Soal 1
Muatan titik 5 μC digeser posisinya dari 4 m menuju 2 m yang diukur terhadap muatan titik lainnya –25 mC. Tentukan usaha yang diperlukan untuk pemindahan posisi ini.
Jawab:
Diketahui q1 = 5 μC = 5 x 10-6 C, q2 = 25 mC = 25 x 10-3 C, r1 = 4 m dan r2 = 2 m, maka dengan menggunakan rumus
W12 = –kq1q2(1/r2 – 1/r1)
= –9 x 109 x 5 x 10-6 x 25 x 10-3 (1/2 – 1/4)
W12 = 281,25 J
Soal 2
Sistem yang diberikan di bawah ini terdiri dari muatan q, –2q dan 4q. Tentukan total energi potensial listrik dari sistem!
Jawab:
Dari sistem di atas kita peroleh energi potensial totalnya adalah
EP = EP12 + EP13 + EP23 dengan
EP12 = kq1q2/r12 = k(-2q)(q)/3x = –2kq2/3x
EP13 = kq1q3/r13 = k(-2q)(4q)/5x = –6kq2/5x
EP23 = kq2q3/r23 = k(q)(4q)/4x = +kq2/x
Maka
EPtotal = = –2kq2/3x + (–6kq2/5x) + kq2/x = –13kq2/15x
Soal 3
Tentukan besar usaha dan energi potensial listrik untuk memindahkan sebuah muatan 3,0 μC dari sebuah titik yang berpotensial +12 V ke titik yang berpotensial –20 V?
Jawab:
Energi potensial listrik diberikan oleh
ΔEP = q(V2 – V1) = 3,0 x 10-6 (–20 – 12) = –96 J
Besar usaha yang diperlukan sebesar
W = –ΔEP = 96 V
Soal 4
Dalam sebuah medan listrik homogen E = 270 N/m, muatan q = 5 μC berpindah dari posisi A ke posisi B sejauh 20 cm sejajar medan listrik dan selanjutnya di arahkan ke titik C 300 terhadap arah medan listrik sejauh 10 cm (Perhatikan gambar di bawah ini). Tentukan Perubahan energi potensial listrik dari titik (a) A ke titik B, (b) B ke titik C dan (c) A ke titik C!
Jawab:
Besar medan listrik E = 270 N/m, q = 5 x 10-6 C, muatan q = 5 μC = 5 x 10-6 C.
Muatan titik 5 μC digeser posisinya dari 4 m menuju 2 m yang diukur terhadap muatan titik lainnya –25 mC. Tentukan usaha yang diperlukan untuk pemindahan posisi ini.
Jawab:
Diketahui q1 = 5 μC = 5 x 10-6 C, q2 = 25 mC = 25 x 10-3 C, r1 = 4 m dan r2 = 2 m, maka dengan menggunakan rumus
W12 = –kq1q2(1/r2 – 1/r1)
= –9 x 109 x 5 x 10-6 x 25 x 10-3 (1/2 – 1/4)
W12 = 281,25 J
Soal 2
Sistem yang diberikan di bawah ini terdiri dari muatan q, –2q dan 4q. Tentukan total energi potensial listrik dari sistem!
Dari sistem di atas kita peroleh energi potensial totalnya adalah
EP = EP12 + EP13 + EP23 dengan
EP12 = kq1q2/r12 = k(-2q)(q)/3x = –2kq2/3x
EP13 = kq1q3/r13 = k(-2q)(4q)/5x = –6kq2/5x
EP23 = kq2q3/r23 = k(q)(4q)/4x = +kq2/x
Maka
EPtotal = = –2kq2/3x + (–6kq2/5x) + kq2/x = –13kq2/15x
Soal 3
Tentukan besar usaha dan energi potensial listrik untuk memindahkan sebuah muatan 3,0 μC dari sebuah titik yang berpotensial +12 V ke titik yang berpotensial –20 V?
Jawab:
Energi potensial listrik diberikan oleh
ΔEP = q(V2 – V1) = 3,0 x 10-6 (–20 – 12) = –96 J
Besar usaha yang diperlukan sebesar
W = –ΔEP = 96 V
Soal 4
Jawab:
Besar medan listrik E = 270 N/m, q = 5 x 10-6 C, muatan q = 5 μC = 5 x 10-6 C.
