HUKUM COULOMB

Menurut Coulomb, dua muatan yang didekatkan akan bekerja gaya tarik atau gaya tolak. Gaya tarik terjadi jika muatan berlainan jenis sedangkan gaya tolakan terjadi pada muatan yang sejenis

Gaya tersebut disebut gaya coulomb yang besarnya sebanding dengan perkalian kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan: F = Gaya Coloumb (N) k = Konstanta = 9 x 109 Nm2 / C2 q1 = Besar muatan 1 (C) q2 = Besar muatan 2 (C) r = Jarak antar muatan (m)

Kuat Medan Listrik

Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang masih merasakan pengaruh gaya Coulomb.

Dari gambar tersebut arah garis garis medan listrik jika muatan positif (+) keluar menuju muatan negatif (-) masuk. Besarnya medan listrik disebut kuat medan listrik yang dirumuskan sebagai berikut:

tanya-tanya.com

atau

Keterangan: E = Kuat Medan listrik (N/C) k = konstanta = 9 x 109 Nm2/C2 q = Muatan listrik (C) r = jarak dari titik ke muatan sumber medan listrik (m)

Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik secara matematis dapat di rumuskan sebagai berikut:

Keterangan: Ep = energi potensial listrik (joule) k = konstanta = 9 x 109 N m2 / C2 q1, q2 = besar muatan listrik (C) r = jarak antara muatan (m)

Usaha

Merupakan perubahan energi potensial

Keterangan: W = Usaha (joule) k = konstanta = 9 x 109 N m2 / C2 q1, q2 = besar muatan listrik (C) r1 = jarak awal (m) r2 = jarak akhir (m)

tanya-tanya.com

Kekekalan energi

Berlaku dalam medan listrik

Di mana:

Keterangan: E = kuat medan antar pelat (N/C) d = jarak antar pelat (m)

Potensial Listrik

Energi potensial merupakan besarnya energi potensial yang dimiliki muatan 1 Coulomb. Dari definisi ini, potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut.

atau

Keterangan: V = Potensial listrik (Volt) k = Konstanta = 9 x 109 N m2 / C2 q = besar muatan sumber (C) r = jarak titik dari muatan (m)

Hukum Gauss

Hukum gauss menyatakan bahwa jumlah garis medan listrik yang menembus suatu permukaan sebanding dengan jumlah muatan listrik yang ada di dalam permukaan tersebut. Hukum ini menghubungkan medal listrik pada permukaan tertutup dengan muatan total di dalam permukaan tersebut. Dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan f = fluks listrik (weber) q = muatan total di dalam permukaan (C) eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2)

tanya-tanya.com

E = medan listrik (N/C) A = Luas permukaan yang dilingkupi muatan (m2)

q = sudut antara medan listrik dan normal bidang

Penerapan Hukum Gauss

Bola Konduktor Bermuatan

Bola konduktor berongga

Kuat medan di dalam bola ( r < R) E = 0 Potensial Listrik di dalam bola (r < R)

Kuat Medan di luar bola ( r > R)

Potensial listrik di dalam bola (r > R)

Keterangan r = Jarak titik ke muatan sumber R = jari jari bola konduktor

tanya-tanya.com

Keping Sejajar Bermuatan

Kuat Medan

Keterangan : E = Kuat medan listrik di antara keping sejajar (N/C) q = muatan total di dalam permukaan (C) eo = permitivitas listrik di ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/N m2) A = Luas keping (m2) σ = rapat muatan keping (C/m2)

Kapasitor

Kapasitor berfungsi sebagai komponen elektronik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan disebut dengan kapasitas kapasitor. Besarnya kapsitas dari suatu kapasitor di rumuskan sebagai berikut:

Keterangan : C = kapasitas kapasitor (Farad) q = muatan yang tersimpan (Coulomb) V = beda potensial (Volt) Kapasitor pada umumnya terdiri dari dua keping sejajar yang diletakkan berdekatan tetapi tidak saling bersentuhan.

