Contoh Soal Listrik Statis Kelas 12, Jawaban, dan Pembahasannya

tirto.id - Kumpulan contoh soal listrik statis kelas 12 dan pembahasannya ini bisa dijadikan bahan belajar bagi siswa kelas 12 yang akan mempersiapkan ujian sekolah dengan materi listrik statis pada semester gasal atau genap tahun ajaran 2024/2025.

Listrik statis sendiri adalah salah satu materi dalam mata pelajaran Fisika dasar kelas 12. Dengan mempelajari materi listrik statis, para siswa kelas 12 dapat memahami berbagai hal tentang kelistrikan.

Selain itu, para siswa kelas 12 juga dapat memahami wujud nyata dan manfaat praktis listrik statis dalam kehidupan sehari-hari.

Berikut adalah rangkuman materi listrik statis kelas 12 yang bisa dijadikan bahan belajar para siswa kelas 12 untuk menghadapi ujian tengah semester atau ujian akhir semester.

Rangkuman Materi Listrik Statis Kelas 12

Berikut ini adalah rangkuman materi dari listrik statis kelas 12:

1. Listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir dan berupa muatan listrik pada suatu benda.

2. Struktur atom terdiri atas:

1) Neutron, bermuatan netral dan terletak pada inti atom, tidak berpindah.

2) Proton, bermuatan positif dan terletak pada inti atom, tidak berpindah.

3) Elektron, bermuatan negatif dan terletak pada kulit atom, dapat berpindah dengan menerima atau melepas energi.

3. Muatan listrik muncul akibat adanya perbedaan jumlah elektron dan proton pada atom benda.

1) Jika proton = elektron, benda netral.

2) Jika proton > elektron, benda positif.

3) Jika elektron > proton, benda negatif.

4. Hukum Coulomb

Pada tahun 1785, seorang ahli fisika Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb melakukan penelitian mengenai gaya yang ditimbulkan oleh dua benda yang bermuatan listrik. Coulomb menyatakan bahwa besar gaya listrik berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda. Teori ini disebut Hukum Coulomb.

Gaya tarik dan gaya tolak antara dua muatan listrik dinamakan gaya Coulomb, yang besarnya dapat ditentukan dalam persamaan:

Satuan gaya listrik menurut SI adalah newton (N). Satu newton (1 N) adalah sebanding dengan muatan yang dipindahkan oleh arus satu ampere dalam satu detik.

5. Medan Listrik

Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak.

Arah medan listrik dari suatu benda bermuatan listrik dapat digambarkan menggunakan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif memiliki garis gaya listrik dengan arah keluar dari muatan tersebut. Adapun, sebuah muatan negatif memiliki garis gaya listrik dengan arah masuk ke muatan tersebut.

Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Jika sebuah muatan uji q’ diletakkan di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan, kuatm medan listrik E benda tersebut adalah besar gaya listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji. Jadi, dituliskan:

Adapun kuat medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik q di suatu titik yang berjarak r dari benda tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:

Di sini kuat medan listrik dituliskan dalam satuan N/C.

Kuat medan listrik juga merupakan besaran vektor karena memiliki arah, maka penjumlahan antara dua medan listrik atau lebih harus menggunakan penjumlahan vektor. Arah medan listrik dari sebuah muatan positif di suatu titik adalah keluar atau meninggalkan muatan tersebut. Adapun, arah medan listrik dari sebuah muatan negatif di suatu titik adalah masuk atau menuju ke muatan tersebut.

Dua plat sejajar yang bermuatan listrik dapat menyimpan energi listrik karena medan listrik timbul di antara dua plat tersebut. Kuat medan listrik di dalam dua plat sejajar yang bermuatan listrik adalah:

6. Energi Potensial Listrik

Dua buah benda bermuatan listrik yang terletak berdekatan akan mengalami gaya listrik di antara keduanya. Suatu usaha diperlukan untuk memindahkan (atau menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula. Karena usaha merupakan perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama dengan besar energi yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial listrik. Besar usaha (W) atau perubahan energi potensial listrik dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan dari posisi r1 ke posisi r2 adalah:

Dengan demikian, usaha atau energi potensial untuk memindahkan sebuah muatan uji q’ yang berjarak r dari sebuah muatan lain q ke jarak tak berhingga dapat dituliskan sebagai berikut:

Dimana tanda minus berarti usaha yang dilakukan selalu melawan gaya tarik yang ada (biasanya usaha yang dilakukan adalah usaha untuk melawan gaya tarik antara dua muatan).

7. Potensial Listrik

Suatu muatan uji hanya dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain yang memiliki perbedaan potensial listrik sebagaimana benda jatuh dari tempat yang memiliki perbedaan ketinggian. Besaran yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah beda potensial. Beda potensial dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan ke jarak tak berhingga dengan usaha W adalah:

Dimana V adalah potensial listrik dengan satuan volt (V). Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja. Potensial listrik dari suatu muatan listrik q di suatu titik berjarak r dari muatan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:

Dari persamaan di atas tampak bahwa potensial listrik dapat dinyatakan dalam bentuk kuat medan listrik, yaitu:

Berbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik, potensial listrik merupakan besaran skalar yang tidak memiliki arah. Potensial listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan sumber dihitung menggunakan penjumlahan aljabar. Untuk n muatan, potensial listriknya dituliskan sebagai berikut:

Contoh Soal Listrik Statis dan Jawabannya

Berikut ini beberapa contoh soal listrik statis dan jawabannya yang bisa dijadikan bahan latihan untuk mempersiapkan ujian dengan materi listrik statis kelas 12:

1. Sebuah kapasitor 50 F dihubungkan dengan sumber tegangan hingga dapat menyimpan energi sebesar 0,36 J. Besar muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor adalah ….

Pembahasan:

D1 = kapasitor=50 F

E = 0,36 J.

D2 = muatan listrik....?

D3 =

2. Dua buah muatan qA dan qB masing-masing besarnya +40 µC dan +40 µC. Keduanya terpisah sejauh 40 mm di udara. Besar dan arah gaya listrik kedua muatan tersebut adalah …

Pembahasan:

Untuk menjawab pertanyaan di atas sebaiknya kita gambarkan terlebih dahulu arah vektor gaya listrik diatas.

3. Dua buah muatan saat jaraknya 10 cm mempunyai gaya interaksi 20 N. Jika jaraknya diperbesar menjadi 20 cm, maka besar gaya interaksi yang terjadi adalah ...

Pembahasan:

D1 : r1 = 10 cm

F1 = 20 N

r2 = 20 cm

D2 : F2 ...?

D3: Gaya elektrostatis dirumuskan dengan F berbanding terbalik dengan r2

sehingga :

4. Untuk memindahkan muatan sebesar 10 C dari A ke B diperlukan usaha sebesar 200 Joule hitunglah potensial AB tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:

q’ = 10 C

W = 100 Joule

Ditanya: V = …?

Jawab:

V = W/q’

= 200 Joule/10 C

= 20 J/C

= 20 volt

5. Sebuah muatan 200 coulomb berada pada jarak 10 m terhadap muatan 20 coulomb yang lain. Hitunglah medan listrik pada muatan 200 coulomb tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:

Q1 = 200 C r = 10 m

Q2 = 20 C Ditanya: E = …?

Jawab: