SlideShare a Scribd company logo
1 of 53
Download to read offline
Listrik Statis 72
BAB 3 :LISTRIK STATIS
A. Muatan Listrik
Muatan listrik ada 2 jenis, yaitu:
a) muatan positif (+)
b) muatan negatif (–)
Muatan listrik dilambangkan dengan Q atau q.
Satuan muatan listrik adalah coulomb atau
disingkat dengan coul atau C.
B. Hukum Coulomb (Gaya Listrik)
Muatan-muatan sejenis saling tolak-menolak,
sedangkan muatan-muatan tidak sejenis saling
tarik-menarik.
++
Q q
r
F

F

––
Q q
r
F

F

–+
Q q
r
F

F

Gambar 1
Besarnya gaya listrik (tarik atau tolak)
berbanding lurus dengan hasil kali besar
muatan masing-masing dan berbanding
terbalik dengan kuadrat jaraknya.
Ditulis:
2
r
Qq
kF  . . . . . . . (1)
Q dan q = besar muatan masing-masing,
satuannya coulomb atau coul atau
C
r = jarak, satuannya meter (m)
k = konstanta Coulomb = 9109
Nm2
/C2
F = gaya, satuannya newton (N)
Harga k dapat juga dinyatakan dengan:
04
1
k

 . . . . . . . (2)
k4
1
0

 . . . . . . . (3)
 = 3,14
o = 9
10914,34
1

o = permitivitas ruang hampa
o = 8,8510–12
C2
/Nm2
Bila sebuah muatan q dipengaruhi beberapa
muatan, maka gaya total yang dialaminya
sama dengan resultan gaya-gaya yang
disebabkan oleh masing-masing muatan.
totalF

= 1F

+ 2F

+ . . . (jumlah vector)
Jika gayanya hanya 2 buah, maka:
 cosFF2FFF 21
2
2
2
1total . . (4)
 = sudut yang diapit oleh F1 dan F2,
satuannya 
++
Q1 Q2
r
1F

2F

+
r2r1
TF



q
(a)
–+
Q1 Q2
r
1F

2F

+
r2r1
TF



q
(b)
Gambar 2
Untuk menghitung cos  digunakan rumus
21
22
2
2
1
rr2
rrr
cos

 . . . . (5)
r = jarak kedua muatan yang
memengaruhinya, satuannya m
r1 dan r2= jarak muatan yang mengalami
gaya dengan kedua muatan yang
memengaruhinya, satuannya m
Jika Q1 dan Q2 sejenis, maka:
 coscos . . . . . . (6)
Sebaliknya jika Q1 dan Q2 tidak sejenis, maka:
 coscos . . . . . . (7)
 = sudut yang menghadap sisi r
Contoh Soal:
1. Ada 4 buah bola A, B, C, dan D bermuatan
listrik. Bola A menarik B, bola B menolak
C, dan bola C menarik D. Jika bola D
bermuatan negatif, tentukan jenis muatan
bola yang lain?
Penyelesaian:
Listrik Statis 73
–
B
D
A
C
Bola D bermuatan negatif.
Karena bola C menarik D, maka bola C positif.
Karena bola B menolak C, maka bola B
positif.
Karena bola A menarik B, maka bola A
negatif.
2. Lengkapilah tabel berikut yang
menunjukkan hubungan antara besar gaya
listrik (F) yang dialami dua buah muatan Q
dan q yang terpisah pada jarak r.
No. Q (C) q (C) r (cm) F (N)
a 2 3 6
b 5 6 300
c 8 3 320
d 5 15 14
Penyelesaian:
++
Q q
r
F

F

a) 2
r
Qq
kF 
 F = 9109
 22
66
)104(
103102




 F = 15 N
b) 2
r
Qq
kF   r2
= k
F
qQ
 r2
= 9109

300
106105 66 

 r2
= 910–4
 r = 310–2
m = 3 cm
c) 2
r
Qq
kF   q =
Qk
rF 2
 q = 69
22
108109
)103(320




 q = 410–6
C
 q = 4 C
d) 2
r
Qq
kF   Q =
qk
rF 2
Q = 69
22
105109
)1015(14




 Q = 710–6
C
 Q = 7 C
3. Muatan Q = 3q terpisah pada jarak 3 cm,
sehingga masing-masing mengalami gaya
120 newton. Berapa C besarnya Q?
Penyelesaian:
++
Q q
r
F

F

Q = 3q
2
r
Qq
kF   F r2
= 9109
3q2
 1200,032
= 27109
q2
 4910–4
= 9108
q2
 410–12
= q2
 q = 210–6
C
Q = 3210–6
 Q = 610–6
C
 Q = 6 C
4. Muatan Q = q + 2 C terpisah pada jarak
5 cm sehingga masing-masing mengalami
gaya 54 newton. Berapa C besarnya Q?
Penyelesaian:
++
Q q
r
F

F

Q = q + 2 C  Q = q + 210–6
C
 q = Q – 210–6
C
2
r
Qq
kF  
k
rF 2
= Q q

9
22
109
)105(54

 
= Q (Q – 210–6
)
 610–9
2510–4
= Q2
– 210–6
Q
 Q2
– 210–6
Q – 1510–12
= 0
 (Q – 510–6
)(Q + 310–6
) = 0
 Q – 510–6
= 0  Q = 510–6
C = 5 C
 Q + 310–6
= 0
 Q = – 310–6
C = – 3 C
5. Dua buah muatan listrik ketika terpisah
pada jarak 2 cm, masing-masing
mengalami gaya 25 newton. Jika kemudian
jaraknya diubah menjadi 5 cm, berapa
newton gaya yang dialaminya sekarang?
Penyelesaian:
++
Q q
r1
1F

1F

++
Q q
r2
2F

2F

Listrik Statis 74
2
1
1
r
Qq
kF  dan 2
2
2
r
Qq
kF 
1
2
F
F
=
2
1
2
2
r
Qq
k
r
Qq
k

1
2
F
F
= 2
2
2
1
r
r

25
F2
= 2
2
5
2

25
F2
=
25
4
 F2 = 4 N
6. Muatan listrik QA = QB – 1510–6
C.
Muatan QA diletakkan pada titik (0 cm, 0
cm) suatu sistem koordinat. Sedangkan
muatan QB
diletakkan pada
(3 cm, 4 cm).
Karena saling
memengaruhi,
masing-masing
mengalami
gaya listrik
360 N. Berapa
besar QB?
Penyelesaian:
22
34r   r = 916 
 r = 25  r = 5 cm
2
BA
r
QQ
kF  
k
Fr2
= (QB – 1510–6
) QB

9
22
109
)105(360

 
= Q 2
B – 1510–6
QB
 410–8
2510–4
= Q 2
B – 1510–6
QB
 10010–12
= Q 2
B – 1510–6
QB
 0 = Q 2
B – 1510–6
QB – 10010–12
 (QB – 2010–6
)(QB + 510–6
) = 0
 QB – 2010–6
= 0  QB = 2010–6
C
 QB = 20 C
7. Dua buah bola kecil massanya sama, yaitu
30 gram masing-masing digantung pada
benang yang panjangnya sama, yaitu
15 cm (lihat gambar). Kemudian kedua
bola diberi muatan listrik sejenis sehingga
kedua bola saling tolak-menolak dan
setelah setimbang, terpisah sejauh 18 cm.
Jika percepatan gravitasi bumi dianggap
g = 10 m/det2
:
a) berapa besar sudut yang diapit oleh
salah satu benang terhadap vertikal?
b) berapa besar gaya listrik yang dialami
kedua bola?
c) berapa besar muatan pada masing-
masing bola?
Penyelesaian:
++
q q
r
F

F

mgmg
TT TyTy
TxTx
 L L
a)
L
r
sin 2
1
  sin  =
15
182
1 
 sin  = 0,6   = 37
b) Gaya-gaya yang bekerja pada bola:
* Gaya berat (W):
gmW   W = 310–2
10
 W = 0,3 N
* Gaya tolak listrik (F)
* Gaya tegangan tali (T), kita uraikan:
+ pada arah horisontal:
 sinTTx
+ pada arah vertikal:
 cosTTy
Pada saat ini bola setimbang. Jadi:
Tx = F . . . . . . . . (1)
dan
Ty = W . . . . . . . . (2)
y
x
T
T
=
W
F



cosT
sinT
=
W
F
W
F
tg  . . . . . (dihafal)
F = W tg   F = 0,3tg 37
 F = 0,30,75  F = 0,225 N
c) 2
r
Qq
kF  
k
rF 2
= Q q

k
rF 2
= q q 
9
2
109
18,0225,0


= q2
 0,02510–9
0,182
= q2
 2510–12
0,182
= q2
 510–6
0,18 = q  q = 0,910–6
C
 q = 0,9 C
8. Dua buah bola kecil massanya sama yaitu
m = 30 gram masing-masing digantung
pada benang yang panjangnya sama (lihat
gambar). Kemudian kedua bola diberi
muatan listrik sejenis q = 0,9 C, sehingga
kedua bola saling tolak-menolak dan
QB
QA
+
y (cm)
x (cm)
+
Listrik Statis 75
setelah
setimbang,
terpisah sejauh
18 cm. Jika
g = 10 m/det2
berapa besar
gaya tegangan
tali?
Penyelesaian:
gmW 
 W = 310–2
10  W = 0,3 N
2
r
Qq
kF   F = k 2
2
r
q
 F = k(
r
q
)2
 F = 9109
( 2
6
1018
109,0




)2
 F = 9109
(510–6
)2
 F = 9109
2510–12
 F = 0,225 N
22
FWT   T = 22
225,03,0 
 T = )34(75,0 222
  T = 0,75 2
5
 T = 0,755  T = 3,75 N
9. Dua buah bola kecil massanya sama,
masing-masing digantung pada benang yang
panjangnya sama, yaitu 80 cm (lihat gambar).
Kemudian kedua bola diberi muatan listrik
sejenis 0,4 C, sehingga kedua bola saling
tolak-menolak dan
setelah setimbang,
terpisah sejauh
16 cm. Jika
percepatan
gravitasi bumi
dianggap g = 10
m/det2
berapa
besar gaya
tegangan tali?
Penyelesaian:
a)
L
r
sin 2
1
  sin  =
80
162
1 
 sin  =
10
1
2
r
Qq
kF 
 F = 9109
 21
66
)106,1(
104,0104,0




 F = 2
5
1056,2
10144




 F = 0,5625 N
FTx   T sin  = 0,5625
 T
10
1
= 0,5625  T = 0,562510
 T = 5,625 N
10. Pada atom hidrogen inti
bermuatan positif
(p = +1,610–19
C)
sedangkan elektron
bermuatan negatif (e = –
1,610–19
C) bergerak
mengelilingi.
a) Berapa gaya tarik-
menarik antara inti dan elektron yang
mengelilinginya?
b) Berapa gaya sentripetal yang dimiliki
elektron?
c) Berapa kecepatan gerak elektron?
Penyelesaian:
Karena proton dan elektron bermuatan listrik
tidak sejenis, maka ada gaya tarik-menarik?
Q = p = +1,610–19
C
q = e = –1,610–19
C
2
r
Qq
kF  
2
r
ep
kF 
 F = 9109
 211
1919
)105(
106,1106,1




 F = 9,21610–8
N
b) Gaya tarik listrik, oleh elektron dipakai
sebagai gaya sentripetal, supaya elektron tetap
dapat bergerak melingkar mengelilingi inti.
Jadi:
FS = F  FS = 9,21610–8
N
c)
r
v
mF
2
S   v2
=
m
rFS
 v2
= 31
118
109
10510216,9




 v2
= 5,121012
 v = 2262741,7 m/det
11. Dua buah muatan titik bebas Q1 = –4 C
dan Q2 = +9 C berada pada jarak 3 cm
satu sama lain. Muatan Q3 ditempatkan
sedemikian sehingga seluruh sistem
tersebut dalam keadaan seimbang (setiap
muatan mengalami resultan gaya sama
dengan nol). Berapa besar muatan Q3?
Penyelesaian:
+
FS
FS
p
e
–
++
q
r
F

mg
T Ty
Tx
y
 L
++
q
r
F

mg
T Ty
Tx
y
 L
Listrik Statis 76
– ++
Q1 Q2Q3
F12 F21
F23F13
F31F32
r13 r12
r23
Karena Q1 dan Q2 tidak sejenis, maka Q3 harus
diletakkan pada perpanjangan garis hubung Q1
dan Q2.
Karena /Q1 / < /Q2/, maka Q3 harus diletakkan
lebih dekat pada Q1.
Agar resultan gaya pada masing-masing
muatan sama dengan nol, maka gaya pada
masing-masing muatan harus berlawanan arah.
Untuk itu muatan Q3 harus positif (tidak
sejenis dengan muatan di dekatnya),
r23 = r13 + r12
 r23 = r13 + 3 . . . . . . (1)
F3 = 0  F31 – F32 = 0  F31 = F32
 k 2
13
13
r
QQ
= k 2
23
23
r
QQ
 Q1 r 2
23 = Q2 r 2
13
 4 r 2
23 = 9 r 2
13  2 r23 = 3 r13
 2 (r13 + 3) = 3 r13  2 r13 + 6 = 3 r13
 6 = 3 r13 – 2 r13  r13 = 6 cm
F1 = 0  F12 – F13 = 0  F12 = F13
 k 2
12
21
r
QQ
= k 2
13
31
r
QQ
 Q2 r 2
13 = Q3 r 2
12
 962
= Q332
 936 = Q39
 Q3 = 36 C
C. Medan Listrik & Kuat Medan Listrik (
E

)
Perhatikan gambar berikut:
++
Q q
r
F

F

(a)
+
Q
r
E

(b)
Gambar 4
Gaya yang dialami muatan q adalah:
2
r
Qq
kF 
Kemudian muatan q dihilangkan, maka
tinggallah titiknya dan muatan Q. Jika pada
titik itu diletakkan muatan listrik lain, maka
dia juga akan mengalami gaya. Jadi di titik itu
karena pengaruh muatan Q mempunyai
kemampuan untuk memberikan gaya pada
muatan yang diletakkan padanya. Hal ini juga
terjadi pada titik-titik lain di sekitar muatan Q.
Daerah itu disebut medan listrik. Jadi medan
listrik dinyatakan sebagai berikut:
"Medan listrik ialah daerah di sekitar muatan
listrik yang masih terasa pengaruh gaya
listriknya".
Pada tiap titik yang berbeda jaraknya terhadap
Q berbeda pula kemampuan untuk
memberikan gaya pada muatan yang
diletakkan. Makin dekat gayanya makin besar.
Kekuatan ini dinamakan kuat medan
listrik.Kuat medan listrik didefinisikan sebagai
berikut:
"Kuat medan listrik di suatu titik ialah gaya
yang dialami tiap satuan muatan yang
diletakkan di titik itu".
Ditulis:
q
F
E  . . . . . . . (8)
atau
E =
q
r
Qq
k 2
Sehingga:
2
r
Q
kE  . . . . . . . (9)
Jadi:
"Kuat medan listrik yang dihasilkan oleh
sebuah muatan listrik besarnya berbanding
lurus dengan besar muatan, dan berbanding
terbalik dengan kuadrat jaraknya".
Q = muatan, satuannya Coulomb
r = jarak titik terhadap muatan, satuannya
meter (m)
k = konstanta Coulomb
k = 9109
Nm2
/C2
E = kuat medan listrik, satuannya N/C
Kuat medan listrik yang dihasilkan oleh
muatan positif arahnya menjauhinya.
Q
+ Er
Gambar 5
Sedangkan yang dihasilkan oleh muatan
negatif arahnya mendekatinya.
Q
–
E
r
Gambar 6
Jika suatu titik dipengaruhi beberapa muatan,
maka kuat medan listrik totalnya sama dengan
Listrik Statis 77
resultan dari kuat medan yang dihasilkan oleh
masing-masing muatan.
.....EEE 21total 

. . . . (10)
Misal: Sebuah titik P dipengaruhi oleh muatan
Q1 dan Q2.
a) Jika titik P berada pada garis hubung atau
perpanjangannya:
Q1 Q2
++
E1
E2
E2
E1
E1 E2
EB=0
EA0 EC0
Gambar 10
EA= 1AE + 2AE EB= 1BE – 2BE
EC= 1CE + 2CE
Q1 Q2
+–
E1E2 E1 E1
E2
E2EB0
EA=0 EC=0
Gambar 7
EA= 1AE – 2AE EB= 1BE + 2BE
EC= 1CE – 2CE
b) Jika titik P terletak di luar garis hubung
maupun garis perpanjangannya maka:
Q1 Q2
r2
E2
E1
ED
++
r
r1


(a)
D
Q1 Q2
r2
E2
E1
ED0
+–
r
r1


(b)
D
Gambar 8
21
22
2
2
1
rr2
rrr
cos

 . . . . (11)
Jika Q1 dan Q2 sejenis, maka:
 coscos . . . . . . (12)
Sebaliknya jika Q1 dan Q2 tidak sejenis, maka:
 coscos . . . . . . (13)
 cosEE2EEE 21
2
2
2
1total . (14)
Persamaan (8) dapat juga ditulis:
F = q E
Artinya, jika pada sebuah titik ada kuat medan
listrik E, kemudian diletakkan sebuah muatan
q, maka dia akan mengalami gaya sebesar F.
F
+
E
q
F
–
E
q
(a) (b)
Gambar 9
Jika muatan yang diletakkan positif, maka arah
gayanya sama dengan arah kuat medan.
Sedangkan jika muatannya negatif, maka arah
gayanya berlawanan dengan arah medan.
Contoh Soal:
12. Lengkapi tabel berikut, yang menunjukkan
hubungan antara kuat medan listrik E yang
dihasilkan sebuah muatan Q pada titik
yang berjarak r.
No. Q (C) r (cm) E (N/C)
a 6 15
b 8 1,25106
c 18 2,5106
Penyelesaian:
Q
+ Er
a) 2
r
Q
kE   E = 9109
 22
6
)1015(
106




 E = 2,4106
N/C
b) 2
r
Q
kE  
E
Q
kr2

 r2
= 9109
 6
6
1025,1
108

 
 r2
= 57610–4
 r = 2410–2
m = 24 cm
c) 2
r
Q
kE  
k
rE
Q
2

 Q = 9
6
109
105,2


(1810–2
)2
 Q =
9
5,2
10–3
181810–4
 Q = 910–6
C  Q = 9 C
13. Karena pengaruh sebuah muatan Q pada
sebuah titik yang berjarak 3 cm, kuat
medan listriknya 1500 N/C. Karena
pengaruh muatan itu juga, berapa kuat
medan listrik pada titik yang berjarak
6 cm?
Penyelesaian:
Listrik Statis 78
Q
+ E1r1
E2
r2
2
1
1
1
r
Q
kE  dan 2
2
2
2
r
Q
kE 
Dibandingkan:
1
2
E
E
=
2
1
1
2
2
2
r
Q
k
r
Q
k
 E2 = 2
2
2
1
r
r
E1
 E2 = 2
2
6
3
1500  E2 = 375 N/C
14. Pada suatu sistem koordinat, muatan
Q1 = +30 C diletakkan pada titik (0,0)
dan Q2 = –5 C pada titik (4 cm, 0).
Berapa N/C kuat medan listrik pada titik (3
cm, 0)?
Penyelesaian:
Q1 Q2
–+
E1
E2
r2r1
ET
r = 3 – 0  r = 3 cm  r1 = 310–2
m
r2 = 4 – 3  r2 = 1 cm  r2 = 10–2
m
2
1
1
1
r
Q
kE   E1 = 9109
 22
6
)103(
1030




 E1 = 3108
N/C (ke kanan)
2
2
2
2
r
Q
kE   E2 = 9109
 22
6
)10(
105



 E2 = 4,5108
N/C (ke kanan)
Karena searah maka:
21 EEE   E = 3108
+ 4,5108
 E = 7,5108
N/C (arahnya ke kanan)
15. Titik O berjarak 4 cm dari muatan QA dan
berjarak 3 cm dari muatan QB. Kedua muatan
sejenis dan sama besar, berjarak 7 cm satu dari
yang lain.
QBQA
+ +
O
Karena pengaruh kedua muatan, pada titik O
kuat medannya 3,5107
N/C. Berapa besar
QA?
Penyelesaian:
ABO EEE   3,5107
= k 2
B
B
r
Q
– k 2
A
A
r
Q
 3,5107
= k( 22
)103(
Q


– 22
)104(
Q


)
 3,5107
= 9109
Q( 4
109
1


– 4
1016
1


)
 3,5 = 4
2
10
109


Q(
169
916


)
 3,51610–6
= 7Q
 Q = 810–6
C  Q = 8 C
16. Muatan Q1 = –9 C dan Q2 = +4 C
terpisah pada jarak 2 cm. Karena pengaruh
kedua muatan tersebut, di titik manakah
yang kuat medan listriknya nol?
Penyelesaian:
Dari gambar terlihat bahwa titik yang
mempunyai kemungkinan kuat medan
listriknya nol adalah di titik A atau C. Karena
/Q1/ > /Q2/, maka pilihan kita adalah titik C.
Q1 Q2
r
E2
E1
ED0
+–
E1E2 E1 E1
E2
E2EB0
EA=0 EC=0
r2
r1
r2 = r1 – r  r2 = r1 – 2
EC = 0  E2 – E1 = 0  E2 = E1
k 2
2
2
r
Q
= k 2
1
1
r
Q

2
2r
4
= 2
1r
9

2r
2
=
1r
3
 2 r1 = 3 r2  2 r1 = 3 (r1 – 2)
 2 r1 = 3 r1 – 6  6 = 3 r1 – 2 r1
 r1 = 6 cm
17. Dua buah muatan listrik QA = 12 C dan
QB (bermuatan negatif, tetapi belum
diketahui besarnya) terpisah pada jarak
5 cm. Karena pengaruh kedua muatan
tersebut, pada titik T yang berjarak 3 cm
dari muatan QA dan berjarak 4 cm dari
muatan QB kuat medan listriknya =
1,5108
N/C. Berapa besar muatan QB?
Penyelesaian:
Listrik Statis 79
–+
QA QB
r
AE

rBrA


BE

TE

2
A
A
A
r
Q
kE   EA = 9109
 22
6
)103(
1012




 EA = 1,2108
N/C
BA
22
B
2
A
rr2
rrr
cos

  cos  =
432
543 222


 cos  =
24
25169 
 cos  = 0
Karena kedua tidak sejenis, maka:
cos  = –cos   cos  = – 0  cos  = 0
 cosEE2EEE BA
2
B
2
AT

2
TE = 2
AE + 2
BE + 2 EA EB0
 (1,5108
)2
= (1,2108
)2
+ 2
BE + 0
 2,251016
= 1,441016
+ 2
BE

2
BE = 2,251016
– 1,441016

2
BE = 0,811016
 EB = 9107
2
B
B
B
r
Q
kE   EB
2
Br = k QB
 9107
(410–2
)2
= 9109
QB
 QB = 1610–6
C
18. Pada sebuah persegi panjang ABCD
seperti gambar di samping, muatan listrik
QA = –7,5 pC diletakkan pada titik A
muatan QC diletakkan pada titik C. Karena
pengaruh kedua
muatan, pada
titik D kuat
medannya
= 195 N/C.
Berapa besar
QC?
Penyelesaian:
2
A
A
A
r
Q
kE   EA = 9109
 22
12
)103(
105,7




 EA = 910–3
 4
109
5,7


 EA = 7,510–3
104
 EA = 75 N/C
2
A
2
D
2
C EEE  
2
CE = 1952
– 752

2
CE = 152
(132
– 52
) 
2
CE = 152
122
 EC = 1512  EC = 180 N/C
2
C
C
C
r
Q
kE   EC
2
Cr = 9109
QC
 180(410–2
)2
= 9109
QC
 21610–4
= 108
QC
 3210–12
= QC  QC = 32 pC
19. Pada sebuah titik ada kuat medan listrik
sebesar 2107
N/C diletakkan muatan
listrik sebesar 6 C. Berapa newton gaya
yang dialami muatan tersebut?
Penyelesaian:
EqF   F = 610–6
2107
 F = 120 N
D. Garis Gaya Listrik
"Garis gaya listrik ialah suatu garis yang dapat
digambarkan sedemikian, sehingga arahnya
maupun arah garis singgung di suatu titik
merupakan arah medan listrik dititik itu".
Garis gaya menggambarkan daerah bermedan
listrik. Jadi jika suatu daerah ada medan listrik,
maka dapat digambarkan garis-garis gayanya.
Pada tempat yang kuat medan listriknya besar,
garis gayanya digambarkan lebih rapat. Garis
gaya yang dihasilkan oleh sebuah muatan
positif, arahnya menjahuhinya. Sedangkan
yang dihasilkan oleh muatan negatif, arahnya
mendekatinya.
Gambar 10
Garis gaya yang dihasilkan oleh dua buah
muatan yang tidak sejenis, keluar dari muatan
positif, dan masuk pada muatan negatif.
Gambar 11
Garis gaya yang dihasilkan oleh dua muatan
sejenis saling tolak menolak.
F+
E
q
+
–
QC
QA 4 cm
3cm
B
D
Listrik Statis 80
Gambar 12
Jumlah garis gaya yang dihasilkan oleh sebuah
muatan dapat dihitung dengan rumus:
QN  . . . . . . . (15)
Artinya, jika ada muatan sebesar Q Coulomb,
akan menghasilkan garis gaya sebesar N buah.
Misal: Q = 5 Coulomb, maka N = 5 buah garis
gaya.
E. Energi Potensial Listrik (Ep)
Gambar 13
Tiap muatan saling memengaruhi. Mengalami
gaya:
2
r
qQ
kF 
Akibatnya adalah menghasilkan energi
potensial listrik. Besarnya:
r
qQ
kEP  . . . . . . (16)
Q dan q = muatan masing-masing, satuannya
coulomb
r = jarak kedua muatan, satuannya meter
EP = energi potensial, satuannya Joule
Karena energi potensial merupakan besaran
skalar, maka pada saat menghitung, tanda dari
jenis muatannya diikut-sertakan dalam
perhitungan. Jadi jika kedua muatan sejenis,
maka energinya berharga positif, Sebaliknya
jika kedua muatan tidak sejenis, maka energi
potensial yang dihasilkannya berharga negatif.
Hubungan antara gaya dan energi potensial:
PE
F
=
r
Qq
k
r
Qq
k 2

PE
F
=
r
1

r
E
F P
 . . . . . . (21)
atau
 rFEP  . . . . . . (22)
Jika sebuah muatan dipengaruhi oleh beberapa
muatan, maka energi potensialnya sama
dengan jumlah aljabar dari energi potensial
yang dihasilkan oleh masing-masing muatan.
Gambar 14
...EEE 21 PPPtotal  . . . . (17)
Contoh Soal:
20. Lengkapi tabel berikut yang menunjukkan
hubungan antara muatan Q dan q yang
terpisah pada jarak r dengan energi
potensial yang dihasilkannya!
No. Q (C) q (C) r (cm) EP
(Joule)
a 4 3 2
b 5 2 1.5
c 6 3 9
d 4 5 5.04
Penyelesaian:
++
Q q
r
EP EP
a)
r
qQ
kEP 
 EP = 9109
 2
66
102
103104




 EP = 5,4 Joule
b)
r
qQ
kEP  
PE
qQ
kr 
 r = 9109

5,1
102105 66 

 r = 610–2
m  r = 6 cm
c).
r
qQ
kEP  
Qk
rE
q P

 q = 69
2
106109
1039




 q = 510–6
C  q = 5 C
d)
r
qQ
kEP  
qk
rE
Q P

+
1PE
2PE
3PE
+
Q2
q
+ +
Q1
Q3
r1
r2 r3
++
Q q
r
EP EP
FF
Listrik Statis 81
 Q = 69
2
104109
10504,5




 Q = 710–6
C  Q = 7 C
21. Atom hidrogen intinya terdiri atas sebuah
proton yang mempunyai
muatan 1,610–19
C dan
sebuah elektron yang
mengelilingi-nya
bermuatan –1,610–19
C.
Jika jari-jari lintasan
elektron dianggap 510–
11
meter, berapa energi potensialnya?
Penyelesaian:
r
qQ
kEP  
r
ep
kEP 
 EP = 9109
 11
1919
105
)106,1(106,1




 EP = –4,60810–18
Joule
22. Muatan Q = – 4
1 q terpisah pada jarak 6 cm
sehingga masing-masing mempunyai
energi potensial –2,4 Joule. Berapa besar
muatan Q?
Penyelesaian:
Q = – 4
1 q  q = –4 Q
r
qQ
kEP   EP = k
r
)Q4(Q 
 EP = –4k
r
Q2
 Q2
= –
k4
rEP
 Q2
= – 9
2
1094
1064,2

 
 Q2
= 410–12
 Q = 210–6
C  Q = 2 C
23. Muatan Q = q – 3 C terpisah pada jarak
5 cm. Akibatnya masing-masing
mempunyai energi potensial +5,04 Joule.
Berapa besar muatan Q?
Penyelesaian:
Q = q – 3 C  q = Q + 3 C
 q = Q + 310–6
C
r
qQ
kEP  
k
rEP
= Q (Q + 310–6
)