Rumusan kapasitas kapsitor jika tanpa bahan penyekat :

Jika ada bahan penyekat/dielektrik:

tanya-tanya.com

Keterangan: Co = kapasitas kapasitor tanpa bahan elektrik (F) A = luasan penampang plat () d = jarak antarplat sejajar (m) C = Kapasitas kapasitor dengan bahan elektrik (F) k = konstanta dielektrik bahan

Rangkaian Kapasitor

RANGKAIAN SERI

Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut: Kapasitas pengganti

Muatan kapasitor sama Q1 = Q2 = Q3 = Qtotal Beda potensial antar kapasitor

RANGKAIAN PARALEL

Sifat-sifat yang dimiliki rangkaian seri sebagai berikut: Kapasitas pengganti : Co = C1 + C2 + C3 Beda potensial tiap kapasitor sama

tanya-tanya.com

V1 = V2 = V3 Muatan antar kapasitor Q1 : Q2 : Q3 = C1 : C2 : C3 Energi yang tersimpan pada kapasitor

Keterangan: W = energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule) Q = muatan kapasitor (Coulomb) V = beda potensial (Volt) C = Kapasitas Kapasitor (Farad) [adinserter block="5"]

CONTOH SOAL & PEMBAHASAN

Soal No.1 (UN 2012) Dua buah muatan listrik yang nilainya sama diletakkan pada jarak r meter sehingga terjadi gaya coloumb sebesar F1 Newton. ketika jarak keduanya di ubah menjadi dua kali semula , gaya Coulomb yang di alami menjadi F2 . Perbandingan F 1: F2 adalah....

A. 1 : 2 B. 2 : 1 C. 1 : 4 D. 4 : 1 E. 3 : 2

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

Soal No.2 (SBMPTN 2013) Jumlah muatan dari dua buah muatan q1 dan q2 adalah -6µC. Jika kedua muatan tersebut dipisahkan sejauh 3m maka masing masing muatan akan merasakan gaya listrik sebesar 8mN. Besar q1 dan q2 berturut turut adalah…

A. -5 µC dan -1 µC B. -10 µC dan 4 µC C. -3 µC dan -3 µC D. -8 µC dan 2 µC E. -4 µC dan -2 µC

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : E

Soal No.3 (UN 2013) Dua muatan listrik B dan C yang berada sejauh 8 cm menghasilkan gaya 50 N. Jika muatan C digeser ke kanan sejauh 8 cm, maka besar gaya tarik pada muatan B dan C adalah .....( 1µC = 10-6 C)

A. 7,5 N B. 12,5 N C. 17,5 N D. 22,5 N E. 27,5N

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.4 (SBMPTN 2013) Dua buah bola identik bermuatan memiliki massa 3,0 x 102 kg digantung seperti seperti pada gambar. Panjang L setiap tali adalah 0,15m. Massa tali dan hambatan udara diabaikan. Bila tan θ = 0,0875, sin θ = 0,0872 dan g = 10m/s2 maka besar muatan pada setiap bola adalah ….

A. 4,4 x 10-6C B. 4,4 x 10-7C C. 4,4 x 10-8C D. 8,8 x 10-7C E. 8,8 x 10-8C

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

Soal No.5 (UN 2009) Perhatikan gambar berikut ini!

Jika muatan +Q terletak antara A dan B di mana muatan +Q harus diletakkan sehingga gaya Coulomb yang dialaminya nol?

A. 3 cm dari muatan B B. 4 cm dari muatan B C. 5 cm dari muatan B D. 3 cm dari muatan A

tanya-tanya.com

E. 6 cm dari muatan A

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

Soal No.6 (SNMPTN 2012) Sebuah kapasitor 200 mF yang mula mula tidak bermuatan dialiri 10 mA selama 10 sekon. beda tegangan yang terjadi pada kapasitor adalah

A. 1000 mV B. 500 mV C. 250 mV D. 50 mV E. 25 mV

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.7 (UN 2014) Tiga buah muatan listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2µC). Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B adalah....

A. 0,9√3 N B. 0,9√2 N C. 0,9 N D. 0,81 N E. 0,4 N

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.8 (SNMPTN 2012)

Tiga buah kapasitor dengan kapasitansi masing- masing 1 mF , 2 mF, dan 3 mF dirangkai secara seri dan diberi tegangan 1 volt pada ujung ujungnya. Pernyataan berikut ini yang benar adalah

1. Masing masing kapasitor memiliki muatan yang sama banyak 2. Kapasitor yang besarnya 1 mF menyimpan energi listrik terbesar 3. Pada kapasitor 3 mF Bekerja tegangan terkecil 4. Ketiga kapasitor bersama sama membentuk sebuah kapasitor ekivalen dengan

muatan tersimpan sebesar 6/11 C

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : A

Soal No.9 (UN 2000) Bila sebuah partikel bermuatan 4 x 10-19 C ditempatkan dalam medan listrik homogen yang kuat medannya 1,2 x 105 N/C maka partikel tersebut akan mengalami gaya sebesar…

