x 10^-6 C

Muatan q₂ = +5 µC = +5 x 10^-6 C

Jarak antara muatan q₁ dan titik P (r₁) = 40 cm = 0,4 m = 4 x 10^-1 m

Jarak antara muatan q₂ dan titik P (r₂) = 10 cm = 0,1 = 1 x 10^-1 m

k = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Ditanya : Kuat medan listrik di titik P

Jawab :

Kuat medan listrik 1

E₁ = k q₁ / r₁²

E₁ = (9 x 10⁹)(40 x 10^-6) / (4 x 10^-1)²

E₁ = (360 x 10³) / (16 x 10^-2)

E₁ = 22,5 x 10⁵ N/C

Kuat medan listrik 2

E₂ = k q₂ / r₂²

E₂ = (9 x 10⁹)(5 x 10^-6) / (1 x 10^-1)²

E₂ = (45 x 10³) / 1 x 10^-2

E₂ = 45 x 10⁵ N/C

Resultan kuat medan listrik

Resultan kuat medan listrik di titik P adalah :

E = E₂ – E₁ = (45 – 22,5) x 10⁵ = 22,5 x 10⁵ N/C

E = 2,25 x 10⁶ N/C

Arah medan listrik ke kanan atau searah E₂.

Jawaban yang benar adalah A.

13. Dari gambar muatan berikut, yang menunjukkan garis-garis gaya pada dua muatan saling berdekatan adalah…

Pembahasan

Garis medan listrik atau garis gaya listrik digambarkan keluar dari muatan positif menuju muatan negatif. Jika terdapat muatan positif dan negatif didekatkan maka garis gaya listrik tampak seperti pada jawaban A.

Jawaban yang benar adalah A.

8. Dua muatan listrik didekatkan satu sama lain dalam satu garis hubung sehingga akan menghasilkan garis-garis gaya listrik. Gambar yang benar adalah…

Pembahasan

Jawaban yang benar adalah D.

9. Garis-garis gaya yang benar antara dua muatan adalah…

Pembahasan

Jawaban yang benar adalah D.

14. Perhatikan gambar dua muatan titik berikut!

Di mana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?

(k = 9.10⁹ Nm².C^-2, 1 µC = 10^-6 C)

A. 1 cm di kanan q₁

B. 1 cm di kanan q₂

C. ½ cm di kanan q₂

D. ½ cm di kiri q₁

E. ½ cm di kanan q₁

Pembahasan

Diketahui :

Muatan 1 (q₁) = -9 µC = -9.10^-6 Coulomb

Muatan 2 (q₂) = 1 µC = 1.10^-6 Coulomb

Jarak antara q₁ dan q₂ (r₁₂) = 1 cm

k = 9.10⁹ Nm².C^-2

Ditanya : Di mana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?

Jawab :

E₁ = kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh q₁ pada titik P

Arah E₁ menuju q₁ karena q₁ bertanda negatif

E₂ = kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh q₂ pada titik P

Arah E₂ menjauhi q₂ karena q₂ bertanda positif

r₁ = jarak antara P dan q₁ = x + 1

r₂ = jarak antara P dan q₂ = x

Kuat medan listrik pada titik P sama dengan nol :

Gunakan rumus ABC :

Jarak antara P dan q₂ = x = 0,5 cm.

Titik P berada pada 0,5 cm di kanan q₂ atau pada 0,25 cm di kiri q₁.

Jawaban yang benar adalah C.

15. Perhatikan dua buah muatan yang terletak pada jarak a berikut ini!

Jika kuat medan listrik di titik P adalah k Q/x², maka nilai x adalah….

A. 1/3 a

B. 2/3 a

C. a

D. 3/2 a

E. 2a

Pembahasan

Diketahui :

E_P = k Q / x²

Ditanya : nilai x

Jawab :

Gunakan rumus ABC :

Jawaban yang benar adalah A.

16. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.27

Perhatikan gambar dua muatan titik berikut!

Di mana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?
(k = 9.10⁹ Nm².C^-2, 1 µC = 10^-6 C)

1. 1 cm di kanan q₁
2. 1 cm di kanan q₂
3. ½ cm di kanan q₂
4. ½ cm di kiri q₁
5. ½ cm di kanan q₁

Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 (q₁) = -9 µC = -9.10^-6 Coulomb
Muatan 2 (q₂) = 1 µC = 1.10^-6 Coulomb
Jarak antara q₁ dan q₂ (r₁₂) = 1 cm
k = 9.10⁹ Nm².C^-2
Ditanya : Di mana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?
Jawab :

E₁ = kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh q₁ pada titik P
Arah E₁ menuju q₁ karena q₁ bertanda negatif
E₂ = kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh q₂ pada titik P
Arah E₂ menjauhi q₂ karena q₂ bertanda positif
r₁ = jarak antara P dan q₁ = x + 1
r₂ = jarak antara P dan q₂ = x

Kuat medan listrik 1 :
Kuat medan listrik 2 :

Kuat medan listrik pada titik P sama dengan nol :
a = 8, b = -2, c = -1
Gunakan rumus ABC :

Jarak antara P dan q₂ = x = 0,5 cm.
Titik P berada pada 0,5 cm di kanan q₂ atau pada 0,25 cm di kiri q₁.

Jawaban yang benar adalah C.

17. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.27

Perhatikan dua buah muatan yang terletak pada jarak a berikut ini!
Jika kuat medan listrik di titik P adalah k Q/x², maka nilai x adalah….

1. 1/3 a
2. 2/3 a
3. a
4. 3/2 a
5. 2a

Pembahasan
Diketahui :
E_P = k Q / x²
Ditanya : nilai x
Jawab :
E₁ = kuat medan listrik di titik P oleh muatan -Q
r₁ = jarak antara muatan –Q dan titik P = x
E₂ = kuat medan listrik di titik P oleh muatan +32Q
r₂ = jarak antara muatan +32Q dan titik P = a + x

Gunakan rumus ABC :

Jawaban yang benar adalah A.