9
22
109
1051004,5

 
= Q2
+ 310–6
Q
 Q2
+ 310–6
Q – 2810–12
= 0
 (Q + 710–6
)(Q – 410–6
) = 0
 Q + 710–6
= 0
 Q = – 710–6
C = – 7 C
atau
 Q – 410–6
= 0  Q = 410–6
= 4 C
F. Potensial Listrik (V)
Perhatikan gambar berikut:
++
Q q
r
EP EP
+ Q V
r
Gambar 15 Potensial titik
Energi potensial yang dimiliki muatan q
adalah:
EP = k
r
qQ
Kemudian muatan q dihilangkan, maka
tinggallah titiknya dan muatan Q.
Jika pada titik itu diletakkan muatan listrik
lain, maka dia juga akan memperoleh energi
potensial listrik. Jadi titik itu, karena pengaruh
muatan Q, mempunyai kemampuan untuk
memberikan energi potensial pada muatan
yang diletakkan. Hal ini juga terjadi pada titik-
titik lain di sekitar muatan Q. Namanya daerah
tersebut berpotensial listrik.
"Potensial listrik di suatu titik ialah energi
potensial tiap satuan muatan yang diletakkan
di titik itu".
Ditulis:
q
E
V P
 . . . . . . . (18)
V =
q
r
qQ
k
r
Q
kV  . . . . . . . (19)
Q = muatan yang menghasilkan potensial
listrik, satuannya C
r = jarak titik ke muatan, satuannya m
k = konstanta coulomb = 9109
Nm2
/C2
V = Potensial listrik, satuannya Joule/C
atau volt
Untuk menghitung besarnya V, tanda dari
jenis muatan diikutkan. Potensial listrik yang
dihasilkan oleh muatan positif berharga positif,
sedangkan yang dihasilkan oleh muatan
negatif berharga negatif.
+ Q V+
r
(a)
+
EP EP
p
e
–
Listrik Statis 82
– Q V–
r
(b)
Gambar 16
Potensial listrik yang dihasilkan oleh muatan
positif dan negatif.
Bila pada sebuah titik dipengaruhi beberapa
muatan, maka potensialnya sama dengan
jumlah aljabar dari potensial yang dihasilkan
oleh masing–masing muatan.
+
Q2
+ +
Q1
Q3
r1
r2
r3
V1
V2
V3
VT
Gambar 17
.....VVV 21total  . . . . (20)
Dari persamaan 13 dapat ditulis:
EP = q V
Artinya bila pada sebuah titik terdapat
potensial listrik V diletakkan muatan q, maka
muatan tersebut akan memperoleh energi
potensial sebesar:
EP = q V
Energi potensial yang diperoleh muatan yang
diletakkan dalam daerah berpotensial listrik
+
q
VEP
Gambar 18
Contoh Soal:
24. Lengkapilah tabel berikut yang
menunjukkan hubungan antara besar
muatan listrik (Q) yang menghasilkan
potensial (V) pada titik yang berjarak r.
No. Q (C) r (cm) V (volt)
a +5 9
b –7 –1,05106
c 3 2,7106
Penyelesaian:
+ Q V
r
a)
r
Q
kV   V = 9109
 2
6
109
105




 V = 5105
volt
b)
r
Q
kV  
V
Q
kr 
 r = 9109
 6
6
1005,1
107

 
 r = 610–2
m  r = 6 cm
c)
r
Q
kV  
k
rV
Q 
 Q = 9
26
109
103107,2

 
 Q = 910–6
C  Q = 9 C
25. Berapa potensial listrik pada sebuah titik
yang berjarak 5 cm dari sebuah muatan,
jika pada titik yang berjarak 15 cm karena
pengaruh muatan yang sama potensialnya
30 volt?
Penyelesaian:
+ Q V1
r1
r2
V2
1
1
r
Q
kV  dan
2
2
r
Q
kV 
Dibandingkan:
1
2
V
V
=
1
2
r
Q
k
r
Q
k
 V2 =
2
1
r
r
V1  V2 =
15
5
 30
 V2 = 90 volt
26. Pada suatu sistem koordinat muatan
Q1 = –4 C diletakkan pada titik (3 cm, 0)
dan Q2 = 9 C diletakkan pada titik (–
2 cm, 0). Karena pengaruh kedua muatan
tersebut:
a) berapa potensial listrik pada titik
(1 cm, 0)?
b) pada garis hubung kedua muatan, di
titik manakah yang potensial listriknya
= 0?
Penyelesaian:
Q2
V1
r1r2
V2
+ –
Q1
a) Karena absis ke 3 titik = 0, maka:
r1 = 3 – 1  r1 = 2 cm
 r1 = 210–2
cm
r2 = 1 – (–2)  r2 = 3 cm
 r2 = 310–2
cm
1
1
1
r
Q
kV   V1 = 9109
 2
6
102
104




Listrik Statis 83
 V1 = –1,8106
volt
2
2
2
r
Q
kV   V2 = 9109
 2
6
103
109




 V2 = 2,7106
volt
21total VVV 
 Vtotal = – 1,8106
+ 2,7106
 Vtotal = 0,9106
volt  Vtotal = 9105
volt
b) 21total VVV   0 = V1 + V2
 –V2 = V1  –k
2
2
r
Q
= k
1
1
r
Q
 –
2
2
r
Q
=
1
1
r
Q
 –
2r
9
=
1r
4
 r2 = 4
9 r1
 r2 = 2,25 r1
r2 > r1
Kita bisa memasukkan semua jarak r1,
sehingga diperoleh jarak r2. Yang jelas titik
tersebut lebih dekat ke muatan listrik Q1.
27. Pada dua titik sudut yang berseberangan
sebuah persegi panjang yang panjang
sisinya 3 cm dan 4 cm diletakkan muatan
listrik sejenis. Akibatnya pada titik sudut
yang lain potensialnya 63 volt. Berapa
potensial listrik
pada titik
potong
diagonalnya?
Penyelesaian:
CAD VVV 
C
C
A
A
D
r
Q
k
r
Q
kV 
 63 = k( 2
103
Q


+ 2
104
Q


)
 63 = 2
9
10
109


(
12
34 
)Q
 6312 = 971011
Q
 Q = 1210–11
C  Q = 1,2 pC
 QA = QC = Q = 1,2 pC
2
C
2
A2
1'
A rrr  
'
Ar = 2
1 22
43 

'
Ar = 2
1
169  
'
Ar = 2
1
25

'
Ar = 2
1
5 
'
Ar = 2,5 cm = '
Cr
'
C
'
AO VVV  
'
C
C
'
A
A
O
r
Q
k
r
Q
kV 
 VO = kQ( 2
105,2
1


+ 2
105,2
1


)
 VO = 9109
1210–11
 2
105,2
2


 VO = 72 volt
28. Pada dua titik sudut yang berseberangan
sebuah bujur sangkar yang panjang sisinya
6 cm diletakkan muatan listrik sejenis.
Akibatnya pada titik sudut yang lain
potensialnya 272 volt. Berapa potensial
listrik pada titik potong diagonalnya?
Penyelesaian:
BA = BC = r = 6 cm = 610–2
m
BCBAB VVV   272 = k
BA
QA
+ k
BC
QC
 272 = k
r
Q
+ k
r
Q
 272 = 2 k
r
Q
 272 = 29109
 2
104
Q


 322 = 1011
Q  Q = 6210–11
C
OA = OC
222
rOCOA   OA2
+ OA2
= r2
 2 OA2
= r2
 2 OA = r
 OA = 2
1
2 r  OA = 2
1
2  6
 OA = 32 cm = 3210–2
m
CA VVV   VO = k
OA
QA
+ k
OC
QC
 VO = k
OA
Q
+ k
OA
Q
 VO = 2 k
OA
Q
 VO = 29109
 2
11
1022
1026




 VO = 54 volt
29. Pada sebuah titik berpotensial 30 volt
diletakkan muatan listrik sebesar 7 C.
Berapa energi potensial yang diperoleh
muatan tersebut?
Penyelesaian:
VqEP   EP = 710–6
30
 EP = 2,110–4
Joule
30. Dua buah titik berjarak x dan y dari
muatan listrik Q = 8 C. Selisih jarak
kedua titik dari muatan = 2 cm. Jika selisih
potensialnya = 1,8106
volt, berapa cm
besar y?
Penyelesaian:
+ Q Vx
x
y
Vy
y – x = 2 cm  y = x + 2 cm
+
–
QC
QA 4 cm
3cm
B
D
Listrik Statis 84
 y = x + 210–2
m
Vx – Vy = 1,8106
 k
x
Q
– k
y
Q
= 1,8106
 k Q (
x
1
–
y
1
) = 1,8106
 9109
810–6
(
x
1
– 2
102x
1


)= 1,8106

x102x
x102x
22
2




= 25
 810–3
= x2
+ 210–2
x
 x2
+ 210–2
x – 8010–4
= 0
 (x + 1010–2
)(x – 810–2
) = 0
 x – 810–2
= 0  x = 810–2
m = 8 cm
 y = x + 2  y = 8 + 2
 y = 10 cm
31. Titik A berjarak a dari muatan listrik
40 pC. Titik B berjarak 3a dari muatan
yang sama. Jika beda potensial antara
kedua titik 4,8 volt, berapa besar a?
Penyelesaian:
8,4VV BA   k
Ar
Q
– k
Br
Q
= 4,8
 kQ(
a
1
–
a3
1
) = 4,8
 9109
4010–12
(
a3
13 
) = 4,8
 510–2
= a  a = 5 cm
G. Hubungan Antara Kuat Medan Listrik
dan Potensial Listrik
Perhatikan gambar berikut:
+ Q V
r
E

Gambar 19 Hubungan antara kuat medan (E)
dengan potensial listrik (V)
Karena pengaruh muatan listrik Q pada titik O,
kuat medan dan potensial listriknya berturut
turut:
E = k 2
r
Q
dan V = k
r
Q
V
E
=
r
Q
k
r
Q
k 2

V
E
=
r
1

r
V
E  . . . . . . (21)
atau
 rEV  . . . . . . (22)
Dari persamaan terakhir, kuat medan listrik
dapat juga menggunakan satuan Volt/meter.
Contoh Soal:
32. Pada sebuah titik karena pengaruh sebuah
muatan yang berjarak r kuat medan
listriknya 1080 N/C dan potensial
listriknya 5400 volt. Berapa besarnya
muatan?
Penyelesaian:
Q
+ Vr
E
rEV   r =
E
V
 r =
1090
5400
 r = 5 m
r
Q
kV   Q =
k
rV
 Q = 9
109
55400


 Q = 310–6
 Q = 3 C
33. Muatan listrik QA = –20 C dan QB =
+15 C terpisah pada jarak 7 cm. Titik P
terletak pada garis hubung antara kedua
muatan. Karena pengaruh kedua muatan,
jika potensial listrik pada titik P = 0,
berapa kuat medan listrik yang dihasilkan
oleh muatan B saja?
Penyelesaian:
+–
QBQA
rA rB
r
P

EB
rA + rB = r  rA = 7 – rB
VP = 0  VA + VB = 0
 k
A
A
r
Q
+ k
B
B
r
Q
= 0  k
A
A
r
Q
= –k
B
B
r
Q

Ar
20
= –
Br
15
 4 rB = 3 rA
 4 rB = 3 (7 – rB)  4 rB = 21 – 3 rB
 4 rB + 3 rB = 21  7 rB = 21
 rB = 3 cm = 0,03 m
EB = k 2
B
B
r
Q
 EB = 9109
 2
6
03,0
1015 

 EB = 4
109
135


103
 EB = 1,5108
N/C
Listrik Statis 85
34. Dua buah muatan listrik sejenis Q dan q,
yang mana Q = 4q, ketika terpisah sejauh r,
karena saling memengaruhi masing-
masing mengalami gaya 40 newton dan
masing-masing mempunyai energi
potensial 3,6 Joule. Berapa besar Q dan r?
Penyelesaian:
F
E
r P  r =
40
6,3
 r = 0,09 m
 r = 9 cm
r
Qq
kEP   r EP = k4qq
 0,093,6 = 9109
4q2
 910–12
= q2
 q = 310–6
C  q = 3 C
Q = 43  Q = 12 C
J. Usaha/Kerja (W)
Q
+
V2
r2
2
– –
r1
V1
q q
v1v2
Gambar 20
Jika sebuah muatan listrik dipindahkan dari
titik yang berpotensial V1 ke titik yang
berpotensial V2 dengan kecepatan tetap, maka
diperlukan usaha sebesar:
12 PP EEW  . . . . . (23)
12 qVqVW  . . . . . (24a)
)VV(qW 12  . . . . . (24b)
VqW  . . . . . . . (25)
Jika kecepatan perpindahannya tidak konstan,
maka:
1212 KKPP EEEEW  . . (26)
2
12
12
22
1
12 mvmvqVqVW  . (27)
2
12
12
22
1
12 mvmv)VV(qW  . (28)
2
12
12
22
1
mvmvVqW  . . . (29)
K. Hukum Kekekalan Energi
Jika pada perpindahan muatan q tidak ada
gaya luar yang memengaruhinya, maka:
W = 0
Sehingga:
0 = 2PE – 1PE + 2KE – 1KE
1122 PKPK EEEE  . . . . (30)
1
2
12
1
2
2
22
1
qVmvqVmv  . . (31)
Contoh Soal:
35. Berapa Joule besarnya usaha yang
diperlukan untuk memindahkan muatan
q = –2 C dari titik yang berjarak 18 cm ke
titik yang berjarak 6 cm terhadap muatan
Q = 12 C?
Penyelesaian:
Q
+
V2
r2
2
– –
r1
V1
q q
1
1
r
Q
kV   V1 = 9109
 2
6
1018
1012




 V1 = 6105
volt
2
2
r
Q
kV   V2 = 9109
 2
6
106
1012




 V2 = 18105
volt
)VV(qW 12 
 W = –210–6
 (18105
– 6105
)
 W = –210–6
12105
 W = –2,4 Joule
36. Sebuah partikel massanya m = 2 mg
bermuatan q = +6 C dilepaskan dari titik
yang berjarak 9 cm terhadap muatan Q = –
21 C. Berapa kecepatan partikel q ketika
berada pada jarak 2 cm?
Penyelesaian:
Q
+
V2
r2
2
– –
r1
V1
q q
v1v2
1
2
12
1
2
2
22
1
qVmvqVmv 

2
1 m 2
2v = 2
1 m 2
1v + q V1 – q V2

2
1 m 2
2v = 2
1 m 2
1v + q (V1 – V2)

2
1 m 2
2v = 2
1 m02
+ q (k
1r
Q
– k
2r
Q
)

2
1 m 2
2v = 0 + q (k
1r
Q
– k
2r
Q
)

2
1 m 2
2v = q k Q(
1r
1
–
2r
1
)

2
2v =
m
Qq2
(
1r
k
–
2r
k
)
Listrik Statis 86

2
2v = 3
66
102
106)1021(2




( 2
9
109
109



–
2
9
102
109



)

2
2v = –19210–9
(1011
– 4,51011
)

2
2v = –1,9210–7
(–3,51011
)

2
2v = 4,41104

2
2v = 44100
 v = 210 m/dt
37. Berapa besarnya usaha yang diperlukan
untuk memindahkan muatan q = 4 C dari
titik yang berpotensial 100 volt ke titik
yang berpotensial 300 volt?
Penyelesaian:
Q
+
V2
r2
2
– –
r1
V1
q q
)VV(qW 12 
 W = 410–6
(300 – 100)
 W = 810–4
Joule
38. Sebuah elektron dilepaskan tanpa
kecepatan awal dari titik yang berjarak
8 cm dari permukaan bola konduktor
bermuatan listrik positif yang berjari-jari
4 cm. Ketika menumbuk permukaan bola
kecepatan elektron berubah menjadi
105
m/s. Jika dianggap massa elektron =
910–31
kg dan muatan elektron = –
1,610–19
C, berapa muatan pada bola?
Penyelesaian:
r = R = 4 cm,
r0 = R + 8 cm  r0 = 4 + 8 cm
 r0 = 12 cm,
0
2
02
12
2
1
r
Qq
kmv
r
Qq
kmv 
 2
1
mv2
= 2
1
m02
+ k
0r
Qe
– k
r
Qe
 mv2
= 2kQe(
12,0
1
–
04,0
1
)
 910–31
(105
)2
=
29109
Q(–1,610–19
)
12,0
31
 10–21
1010
= –3,2109
Q
12,0
2
 10–20
=
12,0
4,6
Q 
4,6
12,0
10–20
= Q
 Q = 1,87510–20
C
L. Bola Konduktor Bermuatan Listrik
a. Letak Muatan
Bila sebuah konduktor diberi muatan listrik,
maka muatan itu akan menempati
permukaannya.
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ ++ + +
AB
AE

BE

r
R
VAVB
C.
Q
Gambar 21 Kuat Medan dan Potensial Listrik
Di sekitar Bola Bermuatan
b. Kuat Medan dan Potensial Listrik pada
Bola Bermuatan
Sebuah bola konduktor bila diberi muatan
listrik, maka muatannya akan menempati
permukaannya. Di dalam bola tidak ada
muatan.
a) Di luar bola (titik A):
2A
r
Q
kE  . . . . . . . (32)
r
Q
kVA  . . . . . . . (33)
r = jarak titik dari pusat bola, satuannya m
c) Di dalam bola (titik C):
0EC  . . . . . . . (36)
Usaha yang dilakukan untuk memindahkan
muatan di dalam bola:
W = F S  W = q EC S
 W = q  0  x  W = 0
Usaha yang dilakukan untuk memindahkan
muatan di dalam bola juga diruuskan:
W = q(VC – VB)  0 = q(VC – VB)
 0 = VC – VB  VC = VB

R
Q
kVC  . . . . . . (37)
Listrik Statis 87
M. Grafik E – r dan V – r:
E
r
R
V
r
R
Gambar 21: Grafik E – r dan V–r
N. Kapasitas Bola (C)
Kapasitas artinya kemampuan menyimpan
muatan.
Sedangkan definisinya:
"Kapasitas ialah perbandingan antara muatan
dengan potensial".
Ditulis:
V
Q
C  . . . . . . . . (38)
C =
R
Q
k
Q

k
R
C  . . . . . . . (39)
Persamaan (38) dapat juga ditulis:
C
Q
V  . . . . . . . (40)
 VCQ  . . . . . . (41)
Q = muatan, satuannya C
V = Potensial, satuannya volt
k = konstanta Coulomb = 9109
N m2
/C2
C = kapasitas, satuannya C/volt atau Farad
(F)
O. Energi Yang Tersimpan Pada Bola
Q
t
T
Gambar: Grafik Q – t pengisian muatan
Proses pengisian muatan:
Pada saat menyimpan muatan listrik, bola juga
menyimpan energi listrik yang besarnya dapat
dihitung dengan rumus:
VQW 2
1
 . . . . . . (42)
 W = 2
1 C V V

2
2
1
VCW  . . . . . (43)

C
Q
W
2
2
1 . . . . . . (43)
W = energi listrik, satuannya Joule
K. Menggabungkan Bola Bermuatan
Dua bola konduktor kapasitasnya masing–
masing C1 dan C2 bermuatan Q1 dan Q2, beda
potensialnya V1 dan V2, energi yang
disimpannya W1 dan W2.
Pada masing–masing bola berlaku rumus:
++++
++
V1 Q2
V2
+ +
+ +
Q1
C1 C2
++++
++
+ +
+ +
+ + +
+ +
+ + +
+ +
'
1V '
2Q
'
1Q '
2V'
1F '
2F
C1 C2
Gambar 29
C1 =
1
1
V
Q
 V1 =
1
1
C
Q
 Q1 = C1 V1
W1 = 2
1 Q1 V1  W1 = 2
1 C1 V 2
1
C2 =
2
2
V
Q
 V2 =
2
2
C
Q
 Q2 = C2 V2
W2 = 2
1 Q2 V2  W2 = 2
1 C2 V 2
2
Sebelum digabungkan:
Jumlah muatannya:
21T QQQ  . . . . . . (44)
Jumlah energinya:
21T WWW  . . . . . (44)
Kemudian kedua bola disentuhkan atau
digabungkan dengan kawat.
Kapasitas gabungannya:
21T CCC  . . . . . . (45)
Akan terjadi perpindahan muatan dari bola
yang lebih padat ke bola yang lebih renggang.
Sehingga muatannya masing-masing sekarang
berubah menjadi Q'
1 dan Q'
2 , namun
jumlahnya tetap.
Muatan totalnya sekarang:
'
2
'
1
'
T QQQ  . . . . . . (46a)
T
'
T QQ  . . . . . . . (46b)
21
'
T QQQ  . . . . . . (46c)
'
2
'
121 QQQQ  . . . . . (47)
Potensial totalnya menjadi sama:
V '
T = V
V  V1 + V2
Melainkan:
T
T
C
Q
'V  . . . . . . . (48)
Listrik Statis 88

21
21
CC
QQ
'V


 . . . . . (49)

21
2211
CC
VCVC
'V


 . . . . (50)
Setelah digabungkan:
'VVV '
2
'
1  . . . . . . (51)
'
11
'
1 VCQ  . . . . . . . (52)
'
22
'
2 VCQ  . . . . . . (53)
'
1
'
12
1'
1 VQW  . . . . . . (54)
'
2
'
22
1'
2 VQW  . . . . . . (55)
'VQW T2
1'
T  . . . . . . (56)
2
'
112
1'
1 VCW  . . . . . . (57)
2
'
222
1'
2 VCW  . . . . . . (58)
2
'
T2
1'
T VCW  . . . . . . (59)
'
2
'
1
'
T WWW  . . . . . (60)
Pada saat penggabungan, ada energi yang
hilang sebesar:
'
TThilang WWW  . . . . (61)
Contoh Soal:
39. Sebuah bola konduktor berjari–jari 6 cm
diberi muatan 8 C. Berapa besar:
a). Kuat Medan dan Potensial listrik pada
titik yang berjarak:
(1) 15 cm?
(2) 6 cm?
(3) 4 cm dari pusat bola?
b). Usaha yang dibutuhkan untuk
memindahkan muatan 2 C dari titik
yang berjarak 6 cm ke titik yang
berjarak 4 cm dari permukaan bola?
c) kapasitas bola?
d) energi yang tersimpan pada bola?
Penyelesaian:
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ ++ + +
AB
AE

BE

a) (1) r = 15 cm (di luar bola/titik A):
2A
r
Q
kE   EA = 9109
 22
6
)1015(
108




 EA = 4
3
10225
1072



 EA = 3,2106
N/C
r
Q
kVA   VA = 9109
 2
6
1015
108




 VA = 4,8105
volt
(2) r = 6 cm (di permukaan bola / titik B):
2B
R
Q
kE   EB = 9109
 22
6
)106(
108




 EA = 4
3
1036
1072



 EA = 2107
N/C
R
Q
kVB   VB = 9109
 2
6
106
108




 VB = 1,2106
volt
(3) r = 4 cm (di dalam bola/titik C):
EC = 0
VC = VB  VC = 1,2106
volt
b) Usaha (WB–C):
)VV(qW BCBC 
 WBC = 210–6
(1,2106
– 1,2106
)
 WBC = 0
c)
k
R
C   C = 9
2
109
106




 C = 3
2 10–11
 C = 3
20
pF
d) Energi (W):
VQW 2
1
  W = 2
1 810–6
1,2106
 W = 4,8 Joule
40. Bola A berjari–jari 3,6 cm diberi muatan
8 C. Bola B berjari–jari 5,4 cm diberi
muatan 42 C. Kemudian kedua bola
disentuhkan, lalu dipisahkan lagi pada
jarak (dari pusat masing–masing) 6 cm.
Setelah dipisah lagi:
a) berapa potensial masing–masing bola?
b) muatan yang disimpan masing–masing
bola?
c) energi yang disimpan masing–masing
bola?
d) energi yang hilang?
e) gaya yang dialami masing–masing
bola?
Penyelesaian:
++++
++
V1 Q2
v2
+ +
+ +
Q1
++++
++
+ +
+ +
Listrik Statis 89
+ + +
+ +
+ + +
+ +
'
1V '
2Q
'
1Q '
2V'
1F '
2F
k
R
C 1
1   C1 = 9
2
109
106,3




 C1 = 410–12
 C1 = 4 pF
k
R
C 2
2   C2 = 9
2
109
104,5




 C2 = 610–12
 C2 = 5 pF
a) 21T QQQ 
 QT = 810–6
+ 4210–6
 QT = 510–5
C
21T CCC   CT = 410–12
+ 610–12
 CT = 10–11
F
T
T
C
Q
'V   V '
T = 11
5
10
105



 V '
T = 5106
volt
'VVV '
2
'
1   V'
1 = V '
2 = V' = 5106
volt
b) '
11
'
1 VCQ   Q'
1 = 410–12
5106
Q'
1 = 210–5
C  Q'
1 = 20 C
'
22
'
2 VCQ   Q'
2 = 610–12
5106
 Q '
2 = 310–5
C  Q'
2 = 30 C
c) '
112
1'
1 VQW 
 W '
1 = 2
1 210–5
5106
 W '
1 = 50 Joule
'
2
'
22
1'
2 VQW   W '
2 = 2
1 310–5
5106
 W '
2 = 75 Joule
d)
1
1
1
C
Q
V   V1 = 12
6
104
108




 V1 = 2106
volt
2
2
2
C
Q
V   V2 = 12
6
106
1042




 V2 = 7106
volt
112
1
1 VQW   W1 = 2
1 810–6
2106
 W1 = 8 Joule
222
1
2 VQW   W2 = 2
1 4210–6
7106
 W2 = 147 Joule
21T WWW   WT = 8 + 147
 WT = 155 Joule
'
2
'
1
'
T WWW   W '
T = 50 + 75
 W '
T = 125 Joule
'
TThilang WWW 
 Whilang = 155 – 125  Whilang = 30 Joule
e) 2
'
2
'
1
r
QQ
k'F 
 F' = 9109
 22
55
)106(
103102




 F' = 4
1036
54,0


 F' = 150 N
P. Keping Sejajar Bermuatan
Dua buah keping luasnya sama, yaitu A
diletakkan sejajar berjarak d.
d
+ –
A
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
Q Q
d
AA
E
V
Gambar 33: Keping Sejajar
Kemudian kedua keping diberi muatan sama
besar (Q), tetapi tidak sejenis. Ruang di antara
kedua keping akan timbul medan listrik serba
sama (homogen), karena arah garis gaya
listriknya sejajar.
Kuat medan listriknya dapat dihitung dengan
rumus:
A
Q
E
0
 . . . . . . . (58)
A
Q
k4E  . . . . . . (59)
A = luas penampang keping, satuannya m2
Q = muatan, satuannya C
E = kuat medan listrik, satuannya N/C
k = konstanta coulomb = 9109
Nm2
/C2
0 = permitivitas ruang hampa
0 = 8,8510–12
C2
/Nm2
Perbandingan
A
Q
disebut rapat muatan,
biasannya dilambangkan dengan . Jadi:
A
Q
 . . . . . . . . (60)
 = rapat muatam, satuannya C/m2
Sehingga:
Listrik Statis 90
0
E


 . . . . . . . (61)
  k4E . . . . . . (62)
Beda potensial antara kedua keping adalah:
baab VVV  . . . . . . (63)
Vab selanjutnya dilambangkan dengan V saja.
Va dan Vb = potensial masing–masing
keping
Vab = V = beda potensial kedua keping,
satuannya volt
Hubungannya dengan kuast medan listrik
ialah:
EdV  . . . . . . . (64)

A
Qd
V
0
 . . . . . . (65)

A
Q
kd4V  . . . . . (66)

0
dV


 . . . . . . (67)
Contoh Soal:
41. Lengkapilah tabel
berikut yang
menunjukkan hubungan
antara muatan (Q), kuat
medan listrik (E), dan
beda potensial (V) pada
keping sejajar yang
luasnya A dan terpisah
sejauh d.
No. A
(cm2
)
d (cm) Q (C) E
(N/C)
V (volt)
a 0,4 0,8 3
b 0,6 0,5 7536
c 0,8 0,7 69,237
Penyelesaian:
a)
A
Q
k4E 
 E = 43,149109
 4
6
104,0
103




 E = 8478 N/C
EdV   V = 0,810–2
8478
 V = 67,824 volt
b)
A
Q
k4E  
k4
AE
Q


 Q = 9
4
10914,34
106,07536

 
 Q = 410–12
C  Q = 4 pC
EdV   V = 0,510–2
x7536
 V = 37,68 volt
c)
d
V
E   E = 2
107,0
237,69


 E = 9891 N/C
A
Q
k4E  
k4
AE
Q


 Q = 9
4
10914,34
108,09891

 
 Q = 710–12
C  Q = 7 pC
42. Dua buah keping sejajar luas
penampangnya 3 cm2
diberi muatan 18 C.
Kemudian di antaranya
diletakkan partikel
bermuatan listrik 4 C.
Berapa besar gaya yang
dialami partikel?
Penyelesaian:
EqF 

