Pembahasan soal tes Listrik Statis
Hukum Coulomb
Soal Konseptual:
Dua buah partikel bermuatan memiliki muatan yang sama dan besar. Jika jarak antara dua partikel tersebut didekatkan menjadi separuhnya, bagaimana perubahan gaya tarik menarik atau tolak menolak antara kedua partikel tersebut?
A) Gaya menjadi separuhnya
B) Gaya menjadi dua kali lipat
C) Gaya menjadi empat kali lipat
D) Gaya tidak berubah
Pembahasan:
Menurut Hukum Coulomb:
\[ F = \frac{k \times q_1 \times q_2}{r^2} \]
Jika jarak \( r \) didekatkan menjadi \( \frac{r}{2} \), maka gaya \( F \) akan menjadi:
\[ F’ = \frac{k \times q_1 \times q_2}{(\frac{r}{2})^2} \]
\[ F’ = 4 \times \frac{k \times q_1 \times q_2}{r^2} \]
\[ F’ = 4F \]
Oleh karena itu, gaya menjadi empat kali lipat. Jawaban yang benar adalah C.
Soal Hitungan:
Dua buah partikel bermuatan, \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \) C dan \( q_2 = -3 \times 10^{-6} \) C, terletak pada jarak 0.02 m satu sama lain. Berapakah gaya yang bekerja antara kedua muatan tersebut? (Konstanta Coulomb \( k = 9 \times 10^9 \) N.m^2/C^2)
A) -135 N
B) \( 5.4 \times 10^{-1} \) N
C) \( 1.35 \times 10^{-1} \) N
D) \( 2.7 \) N
Pembahasan:
Menggunakan Hukum Coulomb:
\[ F = \frac{k \times q_1 \times q_2}{r^2} \]
\[ F = \frac{9 \times 10^9 \times 2 \times 10^{-6} \times (-3 \times 10^{-6})}{(0.02)^2} \]
\[ F = -135 \] N
Nilai gaya tersebut negatif, yang berarti gaya antara kedua muatan adalah gaya tarik menarik. Besar magnitudnya adalah \( -135 \) N. Jawaban yang benar adalah A.
Medan Listrik
Soal Konseptual:
Sebuah partikel bermuatan positif ditempatkan pada suatu titik dalam medan listrik. Jika partikel tersebut mengalami gaya dorong ke arah kanan, arah medan listrik pada titik tersebut adalah:
A) Ke arah kanan
B) Ke arah kiri
C) Ke atas
D) Ke bawah
Pembahasan:
Medan listrik mendefinisikan arah gaya yang akan diterima oleh muatan positif. Jika partikel bermuatan positif mengalami gaya dorong ke arah kanan, maka arah medan listrik di titik tersebut juga ke arah kanan. Jawaban yang benar adalah A.
Soal Hitungan:
Diketahui sebuah muatan \( q = 4 \times 10^{-6} \) C mengalami gaya sebesar \( F = 2 \times 10^{-3} \) N ketika ditempatkan dalam medan listrik. Berapakah besar medan listrik \( E \) pada titik tersebut?
A) \( 0.5 \times 10^{3} \) N/C
B) \( 2 \times 10^{3} \) N/C
C) \( 5 \times 10^{3} \) N/C
D) \( 1 \times 10^{3} \) N/C
Pembahasan:
Medan listrik \( E \) diartikan sebagai gaya yang bekerja pada muatan satuan positif. Oleh karena itu, besar medan listrik didefinisikan sebagai:
\[ E = \frac{F}{q} \]
\[ E = \frac{2 \times 10^{-3} \text{N}}{4 \times 10^{-6} \text{C}} \]
\[ E = 0.5 \times 10^{3} \text{N/C} \]
Jadi, jawaban yang benar adalah A.
Potensial Listrik
Soal Konseptual:
Jika sebuah muatan ditempatkan di antara dua lempeng kapasitor yang memiliki potensial listrik yang sama, maka muatan tersebut:
A) Mengalami gaya dorong ke salah satu lempeng
B) Mengalami gaya dorong ke keduanya lempeng
C) Tidak mengalami gaya sama sekali
D) Terdorong keluar dari antara lempeng
Pembahasan:
Potensial listrik adalah kerja yang diperlukan untuk memindahkan muatan satuan dari titik referensi ke titik tertentu tanpa mengubah energi kinetik. Jika dua lempeng memiliki potensial listrik yang sama, maka tidak ada beda potensial (tegangan) antara lempeng tersebut. Oleh karena itu, muatan yang ditempatkan di antara lempeng tidak akan mengalami gaya. Jawaban yang benar adalah C.
Soal Hitungan:
Sebuah partikel bermuatan \( q = 3 \times 10^{-6} \) C ditempatkan dalam medan listrik yang memiliki potensial listrik \( V = 50 \) V. Berapakah energi potensial elektrik (\( U \)) yang dimiliki oleh partikel tersebut?
A) \( 1.5 \times 10^{-4} \) J
B) \( 3 \times 10^{-4} \) J
C) \( 6 \times 10^{-4} \) J
D) \( 1.5 \times 10^{-3} \) J
Pembahasan:
Energi potensial elektrik (\( U \)) didefinisikan sebagai:
\[ U = q \times V \]
Menggantikan dengan nilai yang diberikan:
\[ U = 3 \times 10^{-6} \text{C} \times 50 \text{V} \]
\[ U = 1.5 \times 10^{-4} \] J
Jadi, jawaban yang benar adalah A.
Kapasitor
Soal Konseptual:
Sebuah kapasitor piringan memiliki jarak antar piringan yang didekatkan dua kali lipat sambil mempertahankan area piringannya dan tidak ada muatan tambahan yang ditambahkan. Bagaimana perubahan kapasitansi kapasitor tersebut?
A) Kapasitansi menjadi separuhnya
B) Kapasitansi menjadi dua kali lipat
C) Kapasitansi menjadi empat kali lipat
D) Kapasitansi tidak berubah
Pembahasan:
Kapasitansi kapasitor piringan didefinisikan sebagai:
\[ C = \frac{\varepsilon_0 \times A}{d} \]
di mana \( A \) adalah area piringan dan \( d \) adalah jarak antar piringan.
Jika \( d \) didekatkan menjadi \( \frac{d}{2} \), maka kapasitansi \( C \) akan menjadi:
\[ C’ = \frac{\varepsilon_0 \times A}{\frac{d}{2}} \]
\[ C’ = 2 \times \frac{\varepsilon_0 \times A}{d} \]
\[ C’ = 2C \]
Oleh karena itu, kapasitansi menjadi dua kali lipat. Jawaban yang benar adalah B.
Soal Hitungan:
Sebuah kapasitor memiliki kapasitansi \( C = 5 \mu F \) dan dihubungkan dengan sumber tegangan \( V = 10 V \). Berapakah muatan (\( Q \)) pada kapasitor tersebut?
A) \( 5 \times 10^{-5} \) C
B) \( 5 \times 10^{-4} \) C
C) \( 5 \times 10^{-3} \) C
D) \( 5 \times 10^{-2} \) C
Pembahasan:
Muatan pada kapasitor didefinisikan sebagai:
\[ Q = C \times V \]
Menggantikan dengan nilai yang diberikan:
\[ Q = 5 \times 10^{-6} F \times 10 V \]
\[ Q = 5 \times 10^{-5} \] C
Jadi, jawaban yang benar adalah A.