Untuk mencari perubahan energi potensial listrik, kita gunakan konsep
ΔEP = –W = –Fd cos θ = –qEd cos θ, maka
(a) dari A ke B
ΔEPAB = –qEd cos θ = –5 x 10-6 x 270 x 0,2 m cos 00
ΔEPAB = –2,7 x 10-4 J
(b) dari B ke C
ΔEPBC = –qEd cos θ = –5 x 10-6 x 270 x 0,1 m cos 300
ΔEPBC = –6,75 x 10-5 J
(c) dari A ke C
ΔEPAC = ΔEPAB + ΔEPBC = –3,375 x 10-5 J
Soal 5
Vektor medan listrik diberikan oleh E = (0,5x + 2y)i + 2xj (N/C). Tentukan usaha untuk memindahkan muatan q = –2μC dalam medan listrik ini dari (a) (0,0,0) ke (4,0,0)m, (b) (4,0,0) ke (4,2,0) m dan (c) (4,2,0) ke (0,0,0) sepanjang garis lurus.
Jawab:
Jika muatan bergerak dari titik A ke titik B maka usaha yang dilakukan oleh medan listrik diberikan oleh
W = ∫qE.ds
Dalam hal ini integral dihitung sepanjang lintasan menghubungkan titik A dan B. Maka,
(a) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wa = ∫04(y = 0)qExdx = ∫04(y = 0)q(0,5x)dx = q(0,5)(0,5)(4)2 = 4q = –8 x 10-6 J
(b) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wb = ∫02(x = 4)qEydy = ∫02(x = 4)q(2)(4)dy = q(8)(2) = 16q = –3,2 x 10-5 J
(c) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wc = ∫AB(y = x/2)q(Exdx + Eydy) = ∫AB(y = x/2)q[(0,5x + 2y)dx + (2x)dy]
= ∫x 0= 4 q[(0,5x + x)dx + (2x)dx/2]
Wc = ∫x 0= 4 q(2,5x)dx = –20q = 4,0 x 10-5 J
ΔEP = –W = –Fd cos θ = –qEd cos θ, maka
(a) dari A ke B
ΔEPAB = –qEd cos θ = –5 x 10-6 x 270 x 0,2 m cos 00
ΔEPAB = –2,7 x 10-4 J
(b) dari B ke C
ΔEPBC = –qEd cos θ = –5 x 10-6 x 270 x 0,1 m cos 300
ΔEPBC = –6,75 x 10-5 J
(c) dari A ke C
ΔEPAC = ΔEPAB + ΔEPBC = –3,375 x 10-5 J
Soal 5
Vektor medan listrik diberikan oleh E = (0,5x + 2y)i + 2xj (N/C). Tentukan usaha untuk memindahkan muatan q = –2μC dalam medan listrik ini dari (a) (0,0,0) ke (4,0,0)m, (b) (4,0,0) ke (4,2,0) m dan (c) (4,2,0) ke (0,0,0) sepanjang garis lurus.
Jawab:
Jika muatan bergerak dari titik A ke titik B maka usaha yang dilakukan oleh medan listrik diberikan oleh
W = ∫qE.ds
Dalam hal ini integral dihitung sepanjang lintasan menghubungkan titik A dan B. Maka,
(a) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wa = ∫04(y = 0)qExdx = ∫04(y = 0)q(0,5x)dx = q(0,5)(0,5)(4)2 = 4q = –8 x 10-6 J
(b) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wb = ∫02(x = 4)qEydy = ∫02(x = 4)q(2)(4)dy = q(8)(2) = 16q = –3,2 x 10-5 J
(c) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wc = ∫AB(y = x/2)q(Exdx + Eydy) = ∫AB(y = x/2)q[(0,5x + 2y)dx + (2x)dy]
= ∫x 0= 4 q[(0,5x + x)dx + (2x)dx/2]
Wc = ∫x 0= 4 q(2,5x)dx = –20q = 4,0 x 10-5 J
Post a Comment for "Soal Energi Potensial Listrik dan Pembahasannya"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!