A
Q
k4qF 
 F = 410–6
43,149109
 2
6
104
1018




 F = 27129,6 N
43. Dua buah keping sejajar terpisah pada
jarak 2 cm diberi beda potensial 40 volt.
Kemudian di antaranya diletakkan sebuah
partikel bermuatan
listrik 6 C. Berapa
besar gaya yang dialami
partikel tersebut?
Penyelesaian:
EqF  
d
V
qF 
 F = 610–6
 2
102
40


 F = 1,210–2
N
44. Dua buah keping sejajar diletakkan
horisontal berjarak 6 cm, diberi beda
potensial. Kemudian sebuah bola kecil
massanya 50 mg bermuatan 4 C
diletakkan di antara kedua keping. Agar
bola diam,
berapa beda
potensial kedua
keping
(percepatan
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
Q Q
d
AA
E
V
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
Q Q
d
AA
E
V
+
F
q
– – – – – – – – – Q
Q
d
A
A
E
V +
F
q
+ + + + + + + + + +
W
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
Q Q
d
AA
E
V
+
F
q
Listrik Statis 91
gravitasi = 10 m/s2
?
Penyelesaian:
Benda diam, maka:
WF   q
d
V
= m g  V =
q
dgm
 V = 6
26
104
106101050




 V = 7,5 volt
45. Dua buah keping sejajar diberi beda
potensial 90 volt. Kemudian sebuah
partikel yang massanya 20 mg dan
bermuatan +4 C dilepaskan dari keping
berpotensial tinggi. Berapa kecepatan
partikel ketika sampai di keping
berpotensial rendah?
Penyelesaian:
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
Q Q
d AA
E
V
+
q
v+
1122 KPKP EEEE 

2KE = 1KE + 1PE – 2PE

2
1 m v 2
2 = 2
1 m v 2
1 + qV1 – qV2
 m v 2
2 = m v 2
1 + 2qV1 – qV2
 m v 2
2 = m v 2
1 + 2q(V1 – V2)
 v 2
2 = v 2
1 + 2
m
q
V
 v 2
2 = 02
+ 2 6
6
1020
104




90
 v 2
2 = 36  v2 = 6 m/s
46. Dua buah keping sejajar vertikal berjarak
3 cm diberi beda potensial 60 volt.
Kemudian di
antaranya diletakkan
sebuah bola yang
massanya 4 gram
dan bermuatan listrik
2 C yang digantung
pada benang. Bola
mengalami gaya
tolak keping
bermuatan sejenis,
akibatnya benang
menyimpang. Bila
percepatan gravitasi bumi 10 m/s2
, berapa
besar sudut simpangan benang terhadap
vertikal?
Penyelesaian:
FTx  dan WTy 
y
x
T
T
tg  
W
F
tg   tg  =
mg
qE
 tg  =
mgd
qV
 tg  = 23
6
10210104
60102




 tg  = 0,1  tg  = 5,71
47. Dua keping sejajar vertikal berjarak 5 cm
diberi beda potensial 30 volt. Diantaranya
diletakkan bola bermuatan
4 C yang digantung tali.
Setelah setimbang, tali
membentuk sudut 37
terhadap vertikal. Berapa
besar massa bola?
Penyelesaian:
d
V
qF   F = 410–6

05,0
30
 F = 2,410–3
N
 tgWF  2,410–3
= mg tg 37
 2,410–3
= m100,75
 m = 3,210–4
kg
Q. Kapasitor / Kondensator
Kapasitor digunakan untuk menyimpan
muatan listrik.
Menurut kontruksinya, kapasitor terdiri atas:
a. Kapasitor bola sepusat
b. Kapasitor silindrik
c. Kapasitor keping sejajar
d
+ –
A
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
Q Q
d
AA
E
V
Gambar 37: Kapasitor keping sejajar
Pada pembahasan ini kita akan membicarakan
kapasitor keping sejajar saja.
Kapasitor keping sejajar terdiri atas dua plat
konduktor yang dipasang sejajar.
–
–
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
+
+
Q Q
d AA
E
V
F
q
W
T

+
Ty
Tx
+
q

m
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
–
–
–
–
–
Listrik Statis 92
R. Kapasitas Kapasitor (C)
Kapasitas Kapasitor (C) adalah perbandingan
antara besar muatan yang disimpan (Q) dengan
beda potensial antara kedua keping (V).
Ditulis:
V
Q
C  . . . . . . . (68)

A
dQ
Q
C
0


d
A
C 0
0

 . . . . . (69)
Q = muatan yang disimpan, satuannya C
V = beda potensial antara kedua keping,
satuannya volt
C0 = kapasitas kapasitor, satuannya C/volt
atau Farad
0 = permitivitas ruang hampa
0 = 8,8510–12
C2
/Nm2
A = luas penampang keping, satuannya m2
d = jarak kedua keping, satuannya m
S. Kapasitor Dengan Bahan Dielektrik
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
Q Q
d
AA
E
V
– +
– +
– +
– +
– +
Gambar 38: Kapasitor dengan bahan dielektrik
Sekarang di antara kedua keping kapasitor
diberi bahan dielektrik.
Pada penelitian diperoleh, kapasitasnya makin
besar. Hal inilah yang dikehendaki.
Secara lengkap untuk menghitung kapasitas
kapasitor adalah dengan rumus:
d
A
KC 0
 . . . . . . (70)
K = konstanta dielektrik, harganya K > 1
Hasil kali K 0 dapat diganti dengan satu
lambang saja, yaitu . Jadi:
0K . . . . . . . (71)
 = permitivitas zat, satuannya C2
/Nm2
Bahan dielektrik dapat berupa kertas, keramik,
mika, atau elektrolit. Bahan–bahan ini nanti
yang akan memberi nama pada kapasitor.
Kapasitor elektrolit mempunyai kapasitas
besar. Kutub–kutubnya mempunyai tanda
positif dan negatif. Pada rangkaian listrik
dilambangkan dengan:
C
Gambar 39
+–
Sedangkan yang lain mempunyai kapasitas
kecil, tidak ada kutub–kutub positif dan
negatif dan dilambangkan dengan:
C
Gambar 40
Berikut jenis kapasitor menurut bahan
dielektriknya:
Gambar 41
T. Energi Yang Tersimpan Dalam
Kapsitor (W)
Pengisian muatan pada kapasitor berlangsung
sedikit demi sedikit. Pertambahan besarnya
muatan yang diisikan dapat dilihat pada grafik
berikut.
Q
t
T
Gambar 42: Grafik Q – t pengisian muatan
pada kapasitor
Setelah terisi penuh, kapasitor tidak mau diisi
lagi. Kondisi seperti ini disebut juga stasioner.
Energi yang tersimpan dalam kapasitor
sebanding dengan luas bagian yang diarsir,
atau dinyatakan dengan rumus:
QVW 2
1
 . . . . . . . (72)
2
2
1
CVW  . . . . . . (73)
C
Q
W
2
2
1
 . . . . . . . (74)
Contoh Soal:
48. Lengkapilah tabel di bawah ini yang
menunjukkan data pada kapasitor, A = luas
penampang, d = jarak kedua keping,
Kapasitor
Keramik
Kapasitor
Mika
Kapasitor
Elektronik
Listrik Statis 93
K = konstanta dielektrik di antara kedua
keping, C = kapasitas kapasitor, V = beda
potensial antara kedua keping, Q dan
W = muatan dan energi yang disimpan.
No. A
mm2
d
(mm)
K C
(pF)
V
(volt)
Q
(C)
W
(nJoule)
a. 50 0,885 75 20
b. 40 1,77 12 360
c. 30 80 40 14,8
d. 0,75 50 47,2 10
Penyelesaian:
a)
d
A
KC 0

 C = 75 3
612
100885,0
10501085,8




 C = 3,7510–11
F  C = 37,5 pF
CVQ   Q = 3,7510–11
20
 Q = 7,510–10
C  Q = 750 pC
QVW 2
1
  W = 2
1 7,510–10
20
 W = 7,510–9
Joule
b)
d
A
KC 0
 
A
dC
K
0

 K = 612
312
10401085,8
1077,11012




 K = 60
C
Q
V   V = 12
12
1012
10360




 V = 30 volt
QVW 2
1
  W = 2
1 36010–12
30
 W = 5,410–9
Joule
c) 2
2
1
CVW  
2
V
W2
C 
 C = 2
8
40
108,42 

 C = 2
8
40
108,42 

 C = 610–12
F  C = 6 pF
d
A
KC 0
 
C
A
Kd 0

 d = 80 12
612
1060
10301085,8




 d = 3,5410–4
m  d = 0,354 mm
CVQ   Q = 610–11
40
 Q = 2,410–9
C  Q = 2,4 pC
d)
d
A
KC 0
 
0K
dC
A


 A = 12
312
1085,850
1075,0102,47




 A = 810–5
m2
 A = 80 mm2
CVQ   Q = 47,210
 Q = 472 pC
QVW 2
1
  W = 2
1 47,210–12
10
 W = 2,3610–9
Joule
49. Sebuah kapasitor kapasitasnya 1 F. Jika
luas penampang maupun jarak kedua
keping di 3 kalikan, berapa kapasitasnya
sekarang?
Penyelesaian:
1
10
1
d
A
KC

 dan
2
20
2
d
A
KC


1
2
C
C
=
1
10
2
20
d
A
K
d
A
K


 C2 =
21
12
dA
dA
C1
 C2 =
11
11
d3A
dA3

1  C2 = 1 F
50. Sebuah kapasitor bermuatan menyimpan
energi sebesar 0,1 Joule. Bila beda
potensialnya di 2 kalikan, berapa energi
yang disimpannya sekarang?
Penyelesaian:
2
12
1
1 CVW  dan 2
22
1
2 CVW 
1
2
W
W
= 2
12
1
2
22
1
CV
CV
 W2 = (
1
2
V
V
)2
W1
 W2 = (
1
1
V
V2
)2
W1  W2 = 40,1
 W2 = 0,4 Joule
51. Sebuah kapasitor tanpa bahan dielektrik
kapasitasnya 2 pF. Kemudian di antara
kepinya diisi bahan dielektrik yang
konstanta dielektriknya 75. Berapa
kapasitasnya sekarang?
Penyelesaian:
C0 = 2 pF, K = 75
0KCC   C = 752  C = 150 pF
U. Rangkaian Kapasitor
a) Rangkaian Seri
Dua buah kapasitor dikatakan terhubung seri,
bila salah satu ujung masing–masing kapasitor
Listrik Statis 94
terhubung, sedangkan pada sambungan itu
tidak ada cabang.
Kapasitor C1 dan C2 dihubungkan seri.
C1 C2
+
+
+
+
–
–
–
–
+ –VS
Q1
V1
Q2
V2
CS
+
+
–
–
+ –VS
QS
VS
Gambar 43: Rangkaian Seri
Gabungan kapasitor ini dapat diganti dengan
satu kapasitor saja yang kapasitasnya CS.
Harga CS dapat ditentukan sebagai berikut:
Misalnya ujung–ujung rangkaian dihubungkan
pada beda potensial VS. Maka dari sumber
listrik akan mengalir muatan QS yang mengisi
kapasitor C1 maupun C2. Karena tidak ada
cabang, maka muatan yang tersimpan pada
kedua kapasitor sama besar:
21S QQQ  . . . . . . (75)
Pada masing–masing kapasitor berlaku rumus:
1
1
1
C
Q
V  . . . . . . . (76)
2
2
2
C
Q
V  . . . . . . . (77)
S
S
S
C
Q
V  . . . . . . . (78)
Beda potensialnya jika diukur dengan
Voltmeter diperoleh:
21S VVV  . . . . . . (79)

S
S
C
Q
=
1
1
C
Q
+
2
2
C
Q

S
S
C
Q
=
1
S
C
Q
+
2
S
C
Q

21S C
1
C
1
C
1
 . . . . (80)
Kapasitas pengganti seri selalu lebih kecil
daripada kapasitas yang paling kecil.
Energi gabungannya:
21S WWW  . . . . . (81)
b). Rangkaian Paralel
Dua buah kapasitor dikatakan terhubung
paralel, jika kedua ujungnya saling terhubung.
Kapasitor C1 dan C2 dihubungkan paralel.
Gabungan kapasitor ini dapat diganti dengan
satu kapasitor saja yang kapasitasnya CP.
Harga CP dapat ujung–ujung rangkaian
dihubungkan pada beda potensial VP.
C1
C2
+
+
+
+
–
–
–
–
+ –VP
Q1
V1
Q2
V2
QP
CP
+
+
–
–
+ –VP
QP
VP
Gambar 44: Rangkaian Paralel
Maka dari sumber listrik akan mengalir
muatan QP yang mengisi kedua kapasitor.
Karena ada cabang, maka sebagian muatan
akan dialirkan pada C1 yaitu Q1 sedangkan
sisanya akan dialirkan pada kapasitor C2 yaitu
Q2. Jadi:
21P QQQ  . . . . . (82)
Beda potensialnya setelah diukur dengan
Voltmeter diperoleh:
21P VVV  . . . . . . (83)
Pada masing–masing kapasitor berlaku rumus:
111 VCQ  . . . . . . (84)
222 VCQ  . . . . . . (85)
PPP VCQ  . . . . . . (86)
Dari persamaan (82) didapat:
CP VP = C1 V1 + C2 V2
 CP VP = C1 VP + C2 VP
 21P CCC  . . . . . (87)
Energi gabungannya:
21P WWW  . . . . . (88)
Contoh Soal:
52. Dua buah kapasitor bila dirangkai paralel,
maka diperoleh kapasitas pengganti 9 F.
Tetapi bila dirangkai seri, maka diperoleh
kapasitas pengganti 2 F. Berapa kapasitas
masing–masing kapasitor?
Penyelesaian:
Bila dirangkai paralel:
21P CCC   9 = C1 + C2
 C2 = 9 – C1 . . . . . (i)
Bila dirangkai seri:
21S C
1
C
1
C
1
 
2
1
=
1C
1
+
1C9
1


2
1
=
)C9(C
CC9
11
11


 C1 (9 – C1) = 29
 9 C1 – C 2
1 = 18  0 = C 2
1 – 9 C1 + 18
 (C1 – 6)(C1 – 3) = 0
 C1 – 6 = 0  C1 = 6 F
 C1 – 3 = 0  C1 = 3 F
Listrik Statis 95
53. Pada rangkaian tiga kapasitor gambar di
samping, C1 = 4 F, dan C2 = 12 F. Jika
kapasitas pengganti ujung-ujung
a dan b adalah 8 F, berapa
besar kapasitas pengganti ujung-
ujung b dan c?
Penyelesaian:
Antara titik a dan b,
rangkaian di atas dapat
digambar:
s1ab CCC   8 = 4 + CS
 8 – 4 = CS  CS = 4 F
32S C
1
C
1
C
1
 
4
1
=
12
1
+
3C
1

4
1
–
12
1
=
3C
1

12
13
=
3C
1

12
2
=
3C
1
 C3 =
2
12
 C3 = 6 F
Antara titik b
dan c,
rangkaian di
atas dapat
digambar:
21
'
S C
1
C
1
C
1


'
SC
1
=
4
1
+
12
1

'
SC
1
=
12
13

'
SC
1
=
12
4
 C '
S =
4
12
 C3 = 3 F
3
'
Sbc CCC   Cbc = 3 + 6
 Cbc = 9 F
54. Pada rangkaian kapasitor gambar di
samping C1 = 6 F, C2 = 4 F dan C3 = 8
F, bila beda potensial ujung-ujung
kapasitor C1 adalah
4 volt, berapa energi
listrik yang disimpan
kapasitor C2?
Penyelesaian:
32P CCC   CP = 4 + 8
 CP = 12 F
111 VCQ   Q1 = 6  4
 Q1 = 24 C
1P QQ   QP = 24 C
PPP VCQ   24 = 12 VP
 VP = 2 volt
P2 VV   V2 = 2 volt
2
222
1
2 VCW   W2 = 2
1
422
 W2 = 24  W2 = 8 J
55. Pada rangkaian kapasitor gambar di
samping, C1 = 3 F, C2 = 6 F dan C3 = 7
F bila muatan listrik yang disimpan oleh
kapasitor C3 adalah
42 C, berapa energi
listrik yang disimpan
kapasitor C2?
Penyelesaian:
21S C
1
C
1
C
1
 
SC
1
=
3
1
+
6
1

SC
1
=
6
12 

SC
1
=
6
3
 CS = 2 F
333 VCQ   42 = 7 V3
 V3 = 6 volt
3S VV   VS = 6 volt
SSS VCQ   QS = 2  6
 QS = 12 C
S2 QQ   Q2 = 12 C
222 VCQ   12 = 6 V2
 V2 = 2 volt
2
222
1
2 VCW   W2 = 2
1
622
 W2 = 34  W2 = 12 J
56. Pada rangkaian kapasitor gambar di
samping, C1 = 9 F, C2 = 18 F dan C3 =
10 F. Bila energi listrik yang disimpan
kapasitor C1 = 72 J,
berapa muatan listrik
yang disimpan oleh
kapasitor C3?
Penyelesaian:
1
2
1
2
1
1
C
Q
W   2 W1 C1 = Q 2
1
 2729 = Q 2
1
 1449 = Q 2
1  Q1 = 123
 Q1 = 36 C
QS = Q1 = 36 C
21S C
1
C
1
C
1
 
SC
1
=
9
1
+
18
1

SC
1
=
18
12 

SC
1
=
18
3
 CS =
3
18
 CS = 6 F
a b
C1 C2
C3
a b
C1 C2
C3
C1
b
a C3
C2
2
C2
C1
C3
b
a
c
C1a b
C2 C3
C1
b
a
CP
2
C1
c
b
C2
C3 Cbc
c
b
C3
'
SC
CSa b
C3
Cab
a b
C1a b
CS
CSa b
C3
Listrik Statis 96
C1
CPb
a
CTb
a
S
S
S
C
Q
V   VS =
6
36
 VS = 6 volt
V3 = VS = 6 volt
333 VCQ   Q3 = 106
 Q3 = 60 C
57. Pada gambar di samping, C1 = 4 F,
C2 = 8 F dan C3 = 6 F. Jika kapasitas
pengganti ujung-
ujung a dan b
= 3 F, berapa
kapasitas kapasitor
C4?
Penyelesaian:
P1ab C
1
C
1
C
1


3
1
=
4
1
+
PC
1

3
1
–
4
1
=
PC
1

12
34 
=
PC
1

12
1
=
PC
1
 CP = 12 F
S2P CCC   12 = 8 + CS
 12 – 8 = CS  CS = 4 F
43S C
1
C
1
C
1
 
4
1
=
6
1
+
4C
1

4
1
–
6
1
=
4C
1

12
23 
=
4C
1

12
1
=
4C
1
 C4 = 12 F
58. Pada gambar di samping, C1 = 4 F,
C2 = 8 F, C3 = 6 F dan C4 = 12 F. Jika
beda potensial ujung-ujung a
dan b = 16 volt, berapa muatan
pada kapasitor C4?
Penyelesaian:
43S C
1
C
1
C
1


SC
1
=
6
1
+
12
1

SC
1
=
12
12 

SC
1
=
12
12 

SC
1
=
12
3

SC
1
=
4
1
 CS = 4 F
S2P CCC   CP = 8 + 4
 CP = 12 F
P1T C
1
C
1
C
1
 
TC
1
=
4
1
+
12
1

TC
1
=
12
13

TC
1
=
12
4

TC
1
=
3
1
 CT = 3 F
TTT VCQ   QT = 316
 QT = 48 C
TP QQ   QP = 48 C
P
P
P
C
Q
V   VP =
12
48
 VP = 4 volt
P2 VV   V2 = 4 volt
222 VCQ   Q2 = 84
 Q2 = 32 C
59. Pada gambar di samping, C1 = 7 F,
C2 = 8 F, C3 = 5 F dan C4 = 10 F.
Ketika ujung-ujung a dan b
dihubungkan pada suatu beda
potensial, energi yang disimpan
kapasitor C2 = 100 J. Berapa
beda potensial ujung-ujung
kapasitor C3?
Penyelesaian:
2
222
1
2 VCW   100 = 2
1
8 2
2V
 25 = 2
2V  V2 = 5 volt
2P VV   VP = 5 volt
21P CCC   CP = 7 + 8
 CP = 15 F
PPP VCQ   QP = 155
 QP = 75 C
P3 QQ   Q3 = 75 C
3
3
3
C
Q
V   V3 =
5
75
 V3 = 15 volt
60. Pada gambar di samping, C1 = 4 F,
C2 = 8 F, C3 = 6 F dan C4 = 12 F.
Ketika ujung-ujung a dan b dihubungkan
pada suatu beda poten-sial,
energi yang disimpan
kapasitor C2 = 36 J. Berapa
beda potensial ujung-ujung
kapasitor C4?
Penyelesaian:
2
222
1
2 VCW   36 = 2
1
8 2
2V
 9 = 2
2V  V2 = 3 volt
2S VV   VS = 3 volt
C1
C2
C3
C4b
a
C1
C2 CSb
a
C1 C2a b
CS
C1 C2a b
C3 C4
C1 CPa b
C4
C3
C1
C2
ba
C1
C2
C3
C4b
a
Listrik Statis 97
43S C
1
C
1
C
1
 
SC
1
=
6
1
+
12
1

SC
1
=
12
12 

SC
1
=
12
3
 CS =
3
12
 CS = 4 F
SSS VCQ   QS = 43
 QS = 12 C
S4 QQ   Q4 = 12 C
4
4
4
C
Q
V   V4 =
12
12
 V4 = 1 volt
V. Menggabungkan Kapasitor Bermuatan
Kapasitor C1 pernah dihubungkan pada beda
potensial V1, hingga menyimpan muatan Q1
dan energi W1. Kapasitor C2 pernah
dihubungkan pada beda potensial V2, hingga
menyimpan muatan Q2 dan energi W2.
C1
C2
+
+
+
+
–
–
–
–
Q1
V1
Q2
V2
C1
C2
+
+
+
+
–
–
–
–
QP
'
1Q
'
2Q
'
1V
'
2V
Gambar 45: Menggabungkan kapasitor
bermuatan
Pada masing–masing kapasitor berlaku rumus:
111 VCQ  . . . . . . (89)
222 VCQ  . . . . . . (90)
21T QQQ  . . . . . . (91)
2
112
1
1 VCW  . . . . . . (92)
2
222
1
2 VCW  . . . . . . (93)
21T WWW  . . . . . (94)
Kemudian kedua kapasitor digabungkan
dengan cara menghubungkan kutub–kutub
yang bermuatan sejenis. Sehingga akan terjadi
perpin–dahan muatan dari kapasitor yang lebih
padat ke kapasitor yang lebih renggang.
Setelah digabung didapat:
Karena paralel:
21T CCC  . . . . . . (95)
Hanya terjadi perpindahan muatan, jumlahnya
tetap:
T
'
T QQ 
'
2
'
1
'
T QQQ  . . . . . . (96)
21
'
2
'
1 QQQQ 
T
'
T'
T
C
Q
V  . . . . . . . (96)
T
T'
T
C
Q
V  . . . . . . . (97)

21
21'
T
CC
QQ
V


 . . . . . (98)

21
2211'
T
CC
VCVC
V


 . . . (99)
'
T
'
2
'
1 VVV  . . . . . . (100)
'
11
'
1 VCQ  . . . . . . . (101)
'
22
'
2 VCQ  . . . . . . (102)
2'
112
1'
1 VCW  . . . . . . (103)
2'
222
1'
2 VCW  . . . . . . (104)
2'
TT2
1'
T VCW  . . . . . (105)
'
2
'
1
'
T WWW  . . . . . (106)
Pada saat penggabungan ada energi yang
hilang yang dipakai sebagai usaha untuk
memindahkan muatan, yang besarnya:
'
TThilang WWW  . . . . (106)
Contoh Soal:
61. Kapasitor A kapasitasnya 4 F pernah
dihubungkan pada tegangan 3 volt.
Kapasitor B kapasitasnya 6 F pernah
dihubungkan pada tegangan 8 volt.
Kemudian ujung–ujung yang sejenis saling
di hubungkan. Setelah digabungkan:
a) berapa tegangan ujung–ujung masing–
masing kapasitor?
b) berapa muatan yang tersimpan pada
masing–masing kapasitor?
c) berapa energi yang hilang?
Penyelesaian:
a) AAA VCQ   QA = 43
 QA = 12 C
BBB VCQ   QB = 68
 QB = 48 C
BAT QQQ   QT = 12 + 48
 QT = 60 C
BAT CCC   CT = 4 + 6
 CT = 10 C
T
T'
T
C
Q
V   V'
T =
10
50
 V'
T = 5 volt
Listrik Statis 98
T
'
B
'
A VVV   V'
A = V '
B = 5 volt
b) '
AA
'
A VCQ   Q'
A = 45
 Q'
A = 20 C
'
BB
'
B VCQ   Q '
B = 65
 Q '
B = 30 C
c) 2
AA2
1
A VCW 
 WA = 2
1 410–6
32
WA = 210–6
9
 WA = 1810–6
Joule
2
BB2
1
B VCW   WB = 2
1 610–6
82
WB = 310–6
64  WB = 19210–6
Joule
BAT WWW 
 WT = 1810–6
+ 19210–6
 WT = 21010–6
Joule
2'
TT2
1'
T VCW   W '
T = 2
1 1010–6
52
 W '
T = 510–6
25
 W '
T = 12510–6
Joule
'
TThilang WWW 
 Whilang = 21010–6
– 12510–6
 Whilang = 8510–6
Joule
62. Sebuah kapasitor kapasitasnya 4 F
menyimpan muatan 20 C digabung
dengan kapasitor lain yang kapasitasnya
8 F. Setelah digabung muatan kapasitor
pertama berubah menjadi 12 C. Berapa
besar muatan kapasitor kedua sebelum
digabung?
Penyelesaian:
'
11
'
1 VCQ   12 = 4 V '
1  V'
1 = 3 volt
'
1
'
2 VV   V '
2 = 3 volt
'
22
'
2 VCQ   Q '
2 = 8  3
 Q '
2 = 24 C
21
'
2
'
1 QQQQ   12 + 24 = 20 + Q2
 36 – 20 = Q2  Q2 = 16 C
63. Sebuah kapasitor kapasitasnya 3 F yang
pernah dihubungkan pada tegangan 2 volt
digabung dengan kapasitor lain yang
kapasitasnya 6 F yang juga bermuatan .
Setelah digabung, energi kapasitor pertama
berubah menjadi 24 Joule. Berapa besar
muatan kapasitor kedua sebelum
digabung?
Penyelesaian:
111 VCQ   Q1 = 3  2  Q1 = 6 C
2'
112
1'
1 VCW   24 = 2
1  3 V
2'
1
 16 = V
2'
1  V'
1 = 4 volt
V '
2 = V'
1  V'
2 = 4 volt
'
11
'
1 VCQ   Q'
1 = 3  4  Q'
1 = 12 C
'
22
'
2 VCQ   Q'
2 = 6  4
 Q '
2 = 24 C
21
'
2
'
1 QQQQ   = 12 + 24 = 6 + Q2
 36 – 6 = Q2  Q2 = 30 C
64. Rangakaian kapasitor di samping, C1 =
8 µF, C2 = 2 µF dan E = 15 volt. Mula-
mula saklar S menghubungkan titik b dan
c. Jika sekarang dipindah
sehingga saklar S
menghu-bungkan titik a
dan c, berapa energi yang
tersimpan pada kapasitor
C1 sekarang?
Penyelesaian:
Q1 = 0
ECQ 22   Q2 = 215  Q2 = 30 C
21gab QQQ   Qgab = 0 + 30
 Qgab = 30 C
21gab CCC   Cgab = 8 + 2
 Cgab = 10 F
gab
gab
gab
C
Q
V   Vgab =
10
30
 Vgab = 3 volt
V'
1 = Vgab = 3 volt
2'
112
1'
1 VCW   W '
1 = 2
1
832
 W '
1 = 49  W '
1 = 36 J
a
S
C1 C2 E
b
c
Listrik Statis 99
Soal Latihan
Gaya Coulomb
1. Muatan q = Q – 4 C terpisah pada jarak
3 cm, sehingga masing-masing mengalami
gaya 360 newton. Berapa besar muatan Q?
Q = 910–6
C = 9 C
2. Ada 4 buah bola A, B, C, dan D bermuatan
listrik. Bola A menolak B, bola B menarik
C, dan bola C monolak D. Jika bola D
bermuatan positif,tentukan jenis muatan
bola yang lain?
A negatif, B negatif, C positif
3. Lengkapilah tabel berikut yang
menunjukkan hubun–gan antara besar gaya
listrik (F) yang dialami dua buah muatan Q
dan q yang terpisah pada jarak r.
No.Q (C)q (C)r (cm)F (N)
a 4 9 2
b 7 6 420
c 5 4 225
d 3 6 60
a) 810 N b) 3 cm c) 8 C d) 8 C
4. Muatan Q = 4
1
q terpisah pada jarak 6 cm,
sehingga masing-masing mengalami gaya
40 newton. Berapa C besarnya Q?
Q = 2 C
5. Muatan Q = 2q terpisah pada jarak 5 cm,
sehingga masing-masing mengalami gaya
64,8 newton. Berapa C besarnya q?
q = 3 C
6. Muatan Q = q – 1 C terpisah pada jarak
6 cm, sehingga masing-masing mengalami
gaya 15 newton. Berapa C besarnya Q?
Q = 2 C
7. Muatan Q = q + 3 C terpisah pada jarak
2 cm, sehingga masing-masing mengalami
gaya 90 newton. Berapa C besarnya q?
q = 5 C
8. Muatan Q = 11 C – q terpisah pada jarak
6 cm sehingga masing-masing mengalami
gaya 108 newton. Berapa C besarnya Q?
Q = 5 C
9. Muatan q = Q – 2 C terpisah pada jarak
15 cm sehingga masing-masing mengalami
gaya 14 newton. Berapa C besarnya Q?
Q = 7 C
10. Dua buah muatan listrik ketika terpisah
pada jarak 8 cm, masing-masing mengalami
gaya 18 newton. Jika kemudian jaraknya
diubah menjadi 3 cm, berapa newton gaya
yang dialaminya sekarang?
F' = 128 N
11. Dua buah muatan listrik ketika terpisah
pada jarak 4 cm, masing-masing mengalami
gaya 9 newton. Jika kemudian jaraknya
diubah menjadi 6 cm, berapa newton gaya
yang dialaminya sekarang?
F' = 4 N
12. Dalam atom helium elektron yang
bermuatan –1,610–19
C dan bermassa
910–31
kg bergerak mengelilingi inti yang
bermuatan +3,210–19
C pada jari–jari
lintasan 1,2510–11
meter.
a) Berapa gaya tarik–menarik antara inti
dan elektron yang mengelilinginya?
b) Berapa gaya sentripetal yang dimiliki
elektron?
c) Berapa kecepatan gerak elektron?
a) F = 2,9491210–6
N
b) F = 2,9491210–6
N , c) 6,4106
m/dt
13. Pada atom hidrogen inti bermuatan positif
(p = +1,610–19
C) sedangkan elektron
bermuatan negatif (e = –1,610–19
C) dan
bermassa 910–31
kg bergerak mengelilingi
dengan jari–jari 1,0610–10
meter.
a) Berapa gaya tarik–menarik antara inti
dan elektron yang mengelilinginya?
b) Berapa gaya sentripetal yang dimiliki
elektron?
c) Berapa kecepatan gerak elektron?
a) 2,050610–8
N b) 2,050610–8
N
c) 1,55106
m/dt
14. Dua buah bola kecil massanya sama
masing-masing digantung pada benang yang
panjangnya sama yaitu 80 cm (lihat
gambar).
Kemudian kedua bola diberi muatan listrik
sejenis 0,4 C, sehingga kedua bola saling
tolak-menolak dan setelah setimbang,
terpisah sejauh 16 cm. Jika percepatan
++
q
r
F