A. 4,8 x 10-14 N B. 5,2 x 10-14 N C. 3,0 x 10-23 N D. 3,3 x 10-24 N E. 4,8 x 10-24 N

PEMBAHASAN :

Diketahui:

q = 4 x 10-19 C

E = 1,2 x 105 N/C

Menentukan Gaya Coulumb jika diketahui q dan E menggunakan rumus:

F = qE

tanya-tanya.com

F = 4.10-19 x 1,2.105 = 4,8.10-14 N Jawaban : A

Soal No.10 (SNMPTN 2010)

Empat buah muatan masing masing q2 = -2 µC, q2 = 1 µC, q3 = -1 µC dan q1 =1 µC terletak di sudut sudut suatu bujur sangkar berisi 0,2 m. Bila diketahui εo adalah termitivitas vakum maka potensial listrik dititik tengah bujur sangkar tersebut adalah

A.

B.

C.

D. E. 0 μV

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.11 (UN 2013) Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Titik C berada 20 cm di sebelah B. Jika k = 9.109 Nm2.C2 dan 1µC = 10-6 C maka kuat medan di titik C adalah…

A. 1,275.108 N.C-1 B. 1,350.108 N.C-1 C. 1,425.108 N.C-1 D. 1,550.108 N.C-1 E. 1,675.108 N.C-1

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

Soal No.12 (SNMPTN 2010) Dua buah muatan titik masing masing sebesar 10 µC dan 4µC terpisah sejauh 10 cm. kedua muatan tersebut berada di dalam medium yang memiliki permitivitas relatif sebesar 3. berapakah besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut?

A. 10 N B. 12 N C. 36 N D. 72 N E. 100 N

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.13 (UN 2013)

tanya-tanya.com

Perhatikan gambar berikut ini!

Besar kuat medan listrik di titik A adalah…(k = 9 x 109 N m2 C-2).

A. 9,0 x 107 N/C B. 7,5 x 107 N/C C. 6,0 x 107 N/C D. 7,2 x 107 N/C E. 5,4 x 107 N/C

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.14 (UM UGM 2008) Muatan +Q coulomb ditempatkan di x=-1 m dan muatan -2Q coulomb di x = +1 m. Muatan uji q+ coulomb yang diletakkan di sumbu x akan mengalami gaya total nol bila ia diletakkan di x = ...

A. –(3+√8) m

tanya-tanya.com

B. - 1/3 m C. 0 m D. 1/3 m E. 3√8 m

PEMBAHASAN :

Jawaban : A

Soal No.15 (UN 2013)

Perhatikan faktor-faktor berikut!

1. Luas pelat 2. Tebal pelat 3. Jarak kedua pelat 4. Konstanta dielektrik

tanya-tanya.com

Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri muatan adalah…

A. 1 dan 2 saja B. 3 dan 4 saja C. 1,2, dan 3 D. 1,2 dan 4 E. 1,3, dan 4

PEMBAHASAN : Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri muatan dapat di lihat daripersamaan kapasitas kapasitor keeping sejajar jika di beri bahan dielektrik.

Keterangan:

k = konstanta dielektrik

A = luas pelat

d = jarak antar pelat

Sehingga faktor yang mempengaruhi adalah(1),(3), dan(4) Jawaban : E

Soal No.16 (UN 2014) Perhatikan rangkaian di bawah ini!

besar nya muatan pada kapasitor C5 adalah...

A. 36 coulumb B. 24 coulumb C. 12 coulumb D. 6 coulumb E. 4 coulumb

tanya-tanya.com

PEMBAHASAN : Menentukan muatan di C5 harus menentukan Qtotal dari Ctotal

tanya-tanya.com

Jawaban : B

Soal No.17 (UN 2013) pada gambar di samping bila VAB = 6 volt maka nilai energi listrik pada gambar adalah…

A. 2 joule B. 6 joule C. 9 joule

tanya-tanya.com

D. 12 joule E. 18 joule

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

Soal No.18 (UN 2013) Perhatikan gambar kapasitas berikut.

tanya-tanya.com

Energi yang tersimpan dalam rangkaian listrik di atas adalah…

A. 576 joule B. 288 joule C. 144 joule D. 72 joule E. 48 joule

PEMBAHASAN :

tanya-tanya.com

Jawaban : B

tanya-tanya.com