Muatan listrik q1 = 16.0 μC terletak di titik asal sedangkan muatan q2 = 25.0 μC terletak di sebelah kanannya pada jarak 30 cm. Titik A berada di tengah-tengah
Pertanyaan
1 Jawaban
-
1. Jawaban diahviolin
Kelas: XII
Mata Pelajaran: Fisika
Materi: Listrik Statis
Kata Kunci: Medan Listrik, Muatan, Potensial ListrikPembahasan:
Muatan listrik q1 = -16.0 μC terletak di titik asal sedangkan muatan q2 = 25.0 μC terletak di sebelah kanannya pada jarak 30 cm. Titik A berada di tengah-tengah garis hubung kedua muatan tersebut.
(a) Tentukan besar dan arah medan listrik di titik A
Besar medan listrik adalah sebesar:
E = k Q/r²
Dimana:
E = kuat medan litrik (N/C)
k = konstanta Coulomb (sebesar 9 x 10^9 Nm²/C²)
q = muatan sumber (C)
r = jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)
Karena ada dua muatan yang bekerja (q1 dan q2) maka besar medan listrik adalah, dan jarak keduanya sama maka (r = 15 cm = 0,15 m):
E = E1 + E2
E = k q1/r² + k q2/r²
Karena muatan listrik q1 = -16.0 μC (-16 x 10^-6 C), muatan q2 = 25.0 μC (25 x 10^-6 C) maka:
E = kq1/r² + kq2/r²
= 9 x 10^9 (-16 x 10^-6 / 0,15²) + 9 x 10^9 (25 x 10^-6 / 0,15²)
= 9 x 10^9 (-16 x 10^-6 /0,0225) + 9 x 10^9 (25 x 10^-6 / 0,0225)
= (4 x 10^11 x -16 x 10^-6) + (4 x 10^11 x 25 x 10^-6)
= -64 x 10 ^5 + 100 ^ 10^5
= 3,6 x 10^6 N/C
(b) Tentukan besar potensial listrik di titik A.
Besar potensial listrik adalah sebesar:
V = kq/r
Dimana:
E = kuat potensial litrik (Volt)
k = konstanta Coulomb (sebesar 9 x 10^9 Nm²/C²)
q = muatan sumber (C)
r = jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)
Karena ada dua muatan yang bekerja (q1 dan q2) maka besar medan listrik adalah, dan jarak keduanya sama maka (r = 15 cm = 0,15 m):
V = V1 + V2
V = k q1/r + k q2/r
Karena muatan listrik q1 = -16.0 μC (-16 x 10^-6 C), muatan q2 = 25.0 μC (25 x 10^-6 C) maka:
V = kq1/r + kq2/r
= 9 x 10^9 (-16 x 10^-6 / 0,15) + 9 x 10^9 (25 x 10^-6 / 0,15)
= (60 x 10^9 x -16 x 10^-6) + (60 x 10^9 x 25 x 10^-6)
= -960 x 10^3 + 1500 x 10^3
= 5,4 x 10^5 Volt
(c) Tentukan posisi suatu titik yang kuat medannya nol.
Karena ada dua muatan yang bekerja (q1 dan q2), muatan listrik q1 = -16.0 μC, muatan q2 = 25.0 μC, akan menghasilkan besar medan listrik E = 0 maka:
E = E1 + E2 = 0
k q1/r1² + k q2/r2² = 0
Sehingga:
k q1/r1² = - k q2/r2²
q1/r1² = - q2/r2²
r1²/r2² = q1/-q2
r1²/r2² = -16/-25
r1/r2 = 4/5
Karena r1 + r2 = 30 cm, maka
r1/r2 = 4/5
r1 = 4/5 r2
r1 + r2 = 30
4/5 r2 + r2 = 30
9/5 r2 = 30
r2 = 5/9 x 30
r2 = 16,67 cm
r1 = 4/5 r2
= 4/5 x 16,67
= 13,3 cm
Jadi titik akan memiliki kuat medal listrik nol bila berada 13,3 cm dari muatan q1 dan 16,67 cm dari q2.
(d) Tentukan posisi suatu titik pada garis hubung kedua muatan yang potensial listriknya nol.
Karena ada dua muatan yang bekerja (q1 dan q2), muatan listrik q1 = -16.0 μC, muatan q2 = 25.0 μC, akan menghasilkan besar potensial listrik V = 0 maka:
V = V1 + V2 = 0
k q1/r1 + k q2/r2 = 0
Sehingga:
k q1/r1 = - k q2/r2
q1/r1 = - q2/r2
r1/r2 = q1/-q2
r1/r2 = -16/-25
r1/r2 = 16/25
Karena r1 + r2 = 30 cm, maka
r1/r2 = 16/25
r1 = 16/25 r2
r1 + r2 = 30
16/25 r2 + r2 = 30
41/25 r2 = 30
r2 = 25/41 x 30
r2 = 18,29 cm
r1 = 16/25 r2
= 16/25 x 18,29
= 11,71 cm
Jadi titik akan memiliki kuat ptensial listrik nol bila berada 11,71 cm dari muatan q1 dan 18,29 cm dari q2.
(e) Tentukan kerja yang diperlukan untuk membawa muatan ketiga q3 = 10 μC dari tempat yang sangat jauh ke titik A.
Besar kerja yang diperlakukan:
W = q.V
Di mana:
W = kerja yang diperlukan (dalam satuan Joule)
q = muatan benda (dalam satuan Coulomb)
V = besar potensial listrik (dalam satuan Vol).
Berdasarkan perhitungan (b) V = 5,4 x 10^5 Volt, sehingga bila muatan q3 = 10 μC (setara dengan 10^-5 C) maka:
W = q. V
= 10^-5 x 5,4 x 10^5
= 5,4 Joule
(f) Tentukan gaya Coulomb yang bekerja pada muatan ketiga pada saat dia sudah berada di titik A.
Besar gaya Coulomb adalah:
F = q.E
Dimana:
F = gaya yang bekerja (dalam satuan Newton)
E = medan listrik akibat muatan q1 dan q2
berdasar perhitungan (a), E = 3,6 x 10^6 N/C, sehingga bila muatan q3 = 10 μC (setara dengan 10^-5 C) maka:
F = 10^-5 x 3,6 x 10^6
= 36 Newton