mg
T Ty
Tx
y
 L
Gambar 51
Listrik Statis 100
gravitasi bumi dianggap g = 10 m/det2
berapa besar gaya tegangan tali?
T = 5,625 N
15. Dua buah bola kecil massanya sama yaitu
93 gram masing-masing digantung pada
benang yang panjangnya sama yaitu 20 cm
(lihat gambar 51 diatas). Kemudian kedua
bola diberi muatan listrik sejenis, sehingga
kedua bola saling tolak-menolak dan setelah
setimbang, terpisah sejauh 20 cm. Jika
percepatan gravitasi bumi dianggap
10 m/det2
:
a) berapa derajat besar sudut yang diapit
oleh salah satu benang terhadap
vertikal?
b) berapa newton gaya listrik yang dialami
kedua bola?
c) berapa C besar muatan pada masing-
masing bola?
a) 30 b) 910–2
N c) 2 10 C
16. Pada suatu sistem koordinat muatan
Q1 = 8 C diletakkan pada titik (0, 1 cm),
muatan Q2 = –4 C pada titik (0, 3 cm), dan
muatan q = +3 C pada titik (0, 11 cm).
Berapa besar gaya yang dialami muatan q?
F = 4,725 N
17. Pada suatu sistem koordinat muatan
Q1 = 6,4 C diletakkan pada titik (0, 1 cm),
muatan Q2 = –12,5 C pada titik (0, 4 cm),
dan muatan q = +2 C pada titik (0, 0).
a) Berapa besar gaya yang dialami muatan
q?
b) Berapa besar gaya yang dialami muatan
q' = 3 C yang diletakkan pada titik
yang berjarak 4 cm dari muatan Q1 dan
berjaran 5 cm dari muatan Q2?
a) F = 1242 N b) F' = 270 N
18. Sebuah segitiga ABC, panjang sisinya
AB = 7 cm, BC = 3 cm dan AC = 5 cm.
Pada titik A dan B diletakkan muatan listrik
berturut–turut QA = –12,5 C dan QB =
2,7 C. Pada titik C diletakkan muatan q.
Bila gaya yang dialami muatan q adalah
63 N, berapa besar q?
q = 1 C
19. Pada suatu sistem koordinat muatan
Q1 = 36 C diletakkan pada titik (2 cm, 0),
muatan Q2 = –27 C pada titik (7 cm, 0),
dan muatan q = +2 C pada titik (11 cm, 0).
a) Berapa besar gaya yang dialami muatan
q?
b) Berapa besar gaya yang dialami muatan
q' = 4 C yang diletakkan pada titik
yang berjarak 4 cm dari muatan Q1 dan
berjaran 3 cm dari muatan Q2?
a) Ftotal = –223,75 N (kekiri)
b) F'total = 135 N
20. Sebuah segitiga ABC, panjang sisinya
AB = 3 cm, BC = 4 cm dan AC = 5 cm.
Pada titik A dan B diletakkan muatan listrik
berturut-turut QA = –12,5 C dan
QB = 6,4 C. Pada titik C diletakkan
muatan q. Bila gaya yang dialami muatan q
adalah 54 N, berapa besar q?
q = 2 C
21. Muatan q = Q – 5 C terpisah pada jarak
3 cm, sehingga masing–masing mengalami
gaya 360 newton. Berapa besar muatan Q?
Q = 9 C
22. Muatan Q = q – 6 C terpisah pada jarak
2 cm, sehingga masing–masing mengalami
gaya 360 newton. Berapa besar muatan q?
q = 8 C
23. Dua buah muatan bebas Q1 = –16 C dan
Q2 = +9 C berada pada jarak 2 cm satu
dari yang lain. Muatan Q3 ditempatkan
sedemikian sehingga seluruh sistem tersebut
dalam keadaan seimbang (setiap muatan
mengalami resultan gaya sama dengan nol).
Berapa besar muatan Q3?
Q3 = 144 C
24. Dua buah muatan titik bebas Q1 = –4 C
dan Q2 = +9 C berada pada jarak 3 cm satu
sama lain. Muatan Q3 ditempatkan
sedemikian sehingga seluruh sistem tersebut
dalam keadaan seimbang (setiap muatan
mengalami resultan gaya sama dengan nol).
Berapa besar muatan Q3?
Q3 = 36 C
25. Tiga buah muatan listrik QA = +72 C, QB
= –18 C dan QC yang belum diketahui
besarnya diletakkan seperti gambar 52.
Gambar 52
Listrik Statis 101
Jarak antara QA dan QB = 6 cm. Jika gaya
yang dialami masing-masing muatan = 0,
berapa besar QC?
QC = 4 C
26. Tiga buah muatan listrik QA = –50 C, QB =
+32 C dan QC yang belum diketahui
besarnya diletakkan seperti gambar 52 di
atas. Jarak antara QA dan QB = 2 cm. Jika
gaya yang dialami masing-masing muatan =
0, berapa besar QC?
QC = 800 C
Kuat Medan Listrik
27. Lengkapi tabel berikut, yang menunjukkan
hubungan antara kuat medan listrik E yang
dihasilkan sebuah muatan Q pada titik yang
berjarak r.
No. Q (C) r (cm) E (N/C)
a 5 6
b 7 2,52107
c 15 1,6107
a) 12,5107
b) 50 c) 4
28. Karena pengaruh sebuah muatan Q,pada
sebuah titik yang berjarak 9 cm kuat medan
listriknya 800 N/C. Karena pengaruh
muatan itu juga, berapa kuat medan listrik
pada titik yang berjarak 12 cm?
450 N/C
29. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 =
–16 C diletakkan pada titik (0,0) dan Q2 =
+3 C pada titik (0, 10 cm). Berapa N/C
kuat medan listrik pada titik:
a) A (0, 4 cm)? b) B (0, 12 cm)?
c) yang berjarak 8 cm dari Q1 dan 6 cm
dari Q2?
a) 9,75107
N/C b) 5,75107
N/C
c) 7,5 10 106
N/C
30. Pada suatu sistem koordinat, muatan
Q1 = +5,12 C diletakkan pada titik (0,0)
dan Q2 = –1,25 C pada titik (7 cm, 0).
Berapa N/C kuat medan listrik pada titik:
a) A (4 cm, 0)? b) B (8 cm, 0)?
c) C yang berjarak 5 cm dari Q1 dan 8 cm
dari Q2?
a) 4,13107
N/C b) 10,53107
N/C
c) 6,3106
N/C
31. Muatan QA = + 16 C dan QB = –9 C
terpisah pada jarak 3 cm. Karena pengaruh
kedua muatan tersebut, di titik manakah
yang kuat medan listriknya nol?.
4 cm dari A
32. Muatan Q1 = +8 C dan Q2 = +4,5 C
terpisah padaada jarak 7 cm. Karena
pengaruh kedua muatan tersebut, di titik
manakah yang kuat medan listriknya nol?
r1 = 4 cm
33. Pada sebuah titik ada kuat medan listrik
sebesar 4107
N/C diletakkan muatan listrik
sebesar 3 C. Berapa newton gaya yang
dialami muatan tersebut?
F = 120 N
34. Muatan QA = +16 C terpisah 10 cm dari
muatan QB. Karena pengaruh kedua muatan,
pada titik yang berjarak 8 cm dari muatan
QA dan berjarak 6 cm dari muatan QB kuat
medan listriknya 3,75107
N/C. Berapa
besar muatan QB?
QB = 12 C
35. Muatan QA = –12 C terpisah pada jarak
5 cm dari muatan QB. Karena pengaruh
kedua muatan, pada titik yang berjarak 3 cm
dari muatan QA dan berjarak 4 cm dari
muatan QB kuat medan listriknya
1,5108
N/C. Berapa C besar muatan QB?
QB = 16 C
36. Pada dua titik sudut sebuah segitiga sama
sisi yang panjang sisinya 3 cm diletakkan
muatan listrik masing-masing –9 C dan
+24 C. Berapa kuat medan listrik pada
titik sudut yang ketiga?
E = 21107
N/C
37. Pada sebuah persegi panjang ABCD seperti
gambar di samping, muatan listrik QA = –
7,5 pC diletakkan pada titik A muatan QC
diletakkan pada
titik C. Karena
pengaruh kedua
muatan, pada
titik D kuat
medannya
= 195 N/C.
Berapa besar QC?
QC = 32 pC
38. Pada suatu sistem koordinat, muatan listrik
QA = –7,5 pC
diletakkan pada
titik (–4 cm, 0
cm) muatan QB
diletakkan pada
titik (0 cm, 3 cm)
Karena pengaruh
kedua muatan,
+
–
QC
QA 4 cm
3cm
B
D
+
–
Q2
Q1
Listrik Statis 102
pada titik (–4 cm, 3 cm) kuat medannya
= 195 N/C. Berapa besar QB?
QB = 32 pC
39. Muatan QA = 25 C dan muatan QB
= +9 C terpisah pada jarak 4 cm. Karena
pengaruh kedua muatan tersebut berapa
kuat medan listrik pada titik P yang berjarak
5 cm dari muatan QA dan berjarak 3 cm dari
muatan QB?
E = 9107
N/C
40. Muatan QA = + 48 C dan muatan QB = –
75 C terpisah pada jarak 3 cm. Karena
pengaruh kedua muatan tersebut berapa
kuat medan listrik pada titik P yang berjarak
4 cm dari muatan QA dan berjarak 5 cm dari
muatan QB?
E = 2,7108
N/C
41. Dua buah muatan listrik QA dan QB = –2,4
C bermuatan positif, tetapi belum
diketahui besarnya terpisah pada jarak
13 cm. Karena pengaruh kedua muatan
tersebut, pada titik T yang berjarak 5 cm
dari muatan QA dan berjarak 12 cm dari
muatan QB kuat medan listriknya =
3,9106
N/C. Berapa besar muatan QA?
QA = 1 C
42. Karena pengaruh sebuah muatan Q,pada
sebuah titik yang berjarak 5 cm kuat medan
listriknya 1600 N/C. Karena pengaruh
muatan itu juga, berapa kuat medan listrik
pada titik yang berjarak 8 cm?
E' = 625 N/C
Energi Potensial Listrik
43. Lengkapi tabel berikut yang menunjukkan
hubungan antara muatan Q dan q yang
terpisah pada jarak r dengan energi
potensial yang dihasilkannya!
No. Q (C) q (C) r (cm) EP (Joule)
a 8 4 6
b 9 5 13,5
c 10 5 12,6
d 6 9 6,6
a) EP = 4,8 Joule b) r = 3 cm
c) q = 7 C d) Q = 11 C
44. Atom lithium intinya bermuatan +4,810–
19
C. Elektron terluarnya bergerak
mengelilinginya inti dengan jari–jari
lintasan dianggap 6,410–11
meter. Jika
muatan elektron –1,610–19
C berapa energi
potensialnya?
EP = 1,0810–17
Joule
45. Atom hidrogen intinya terdiri atas sebuah
proton yang mempunyai muatan 1,610–19
C dan sebuah elektron yang
mengelilinginya bermuatan –1,610–19
C.
Jika jari–jari lintasan elektron dianggap
1,05610–10
meter, berapa energi
potensialnya?
EP = 2,181810–18
Joule
46. Muatan Q = –9q terpisah pada jarak 3 cm
sehingga masing-masing mempunyai energi
potensial –10,8 Joule. Berapa besar muatan
Q?
Q = 18 C
47. Dua buah muatan listrik sejenis Q dan q,
yang mana Q = 3q, ketika terpisah sejauh r,
karena saling mempengaruhi masing-
masing mengalami gaya 30 newton dan
masing-masing mempunyai energi potensial
1,8 Joule. Berapa besar Q dan r?
r = 6 cm & Q = 6 C
48. Muatan Q = – 3
1 q terpisah pada jarak 8 cm
sehingga masing-masing mempunyai energi
potensial –1,35 Joule. Berapa besar muatan
Q?
Q = 2  C
49. Muatan Q = q + 2 C terpisah pada jarak
9 cm. Akibatnya masing-masing
mempunyai energi potensial +2,4 Joule.
Berapa besar muatan q?
q = 8 C
50. Muatan Q = q – 4 C terpisah pada jarak
4 cm. Akibatnya masing-masing
mempunyai energi potensial +10,125 Joule.
Berapa besar muatan q?
q = 9 C
51. Dua buah titik masing-masing berjarak 3 cm
dan 5 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat
medannya = 3,2107
N/C. Berapa besar Q?
Q = 5 C
52. Dua buah titik masing-masing berjarak 4 cm
dan 6 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat
medannya = 2,5107
N/C. Berapa besar Q?
Q = 8 C
53. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 =
5 C diletakkan pada titik (3 cm , 0).
Muatan positif Q2 diletakkan pada titik (0 ,
6 cm). Karena pengaruh kedua muatan,
pada titik (0 , 0) kuat medan listriknya =
Listrik Statis 103
52107
N/C. Berapa besar muatan Q2?
Q2 = 20 C
54. Muatan QA = +2 C dan muatan QB = –8
C terpisah pada jarak 3 cm. Karena
pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat
medannya = 0. Berapa jarak titik P ke
muatan A?
rA = 3 cm
55. Muatan QA = –3 C dan muatan QB = +12
C terpisah pada jarak 4 cm. Karena
pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat
medannya = 0. Berapa jarak titik P ke
muatan A?
rA = 4 cm
56. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 =
8 C diletakkan pada titik (0 , 4 cm).
Muatan positif Q2 diletakkan pada titik (3
cm , 0). Karena pengaruh kedua muatan,
pada titik (0 , 0) kuat medan listriknya =
4,52106
N/C. Berapa besar muatan Q2?
Q2 = 4,5 C
57. Muatan QA = +5 C dan muatan QB = –20
C terpisah pada jarak 5 cm. Karena
pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat
medannya = 0. Berapa jarak titik P ke
muatan A?
rA = 5 cm
58. Dua buah titik masing-masing berjarak 2 cm
dan 6 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat
medannya = 1,8108
N/C. Berapa besar Q?
Q = 9 C
59. Muatan QA = –6 C dan muatan QB = +24
C terpisah pada jarak 2 cm. Karena
pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat
medannya = 0. Berapa jarak titik P ke
muatan A?
rA = 2 cm
60. Dua buah titik masing-masing berjarak 3 cm
dan 4 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat
medannya = 5,25107
N/C. Berapa besar Q?
Q = 12 C
61. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 =
6 C diletakkan pada titik (–3 cm , 0).
Muatan positif Q2 diletakkan pada titik (0 ,
–6 cm). Karena pengaruh kedua muatan,
pada titik (0 , 0) kuat medan listriknya =
62107
N/C. Berapa besar muatan Q2?
Q2 = 24 C
Potensial Listrik
62. Lengkapilah tabel berikut yang
menunjukkan hubungan antara besar
muatan listrik (Q) yang menghasilkan
potensial (V) pada titik yang berjarak r.
No.Q (C)r (cm) V(volt)
a. + 4 5
b. – 6 –1.05106
c. 9 2.7106
a) 7,2105
volt b) 4 cm c) 8 C
63. Pada suatu sistem koordinat muatan
Q1 = 12 C diletakkan pada titik (–4 cm, 0)
dan Q2 = –8 C diletakkan pada titik
(2 cm, 0). Karena pengaruh kedua
muatantersebut:
a) berapa potensial listrik pada titik
(1 cm, 0)?
b) di titik manakah yang potensial
listriknya nol?
a) 7,2105
volt b) (2 cm, 0)
64. Pada suatu sistem koordinat muatan Q1 = –
9 C diletakkan pada titik (0 , 4 cm) dan
Q2 = 6 C diletakkan pada titik (0 , –1 cm).
Karena pengaruh kedua muatan tersebut:
a) berapa potensial listrik pada titik
(0, 2 cm)?
b) di titik manakah yang potensial
listriknya nol?
a) 2,25106
volt b) (0 , 1 cm)
65. Pada dua titik sudut yang berseberangan
sebuah persegi panjang yang panjang
sisinya 3 cm dan 4 cm diletakkan muatan
listrik sejenis. Akibatnya pada titik sudut
yang lain potensialnya 63 volt. Berapa
potensial listrik pada titik potong
diagonalnya?
VO = 72 volt
66. Pada 3 titik sudut sebuah bujur sangkar
yang panjang sisinya 6 cm diletakkan
muatan listrik masing-masing 15 C.
Berapa potensial total pada titik sudut yang
keempat?
(45 + 11,252)105
volt
67. Pada titik sudut A, B, dan C sebuah segi
empat ABCD, yang mana AB = CD = 6 cm
dan BC = AD = 8 cm diletakkan muatan
listrik masing-masing 48 C. Berapa
potensial total pada titik sudut D?
V = 1,665109
volt
68. Berapa potensial listrik pada sebuah titik
Listrik Statis 104
yang berjarak 18 cm dari sebuah muatan,
jika pada titik yang berjarak 4 cm karena
pengaruh muatan yang sama potensialnya –
270 volt?
V' = – 60 volt
69. Berapa potensial listrik pada sebuah titik
yang berjarak 6 cm dari sebuah muatan, jika
pada titik yang berjarak 15 cm karena
pengaruh muatan yang sama potensialnya
20 volt?
V' = 50 volt
70. Pada sebuah titik karena pengaruh sebuah
muatan yang berjarak r kuat medan
listriknya 8000 N/C dan potensial listriknya
2,4104
volt. Berapa besarnya muatan?
Q = 8 C
71. Pada sebuah titik karena pengaruh sebuah
muatan yang berjarak r kuat medan
listriknya 3,375107
N/C dan potensial
listriknya 1,35106
volt. Berapa besarnya
muatan?
Q = 6 C
72. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah
segitiga siku-siku sama kaki yang panjang
sisi kakinya 4 cm diletakkan muatan listrik
Q1 = –82 C. Sedangkan pada titik sudut
sikunya diletakkan muatan positif Q2.
Karena pengaruh kedua muatan, pada titik
sudut kaki yang lain potensialnya –
4,5105
volt. Berapa besar muatan Q2?
Q2 = 6 C
73. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah
segitiga siku-siku sama kaki yang panjang
sisi kakinya 4 cm diletakkan muatan listrik
Q1 = –42 C. Sedangkan pada titik sudut
sikunya diletakkan muatan positif Q2.
Karena pengaruh kedua muatan, pada titik
sudut kaki yang lain potensialnya
9105
volt. Berapa besar muatan Q2?
Q2 = 8 C
74. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan
listrik Q = 6 C. Selisih jarak kedua titik
dari muatan = 1 cm. Jika selisih
potensialnya = 9105
volt, berapa besar x
dan y dalam cm?
x = 2 cm dan y = 3 cm
75. Muatan Qa = –4 C dan muatan Qb = +9 C
terpisah pada jarak 5 cm. Karena pengaruh
kedua muatan, pada titik T potensial
listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa
dan berjarak b dari Qb, berapa besar a dan b
berturut-turut dalam cm?
a = 2 cm dan b = 4,5 cm
76. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan
listrik Q = 2 C. Selisih jarak kedua titik
dari muatan = 3 cm. Jika selisih
potensialnya = 5,4105
volt, berapa besar x
dan y dalam cm?
x = 2 cm dan y = 5 cm
77. Muatan Qa = +8 C dan muatan Qb = –2 C
terpisah pada jarak 3 cm. Karena pengaruh
kedua muatan, pada titik T potensial
listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa
dan berjarak b dari Qb, berapa besar a dan b
berturut-turut dalam cm?
a = 4 cm dan b = 1 cm
78. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan
listrik Q = 9 C. Selisih jarak kedua titik
dari muatan = 2 cm. Jika selisih
potensialnya = 1,08106
volt, berapa besar x
dan y dalam cm?
x = 3 cm dan y = 5 cm
79. Muatan Qa = +2 C dan muatan Qb = –8 C
terpisah pada jarak 2 cm. Karena pengaruh
kedua muatan, pada titik T potensial
listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa
dan berjarak b dari Qb, berapa besar a dan b
berturut-turut dalam cm?
a = 1 cm dan b = 4 cm
80. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah
segitiga siku-siku sama kaki yang panjang
sisi kakinya 8 cm diletakkan muatan listrik
–162 C. Sedangkan pada titik sudut
sikunya diletakkan muatan positif Q.
Karena pengaruh kedua muatan, pada titik
sudut kaki yang lain potensialnya –
4,5105
volt. Berapa besar muatan Q?
Q = 12 C
81. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah
segitiga siku-siku sama kaki yang panjang
sisi kakinya 8 cm diletakkan muatan listrik
–82 C. Sedangkan pada titik sudut
sikunya diletakkan muatan positif Q.
Karena pengaruh kedua muatan, pada titik
sudut kaki yang lain potensialnya
9105
volt. Berapa besar muatan Q?
Q = 16 C
82. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan
listrik Q = 8 C. Selisih jarak kedua titik
dari muatan = 2 cm. Jika selisih
Listrik Statis 105
potensialnya = 1,8106
volt, berapa cm
besar x dan y?
x = 3 cm dan y = 5 cm
83. Muatan Qa = –9 C dan muatan Qb = +4 C
terpisah pada jarak 4 cm. Karena pengaruh
kedua muatan, pada titik T potensial
listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa
dan berjarak b dari Qb, berapa cm besar a
dan b?
a = 4,5 cm dan b = 2 cm
84. Pada dua titik sudut yang berseberangan
sebuah bujur sangkar yang panjang sisinya
6 cm diletakkan muatan listrik sejenis.
Akibatnya pada titik sudut yang lain
potensialnya 272 volt. Berapa potensial
listrik pada titik potong diagonalnya?
VO = 54 volt
85. Pada dua titik sudut yang berseberangan
sebuah bujur sangkar yang panjang sisinya
8 cm diletakkan muatan listrik sejenis.
Akibatnya pada titik sudut yang lain
potensialnya 542 volt. Berapa potensial
listrik pada titik potong diagonalnya?
VO = 1082 volt
86. Muatan listrik QA = –20 C dan QB =
+15 C terpisah pada jarak 7 cm. Titik P
terletak pada garis hubung antara kedua
muatan. Karena pengaruh kedua muatan,
jika potensial listrik pada titik P = 0, berapa
kuat medan listrik yang dihasilkan oleh
muatan B saja?
VO = 1,5108
N/C
87. Muatan listrik QA = +15 C dan QB = –
10 C terpisah pada jarak 5 cm. Titik P
terletak pada garis hubung antara kedua
muatan. Karena pengaruh kedua muatan,
jika potensial listrik pada titik P = 0, berapa
kuat medan listrik yang dihasilkan oleh
muatan B saja?
EB = 3,75108
N/C
88. Dua buah muatan listrik sejenis Q dan q,
yang mana Q = 4q, ketika terpisah sejauh r,
karena saling mempengaruhi masing-
masing mengalami gaya 160 newton dan
masing-masing mempunyai energi potensial
14,4 Joule. Berapa besar Q dan r?
Q = 24 C
89. Titik A berjarak a dari muatan listrik 60 pC.
Titik B berjarak 4a dari muatan yang sama.
Jika beda potensial antara kedua titik
13,5 volt, berapa besar a?
a = 3 cm
Energi Potensial Listrik & Usaha
90. Dua bola identik bermuatan Q1 dan Q2
terpisah sejauh 6 cm masing-masing
menyimpan energi potensial = 4,8 Joule.
Kemudian kedua bola disentuhkan lalu
dipisahkan sejauh 6 cm lagi, sekarang
energi potensialnya = 5,6 Joule. Berapa
besar Q2?
EP = 4 C
91. Dua bola identik bermuatan Q1 dan Q2
terpisah sejauh 5 cm masing-masing
menyimpan energi potensial = 1,44 J.
Kemudian kedua bola disentuhkan lalu
dipisahkan sejauh 5 cm lagi, sekarang
energi potensialnya = 1,62 Joule. Berapa
besar Q2?
Q2 = 4C
Hukum Kekekalan Energi
92. Dua buah elektron masing-masing dianggap
muatan dan massanya 1,610–19
C dan
910–31
kg mula-mula terpisah sejauh 4 cm,
kemudian dilepaskan. Karena saling tolak-
menolak maka kedua elektron bergerak
saling menjauh. Ketika jarak kedua elektron
8 cm, kecepatannya berubah menjadi berapa
m/s?
v = 80 m/s
93. Dua buah elektron masing-masing muatan
dan massanya 1,610–19
C dan 910–31
kg
mula-mula terpisah sejauh 25 cm, kemudian
dilepaskan. Karena saling tolak-menolak
maka kedua elektron bergerak saling
menjauh. Ketika jarak kedua elektron
50 cm, kecepatannya berubah menjadi
berapa m/s?
v = 32 m/s
94. Berapa Joule besarnya usaha yang
diperlukan untuk memindahkan muatan
q = 3 C dari titik yang berjarak 4 cm ke
titik yang berjarak 8 cm terhadap muatan
Q = –16 C?
W = 7,2 Joule
95. Berapa Joule besarnya usaha yang
diperlukan untuk memindahkan muatan
q = – 3 C dari titik yang berjarak 12 cm ke
titik yang berjarak 5 cm terhadap muatan
Q = 15 C?
W = 4,72510–9
Joule
96. Berapa besarnya usaha yang diperlukan
Listrik Statis 106
untuk memindahkan muatan q = 4 C dari
titik yang berpotensial 100 volt ke titik yang
berpotensial 300 volt?
W = 810–4
Joule
97. Berapa besarnya usaha yang diperlukan
untuk memindahkan muatan q = –2 C dari
titik yang berpotensial 50 volt ke titik yang
berpotensial 250 volt?
W = 410–4
Joule
98. Sebuah partikel massanya m = 310–10
kg
bermuatan q = +4 C dilepaskan dari titik
yang berjarak 8 cm terhadap muatan Q = –
9 C. Berapa kecepatan partikel q ketika
berada pada jarak 6 cm?
v = 106
m/det
99. Sebuah partikel massanya m = 210–10
kg
bermuatan q = +12 C dilepaskan dari titik
yang berjarak 9 cm dari muatan Q = –
24 C. Berapa kecepatan partikel q ketika
berada pada jarak 3 cm?
v = 2,4106
m/det
100. Diketahui muatan proton = +1,610–19
C, muatan elektron = –1,610–19
C dan
dianggap massa elektron = 910–31
kg.
Mula-mula elektron berada pada jarak 8 cm
dari proton, kemudian dilepaskan tanpa
kecepatan awal. Berapa kecepatan elektron
ketika berjarak 4 cm dari proton?
v2 = 80 m/s
101. Pada sebuah titik berpotensial 100 volt
diletakkan muatan listrik sebesar 8 C.
Berapa energi potensial yang diperoleh
muatan tersebut?
EP = 810–4
Joule
102. Pada sebuah titik berpotensial 30 volt
diletakkan muatan listrik sebesar 7 C.
Berapa energi potensial yang diperoleh
muatan tersebut?
EP = 2,110–4
Joule
Bola Konduktor
103. Sebuah bola konduktor berjari–jari
8 cm diberi muatan 12 C. Berapa besar:
a) Kuat Medan dan Potensial listrik pada
titik yang berjarak:
(1) 16 cm? (2) 8 cm?
(3) 6 cm dari pusat bola?
b) Usaha yang dibutuhkan untuk
memindahkan muatan 3 C dari titik
yang berjarak 16 cm ke titik yang
berjarak 6 cm dari permukaan bola?
c) kapasitas bola?
d) energi yang tersimpan pada bola?
a) (1) EA = 64
27 107
N/C dan
VA = 64
27 105 volt (2) EB = 16
27 107
N/C dan VB =
13,5105
volt (3) EC = 0 dan VB = 13,5105
volt
b) 2,025 Joule c) 9
80
pF d) 16,2 Joule
104. Bola A berjari–jari 3,6 cm diberi
muatan 4 C. Bola B berjari–jari 5,4 cm
diberi muatan 3 C. Kemudian kedua bola
disentuhkan, lalu dipisahkan lagi pada jarak
15 cm (dari pusat masing-masing). Setelah
dipisah lagi:
a) berapa potensial masing-masing bola?
b) muatan yang disimpan masing-masing
bola?
c) energi yang disimpan masing-masing
bola?
d) energi yang hilang?
e) gaya yang dialami masing-masing bola?
a) V'A = V'B = 7105
volt b) Q'A = 2,8
C & Q'B = 4,2 C c) W'A = 0,98 Joule & W'B = 1,47
Joule d) Whilang = 5,25 Joule e) F' = 47,04 N
105. Bola A berjari–jari 1,8 cm diberi
muatan 8 C. Bola B berjari–jari 2,7 cm
diberi muatan 27 C. Kemudian kedua bola
disentuhkan, lalu dipisahkan lagi pada jarak
7 cm (dari pusat masing-masing) . Setelah
dipisah lagi:
a) berapa potensial masing-masing bola?
b) muatan yang disimpan masing-masing
bola?
c) energi yang disimpan masing-masing
bola?
d) energi yang hilang?
e) gaya yang dialami masing-masing bola?
a) V'A = V'B = 7105
volt b) Q'A = 1,4 C
& Q'B = 2,1 C c) W'A = 0,49 Joule & W'B = 0,375 J
d) Whilang = 0,15 Joule e) F' = 54 N
106. Sebuah bola konduktor jari-jarinya 10
cm diberi muatan 60 C. Kemudian sebuah
partikel massanya 310–12
kg bermuatan 0,3
C dilepaskan dari permukaannya. Setelah
menempuh jarak 50 cm kecepatannya
berubah menjadi berapa m/s?
v = 30105
m/s
107. Sebuah bola konduktor jari-jarinya 20
cm diberi muatan 90 C. Kemudian sebuah
partikel massanya 210–11
kg bermuatan 3
C dilepaskan dari permukaannya. Setelah
menempuh jarak 60 cm kecepatannya
Listrik Statis 107
berubah menjadi berapa m/s?
v = 9105
m/s
108. Sebuah bola konduktor bermuatan
listrik. Kuat medan listrik dan potensial
listrik di permukaannya berturut-turut
10 N/C dan 0,6 volt. Berapa besar muatan
bola?
Q = 4 pC
109. Sebuah bola konduktor bermuatan
listrik. Kuat medan listrik dan potensial
listrik di permukaannya berturut-turut
36 N/C dan 1,8 volt. Berapa besar muatan
bola?
10 pC
110. Sebuah bola konduktor kapasitasnya
3 F diberi muatan listrik 12 C digabung
dengan bola konduktor lain yang
kapasitasnya 6 F. Setelah digabung
muatan bola konduktor pertama bertambah
6 C. Berapa muatan bola konduktor kedua
sebelum dan sesudah digabung?
Q2 = 42 C
111. Bola A kapasitasnya 2 pF diberi muatan
listrik 10 pC. Bola B kapasitasnya CB diberi
muatan listrik 32 pC. Kemudian kedua bola
disentuhkan. Setelah disentuhkan, energi
listrik yang hilang 6 Joule. Berapa besar
CB?
CB = 4 pF
112. Bola A kapasitasnya 2 pF diberi muatan
listrik 18 pC. Bola B kapasitasnya CB diberi
muatan listrik 32 pC. Kemudian kedua bola
disentuhkan. Setelah disentuhkan lalu
dipisahkan sejauh 10 cm, sehingga
keduanya saling tolak-menolak dengan gaya
7,210–12
N. Berapa besar CB?
CB = 8 pF
Keping Sejajar
113. Lengkapilah tabel berikut yang
menunjukkan hubungan antara muatan (Q),
kuat medan listrik (E), dan beda potensial
(V) pada keping sejajar yang luasnya A dan
terpisah sejauh d.
No.A (cm2
) d (cm) Q (pC) E (N/C) V (volt)
a 0,5 4 15072
b 0,4 8478 76,302
c 0,6 0,4 45,216
d 0,9 0,8 5
a) A = 0,3 cm2
, V = 75,36 volt
b) d = 0,9 cm, Q = 3 pC
c) Q = 6 pC, E = 11304 N/C
d) E = 6280 N/C, V = 50,24 volt
114. Dua buah keping sejajar terpisah pada
jarak 0,5 cm diberi beda potensial 60 volt.
Kemudian di antaranya diletakkan sebuah
partikel bermuatan listrik 3 C. Berapa
besar gaya yang dialami partikel tersebut?
F = 0,36 N
115. Dua buah keping sejajar terpisah pada
jarak 4 cm diberi beda potensial. Kemudian
di antaranya diletakkan sebuah partikel
bermuatan listrik 5 C. Bila besar gaya
yang dialami partikel tersebut 3,7510–3
N,
berapa beda potensial yang diberikan?
V = 30 volt.
116. Dua buah keping sejajar luas
penampangnya 6 cm2
diberi muatan Q.
Kemudian di antaranya diletakkan partikel
bermuatan listrik 2 C. Bila besar gaya
yang dialami partikel 960 N, berapa besar
Q?
Q = 8 C
117. Dua buah keping sejajar luas
penampangnya 4 cm2
diberi muatan 12 C.
Kemudian di antaranya diletakkan partikel
bermuatan listrik 3 C. Berapa besar gaya
yang dialami partikel?
F = 3240 N
118. Dua buah keping sejajar diletakkan
horisontal berjarak 5 cm, diberi beda
potensial. Kemudian sebuah bola kecil
massanya 30 gram bermuatan 6 C
diletakkan di antara kedua keping. Agar
bola diam, berapa beda potensial kedua
keping (percepatan gravitasi = 10 m/s2
?
V = 2500 volt
119. Dua buah keping sejajar diletakkan
horisontal berjarak 4 cm, diberi beda
potensial 3000 volt. Kemudian sebuah bola
kecil massanya 60 mg bermuatan listrik
diletakkan di antara kedua keping. Agar
bola diam, berapa beda potensial kedua
keping (percepatan gravitasi = 10 m/s2
)?
q = 8 C
120. Dua buah keping sejajar diberi beda
potensial 100 volt. Kemudian sebuah
partikel yang massanya 6 mg dan bermuatan
+12 C dilepaskan dari keping berpotensial
tinggi. Berapa kecepatan partikel ketika
sampai di keping berpotensial rendah?
v = 20 m/s
Listrik Statis 108
121. Dua buah keping sejajar diberi beda
potensial 90 volt. Kemudian sebuah partikel
yang massanya 21016
kg dan bermuatan
+4 C dilepaskan dari keping berpotensial
tinggi. Pada saat sampai di keping
berpotensial rendah kecepatan partikel
105
m/det. Berapa beda potensial kedua
keping?
V = 25 volt
122. Dua keping sejajar vertikal berjarak 5
cm diberi beda potensial
30 volt. Kedalamnya
diletakkan bola
bermuatan 4 mC yang
digantung tali. Setelah
setimbang, tali
membentuk sudut 30
terhadap vertikal. Berapa
gaya tegangan tali?
T = 4,8 N
123. Dua buah keping sejajar vertikal
berjarak 5 cm diberi beda potensial 60 volt.
Kemudian di antaranya diletakkan sebuah
bola yang massanya 4 gram dan bermuatan
listrik 8 C yang digantung pada benang
(lihat Gambar 55 di atas). Bola mengalami
gaya tolak keping bermuatan sejenis,
akibatnya benang menyimpang. Bila
percepatan gravitasi bumi 10 m/s2
, berapa
besar sudut simpangan benang terhadap
vertikal?
 = tg–1
0,24
124. Dua buah keping sejajar vertikal
berjarak 3 cm diberi beda potensial
600 volt. Kemudian di antaranya diletakkan
sebuah bola yang massanya 4 gram dan
bermuatan listrik yang digantung pada
benang (lihat Gambar 55 di atas). Bola
mengalami gaya tolak keping bermuatan
sejenis, akibatnya benang menyimpang
sebesar 45. Bila percepatan gravitasi bumi
10 m/s2
, berapa besar muatan bola?
q = 2 C
125. Dua keping sejajar vertikal berjarak 4
cm diberi beda potensial 20 volt.
Kedalamnya diletakkan bola bermuatan 5
mC yang digantung tali (lihat Gambar 55 di
atas). Setelah setimbang, tali membentuk
sudut 30 terhadap vertikal. Besar gaya
tegangan tali?
T = 5 N
126. Dua keping sejajar vertikal berjarak 5
cm diberi beda potensial 30 volt.
Diantaranya diletakkan bola bermuatan 4
C yang digantung tali (lihat Gambar 55 di
atas). Setelah setimbang, tali membentuk
sudut 37 terhadap vertikal. Berapa besar
massa bola?
m = 3,210–4
kg
127. Dua keping sejajar vertikal berjarak 6
cm diberi beda potensial 25 volt.
Kedalamnya diletakkan bola bermuatan 3
mC yang digantung tali (lihat Gambar 55 di
atas). Setelah setimbang, tali membentuk
sudut 30 terhadap vertikal. Berapa besar
gaya tegangan tali?
T = 2,5 N
128. Dua keping sejajar vertikal berjarak 8
cm diberi beda potensial 15 volt.
Kedalamnya diletakkan bola bermuatan 4
mC yang digantung tali (lihat Gambar 55 di
atas). Setelah setimbang, tali membentuk
sudut 30 terhadap vertikal. Berapa besar
gaya tegangan tali?
T = 1,5 N
Kapasitor
129. Lengkapilah tabel di bawah ini yang
menunjukkan data pada kapasitor, A = luas
penampang, d = jarak kedua keping, K =
konstanta dielektrik di antara kedua keping,
C = kapasitas kapasitor, V = beda potensial
antara kedua keping, Q dan W = muatan
dan energi yang disimpan.
No. A
(mm2
)
d
(mm)
K C
(pF)
V
(volt)
Q
(C)
W
(pJoule)
a. 0.34570 35 350
b. 30 80 15 4,05
c. 40 0.75 47.2 20
d. 0.88540 500 6.25
e. 60 50 17 7
f. 80 1.77 40 960
a) 20 mm2
, 10 volt, 1,7510–9
J
b) 0,59 mm, 36 pF, 540 pC,
c) 100, 944 pC, 9,4410–9
Joule
d) 50 mm2
, 20 pF, 25 volt.
e) 1,5 mm, 30 volt, 531 pC
f) 60, 24 pF, 1,9210–8
Joule
130. Sebuah kapasitor kapasitasnya 2 F.
Jika luas penampang maupun jarak kedua
keping di 2 kalikan, berapa kapasitasnya
sekarang?
C = 2 F
+
q

m
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
–
–
–
–
–
Gambar 55
Listrik Statis 109
131. Sebuah kapasitor kapasitasnya 3 F.
Jika luas penampang maupun jarak kedua
keping di 3 kalikan, berapa kapasitasnya
sekarang?
C' = 3 F
132. Sebuah kapasitor bermuatan
menyimpan energi sebesar 310–9
Joule.
Bila beda potensialnya di 3 kalikan, berapa
energi yang disimpannya sekarang?
2,710–8
Joule
133. Sebuah kapasitor bermuatan
menyimpan energi sebesar W. Ketika beda
potensialnya di 2 kalikan, energi yang
disimpannya sekarang bertambah dengan
310–9
Joule. Berapa besar W?
W = 10–9
Joule
134. Sebuah kapasitor tanpa bahan dielektrik
kapasitasnya 3 pF. Kemudian di antara
kepinya diisi bahan dielektrik yang
konstanta dielektriknya 60. Berapa
kapasitasnya sekarang?
C' = 180 pF
Rangkaian Kapasitor
135. Dua buah kapasitor bila dirangkai
paralel kapasitas penggantinya 9 F. Tetapi
bila dirangkai seri kapasitas penggantinya
2 F. Berapa kapasitas masing-masing
kapasitor?
3 F dan 6 F
136. Dua buah kapasitor bila dirangkai
paralel kapasitas penggantinya 16 F.
Tetapi bila dirangkai seri kapasitas
penggantinya 3 F. Berapa kapasitas
masing-masing kapasitor?
4 F dan 12 F
137. Dua buah kapasitor kapasitasnya C1 dan
C2, yang mana C1 < C2,dirangkai seperti
gambar 56:
a
bC1
C2 c d
C1 C2
Gambar 56
atas, maka kapasitas penggantinya Cab =
18 F, tetapi bila dirangkai seperti
gambar bawah, maka kapasitas
penggantinya Ccd = 4 F. Berapa kapasitas
kapasitor C1 dan C2?
C1 = 6 F
138. Pada rangkaian kapasitor gambar 57 di
bawah, C1 = 9 F, C2 = 18 F dan C3 = 10
F. Bila energi listrik yang disimpan
kapasitor C1 = 72 J, berapa muatan listrik
yang disimpan oleh kapasitor C3?
C3 = 60 C
a b
C1 C2
C3 a b
C1 C2
C3
Gambar 57 Gambar 58
139. Pada rangkaian kapasitor gambar 58 di
atas, C1 = 15 F, C2 = 10 F dan
C3 = 12 F. Bila energi listrik yang
disimpan kapasitor C2 = 45 J, berapa
muatan listrik yang disimpan oleh kapasitor
C3?
Q3 = 60 C
140. Pada rangkaian kapasitor gambar 59 di
bawah C1 = 6 F, C2 = 4 F dan C3 = 8 F,
bila beda potensial ujung-ujung kapasitor C1
adalah 4 volt, berapa energi listrik yang
disimpan kapasitor C2?
W2 = 8 J
C1
b
a C3
C2
2Gambar 59 Gambar 60
141. Pada rangkaian kapasitor gambar 60 di
atas, C1 = 3 F, C2 = 8 F dan C3 = 4 F
bila energi listrik yang disimpan kapasitor
C2 adalah 36 Joule, berapa muatan listrik
yang disimpan oleh kapasitor C3?
Q3 = 33 C
142. Tiga buah kapasitor kapasitasnya C1, C2
dan C3, yang mana C3 = 9 F. Bila
dirangkai seperti gambar 61a, maka
kapasitas penggantinya 6 F, tetapi bila
dirangkai seperti gambar 61b, maka
kapasitas penggantinya 13 F.
a b
C1
C3
C2
c d
C1 C2
C3
(a) (b)
Gambar 61
Berapa kapasitas kapasitor C1 dan C2?
C1 = 6 F
143. Pada rangkaian tiga kapasitor gambar
62 di samping, C1 = 6 F, dan
C2 = 12 F. Jika kapasitas
pengganti ujung-ujung a dan c
adalah 14 F, berapa besar
kapasitas kapasitor C3?
C3 = 3 F
a b
C1
C3
C2
Gambar 62
C2
C1
C3
b
a
c
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73
Listrik Statis 73

More Related Content

What's hot

Transformasi z
Transformasi zTransformasi z
Transformasi zIbnu Hakim
 
Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )
Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )
Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )Kelinci Coklat
 
Modul persamaan diferensial 1
Modul persamaan diferensial 1Modul persamaan diferensial 1
Modul persamaan diferensial 1Maya Umami
 
Transformasi Laplace (bag.1)
Transformasi Laplace (bag.1)Transformasi Laplace (bag.1)
Transformasi Laplace (bag.1)Heni Widayani
 
Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)
Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)
Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)Kelinci Coklat
 
Perbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan Logam
Perbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan LogamPerbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan Logam
Perbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan LogamAbdul Ghofur
 
Bilangan kompleks lengkap
Bilangan kompleks lengkapBilangan kompleks lengkap
Bilangan kompleks lengkapagus_budiarto
 
Medan elektromagnetik 2
Medan elektromagnetik 2Medan elektromagnetik 2
Medan elektromagnetik 2sinta novita
 
Bahan dielektrik dan kapasitansi
Bahan dielektrik dan kapasitansiBahan dielektrik dan kapasitansi
Bahan dielektrik dan kapasitansiAsjar Zitus
 
7. instrumen volt meter dan ammeter
7. instrumen volt meter dan ammeter7. instrumen volt meter dan ammeter
7. instrumen volt meter dan ammeterSimon Patabang
 
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskritPengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskritBeny Nugraha
 

What's hot (20)

Transformasi z
Transformasi zTransformasi z
Transformasi z
 
Deret Fourier
Deret FourierDeret Fourier
Deret Fourier
 
Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )
Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )
Bab 2 Fungsi ( Kalkulus 1 )
 
Modul persamaan diferensial 1
Modul persamaan diferensial 1Modul persamaan diferensial 1
Modul persamaan diferensial 1
 
Medan vektor
Medan vektorMedan vektor
Medan vektor
 
Transformasi Laplace (bag.1)
Transformasi Laplace (bag.1)Transformasi Laplace (bag.1)
Transformasi Laplace (bag.1)
 
Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)
Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)
Fungsi Gamma dan Beta (Kalkulus Peubah Banyak)
 
Perbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan Logam
Perbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan LogamPerbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan Logam
Perbedaan Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, dan Ikatan Logam
 
14. Soal-soal Limit Fungsi
14. Soal-soal Limit Fungsi14. Soal-soal Limit Fungsi
14. Soal-soal Limit Fungsi
 
Bilangan kompleks
Bilangan kompleksBilangan kompleks
Bilangan kompleks
 
Transformasi Laplace
Transformasi LaplaceTransformasi Laplace
Transformasi Laplace
 
Transformasi Laplace
Transformasi LaplaceTransformasi Laplace
Transformasi Laplace
 
Bilangan kompleks lengkap
Bilangan kompleks lengkapBilangan kompleks lengkap
Bilangan kompleks lengkap
 
Medan elektromagnetik 2
Medan elektromagnetik 2Medan elektromagnetik 2
Medan elektromagnetik 2
 
Bahan dielektrik dan kapasitansi
Bahan dielektrik dan kapasitansiBahan dielektrik dan kapasitansi
Bahan dielektrik dan kapasitansi
 
6 Divergensi dan CURL
6 Divergensi dan CURL6 Divergensi dan CURL
6 Divergensi dan CURL
 
2 deret fourier
2 deret fourier2 deret fourier
2 deret fourier
 
7. instrumen volt meter dan ammeter
7. instrumen volt meter dan ammeter7. instrumen volt meter dan ammeter
7. instrumen volt meter dan ammeter
 
Soal dan pembahasan integral permukaan
Soal dan pembahasan integral permukaanSoal dan pembahasan integral permukaan
Soal dan pembahasan integral permukaan
 
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskritPengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit
 

Similar to Listrik Statis 73

Bab 1 Hukum Coulomb Baru.ppt
Bab 1 Hukum Coulomb Baru.pptBab 1 Hukum Coulomb Baru.ppt
Bab 1 Hukum Coulomb Baru.pptIrfanLuthfi3
 
Bab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdf
Bab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdfBab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdf
Bab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdfalicia530920
 
pertemuan 1 Hukum Coulumb
pertemuan 1 Hukum Coulumbpertemuan 1 Hukum Coulumb
pertemuan 1 Hukum CoulumbMario Yuven
 
Soal fisika listrik..
Soal fisika listrik..Soal fisika listrik..
Soal fisika listrik..Nengah Surata
 
2 a medan listrik
2 a medan listrik2 a medan listrik
2 a medan listrikMario Yuven
 
UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321
UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321
UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321SMA Negeri 9 KERINCI
 
Muatan Medan Listrik
Muatan Medan ListrikMuatan Medan Listrik
Muatan Medan Listrikalainbagus
 
UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121
UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121
UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121SMA Negeri 9 KERINCI
 
Listrik statis firman ahyuda
Listrik statis  firman ahyudaListrik statis  firman ahyuda
Listrik statis firman ahyudafirmanahyuda
 
12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdf
12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdf12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdf
12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdfJonniAdri
 
Medan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan Magnet
Medan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan MagnetMedan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan Magnet
Medan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan Magnetahmad haidaroh
 
UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23
UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23
UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23SMA Negeri 9 KERINCI
 

Similar to Listrik Statis 73 (20)

Fisika 12 1b
Fisika 12 1bFisika 12 1b
Fisika 12 1b
 
UMPTN Fisika 1998 Rayon A Kode 54
UMPTN Fisika 1998 Rayon A Kode 54UMPTN Fisika 1998 Rayon A Kode 54
UMPTN Fisika 1998 Rayon A Kode 54
 
2 medan listrik 1
2 medan listrik 12 medan listrik 1
2 medan listrik 1
 
Bab 1 Hukum Coulomb Baru.ppt
Bab 1 Hukum Coulomb Baru.pptBab 1 Hukum Coulomb Baru.ppt
Bab 1 Hukum Coulomb Baru.ppt
 
Bab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdf
Bab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdfBab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdf
Bab 1 Medan Listrik dan Hukum Gauss part 1.pdf
 
pertemuan 1 Hukum Coulumb
pertemuan 1 Hukum Coulumbpertemuan 1 Hukum Coulumb
pertemuan 1 Hukum Coulumb
 
Soal fisika listrik..
Soal fisika listrik..Soal fisika listrik..
Soal fisika listrik..
 
2 a medan listrik
2 a medan listrik2 a medan listrik
2 a medan listrik
 
UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321
UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321
UMPTN Fisika 2002 regional II Kode 321
 
UMPTN Fisika 2000 Rayon B Kode 25
UMPTN Fisika 2000 Rayon B Kode 25UMPTN Fisika 2000 Rayon B Kode 25
UMPTN Fisika 2000 Rayon B Kode 25
 
Mp listrik statis
Mp listrik statisMp listrik statis
Mp listrik statis
 
Muatan Medan Listrik
Muatan Medan ListrikMuatan Medan Listrik
Muatan Medan Listrik
 
Solusi osn-2009
Solusi osn-2009Solusi osn-2009
Solusi osn-2009
 
UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121
UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121
UMPTN Fisika 2002 region I Kode 121
 
3.medan listrik-baru
3.medan listrik-baru3.medan listrik-baru
3.medan listrik-baru
 
Listrik statis firman ahyuda
Listrik statis  firman ahyudaListrik statis  firman ahyuda
Listrik statis firman ahyuda
 
12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdf
12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdf12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdf
12_3_Listrik_Statis_210803_151815 (1).pdf
 
Medan Listrik.pptx
Medan Listrik.pptxMedan Listrik.pptx
Medan Listrik.pptx
 
Medan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan Magnet
Medan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan MagnetMedan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan Magnet
Medan Listrik - Materi 3 - Fisika Listrik dan Magnet
 
UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23
UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23
UMPTN Fisika Tahun 1994 Rayon C Kode 23
 

More from SMANEGERIWOLULAS

Geografi xi-Dinamika dan masalah kependudukan
Geografi xi-Dinamika dan masalah kependudukanGeografi xi-Dinamika dan masalah kependudukan
Geografi xi-Dinamika dan masalah kependudukanSMANEGERIWOLULAS
 
Diktat fisika 12 optika fisik
Diktat fisika 12   optika fisikDiktat fisika 12   optika fisik
Diktat fisika 12 optika fisikSMANEGERIWOLULAS
 
Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)
Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)
Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)SMANEGERIWOLULAS
 

More from SMANEGERIWOLULAS (7)

Sikad sman18sby
Sikad sman18sbySikad sman18sby
Sikad sman18sby
 
Geografi xi-Dinamika dan masalah kependudukan
Geografi xi-Dinamika dan masalah kependudukanGeografi xi-Dinamika dan masalah kependudukan
Geografi xi-Dinamika dan masalah kependudukan
 
Diktat fisika 12 optika fisik
Diktat fisika 12   optika fisikDiktat fisika 12   optika fisik
Diktat fisika 12 optika fisik
 
Materi ksp 1
Materi ksp 1Materi ksp 1
Materi ksp 1
 
Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)
Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)
Geografi x-unit-6-dinamika-hidrosfera (1)
 
Diktat fisika 12 bunyi
Diktat fisika 12   bunyiDiktat fisika 12   bunyi
Diktat fisika 12 bunyi
 
Soal soal trigonometri
Soal soal trigonometriSoal soal trigonometri
Soal soal trigonometri
 

Recently uploaded

Sosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi Selatan
Sosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi SelatanSosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi Selatan
Sosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi Selatanssuser963292
 
MODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdf
MODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdfMODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdf
MODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdfNurulHikmah50658
 
PPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptx
PPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptxPPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptx
PPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptxssuser8905b3
 
contoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan .pptx
contoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan  .pptxcontoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan  .pptx
contoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan .pptxHR MUSLIM
 
Pendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptx
Pendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptxPendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptx
Pendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptxdeskaputriani1
 
Contoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdf
Contoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdfContoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdf
Contoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdfCandraMegawati
 
PERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptx
PERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptxPERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptx
PERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptxRizkyPratiwi19
 
RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...
RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...
RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...Kanaidi ken
 
MODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKA
MODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKAMODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKA
MODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKAAndiCoc
 
Hiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
HiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaHiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Hiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaafarmasipejatentimur
 
2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar mata pelajaranPPKn 2024.pdf
2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar  mata pelajaranPPKn 2024.pdf2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar  mata pelajaranPPKn 2024.pdf
2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar mata pelajaranPPKn 2024.pdfsdn3jatiblora
 
tugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajaran
tugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajarantugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajaran
tugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajarankeicapmaniez
 
Keterampilan menyimak kelas bawah tugas UT
Keterampilan menyimak kelas bawah tugas UTKeterampilan menyimak kelas bawah tugas UT
Keterampilan menyimak kelas bawah tugas UTIndraAdm
 
PPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptx
PPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptxPPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptx
PPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptxSaefAhmad
 
Integrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ika
Integrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ikaIntegrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ika
Integrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ikaAtiAnggiSupriyati
 
Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...
Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...
Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...asepsaefudin2009
 
Modul Projek - Batik Ecoprint - Fase B.pdf
Modul Projek  - Batik Ecoprint - Fase B.pdfModul Projek  - Batik Ecoprint - Fase B.pdf
Modul Projek - Batik Ecoprint - Fase B.pdfanitanurhidayah51
 
PPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptx
PPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptxPPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptx
PPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptxdpp11tya
 
Diskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdf
Diskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdfDiskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdf
Diskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdfHendroGunawan8
 
MAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdf
MAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdfMAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdf
MAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdfChananMfd
 

Recently uploaded (20)

Sosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi Selatan
Sosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi SelatanSosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi Selatan
Sosialisasi PPDB SulSel tahun 2024 di Sulawesi Selatan
 
MODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdf
MODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdfMODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdf
MODUL 1 Pembelajaran Kelas Rangkap-compressed.pdf
 
PPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptx
PPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptxPPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptx
PPT AKUNTANSI KEUANGAN MENENGAH DUA.pptx
 
contoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan .pptx
contoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan  .pptxcontoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan  .pptx
contoh penulisan nomor skl pada surat kelulusan .pptx
 
Pendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptx
Pendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptxPendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptx
Pendidikan-Bahasa-Indonesia-di-SD MODUL 3 .pptx
 
Contoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdf
Contoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdfContoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdf
Contoh Laporan Observasi Pembelajaran Rekan Sejawat.pdf
 
PERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptx
PERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptxPERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptx
PERAN PERAWAT DALAM PEMERIKSAAN PENUNJANG.pptx
 
RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...
RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...
RENCANA + Link2 Materi Pelatihan/BimTek "PTK 007 Rev-5 Thn 2023 (PENGADAAN) &...
 
MODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKA
MODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKAMODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKA
MODUL AJAR MATEMATIKA KELAS 6 KURIKULUM MERDEKA
 
Hiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
HiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaHiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Hiperlipidemiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
 
2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar mata pelajaranPPKn 2024.pdf
2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar  mata pelajaranPPKn 2024.pdf2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar  mata pelajaranPPKn 2024.pdf
2 KISI-KISI Ujian Sekolah Dasar mata pelajaranPPKn 2024.pdf
 
tugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajaran
tugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajarantugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajaran
tugas karya ilmiah 1 universitas terbuka pembelajaran
 
Keterampilan menyimak kelas bawah tugas UT
Keterampilan menyimak kelas bawah tugas UTKeterampilan menyimak kelas bawah tugas UT
Keterampilan menyimak kelas bawah tugas UT
 
PPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptx
PPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptxPPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptx
PPT PENELITIAN TINDAKAN KELAS MODUL 5.pptx
 
Integrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ika
Integrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ikaIntegrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ika
Integrasi nasional dalam bingkai bhinneka tunggal ika
 
Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...
Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...
Materi Sosiologi Kelas X Bab 1. Ragam Gejala Sosial dalam Masyarakat (Kurikul...
 
Modul Projek - Batik Ecoprint - Fase B.pdf
Modul Projek  - Batik Ecoprint - Fase B.pdfModul Projek  - Batik Ecoprint - Fase B.pdf
Modul Projek - Batik Ecoprint - Fase B.pdf
 
PPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptx
PPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptxPPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptx
PPT PERUBAHAN LINGKUNGAN MATA PELAJARAN BIOLOGI KELAS X.pptx
 
Diskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdf
Diskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdfDiskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdf
Diskusi PPT Sistem Pakar Sesi Ke-4 Simple Naïve Bayesian Classifier .pdf
 
MAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdf
MAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdfMAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdf
MAKALAH KELOMPOK 7 ADMINISTRASI LAYANAN KHUSUS.pdf
 

Listrik Statis 73

  • 1. Listrik Statis 72 BAB 3 :LISTRIK STATIS A. Muatan Listrik Muatan listrik ada 2 jenis, yaitu: a) muatan positif (+) b) muatan negatif (–) Muatan listrik dilambangkan dengan Q atau q. Satuan muatan listrik adalah coulomb atau disingkat dengan coul atau C. B. Hukum Coulomb (Gaya Listrik) Muatan-muatan sejenis saling tolak-menolak, sedangkan muatan-muatan tidak sejenis saling tarik-menarik. ++ Q q r F  F  –– Q q r F  F  –+ Q q r F  F  Gambar 1 Besarnya gaya listrik (tarik atau tolak) berbanding lurus dengan hasil kali besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. Ditulis: 2 r Qq kF  . . . . . . . (1) Q dan q = besar muatan masing-masing, satuannya coulomb atau coul atau C r = jarak, satuannya meter (m) k = konstanta Coulomb = 9109 Nm2 /C2 F = gaya, satuannya newton (N) Harga k dapat juga dinyatakan dengan: 04 1 k   . . . . . . . (2) k4 1 0   . . . . . . . (3)  = 3,14 o = 9 10914,34 1  o = permitivitas ruang hampa o = 8,8510–12 C2 /Nm2 Bila sebuah muatan q dipengaruhi beberapa muatan, maka gaya total yang dialaminya sama dengan resultan gaya-gaya yang disebabkan oleh masing-masing muatan. totalF  = 1F  + 2F  + . . . (jumlah vector) Jika gayanya hanya 2 buah, maka:  cosFF2FFF 21 2 2 2 1total . . (4)  = sudut yang diapit oleh F1 dan F2, satuannya  ++ Q1 Q2 r 1F  2F  + r2r1 TF    q (a) –+ Q1 Q2 r 1F  2F  + r2r1 TF    q (b) Gambar 2 Untuk menghitung cos  digunakan rumus 21 22 2 2 1 rr2 rrr cos   . . . . (5) r = jarak kedua muatan yang memengaruhinya, satuannya m r1 dan r2= jarak muatan yang mengalami gaya dengan kedua muatan yang memengaruhinya, satuannya m Jika Q1 dan Q2 sejenis, maka:  coscos . . . . . . (6) Sebaliknya jika Q1 dan Q2 tidak sejenis, maka:  coscos . . . . . . (7)  = sudut yang menghadap sisi r Contoh Soal: 1. Ada 4 buah bola A, B, C, dan D bermuatan listrik. Bola A menarik B, bola B menolak C, dan bola C menarik D. Jika bola D bermuatan negatif, tentukan jenis muatan bola yang lain? Penyelesaian:
  • 2. Listrik Statis 73 – B D A C Bola D bermuatan negatif. Karena bola C menarik D, maka bola C positif. Karena bola B menolak C, maka bola B positif. Karena bola A menarik B, maka bola A negatif. 2. Lengkapilah tabel berikut yang menunjukkan hubungan antara besar gaya listrik (F) yang dialami dua buah muatan Q dan q yang terpisah pada jarak r. No. Q (C) q (C) r (cm) F (N) a 2 3 6 b 5 6 300 c 8 3 320 d 5 15 14 Penyelesaian: ++ Q q r F  F  a) 2 r Qq kF   F = 9109  22 66 )104( 103102      F = 15 N b) 2 r Qq kF   r2 = k F qQ  r2 = 9109  300 106105 66    r2 = 910–4  r = 310–2 m = 3 cm c) 2 r Qq kF   q = Qk rF 2  q = 69 22 108109 )103(320      q = 410–6 C  q = 4 C d) 2 r Qq kF   Q = qk rF 2 Q = 69 22 105109 )1015(14      Q = 710–6 C  Q = 7 C 3. Muatan Q = 3q terpisah pada jarak 3 cm, sehingga masing-masing mengalami gaya 120 newton. Berapa C besarnya Q? Penyelesaian: ++ Q q r F  F  Q = 3q 2 r Qq kF   F r2 = 9109 3q2  1200,032 = 27109 q2  4910–4 = 9108 q2  410–12 = q2  q = 210–6 C Q = 3210–6  Q = 610–6 C  Q = 6 C 4. Muatan Q = q + 2 C terpisah pada jarak 5 cm sehingga masing-masing mengalami gaya 54 newton. Berapa C besarnya Q? Penyelesaian: ++ Q q r F  F  Q = q + 2 C  Q = q + 210–6 C  q = Q – 210–6 C 2 r Qq kF   k rF 2 = Q q  9 22 109 )105(54    = Q (Q – 210–6 )  610–9 2510–4 = Q2 – 210–6 Q  Q2 – 210–6 Q – 1510–12 = 0  (Q – 510–6 )(Q + 310–6 ) = 0  Q – 510–6 = 0  Q = 510–6 C = 5 C  Q + 310–6 = 0  Q = – 310–6 C = – 3 C 5. Dua buah muatan listrik ketika terpisah pada jarak 2 cm, masing-masing mengalami gaya 25 newton. Jika kemudian jaraknya diubah menjadi 5 cm, berapa newton gaya yang dialaminya sekarang? Penyelesaian: ++ Q q r1 1F  1F  ++ Q q r2 2F  2F 
  • 3. Listrik Statis 74 2 1 1 r Qq kF  dan 2 2 2 r Qq kF  1 2 F F = 2 1 2 2 r Qq k r Qq k  1 2 F F = 2 2 2 1 r r  25 F2 = 2 2 5 2  25 F2 = 25 4  F2 = 4 N 6. Muatan listrik QA = QB – 1510–6 C. Muatan QA diletakkan pada titik (0 cm, 0 cm) suatu sistem koordinat. Sedangkan muatan QB diletakkan pada (3 cm, 4 cm). Karena saling memengaruhi, masing-masing mengalami gaya listrik 360 N. Berapa besar QB? Penyelesaian: 22 34r   r = 916   r = 25  r = 5 cm 2 BA r QQ kF   k Fr2 = (QB – 1510–6 ) QB  9 22 109 )105(360    = Q 2 B – 1510–6 QB  410–8 2510–4 = Q 2 B – 1510–6 QB  10010–12 = Q 2 B – 1510–6 QB  0 = Q 2 B – 1510–6 QB – 10010–12  (QB – 2010–6 )(QB + 510–6 ) = 0  QB – 2010–6 = 0  QB = 2010–6 C  QB = 20 C 7. Dua buah bola kecil massanya sama, yaitu 30 gram masing-masing digantung pada benang yang panjangnya sama, yaitu 15 cm (lihat gambar). Kemudian kedua bola diberi muatan listrik sejenis sehingga kedua bola saling tolak-menolak dan setelah setimbang, terpisah sejauh 18 cm. Jika percepatan gravitasi bumi dianggap g = 10 m/det2 : a) berapa besar sudut yang diapit oleh salah satu benang terhadap vertikal? b) berapa besar gaya listrik yang dialami kedua bola? c) berapa besar muatan pada masing- masing bola? Penyelesaian: ++ q q r F  F  mgmg TT TyTy TxTx  L L a) L r sin 2 1   sin  = 15 182 1   sin  = 0,6   = 37 b) Gaya-gaya yang bekerja pada bola: * Gaya berat (W): gmW   W = 310–2 10  W = 0,3 N * Gaya tolak listrik (F) * Gaya tegangan tali (T), kita uraikan: + pada arah horisontal:  sinTTx + pada arah vertikal:  cosTTy Pada saat ini bola setimbang. Jadi: Tx = F . . . . . . . . (1) dan Ty = W . . . . . . . . (2) y x T T = W F    cosT sinT = W F W F tg  . . . . . (dihafal) F = W tg   F = 0,3tg 37  F = 0,30,75  F = 0,225 N c) 2 r Qq kF   k rF 2 = Q q  k rF 2 = q q  9 2 109 18,0225,0   = q2  0,02510–9 0,182 = q2  2510–12 0,182 = q2  510–6 0,18 = q  q = 0,910–6 C  q = 0,9 C 8. Dua buah bola kecil massanya sama yaitu m = 30 gram masing-masing digantung pada benang yang panjangnya sama (lihat gambar). Kemudian kedua bola diberi muatan listrik sejenis q = 0,9 C, sehingga kedua bola saling tolak-menolak dan QB QA + y (cm) x (cm) +
  • 4. Listrik Statis 75 setelah setimbang, terpisah sejauh 18 cm. Jika g = 10 m/det2 berapa besar gaya tegangan tali? Penyelesaian: gmW   W = 310–2 10  W = 0,3 N 2 r Qq kF   F = k 2 2 r q  F = k( r q )2  F = 9109 ( 2 6 1018 109,0     )2  F = 9109 (510–6 )2  F = 9109 2510–12  F = 0,225 N 22 FWT   T = 22 225,03,0   T = )34(75,0 222   T = 0,75 2 5  T = 0,755  T = 3,75 N 9. Dua buah bola kecil massanya sama, masing-masing digantung pada benang yang panjangnya sama, yaitu 80 cm (lihat gambar). Kemudian kedua bola diberi muatan listrik sejenis 0,4 C, sehingga kedua bola saling tolak-menolak dan setelah setimbang, terpisah sejauh 16 cm. Jika percepatan gravitasi bumi dianggap g = 10 m/det2 berapa besar gaya tegangan tali? Penyelesaian: a) L r sin 2 1   sin  = 80 162 1   sin  = 10 1 2 r Qq kF   F = 9109  21 66 )106,1( 104,0104,0      F = 2 5 1056,2 10144      F = 0,5625 N FTx   T sin  = 0,5625  T 10 1 = 0,5625  T = 0,562510  T = 5,625 N 10. Pada atom hidrogen inti bermuatan positif (p = +1,610–19 C) sedangkan elektron bermuatan negatif (e = – 1,610–19 C) bergerak mengelilingi. a) Berapa gaya tarik- menarik antara inti dan elektron yang mengelilinginya? b) Berapa gaya sentripetal yang dimiliki elektron? c) Berapa kecepatan gerak elektron? Penyelesaian: Karena proton dan elektron bermuatan listrik tidak sejenis, maka ada gaya tarik-menarik? Q = p = +1,610–19 C q = e = –1,610–19 C 2 r Qq kF   2 r ep kF   F = 9109  211 1919 )105( 106,1106,1      F = 9,21610–8 N b) Gaya tarik listrik, oleh elektron dipakai sebagai gaya sentripetal, supaya elektron tetap dapat bergerak melingkar mengelilingi inti. Jadi: FS = F  FS = 9,21610–8 N c) r v mF 2 S   v2 = m rFS  v2 = 31 118 109 10510216,9      v2 = 5,121012  v = 2262741,7 m/det 11. Dua buah muatan titik bebas Q1 = –4 C dan Q2 = +9 C berada pada jarak 3 cm satu sama lain. Muatan Q3 ditempatkan sedemikian sehingga seluruh sistem tersebut dalam keadaan seimbang (setiap muatan mengalami resultan gaya sama dengan nol). Berapa besar muatan Q3? Penyelesaian: + FS FS p e – ++ q r F  mg T Ty Tx y  L ++ q r F  mg T Ty Tx y  L
  • 5. Listrik Statis 76 – ++ Q1 Q2Q3 F12 F21 F23F13 F31F32 r13 r12 r23 Karena Q1 dan Q2 tidak sejenis, maka Q3 harus diletakkan pada perpanjangan garis hubung Q1 dan Q2. Karena /Q1 / < /Q2/, maka Q3 harus diletakkan lebih dekat pada Q1. Agar resultan gaya pada masing-masing muatan sama dengan nol, maka gaya pada masing-masing muatan harus berlawanan arah. Untuk itu muatan Q3 harus positif (tidak sejenis dengan muatan di dekatnya), r23 = r13 + r12  r23 = r13 + 3 . . . . . . (1) F3 = 0  F31 – F32 = 0  F31 = F32  k 2 13 13 r QQ = k 2 23 23 r QQ  Q1 r 2 23 = Q2 r 2 13  4 r 2 23 = 9 r 2 13  2 r23 = 3 r13  2 (r13 + 3) = 3 r13  2 r13 + 6 = 3 r13  6 = 3 r13 – 2 r13  r13 = 6 cm F1 = 0  F12 – F13 = 0  F12 = F13  k 2 12 21 r QQ = k 2 13 31 r QQ  Q2 r 2 13 = Q3 r 2 12  962 = Q332  936 = Q39  Q3 = 36 C C. Medan Listrik & Kuat Medan Listrik ( E  ) Perhatikan gambar berikut: ++ Q q r F  F  (a) + Q r E  (b) Gambar 4 Gaya yang dialami muatan q adalah: 2 r Qq kF  Kemudian muatan q dihilangkan, maka tinggallah titiknya dan muatan Q. Jika pada titik itu diletakkan muatan listrik lain, maka dia juga akan mengalami gaya. Jadi di titik itu karena pengaruh muatan Q mempunyai kemampuan untuk memberikan gaya pada muatan yang diletakkan padanya. Hal ini juga terjadi pada titik-titik lain di sekitar muatan Q. Daerah itu disebut medan listrik. Jadi medan listrik dinyatakan sebagai berikut: "Medan listrik ialah daerah di sekitar muatan listrik yang masih terasa pengaruh gaya listriknya". Pada tiap titik yang berbeda jaraknya terhadap Q berbeda pula kemampuan untuk memberikan gaya pada muatan yang diletakkan. Makin dekat gayanya makin besar. Kekuatan ini dinamakan kuat medan listrik.Kuat medan listrik didefinisikan sebagai berikut: "Kuat medan listrik di suatu titik ialah gaya yang dialami tiap satuan muatan yang diletakkan di titik itu". Ditulis: q F E  . . . . . . . (8) atau E = q r Qq k 2 Sehingga: 2 r Q kE  . . . . . . . (9) Jadi: "Kuat medan listrik yang dihasilkan oleh sebuah muatan listrik besarnya berbanding lurus dengan besar muatan, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya". Q = muatan, satuannya Coulomb r = jarak titik terhadap muatan, satuannya meter (m) k = konstanta Coulomb k = 9109 Nm2 /C2 E = kuat medan listrik, satuannya N/C Kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan positif arahnya menjauhinya. Q + Er Gambar 5 Sedangkan yang dihasilkan oleh muatan negatif arahnya mendekatinya. Q – E r Gambar 6 Jika suatu titik dipengaruhi beberapa muatan, maka kuat medan listrik totalnya sama dengan
  • 6. Listrik Statis 77 resultan dari kuat medan yang dihasilkan oleh masing-masing muatan. .....EEE 21total   . . . . (10) Misal: Sebuah titik P dipengaruhi oleh muatan Q1 dan Q2. a) Jika titik P berada pada garis hubung atau perpanjangannya: Q1 Q2 ++ E1 E2 E2 E1 E1 E2 EB=0 EA0 EC0 Gambar 10 EA= 1AE + 2AE EB= 1BE – 2BE EC= 1CE + 2CE Q1 Q2 +– E1E2 E1 E1 E2 E2EB0 EA=0 EC=0 Gambar 7 EA= 1AE – 2AE EB= 1BE + 2BE EC= 1CE – 2CE b) Jika titik P terletak di luar garis hubung maupun garis perpanjangannya maka: Q1 Q2 r2 E2 E1 ED ++ r r1   (a) D Q1 Q2 r2 E2 E1 ED0 +– r r1   (b) D Gambar 8 21 22 2 2 1 rr2 rrr cos   . . . . (11) Jika Q1 dan Q2 sejenis, maka:  coscos . . . . . . (12) Sebaliknya jika Q1 dan Q2 tidak sejenis, maka:  coscos . . . . . . (13)  cosEE2EEE 21 2 2 2 1total . (14) Persamaan (8) dapat juga ditulis: F = q E Artinya, jika pada sebuah titik ada kuat medan listrik E, kemudian diletakkan sebuah muatan q, maka dia akan mengalami gaya sebesar F. F + E q F – E q (a) (b) Gambar 9 Jika muatan yang diletakkan positif, maka arah gayanya sama dengan arah kuat medan. Sedangkan jika muatannya negatif, maka arah gayanya berlawanan dengan arah medan. Contoh Soal: 12. Lengkapi tabel berikut, yang menunjukkan hubungan antara kuat medan listrik E yang dihasilkan sebuah muatan Q pada titik yang berjarak r. No. Q (C) r (cm) E (N/C) a 6 15 b 8 1,25106 c 18 2,5106 Penyelesaian: Q + Er a) 2 r Q kE   E = 9109  22 6 )1015( 106      E = 2,4106 N/C b) 2 r Q kE   E Q kr2   r2 = 9109  6 6 1025,1 108     r2 = 57610–4  r = 2410–2 m = 24 cm c) 2 r Q kE   k rE Q 2   Q = 9 6 109 105,2   (1810–2 )2  Q = 9 5,2 10–3 181810–4  Q = 910–6 C  Q = 9 C 13. Karena pengaruh sebuah muatan Q pada sebuah titik yang berjarak 3 cm, kuat medan listriknya 1500 N/C. Karena pengaruh muatan itu juga, berapa kuat medan listrik pada titik yang berjarak 6 cm? Penyelesaian:
  • 7. Listrik Statis 78 Q + E1r1 E2 r2 2 1 1 1 r Q kE  dan 2 2 2 2 r Q kE  Dibandingkan: 1 2 E E = 2 1 1 2 2 2 r Q k r Q k  E2 = 2 2 2 1 r r E1  E2 = 2 2 6 3 1500  E2 = 375 N/C 14. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 = +30 C diletakkan pada titik (0,0) dan Q2 = –5 C pada titik (4 cm, 0). Berapa N/C kuat medan listrik pada titik (3 cm, 0)? Penyelesaian: Q1 Q2 –+ E1 E2 r2r1 ET r = 3 – 0  r = 3 cm  r1 = 310–2 m r2 = 4 – 3  r2 = 1 cm  r2 = 10–2 m 2 1 1 1 r Q kE   E1 = 9109  22 6 )103( 1030      E1 = 3108 N/C (ke kanan) 2 2 2 2 r Q kE   E2 = 9109  22 6 )10( 105     E2 = 4,5108 N/C (ke kanan) Karena searah maka: 21 EEE   E = 3108 + 4,5108  E = 7,5108 N/C (arahnya ke kanan) 15. Titik O berjarak 4 cm dari muatan QA dan berjarak 3 cm dari muatan QB. Kedua muatan sejenis dan sama besar, berjarak 7 cm satu dari yang lain. QBQA + + O Karena pengaruh kedua muatan, pada titik O kuat medannya 3,5107 N/C. Berapa besar QA? Penyelesaian: ABO EEE   3,5107 = k 2 B B r Q – k 2 A A r Q  3,5107 = k( 22 )103( Q   – 22 )104( Q   )  3,5107 = 9109 Q( 4 109 1   – 4 1016 1   )  3,5 = 4 2 10 109   Q( 169 916   )  3,51610–6 = 7Q  Q = 810–6 C  Q = 8 C 16. Muatan Q1 = –9 C dan Q2 = +4 C terpisah pada jarak 2 cm. Karena pengaruh kedua muatan tersebut, di titik manakah yang kuat medan listriknya nol? Penyelesaian: Dari gambar terlihat bahwa titik yang mempunyai kemungkinan kuat medan listriknya nol adalah di titik A atau C. Karena /Q1/ > /Q2/, maka pilihan kita adalah titik C. Q1 Q2 r E2 E1 ED0 +– E1E2 E1 E1 E2 E2EB0 EA=0 EC=0 r2 r1 r2 = r1 – r  r2 = r1 – 2 EC = 0  E2 – E1 = 0  E2 = E1 k 2 2 2 r Q = k 2 1 1 r Q  2 2r 4 = 2 1r 9  2r 2 = 1r 3  2 r1 = 3 r2  2 r1 = 3 (r1 – 2)  2 r1 = 3 r1 – 6  6 = 3 r1 – 2 r1  r1 = 6 cm 17. Dua buah muatan listrik QA = 12 C dan QB (bermuatan negatif, tetapi belum diketahui besarnya) terpisah pada jarak 5 cm. Karena pengaruh kedua muatan tersebut, pada titik T yang berjarak 3 cm dari muatan QA dan berjarak 4 cm dari muatan QB kuat medan listriknya = 1,5108 N/C. Berapa besar muatan QB? Penyelesaian:
  • 8. Listrik Statis 79 –+ QA QB r AE  rBrA   BE  TE  2 A A A r Q kE   EA = 9109  22 6 )103( 1012      EA = 1,2108 N/C BA 22 B 2 A rr2 rrr cos    cos  = 432 543 222    cos  = 24 25169   cos  = 0 Karena kedua tidak sejenis, maka: cos  = –cos   cos  = – 0  cos  = 0  cosEE2EEE BA 2 B 2 AT  2 TE = 2 AE + 2 BE + 2 EA EB0  (1,5108 )2 = (1,2108 )2 + 2 BE + 0  2,251016 = 1,441016 + 2 BE  2 BE = 2,251016 – 1,441016  2 BE = 0,811016  EB = 9107 2 B B B r Q kE   EB 2 Br = k QB  9107 (410–2 )2 = 9109 QB  QB = 1610–6 C 18. Pada sebuah persegi panjang ABCD seperti gambar di samping, muatan listrik QA = –7,5 pC diletakkan pada titik A muatan QC diletakkan pada titik C. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik D kuat medannya = 195 N/C. Berapa besar QC? Penyelesaian: 2 A A A r Q kE   EA = 9109  22 12 )103( 105,7      EA = 910–3  4 109 5,7    EA = 7,510–3 104  EA = 75 N/C 2 A 2 D 2 C EEE   2 CE = 1952 – 752  2 CE = 152 (132 – 52 )  2 CE = 152 122  EC = 1512  EC = 180 N/C 2 C C C r Q kE   EC 2 Cr = 9109 QC  180(410–2 )2 = 9109 QC  21610–4 = 108 QC  3210–12 = QC  QC = 32 pC 19. Pada sebuah titik ada kuat medan listrik sebesar 2107 N/C diletakkan muatan listrik sebesar 6 C. Berapa newton gaya yang dialami muatan tersebut? Penyelesaian: EqF   F = 610–6 2107  F = 120 N D. Garis Gaya Listrik "Garis gaya listrik ialah suatu garis yang dapat digambarkan sedemikian, sehingga arahnya maupun arah garis singgung di suatu titik merupakan arah medan listrik dititik itu". Garis gaya menggambarkan daerah bermedan listrik. Jadi jika suatu daerah ada medan listrik, maka dapat digambarkan garis-garis gayanya. Pada tempat yang kuat medan listriknya besar, garis gayanya digambarkan lebih rapat. Garis gaya yang dihasilkan oleh sebuah muatan positif, arahnya menjahuhinya. Sedangkan yang dihasilkan oleh muatan negatif, arahnya mendekatinya. Gambar 10 Garis gaya yang dihasilkan oleh dua buah muatan yang tidak sejenis, keluar dari muatan positif, dan masuk pada muatan negatif. Gambar 11 Garis gaya yang dihasilkan oleh dua muatan sejenis saling tolak menolak. F+ E q + – QC QA 4 cm 3cm B D
  • 9. Listrik Statis 80 Gambar 12 Jumlah garis gaya yang dihasilkan oleh sebuah muatan dapat dihitung dengan rumus: QN  . . . . . . . (15) Artinya, jika ada muatan sebesar Q Coulomb, akan menghasilkan garis gaya sebesar N buah. Misal: Q = 5 Coulomb, maka N = 5 buah garis gaya. E. Energi Potensial Listrik (Ep) Gambar 13 Tiap muatan saling memengaruhi. Mengalami gaya: 2 r qQ kF  Akibatnya adalah menghasilkan energi potensial listrik. Besarnya: r qQ kEP  . . . . . . (16) Q dan q = muatan masing-masing, satuannya coulomb r = jarak kedua muatan, satuannya meter EP = energi potensial, satuannya Joule Karena energi potensial merupakan besaran skalar, maka pada saat menghitung, tanda dari jenis muatannya diikut-sertakan dalam perhitungan. Jadi jika kedua muatan sejenis, maka energinya berharga positif, Sebaliknya jika kedua muatan tidak sejenis, maka energi potensial yang dihasilkannya berharga negatif. Hubungan antara gaya dan energi potensial: PE F = r Qq k r Qq k 2  PE F = r 1  r E F P  . . . . . . (21) atau  rFEP  . . . . . . (22) Jika sebuah muatan dipengaruhi oleh beberapa muatan, maka energi potensialnya sama dengan jumlah aljabar dari energi potensial yang dihasilkan oleh masing-masing muatan. Gambar 14 ...EEE 21 PPPtotal  . . . . (17) Contoh Soal: 20. Lengkapi tabel berikut yang menunjukkan hubungan antara muatan Q dan q yang terpisah pada jarak r dengan energi potensial yang dihasilkannya! No. Q (C) q (C) r (cm) EP (Joule) a 4 3 2 b 5 2 1.5 c 6 3 9 d 4 5 5.04 Penyelesaian: ++ Q q r EP EP a) r qQ kEP   EP = 9109  2 66 102 103104      EP = 5,4 Joule b) r qQ kEP   PE qQ kr   r = 9109  5,1 102105 66    r = 610–2 m  r = 6 cm c). r qQ kEP   Qk rE q P   q = 69 2 106109 1039      q = 510–6 C  q = 5 C d) r qQ kEP   qk rE Q P  + 1PE 2PE 3PE + Q2 q + + Q1 Q3 r1 r2 r3 ++ Q q r EP EP FF
  • 10. Listrik Statis 81  Q = 69 2 104109 10504,5      Q = 710–6 C  Q = 7 C 21. Atom hidrogen intinya terdiri atas sebuah proton yang mempunyai muatan 1,610–19 C dan sebuah elektron yang mengelilingi-nya bermuatan –1,610–19 C. Jika jari-jari lintasan elektron dianggap 510– 11 meter, berapa energi potensialnya? Penyelesaian: r qQ kEP   r ep kEP   EP = 9109  11 1919 105 )106,1(106,1      EP = –4,60810–18 Joule 22. Muatan Q = – 4 1 q terpisah pada jarak 6 cm sehingga masing-masing mempunyai energi potensial –2,4 Joule. Berapa besar muatan Q? Penyelesaian: Q = – 4 1 q  q = –4 Q r qQ kEP   EP = k r )Q4(Q   EP = –4k r Q2  Q2 = – k4 rEP  Q2 = – 9 2 1094 1064,2     Q2 = 410–12  Q = 210–6 C  Q = 2 C 23. Muatan Q = q – 3 C terpisah pada jarak 5 cm. Akibatnya masing-masing mempunyai energi potensial +5,04 Joule. Berapa besar muatan Q? Penyelesaian: Q = q – 3 C  q = Q + 3 C  q = Q + 310–6 C r qQ kEP   k rEP = Q (Q + 310–6 )  9 22 109 1051004,5    = Q2 + 310–6 Q  Q2 + 310–6 Q – 2810–12 = 0  (Q + 710–6 )(Q – 410–6 ) = 0  Q + 710–6 = 0  Q = – 710–6 C = – 7 C atau  Q – 410–6 = 0  Q = 410–6 = 4 C F. Potensial Listrik (V) Perhatikan gambar berikut: ++ Q q r EP EP + Q V r Gambar 15 Potensial titik Energi potensial yang dimiliki muatan q adalah: EP = k r qQ Kemudian muatan q dihilangkan, maka tinggallah titiknya dan muatan Q. Jika pada titik itu diletakkan muatan listrik lain, maka dia juga akan memperoleh energi potensial listrik. Jadi titik itu, karena pengaruh muatan Q, mempunyai kemampuan untuk memberikan energi potensial pada muatan yang diletakkan. Hal ini juga terjadi pada titik- titik lain di sekitar muatan Q. Namanya daerah tersebut berpotensial listrik. "Potensial listrik di suatu titik ialah energi potensial tiap satuan muatan yang diletakkan di titik itu". Ditulis: q E V P  . . . . . . . (18) V = q r qQ k r Q kV  . . . . . . . (19) Q = muatan yang menghasilkan potensial listrik, satuannya C r = jarak titik ke muatan, satuannya m k = konstanta coulomb = 9109 Nm2 /C2 V = Potensial listrik, satuannya Joule/C atau volt Untuk menghitung besarnya V, tanda dari jenis muatan diikutkan. Potensial listrik yang dihasilkan oleh muatan positif berharga positif, sedangkan yang dihasilkan oleh muatan negatif berharga negatif. + Q V+ r (a) + EP EP p e –
  • 11. Listrik Statis 82 – Q V– r (b) Gambar 16 Potensial listrik yang dihasilkan oleh muatan positif dan negatif. Bila pada sebuah titik dipengaruhi beberapa muatan, maka potensialnya sama dengan jumlah aljabar dari potensial yang dihasilkan oleh masing–masing muatan. + Q2 + + Q1 Q3 r1 r2 r3 V1 V2 V3 VT Gambar 17 .....VVV 21total  . . . . (20) Dari persamaan 13 dapat ditulis: EP = q V Artinya bila pada sebuah titik terdapat potensial listrik V diletakkan muatan q, maka muatan tersebut akan memperoleh energi potensial sebesar: EP = q V Energi potensial yang diperoleh muatan yang diletakkan dalam daerah berpotensial listrik + q VEP Gambar 18 Contoh Soal: 24. Lengkapilah tabel berikut yang menunjukkan hubungan antara besar muatan listrik (Q) yang menghasilkan potensial (V) pada titik yang berjarak r. No. Q (C) r (cm) V (volt) a +5 9 b –7 –1,05106 c 3 2,7106 Penyelesaian: + Q V r a) r Q kV   V = 9109  2 6 109 105      V = 5105 volt b) r Q kV   V Q kr   r = 9109  6 6 1005,1 107     r = 610–2 m  r = 6 cm c) r Q kV   k rV Q   Q = 9 26 109 103107,2     Q = 910–6 C  Q = 9 C 25. Berapa potensial listrik pada sebuah titik yang berjarak 5 cm dari sebuah muatan, jika pada titik yang berjarak 15 cm karena pengaruh muatan yang sama potensialnya 30 volt? Penyelesaian: + Q V1 r1 r2 V2 1 1 r Q kV  dan 2 2 r Q kV  Dibandingkan: 1 2 V V = 1 2 r Q k r Q k  V2 = 2 1 r r V1  V2 = 15 5  30  V2 = 90 volt 26. Pada suatu sistem koordinat muatan Q1 = –4 C diletakkan pada titik (3 cm, 0) dan Q2 = 9 C diletakkan pada titik (– 2 cm, 0). Karena pengaruh kedua muatan tersebut: a) berapa potensial listrik pada titik (1 cm, 0)? b) pada garis hubung kedua muatan, di titik manakah yang potensial listriknya = 0? Penyelesaian: Q2 V1 r1r2 V2 + – Q1 a) Karena absis ke 3 titik = 0, maka: r1 = 3 – 1  r1 = 2 cm  r1 = 210–2 cm r2 = 1 – (–2)  r2 = 3 cm  r2 = 310–2 cm 1 1 1 r Q kV   V1 = 9109  2 6 102 104    
  • 12. Listrik Statis 83  V1 = –1,8106 volt 2 2 2 r Q kV   V2 = 9109  2 6 103 109      V2 = 2,7106 volt 21total VVV   Vtotal = – 1,8106 + 2,7106  Vtotal = 0,9106 volt  Vtotal = 9105 volt b) 21total VVV   0 = V1 + V2  –V2 = V1  –k 2 2 r Q = k 1 1 r Q  – 2 2 r Q = 1 1 r Q  – 2r 9 = 1r 4  r2 = 4 9 r1  r2 = 2,25 r1 r2 > r1 Kita bisa memasukkan semua jarak r1, sehingga diperoleh jarak r2. Yang jelas titik tersebut lebih dekat ke muatan listrik Q1. 27. Pada dua titik sudut yang berseberangan sebuah persegi panjang yang panjang sisinya 3 cm dan 4 cm diletakkan muatan listrik sejenis. Akibatnya pada titik sudut yang lain potensialnya 63 volt. Berapa potensial listrik pada titik potong diagonalnya? Penyelesaian: CAD VVV  C C A A D r Q k r Q kV   63 = k( 2 103 Q   + 2 104 Q   )  63 = 2 9 10 109   ( 12 34  )Q  6312 = 971011 Q  Q = 1210–11 C  Q = 1,2 pC  QA = QC = Q = 1,2 pC 2 C 2 A2 1' A rrr   ' Ar = 2 1 22 43   ' Ar = 2 1 169   ' Ar = 2 1 25  ' Ar = 2 1 5  ' Ar = 2,5 cm = ' Cr ' C ' AO VVV   ' C C ' A A O r Q k r Q kV   VO = kQ( 2 105,2 1   + 2 105,2 1   )  VO = 9109 1210–11  2 105,2 2    VO = 72 volt 28. Pada dua titik sudut yang berseberangan sebuah bujur sangkar yang panjang sisinya 6 cm diletakkan muatan listrik sejenis. Akibatnya pada titik sudut yang lain potensialnya 272 volt. Berapa potensial listrik pada titik potong diagonalnya? Penyelesaian: BA = BC = r = 6 cm = 610–2 m BCBAB VVV   272 = k BA QA + k BC QC  272 = k r Q + k r Q  272 = 2 k r Q  272 = 29109  2 104 Q    322 = 1011 Q  Q = 6210–11 C OA = OC 222 rOCOA   OA2 + OA2 = r2  2 OA2 = r2  2 OA = r  OA = 2 1 2 r  OA = 2 1 2  6  OA = 32 cm = 3210–2 m CA VVV   VO = k OA QA + k OC QC  VO = k OA Q + k OA Q  VO = 2 k OA Q  VO = 29109  2 11 1022 1026      VO = 54 volt 29. Pada sebuah titik berpotensial 30 volt diletakkan muatan listrik sebesar 7 C. Berapa energi potensial yang diperoleh muatan tersebut? Penyelesaian: VqEP   EP = 710–6 30  EP = 2,110–4 Joule 30. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan listrik Q = 8 C. Selisih jarak kedua titik dari muatan = 2 cm. Jika selisih potensialnya = 1,8106 volt, berapa cm besar y? Penyelesaian: + Q Vx x y Vy y – x = 2 cm  y = x + 2 cm + – QC QA 4 cm 3cm B D
  • 13. Listrik Statis 84  y = x + 210–2 m Vx – Vy = 1,8106  k x Q – k y Q = 1,8106  k Q ( x 1 – y 1 ) = 1,8106  9109 810–6 ( x 1 – 2 102x 1   )= 1,8106  x102x x102x 22 2     = 25  810–3 = x2 + 210–2 x  x2 + 210–2 x – 8010–4 = 0  (x + 1010–2 )(x – 810–2 ) = 0  x – 810–2 = 0  x = 810–2 m = 8 cm  y = x + 2  y = 8 + 2  y = 10 cm 31. Titik A berjarak a dari muatan listrik 40 pC. Titik B berjarak 3a dari muatan yang sama. Jika beda potensial antara kedua titik 4,8 volt, berapa besar a? Penyelesaian: 8,4VV BA   k Ar Q – k Br Q = 4,8  kQ( a 1 – a3 1 ) = 4,8  9109 4010–12 ( a3 13  ) = 4,8  510–2 = a  a = 5 cm G. Hubungan Antara Kuat Medan Listrik dan Potensial Listrik Perhatikan gambar berikut: + Q V r E  Gambar 19 Hubungan antara kuat medan (E) dengan potensial listrik (V) Karena pengaruh muatan listrik Q pada titik O, kuat medan dan potensial listriknya berturut turut: E = k 2 r Q dan V = k r Q V E = r Q k r Q k 2  V E = r 1  r V E  . . . . . . (21) atau  rEV  . . . . . . (22) Dari persamaan terakhir, kuat medan listrik dapat juga menggunakan satuan Volt/meter. Contoh Soal: 32. Pada sebuah titik karena pengaruh sebuah muatan yang berjarak r kuat medan listriknya 1080 N/C dan potensial listriknya 5400 volt. Berapa besarnya muatan? Penyelesaian: Q + Vr E rEV   r = E V  r = 1090 5400  r = 5 m r Q kV   Q = k rV  Q = 9 109 55400    Q = 310–6  Q = 3 C 33. Muatan listrik QA = –20 C dan QB = +15 C terpisah pada jarak 7 cm. Titik P terletak pada garis hubung antara kedua muatan. Karena pengaruh kedua muatan, jika potensial listrik pada titik P = 0, berapa kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan B saja? Penyelesaian: +– QBQA rA rB r P  EB rA + rB = r  rA = 7 – rB VP = 0  VA + VB = 0  k A A r Q + k B B r Q = 0  k A A r Q = –k B B r Q  Ar 20 = – Br 15  4 rB = 3 rA  4 rB = 3 (7 – rB)  4 rB = 21 – 3 rB  4 rB + 3 rB = 21  7 rB = 21  rB = 3 cm = 0,03 m EB = k 2 B B r Q  EB = 9109  2 6 03,0 1015    EB = 4 109 135   103  EB = 1,5108 N/C
  • 14. Listrik Statis 85 34. Dua buah muatan listrik sejenis Q dan q, yang mana Q = 4q, ketika terpisah sejauh r, karena saling memengaruhi masing- masing mengalami gaya 40 newton dan masing-masing mempunyai energi potensial 3,6 Joule. Berapa besar Q dan r? Penyelesaian: F E r P  r = 40 6,3  r = 0,09 m  r = 9 cm r Qq kEP   r EP = k4qq  0,093,6 = 9109 4q2  910–12 = q2  q = 310–6 C  q = 3 C Q = 43  Q = 12 C J. Usaha/Kerja (W) Q + V2 r2 2 – – r1 V1 q q v1v2 Gambar 20 Jika sebuah muatan listrik dipindahkan dari titik yang berpotensial V1 ke titik yang berpotensial V2 dengan kecepatan tetap, maka diperlukan usaha sebesar: 12 PP EEW  . . . . . (23) 12 qVqVW  . . . . . (24a) )VV(qW 12  . . . . . (24b) VqW  . . . . . . . (25) Jika kecepatan perpindahannya tidak konstan, maka: 1212 KKPP EEEEW  . . (26) 2 12 12 22 1 12 mvmvqVqVW  . (27) 2 12 12 22 1 12 mvmv)VV(qW  . (28) 2 12 12 22 1 mvmvVqW  . . . (29) K. Hukum Kekekalan Energi Jika pada perpindahan muatan q tidak ada gaya luar yang memengaruhinya, maka: W = 0 Sehingga: 0 = 2PE – 1PE + 2KE – 1KE 1122 PKPK EEEE  . . . . (30) 1 2 12 1 2 2 22 1 qVmvqVmv  . . (31) Contoh Soal: 35. Berapa Joule besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q = –2 C dari titik yang berjarak 18 cm ke titik yang berjarak 6 cm terhadap muatan Q = 12 C? Penyelesaian: Q + V2 r2 2 – – r1 V1 q q 1 1 r Q kV   V1 = 9109  2 6 1018 1012      V1 = 6105 volt 2 2 r Q kV   V2 = 9109  2 6 106 1012      V2 = 18105 volt )VV(qW 12   W = –210–6  (18105 – 6105 )  W = –210–6 12105  W = –2,4 Joule 36. Sebuah partikel massanya m = 2 mg bermuatan q = +6 C dilepaskan dari titik yang berjarak 9 cm terhadap muatan Q = – 21 C. Berapa kecepatan partikel q ketika berada pada jarak 2 cm? Penyelesaian: Q + V2 r2 2 – – r1 V1 q q v1v2 1 2 12 1 2 2 22 1 qVmvqVmv   2 1 m 2 2v = 2 1 m 2 1v + q V1 – q V2  2 1 m 2 2v = 2 1 m 2 1v + q (V1 – V2)  2 1 m 2 2v = 2 1 m02 + q (k 1r Q – k 2r Q )  2 1 m 2 2v = 0 + q (k 1r Q – k 2r Q )  2 1 m 2 2v = q k Q( 1r 1 – 2r 1 )  2 2v = m Qq2 ( 1r k – 2r k )
  • 15. Listrik Statis 86  2 2v = 3 66 102 106)1021(2     ( 2 9 109 109    – 2 9 102 109    )  2 2v = –19210–9 (1011 – 4,51011 )  2 2v = –1,9210–7 (–3,51011 )  2 2v = 4,41104  2 2v = 44100  v = 210 m/dt 37. Berapa besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q = 4 C dari titik yang berpotensial 100 volt ke titik yang berpotensial 300 volt? Penyelesaian: Q + V2 r2 2 – – r1 V1 q q )VV(qW 12   W = 410–6 (300 – 100)  W = 810–4 Joule 38. Sebuah elektron dilepaskan tanpa kecepatan awal dari titik yang berjarak 8 cm dari permukaan bola konduktor bermuatan listrik positif yang berjari-jari 4 cm. Ketika menumbuk permukaan bola kecepatan elektron berubah menjadi 105 m/s. Jika dianggap massa elektron = 910–31 kg dan muatan elektron = – 1,610–19 C, berapa muatan pada bola? Penyelesaian: r = R = 4 cm, r0 = R + 8 cm  r0 = 4 + 8 cm  r0 = 12 cm, 0 2 02 12 2 1 r Qq kmv r Qq kmv   2 1 mv2 = 2 1 m02 + k 0r Qe – k r Qe  mv2 = 2kQe( 12,0 1 – 04,0 1 )  910–31 (105 )2 = 29109 Q(–1,610–19 ) 12,0 31  10–21 1010 = –3,2109 Q 12,0 2  10–20 = 12,0 4,6 Q  4,6 12,0 10–20 = Q  Q = 1,87510–20 C L. Bola Konduktor Bermuatan Listrik a. Letak Muatan Bila sebuah konduktor diberi muatan listrik, maka muatan itu akan menempati permukaannya. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + AB AE  BE  r R VAVB C. Q Gambar 21 Kuat Medan dan Potensial Listrik Di sekitar Bola Bermuatan b. Kuat Medan dan Potensial Listrik pada Bola Bermuatan Sebuah bola konduktor bila diberi muatan listrik, maka muatannya akan menempati permukaannya. Di dalam bola tidak ada muatan. a) Di luar bola (titik A): 2A r Q kE  . . . . . . . (32) r Q kVA  . . . . . . . (33) r = jarak titik dari pusat bola, satuannya m c) Di dalam bola (titik C): 0EC  . . . . . . . (36) Usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan di dalam bola: W = F S  W = q EC S  W = q  0  x  W = 0 Usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan di dalam bola juga diruuskan: W = q(VC – VB)  0 = q(VC – VB)  0 = VC – VB  VC = VB  R Q kVC  . . . . . . (37)
  • 16. Listrik Statis 87 M. Grafik E – r dan V – r: E r R V r R Gambar 21: Grafik E – r dan V–r N. Kapasitas Bola (C) Kapasitas artinya kemampuan menyimpan muatan. Sedangkan definisinya: "Kapasitas ialah perbandingan antara muatan dengan potensial". Ditulis: V Q C  . . . . . . . . (38) C = R Q k Q  k R C  . . . . . . . (39) Persamaan (38) dapat juga ditulis: C Q V  . . . . . . . (40)  VCQ  . . . . . . (41) Q = muatan, satuannya C V = Potensial, satuannya volt k = konstanta Coulomb = 9109 N m2 /C2 C = kapasitas, satuannya C/volt atau Farad (F) O. Energi Yang Tersimpan Pada Bola Q t T Gambar: Grafik Q – t pengisian muatan Proses pengisian muatan: Pada saat menyimpan muatan listrik, bola juga menyimpan energi listrik yang besarnya dapat dihitung dengan rumus: VQW 2 1  . . . . . . (42)  W = 2 1 C V V  2 2 1 VCW  . . . . . (43)  C Q W 2 2 1 . . . . . . (43) W = energi listrik, satuannya Joule K. Menggabungkan Bola Bermuatan Dua bola konduktor kapasitasnya masing– masing C1 dan C2 bermuatan Q1 dan Q2, beda potensialnya V1 dan V2, energi yang disimpannya W1 dan W2. Pada masing–masing bola berlaku rumus: ++++ ++ V1 Q2 V2 + + + + Q1 C1 C2 ++++ ++ + + + + + + + + + + + + + + ' 1V ' 2Q ' 1Q ' 2V' 1F ' 2F C1 C2 Gambar 29 C1 = 1 1 V Q  V1 = 1 1 C Q  Q1 = C1 V1 W1 = 2 1 Q1 V1  W1 = 2 1 C1 V 2 1 C2 = 2 2 V Q  V2 = 2 2 C Q  Q2 = C2 V2 W2 = 2 1 Q2 V2  W2 = 2 1 C2 V 2 2 Sebelum digabungkan: Jumlah muatannya: 21T QQQ  . . . . . . (44) Jumlah energinya: 21T WWW  . . . . . (44) Kemudian kedua bola disentuhkan atau digabungkan dengan kawat. Kapasitas gabungannya: 21T CCC  . . . . . . (45) Akan terjadi perpindahan muatan dari bola yang lebih padat ke bola yang lebih renggang. Sehingga muatannya masing-masing sekarang berubah menjadi Q' 1 dan Q' 2 , namun jumlahnya tetap. Muatan totalnya sekarang: ' 2 ' 1 ' T QQQ  . . . . . . (46a) T ' T QQ  . . . . . . . (46b) 21 ' T QQQ  . . . . . . (46c) ' 2 ' 121 QQQQ  . . . . . (47) Potensial totalnya menjadi sama: V ' T = V V  V1 + V2 Melainkan: T T C Q 'V  . . . . . . . (48)
  • 17. Listrik Statis 88  21 21 CC QQ 'V    . . . . . (49)  21 2211 CC VCVC 'V    . . . . (50) Setelah digabungkan: 'VVV ' 2 ' 1  . . . . . . (51) ' 11 ' 1 VCQ  . . . . . . . (52) ' 22 ' 2 VCQ  . . . . . . (53) ' 1 ' 12 1' 1 VQW  . . . . . . (54) ' 2 ' 22 1' 2 VQW  . . . . . . (55) 'VQW T2 1' T  . . . . . . (56) 2 ' 112 1' 1 VCW  . . . . . . (57) 2 ' 222 1' 2 VCW  . . . . . . (58) 2 ' T2 1' T VCW  . . . . . . (59) ' 2 ' 1 ' T WWW  . . . . . (60) Pada saat penggabungan, ada energi yang hilang sebesar: ' TThilang WWW  . . . . (61) Contoh Soal: 39. Sebuah bola konduktor berjari–jari 6 cm diberi muatan 8 C. Berapa besar: a). Kuat Medan dan Potensial listrik pada titik yang berjarak: (1) 15 cm? (2) 6 cm? (3) 4 cm dari pusat bola? b). Usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan 2 C dari titik yang berjarak 6 cm ke titik yang berjarak 4 cm dari permukaan bola? c) kapasitas bola? d) energi yang tersimpan pada bola? Penyelesaian: + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + AB AE  BE  a) (1) r = 15 cm (di luar bola/titik A): 2A r Q kE   EA = 9109  22 6 )1015( 108      EA = 4 3 10225 1072     EA = 3,2106 N/C r Q kVA   VA = 9109  2 6 1015 108      VA = 4,8105 volt (2) r = 6 cm (di permukaan bola / titik B): 2B R Q kE   EB = 9109  22 6 )106( 108      EA = 4 3 1036 1072     EA = 2107 N/C R Q kVB   VB = 9109  2 6 106 108      VB = 1,2106 volt (3) r = 4 cm (di dalam bola/titik C): EC = 0 VC = VB  VC = 1,2106 volt b) Usaha (WB–C): )VV(qW BCBC   WBC = 210–6 (1,2106 – 1,2106 )  WBC = 0 c) k R C   C = 9 2 109 106      C = 3 2 10–11  C = 3 20 pF d) Energi (W): VQW 2 1   W = 2 1 810–6 1,2106  W = 4,8 Joule 40. Bola A berjari–jari 3,6 cm diberi muatan 8 C. Bola B berjari–jari 5,4 cm diberi muatan 42 C. Kemudian kedua bola disentuhkan, lalu dipisahkan lagi pada jarak (dari pusat masing–masing) 6 cm. Setelah dipisah lagi: a) berapa potensial masing–masing bola? b) muatan yang disimpan masing–masing bola? c) energi yang disimpan masing–masing bola? d) energi yang hilang? e) gaya yang dialami masing–masing bola? Penyelesaian: ++++ ++ V1 Q2 v2 + + + + Q1 ++++ ++ + + + +
  • 18. Listrik Statis 89 + + + + + + + + + + ' 1V ' 2Q ' 1Q ' 2V' 1F ' 2F k R C 1 1   C1 = 9 2 109 106,3      C1 = 410–12  C1 = 4 pF k R C 2 2   C2 = 9 2 109 104,5      C2 = 610–12  C2 = 5 pF a) 21T QQQ   QT = 810–6 + 4210–6  QT = 510–5 C 21T CCC   CT = 410–12 + 610–12  CT = 10–11 F T T C Q 'V   V ' T = 11 5 10 105     V ' T = 5106 volt 'VVV ' 2 ' 1   V' 1 = V ' 2 = V' = 5106 volt b) ' 11 ' 1 VCQ   Q' 1 = 410–12 5106 Q' 1 = 210–5 C  Q' 1 = 20 C ' 22 ' 2 VCQ   Q' 2 = 610–12 5106  Q ' 2 = 310–5 C  Q' 2 = 30 C c) ' 112 1' 1 VQW   W ' 1 = 2 1 210–5 5106  W ' 1 = 50 Joule ' 2 ' 22 1' 2 VQW   W ' 2 = 2 1 310–5 5106  W ' 2 = 75 Joule d) 1 1 1 C Q V   V1 = 12 6 104 108      V1 = 2106 volt 2 2 2 C Q V   V2 = 12 6 106 1042      V2 = 7106 volt 112 1 1 VQW   W1 = 2 1 810–6 2106  W1 = 8 Joule 222 1 2 VQW   W2 = 2 1 4210–6 7106  W2 = 147 Joule 21T WWW   WT = 8 + 147  WT = 155 Joule ' 2 ' 1 ' T WWW   W ' T = 50 + 75  W ' T = 125 Joule ' TThilang WWW   Whilang = 155 – 125  Whilang = 30 Joule e) 2 ' 2 ' 1 r QQ k'F   F' = 9109  22 55 )106( 103102      F' = 4 1036 54,0    F' = 150 N P. Keping Sejajar Bermuatan Dua buah keping luasnya sama, yaitu A diletakkan sejajar berjarak d. d + – A – – – – – + + + + + Q Q d AA E V Gambar 33: Keping Sejajar Kemudian kedua keping diberi muatan sama besar (Q), tetapi tidak sejenis. Ruang di antara kedua keping akan timbul medan listrik serba sama (homogen), karena arah garis gaya listriknya sejajar. Kuat medan listriknya dapat dihitung dengan rumus: A Q E 0  . . . . . . . (58) A Q k4E  . . . . . . (59) A = luas penampang keping, satuannya m2 Q = muatan, satuannya C E = kuat medan listrik, satuannya N/C k = konstanta coulomb = 9109 Nm2 /C2 0 = permitivitas ruang hampa 0 = 8,8510–12 C2 /Nm2 Perbandingan A Q disebut rapat muatan, biasannya dilambangkan dengan . Jadi: A Q  . . . . . . . . (60)  = rapat muatam, satuannya C/m2 Sehingga:
  • 19. Listrik Statis 90 0 E    . . . . . . . (61)   k4E . . . . . . (62) Beda potensial antara kedua keping adalah: baab VVV  . . . . . . (63) Vab selanjutnya dilambangkan dengan V saja. Va dan Vb = potensial masing–masing keping Vab = V = beda potensial kedua keping, satuannya volt Hubungannya dengan kuast medan listrik ialah: EdV  . . . . . . . (64)  A Qd V 0  . . . . . . (65)  A Q kd4V  . . . . . (66)  0 dV    . . . . . . (67) Contoh Soal: 41. Lengkapilah tabel berikut yang menunjukkan hubungan antara muatan (Q), kuat medan listrik (E), dan beda potensial (V) pada keping sejajar yang luasnya A dan terpisah sejauh d. No. A (cm2 ) d (cm) Q (C) E (N/C) V (volt) a 0,4 0,8 3 b 0,6 0,5 7536 c 0,8 0,7 69,237 Penyelesaian: a) A Q k4E   E = 43,149109  4 6 104,0 103      E = 8478 N/C EdV   V = 0,810–2 8478  V = 67,824 volt b) A Q k4E   k4 AE Q    Q = 9 4 10914,34 106,07536     Q = 410–12 C  Q = 4 pC EdV   V = 0,510–2 x7536  V = 37,68 volt c) d V E   E = 2 107,0 237,69    E = 9891 N/C A Q k4E   k4 AE Q    Q = 9 4 10914,34 108,09891     Q = 710–12 C  Q = 7 pC 42. Dua buah keping sejajar luas penampangnya 3 cm2 diberi muatan 18 C. Kemudian di antaranya diletakkan partikel bermuatan listrik 4 C. Berapa besar gaya yang dialami partikel? Penyelesaian: EqF   A Q k4qF   F = 410–6 43,149109  2 6 104 1018      F = 27129,6 N 43. Dua buah keping sejajar terpisah pada jarak 2 cm diberi beda potensial 40 volt. Kemudian di antaranya diletakkan sebuah partikel bermuatan listrik 6 C. Berapa besar gaya yang dialami partikel tersebut? Penyelesaian: EqF   d V qF   F = 610–6  2 102 40    F = 1,210–2 N 44. Dua buah keping sejajar diletakkan horisontal berjarak 6 cm, diberi beda potensial. Kemudian sebuah bola kecil massanya 50 mg bermuatan 4 C diletakkan di antara kedua keping. Agar bola diam, berapa beda potensial kedua keping (percepatan – – – – – + + + + + Q Q d AA E V – – – – – + + + + + Q Q d AA E V + F q – – – – – – – – – Q Q d A A E V + F q + + + + + + + + + + W – – – – – + + + + + Q Q d AA E V + F q
  • 20. Listrik Statis 91 gravitasi = 10 m/s2 ? Penyelesaian: Benda diam, maka: WF   q d V = m g  V = q dgm  V = 6 26 104 106101050      V = 7,5 volt 45. Dua buah keping sejajar diberi beda potensial 90 volt. Kemudian sebuah partikel yang massanya 20 mg dan bermuatan +4 C dilepaskan dari keping berpotensial tinggi. Berapa kecepatan partikel ketika sampai di keping berpotensial rendah? Penyelesaian: – – – – – + + + + + Q Q d AA E V + q v+ 1122 KPKP EEEE   2KE = 1KE + 1PE – 2PE  2 1 m v 2 2 = 2 1 m v 2 1 + qV1 – qV2  m v 2 2 = m v 2 1 + 2qV1 – qV2  m v 2 2 = m v 2 1 + 2q(V1 – V2)  v 2 2 = v 2 1 + 2 m q V  v 2 2 = 02 + 2 6 6 1020 104     90  v 2 2 = 36  v2 = 6 m/s 46. Dua buah keping sejajar vertikal berjarak 3 cm diberi beda potensial 60 volt. Kemudian di antaranya diletakkan sebuah bola yang massanya 4 gram dan bermuatan listrik 2 C yang digantung pada benang. Bola mengalami gaya tolak keping bermuatan sejenis, akibatnya benang menyimpang. Bila percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 , berapa besar sudut simpangan benang terhadap vertikal? Penyelesaian: FTx  dan WTy  y x T T tg   W F tg   tg  = mg qE  tg  = mgd qV  tg  = 23 6 10210104 60102      tg  = 0,1  tg  = 5,71 47. Dua keping sejajar vertikal berjarak 5 cm diberi beda potensial 30 volt. Diantaranya diletakkan bola bermuatan 4 C yang digantung tali. Setelah setimbang, tali membentuk sudut 37 terhadap vertikal. Berapa besar massa bola? Penyelesaian: d V qF   F = 410–6  05,0 30  F = 2,410–3 N  tgWF  2,410–3 = mg tg 37  2,410–3 = m100,75  m = 3,210–4 kg Q. Kapasitor / Kondensator Kapasitor digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Menurut kontruksinya, kapasitor terdiri atas: a. Kapasitor bola sepusat b. Kapasitor silindrik c. Kapasitor keping sejajar d + – A – – – – – + + + + + Q Q d AA E V Gambar 37: Kapasitor keping sejajar Pada pembahasan ini kita akan membicarakan kapasitor keping sejajar saja. Kapasitor keping sejajar terdiri atas dua plat konduktor yang dipasang sejajar. – – – – – – – + + + + + + + Q Q d AA E V F q W T  + Ty Tx + q  m + + + + + + + + – – – – – – – –
  • 21. Listrik Statis 92 R. Kapasitas Kapasitor (C) Kapasitas Kapasitor (C) adalah perbandingan antara besar muatan yang disimpan (Q) dengan beda potensial antara kedua keping (V). Ditulis: V Q C  . . . . . . . (68)  A dQ Q C 0   d A C 0 0   . . . . . (69) Q = muatan yang disimpan, satuannya C V = beda potensial antara kedua keping, satuannya volt C0 = kapasitas kapasitor, satuannya C/volt atau Farad 0 = permitivitas ruang hampa 0 = 8,8510–12 C2 /Nm2 A = luas penampang keping, satuannya m2 d = jarak kedua keping, satuannya m S. Kapasitor Dengan Bahan Dielektrik – – – – – + + + + + Q Q d AA E V – + – + – + – + – + Gambar 38: Kapasitor dengan bahan dielektrik Sekarang di antara kedua keping kapasitor diberi bahan dielektrik. Pada penelitian diperoleh, kapasitasnya makin besar. Hal inilah yang dikehendaki. Secara lengkap untuk menghitung kapasitas kapasitor adalah dengan rumus: d A KC 0  . . . . . . (70) K = konstanta dielektrik, harganya K > 1 Hasil kali K 0 dapat diganti dengan satu lambang saja, yaitu . Jadi: 0K . . . . . . . (71)  = permitivitas zat, satuannya C2 /Nm2 Bahan dielektrik dapat berupa kertas, keramik, mika, atau elektrolit. Bahan–bahan ini nanti yang akan memberi nama pada kapasitor. Kapasitor elektrolit mempunyai kapasitas besar. Kutub–kutubnya mempunyai tanda positif dan negatif. Pada rangkaian listrik dilambangkan dengan: C Gambar 39 +– Sedangkan yang lain mempunyai kapasitas kecil, tidak ada kutub–kutub positif dan negatif dan dilambangkan dengan: C Gambar 40 Berikut jenis kapasitor menurut bahan dielektriknya: Gambar 41 T. Energi Yang Tersimpan Dalam Kapsitor (W) Pengisian muatan pada kapasitor berlangsung sedikit demi sedikit. Pertambahan besarnya muatan yang diisikan dapat dilihat pada grafik berikut. Q t T Gambar 42: Grafik Q – t pengisian muatan pada kapasitor Setelah terisi penuh, kapasitor tidak mau diisi lagi. Kondisi seperti ini disebut juga stasioner. Energi yang tersimpan dalam kapasitor sebanding dengan luas bagian yang diarsir, atau dinyatakan dengan rumus: QVW 2 1  . . . . . . . (72) 2 2 1 CVW  . . . . . . (73) C Q W 2 2 1  . . . . . . . (74) Contoh Soal: 48. Lengkapilah tabel di bawah ini yang menunjukkan data pada kapasitor, A = luas penampang, d = jarak kedua keping, Kapasitor Keramik Kapasitor Mika Kapasitor Elektronik
  • 22. Listrik Statis 93 K = konstanta dielektrik di antara kedua keping, C = kapasitas kapasitor, V = beda potensial antara kedua keping, Q dan W = muatan dan energi yang disimpan. No. A mm2 d (mm) K C (pF) V (volt) Q (C) W (nJoule) a. 50 0,885 75 20 b. 40 1,77 12 360 c. 30 80 40 14,8 d. 0,75 50 47,2 10 Penyelesaian: a) d A KC 0   C = 75 3 612 100885,0 10501085,8      C = 3,7510–11 F  C = 37,5 pF CVQ   Q = 3,7510–11 20  Q = 7,510–10 C  Q = 750 pC QVW 2 1   W = 2 1 7,510–10 20  W = 7,510–9 Joule b) d A KC 0   A dC K 0   K = 612 312 10401085,8 1077,11012      K = 60 C Q V   V = 12 12 1012 10360      V = 30 volt QVW 2 1   W = 2 1 36010–12 30  W = 5,410–9 Joule c) 2 2 1 CVW   2 V W2 C   C = 2 8 40 108,42    C = 2 8 40 108,42    C = 610–12 F  C = 6 pF d A KC 0   C A Kd 0   d = 80 12 612 1060 10301085,8      d = 3,5410–4 m  d = 0,354 mm CVQ   Q = 610–11 40  Q = 2,410–9 C  Q = 2,4 pC d) d A KC 0   0K dC A    A = 12 312 1085,850 1075,0102,47      A = 810–5 m2  A = 80 mm2 CVQ   Q = 47,210  Q = 472 pC QVW 2 1   W = 2 1 47,210–12 10  W = 2,3610–9 Joule 49. Sebuah kapasitor kapasitasnya 1 F. Jika luas penampang maupun jarak kedua keping di 3 kalikan, berapa kapasitasnya sekarang? Penyelesaian: 1 10 1 d A KC   dan 2 20 2 d A KC   1 2 C C = 1 10 2 20 d A K d A K    C2 = 21 12 dA dA C1  C2 = 11 11 d3A dA3  1  C2 = 1 F 50. Sebuah kapasitor bermuatan menyimpan energi sebesar 0,1 Joule. Bila beda potensialnya di 2 kalikan, berapa energi yang disimpannya sekarang? Penyelesaian: 2 12 1 1 CVW  dan 2 22 1 2 CVW  1 2 W W = 2 12 1 2 22 1 CV CV  W2 = ( 1 2 V V )2 W1  W2 = ( 1 1 V V2 )2 W1  W2 = 40,1  W2 = 0,4 Joule 51. Sebuah kapasitor tanpa bahan dielektrik kapasitasnya 2 pF. Kemudian di antara kepinya diisi bahan dielektrik yang konstanta dielektriknya 75. Berapa kapasitasnya sekarang? Penyelesaian: C0 = 2 pF, K = 75 0KCC   C = 752  C = 150 pF U. Rangkaian Kapasitor a) Rangkaian Seri Dua buah kapasitor dikatakan terhubung seri, bila salah satu ujung masing–masing kapasitor
  • 23. Listrik Statis 94 terhubung, sedangkan pada sambungan itu tidak ada cabang. Kapasitor C1 dan C2 dihubungkan seri. C1 C2 + + + + – – – – + –VS Q1 V1 Q2 V2 CS + + – – + –VS QS VS Gambar 43: Rangkaian Seri Gabungan kapasitor ini dapat diganti dengan satu kapasitor saja yang kapasitasnya CS. Harga CS dapat ditentukan sebagai berikut: Misalnya ujung–ujung rangkaian dihubungkan pada beda potensial VS. Maka dari sumber listrik akan mengalir muatan QS yang mengisi kapasitor C1 maupun C2. Karena tidak ada cabang, maka muatan yang tersimpan pada kedua kapasitor sama besar: 21S QQQ  . . . . . . (75) Pada masing–masing kapasitor berlaku rumus: 1 1 1 C Q V  . . . . . . . (76) 2 2 2 C Q V  . . . . . . . (77) S S S C Q V  . . . . . . . (78) Beda potensialnya jika diukur dengan Voltmeter diperoleh: 21S VVV  . . . . . . (79)  S S C Q = 1 1 C Q + 2 2 C Q  S S C Q = 1 S C Q + 2 S C Q  21S C 1 C 1 C 1  . . . . (80) Kapasitas pengganti seri selalu lebih kecil daripada kapasitas yang paling kecil. Energi gabungannya: 21S WWW  . . . . . (81) b). Rangkaian Paralel Dua buah kapasitor dikatakan terhubung paralel, jika kedua ujungnya saling terhubung. Kapasitor C1 dan C2 dihubungkan paralel. Gabungan kapasitor ini dapat diganti dengan satu kapasitor saja yang kapasitasnya CP. Harga CP dapat ujung–ujung rangkaian dihubungkan pada beda potensial VP. C1 C2 + + + + – – – – + –VP Q1 V1 Q2 V2 QP CP + + – – + –VP QP VP Gambar 44: Rangkaian Paralel Maka dari sumber listrik akan mengalir muatan QP yang mengisi kedua kapasitor. Karena ada cabang, maka sebagian muatan akan dialirkan pada C1 yaitu Q1 sedangkan sisanya akan dialirkan pada kapasitor C2 yaitu Q2. Jadi: 21P QQQ  . . . . . (82) Beda potensialnya setelah diukur dengan Voltmeter diperoleh: 21P VVV  . . . . . . (83) Pada masing–masing kapasitor berlaku rumus: 111 VCQ  . . . . . . (84) 222 VCQ  . . . . . . (85) PPP VCQ  . . . . . . (86) Dari persamaan (82) didapat: CP VP = C1 V1 + C2 V2  CP VP = C1 VP + C2 VP  21P CCC  . . . . . (87) Energi gabungannya: 21P WWW  . . . . . (88) Contoh Soal: 52. Dua buah kapasitor bila dirangkai paralel, maka diperoleh kapasitas pengganti 9 F. Tetapi bila dirangkai seri, maka diperoleh kapasitas pengganti 2 F. Berapa kapasitas masing–masing kapasitor? Penyelesaian: Bila dirangkai paralel: 21P CCC   9 = C1 + C2  C2 = 9 – C1 . . . . . (i) Bila dirangkai seri: 21S C 1 C 1 C 1   2 1 = 1C 1 + 1C9 1   2 1 = )C9(C CC9 11 11    C1 (9 – C1) = 29  9 C1 – C 2 1 = 18  0 = C 2 1 – 9 C1 + 18  (C1 – 6)(C1 – 3) = 0  C1 – 6 = 0  C1 = 6 F  C1 – 3 = 0  C1 = 3 F
  • 24. Listrik Statis 95 53. Pada rangkaian tiga kapasitor gambar di samping, C1 = 4 F, dan C2 = 12 F. Jika kapasitas pengganti ujung-ujung a dan b adalah 8 F, berapa besar kapasitas pengganti ujung- ujung b dan c? Penyelesaian: Antara titik a dan b, rangkaian di atas dapat digambar: s1ab CCC   8 = 4 + CS  8 – 4 = CS  CS = 4 F 32S C 1 C 1 C 1   4 1 = 12 1 + 3C 1  4 1 – 12 1 = 3C 1  12 13 = 3C 1  12 2 = 3C 1  C3 = 2 12  C3 = 6 F Antara titik b dan c, rangkaian di atas dapat digambar: 21 ' S C 1 C 1 C 1   ' SC 1 = 4 1 + 12 1  ' SC 1 = 12 13  ' SC 1 = 12 4  C ' S = 4 12  C3 = 3 F 3 ' Sbc CCC   Cbc = 3 + 6  Cbc = 9 F 54. Pada rangkaian kapasitor gambar di samping C1 = 6 F, C2 = 4 F dan C3 = 8 F, bila beda potensial ujung-ujung kapasitor C1 adalah 4 volt, berapa energi listrik yang disimpan kapasitor C2? Penyelesaian: 32P CCC   CP = 4 + 8  CP = 12 F 111 VCQ   Q1 = 6  4  Q1 = 24 C 1P QQ   QP = 24 C PPP VCQ   24 = 12 VP  VP = 2 volt P2 VV   V2 = 2 volt 2 222 1 2 VCW   W2 = 2 1 422  W2 = 24  W2 = 8 J 55. Pada rangkaian kapasitor gambar di samping, C1 = 3 F, C2 = 6 F dan C3 = 7 F bila muatan listrik yang disimpan oleh kapasitor C3 adalah 42 C, berapa energi listrik yang disimpan kapasitor C2? Penyelesaian: 21S C 1 C 1 C 1   SC 1 = 3 1 + 6 1  SC 1 = 6 12   SC 1 = 6 3  CS = 2 F 333 VCQ   42 = 7 V3  V3 = 6 volt 3S VV   VS = 6 volt SSS VCQ   QS = 2  6  QS = 12 C S2 QQ   Q2 = 12 C 222 VCQ   12 = 6 V2  V2 = 2 volt 2 222 1 2 VCW   W2 = 2 1 622  W2 = 34  W2 = 12 J 56. Pada rangkaian kapasitor gambar di samping, C1 = 9 F, C2 = 18 F dan C3 = 10 F. Bila energi listrik yang disimpan kapasitor C1 = 72 J, berapa muatan listrik yang disimpan oleh kapasitor C3? Penyelesaian: 1 2 1 2 1 1 C Q W   2 W1 C1 = Q 2 1  2729 = Q 2 1  1449 = Q 2 1  Q1 = 123  Q1 = 36 C QS = Q1 = 36 C 21S C 1 C 1 C 1   SC 1 = 9 1 + 18 1  SC 1 = 18 12   SC 1 = 18 3  CS = 3 18  CS = 6 F a b C1 C2 C3 a b C1 C2 C3 C1 b a C3 C2 2 C2 C1 C3 b a c C1a b C2 C3 C1 b a CP 2 C1 c b C2 C3 Cbc c b C3 ' SC CSa b C3 Cab a b C1a b CS CSa b C3
  • 25. Listrik Statis 96 C1 CPb a CTb a S S S C Q V   VS = 6 36  VS = 6 volt V3 = VS = 6 volt 333 VCQ   Q3 = 106  Q3 = 60 C 57. Pada gambar di samping, C1 = 4 F, C2 = 8 F dan C3 = 6 F. Jika kapasitas pengganti ujung- ujung a dan b = 3 F, berapa kapasitas kapasitor C4? Penyelesaian: P1ab C 1 C 1 C 1   3 1 = 4 1 + PC 1  3 1 – 4 1 = PC 1  12 34  = PC 1  12 1 = PC 1  CP = 12 F S2P CCC   12 = 8 + CS  12 – 8 = CS  CS = 4 F 43S C 1 C 1 C 1   4 1 = 6 1 + 4C 1  4 1 – 6 1 = 4C 1  12 23  = 4C 1  12 1 = 4C 1  C4 = 12 F 58. Pada gambar di samping, C1 = 4 F, C2 = 8 F, C3 = 6 F dan C4 = 12 F. Jika beda potensial ujung-ujung a dan b = 16 volt, berapa muatan pada kapasitor C4? Penyelesaian: 43S C 1 C 1 C 1   SC 1 = 6 1 + 12 1  SC 1 = 12 12   SC 1 = 12 12   SC 1 = 12 3  SC 1 = 4 1  CS = 4 F S2P CCC   CP = 8 + 4  CP = 12 F P1T C 1 C 1 C 1   TC 1 = 4 1 + 12 1  TC 1 = 12 13  TC 1 = 12 4  TC 1 = 3 1  CT = 3 F TTT VCQ   QT = 316  QT = 48 C TP QQ   QP = 48 C P P P C Q V   VP = 12 48  VP = 4 volt P2 VV   V2 = 4 volt 222 VCQ   Q2 = 84  Q2 = 32 C 59. Pada gambar di samping, C1 = 7 F, C2 = 8 F, C3 = 5 F dan C4 = 10 F. Ketika ujung-ujung a dan b dihubungkan pada suatu beda potensial, energi yang disimpan kapasitor C2 = 100 J. Berapa beda potensial ujung-ujung kapasitor C3? Penyelesaian: 2 222 1 2 VCW   100 = 2 1 8 2 2V  25 = 2 2V  V2 = 5 volt 2P VV   VP = 5 volt 21P CCC   CP = 7 + 8  CP = 15 F PPP VCQ   QP = 155  QP = 75 C P3 QQ   Q3 = 75 C 3 3 3 C Q V   V3 = 5 75  V3 = 15 volt 60. Pada gambar di samping, C1 = 4 F, C2 = 8 F, C3 = 6 F dan C4 = 12 F. Ketika ujung-ujung a dan b dihubungkan pada suatu beda poten-sial, energi yang disimpan kapasitor C2 = 36 J. Berapa beda potensial ujung-ujung kapasitor C4? Penyelesaian: 2 222 1 2 VCW   36 = 2 1 8 2 2V  9 = 2 2V  V2 = 3 volt 2S VV   VS = 3 volt C1 C2 C3 C4b a C1 C2 CSb a C1 C2a b CS C1 C2a b C3 C4 C1 CPa b C4 C3 C1 C2 ba C1 C2 C3 C4b a
  • 26. Listrik Statis 97 43S C 1 C 1 C 1   SC 1 = 6 1 + 12 1  SC 1 = 12 12   SC 1 = 12 3  CS = 3 12  CS = 4 F SSS VCQ   QS = 43  QS = 12 C S4 QQ   Q4 = 12 C 4 4 4 C Q V   V4 = 12 12  V4 = 1 volt V. Menggabungkan Kapasitor Bermuatan Kapasitor C1 pernah dihubungkan pada beda potensial V1, hingga menyimpan muatan Q1 dan energi W1. Kapasitor C2 pernah dihubungkan pada beda potensial V2, hingga menyimpan muatan Q2 dan energi W2. C1 C2 + + + + – – – – Q1 V1 Q2 V2 C1 C2 + + + + – – – – QP ' 1Q ' 2Q ' 1V ' 2V Gambar 45: Menggabungkan kapasitor bermuatan Pada masing–masing kapasitor berlaku rumus: 111 VCQ  . . . . . . (89) 222 VCQ  . . . . . . (90) 21T QQQ  . . . . . . (91) 2 112 1 1 VCW  . . . . . . (92) 2 222 1 2 VCW  . . . . . . (93) 21T WWW  . . . . . (94) Kemudian kedua kapasitor digabungkan dengan cara menghubungkan kutub–kutub yang bermuatan sejenis. Sehingga akan terjadi perpin–dahan muatan dari kapasitor yang lebih padat ke kapasitor yang lebih renggang. Setelah digabung didapat: Karena paralel: 21T CCC  . . . . . . (95) Hanya terjadi perpindahan muatan, jumlahnya tetap: T ' T QQ  ' 2 ' 1 ' T QQQ  . . . . . . (96) 21 ' 2 ' 1 QQQQ  T ' T' T C Q V  . . . . . . . (96) T T' T C Q V  . . . . . . . (97)  21 21' T CC QQ V    . . . . . (98)  21 2211' T CC VCVC V    . . . (99) ' T ' 2 ' 1 VVV  . . . . . . (100) ' 11 ' 1 VCQ  . . . . . . . (101) ' 22 ' 2 VCQ  . . . . . . (102) 2' 112 1' 1 VCW  . . . . . . (103) 2' 222 1' 2 VCW  . . . . . . (104) 2' TT2 1' T VCW  . . . . . (105) ' 2 ' 1 ' T WWW  . . . . . (106) Pada saat penggabungan ada energi yang hilang yang dipakai sebagai usaha untuk memindahkan muatan, yang besarnya: ' TThilang WWW  . . . . (106) Contoh Soal: 61. Kapasitor A kapasitasnya 4 F pernah dihubungkan pada tegangan 3 volt. Kapasitor B kapasitasnya 6 F pernah dihubungkan pada tegangan 8 volt. Kemudian ujung–ujung yang sejenis saling di hubungkan. Setelah digabungkan: a) berapa tegangan ujung–ujung masing– masing kapasitor? b) berapa muatan yang tersimpan pada masing–masing kapasitor? c) berapa energi yang hilang? Penyelesaian: a) AAA VCQ   QA = 43  QA = 12 C BBB VCQ   QB = 68  QB = 48 C BAT QQQ   QT = 12 + 48  QT = 60 C BAT CCC   CT = 4 + 6  CT = 10 C T T' T C Q V   V' T = 10 50  V' T = 5 volt
  • 27. Listrik Statis 98 T ' B ' A VVV   V' A = V ' B = 5 volt b) ' AA ' A VCQ   Q' A = 45  Q' A = 20 C ' BB ' B VCQ   Q ' B = 65  Q ' B = 30 C c) 2 AA2 1 A VCW   WA = 2 1 410–6 32 WA = 210–6 9  WA = 1810–6 Joule 2 BB2 1 B VCW   WB = 2 1 610–6 82 WB = 310–6 64  WB = 19210–6 Joule BAT WWW   WT = 1810–6 + 19210–6  WT = 21010–6 Joule 2' TT2 1' T VCW   W ' T = 2 1 1010–6 52  W ' T = 510–6 25  W ' T = 12510–6 Joule ' TThilang WWW   Whilang = 21010–6 – 12510–6  Whilang = 8510–6 Joule 62. Sebuah kapasitor kapasitasnya 4 F menyimpan muatan 20 C digabung dengan kapasitor lain yang kapasitasnya 8 F. Setelah digabung muatan kapasitor pertama berubah menjadi 12 C. Berapa besar muatan kapasitor kedua sebelum digabung? Penyelesaian: ' 11 ' 1 VCQ   12 = 4 V ' 1  V' 1 = 3 volt ' 1 ' 2 VV   V ' 2 = 3 volt ' 22 ' 2 VCQ   Q ' 2 = 8  3  Q ' 2 = 24 C 21 ' 2 ' 1 QQQQ   12 + 24 = 20 + Q2  36 – 20 = Q2  Q2 = 16 C 63. Sebuah kapasitor kapasitasnya 3 F yang pernah dihubungkan pada tegangan 2 volt digabung dengan kapasitor lain yang kapasitasnya 6 F yang juga bermuatan . Setelah digabung, energi kapasitor pertama berubah menjadi 24 Joule. Berapa besar muatan kapasitor kedua sebelum digabung? Penyelesaian: 111 VCQ   Q1 = 3  2  Q1 = 6 C 2' 112 1' 1 VCW   24 = 2 1  3 V 2' 1  16 = V 2' 1  V' 1 = 4 volt V ' 2 = V' 1  V' 2 = 4 volt ' 11 ' 1 VCQ   Q' 1 = 3  4  Q' 1 = 12 C ' 22 ' 2 VCQ   Q' 2 = 6  4  Q ' 2 = 24 C 21 ' 2 ' 1 QQQQ   = 12 + 24 = 6 + Q2  36 – 6 = Q2  Q2 = 30 C 64. Rangakaian kapasitor di samping, C1 = 8 µF, C2 = 2 µF dan E = 15 volt. Mula- mula saklar S menghubungkan titik b dan c. Jika sekarang dipindah sehingga saklar S menghu-bungkan titik a dan c, berapa energi yang tersimpan pada kapasitor C1 sekarang? Penyelesaian: Q1 = 0 ECQ 22   Q2 = 215  Q2 = 30 C 21gab QQQ   Qgab = 0 + 30  Qgab = 30 C 21gab CCC   Cgab = 8 + 2  Cgab = 10 F gab gab gab C Q V   Vgab = 10 30  Vgab = 3 volt V' 1 = Vgab = 3 volt 2' 112 1' 1 VCW   W ' 1 = 2 1 832  W ' 1 = 49  W ' 1 = 36 J a S C1 C2 E b c
  • 28. Listrik Statis 99 Soal Latihan Gaya Coulomb 1. Muatan q = Q – 4 C terpisah pada jarak 3 cm, sehingga masing-masing mengalami gaya 360 newton. Berapa besar muatan Q? Q = 910–6 C = 9 C 2. Ada 4 buah bola A, B, C, dan D bermuatan listrik. Bola A menolak B, bola B menarik C, dan bola C monolak D. Jika bola D bermuatan positif,tentukan jenis muatan bola yang lain? A negatif, B negatif, C positif 3. Lengkapilah tabel berikut yang menunjukkan hubun–gan antara besar gaya listrik (F) yang dialami dua buah muatan Q dan q yang terpisah pada jarak r. No.Q (C)q (C)r (cm)F (N) a 4 9 2 b 7 6 420 c 5 4 225 d 3 6 60 a) 810 N b) 3 cm c) 8 C d) 8 C 4. Muatan Q = 4 1 q terpisah pada jarak 6 cm, sehingga masing-masing mengalami gaya 40 newton. Berapa C besarnya Q? Q = 2 C 5. Muatan Q = 2q terpisah pada jarak 5 cm, sehingga masing-masing mengalami gaya 64,8 newton. Berapa C besarnya q? q = 3 C 6. Muatan Q = q – 1 C terpisah pada jarak 6 cm, sehingga masing-masing mengalami gaya 15 newton. Berapa C besarnya Q? Q = 2 C 7. Muatan Q = q + 3 C terpisah pada jarak 2 cm, sehingga masing-masing mengalami gaya 90 newton. Berapa C besarnya q? q = 5 C 8. Muatan Q = 11 C – q terpisah pada jarak 6 cm sehingga masing-masing mengalami gaya 108 newton. Berapa C besarnya Q? Q = 5 C 9. Muatan q = Q – 2 C terpisah pada jarak 15 cm sehingga masing-masing mengalami gaya 14 newton. Berapa C besarnya Q? Q = 7 C 10. Dua buah muatan listrik ketika terpisah pada jarak 8 cm, masing-masing mengalami gaya 18 newton. Jika kemudian jaraknya diubah menjadi 3 cm, berapa newton gaya yang dialaminya sekarang? F' = 128 N 11. Dua buah muatan listrik ketika terpisah pada jarak 4 cm, masing-masing mengalami gaya 9 newton. Jika kemudian jaraknya diubah menjadi 6 cm, berapa newton gaya yang dialaminya sekarang? F' = 4 N 12. Dalam atom helium elektron yang bermuatan –1,610–19 C dan bermassa 910–31 kg bergerak mengelilingi inti yang bermuatan +3,210–19 C pada jari–jari lintasan 1,2510–11 meter. a) Berapa gaya tarik–menarik antara inti dan elektron yang mengelilinginya? b) Berapa gaya sentripetal yang dimiliki elektron? c) Berapa kecepatan gerak elektron? a) F = 2,9491210–6 N b) F = 2,9491210–6 N , c) 6,4106 m/dt 13. Pada atom hidrogen inti bermuatan positif (p = +1,610–19 C) sedangkan elektron bermuatan negatif (e = –1,610–19 C) dan bermassa 910–31 kg bergerak mengelilingi dengan jari–jari 1,0610–10 meter. a) Berapa gaya tarik–menarik antara inti dan elektron yang mengelilinginya? b) Berapa gaya sentripetal yang dimiliki elektron? c) Berapa kecepatan gerak elektron? a) 2,050610–8 N b) 2,050610–8 N c) 1,55106 m/dt 14. Dua buah bola kecil massanya sama masing-masing digantung pada benang yang panjangnya sama yaitu 80 cm (lihat gambar). Kemudian kedua bola diberi muatan listrik sejenis 0,4 C, sehingga kedua bola saling tolak-menolak dan setelah setimbang, terpisah sejauh 16 cm. Jika percepatan ++ q r F  mg T Ty Tx y  L Gambar 51
  • 29. Listrik Statis 100 gravitasi bumi dianggap g = 10 m/det2 berapa besar gaya tegangan tali? T = 5,625 N 15. Dua buah bola kecil massanya sama yaitu 93 gram masing-masing digantung pada benang yang panjangnya sama yaitu 20 cm (lihat gambar 51 diatas). Kemudian kedua bola diberi muatan listrik sejenis, sehingga kedua bola saling tolak-menolak dan setelah setimbang, terpisah sejauh 20 cm. Jika percepatan gravitasi bumi dianggap 10 m/det2 : a) berapa derajat besar sudut yang diapit oleh salah satu benang terhadap vertikal? b) berapa newton gaya listrik yang dialami kedua bola? c) berapa C besar muatan pada masing- masing bola? a) 30 b) 910–2 N c) 2 10 C 16. Pada suatu sistem koordinat muatan Q1 = 8 C diletakkan pada titik (0, 1 cm), muatan Q2 = –4 C pada titik (0, 3 cm), dan muatan q = +3 C pada titik (0, 11 cm). Berapa besar gaya yang dialami muatan q? F = 4,725 N 17. Pada suatu sistem koordinat muatan Q1 = 6,4 C diletakkan pada titik (0, 1 cm), muatan Q2 = –12,5 C pada titik (0, 4 cm), dan muatan q = +2 C pada titik (0, 0). a) Berapa besar gaya yang dialami muatan q? b) Berapa besar gaya yang dialami muatan q' = 3 C yang diletakkan pada titik yang berjarak 4 cm dari muatan Q1 dan berjaran 5 cm dari muatan Q2? a) F = 1242 N b) F' = 270 N 18. Sebuah segitiga ABC, panjang sisinya AB = 7 cm, BC = 3 cm dan AC = 5 cm. Pada titik A dan B diletakkan muatan listrik berturut–turut QA = –12,5 C dan QB = 2,7 C. Pada titik C diletakkan muatan q. Bila gaya yang dialami muatan q adalah 63 N, berapa besar q? q = 1 C 19. Pada suatu sistem koordinat muatan Q1 = 36 C diletakkan pada titik (2 cm, 0), muatan Q2 = –27 C pada titik (7 cm, 0), dan muatan q = +2 C pada titik (11 cm, 0). a) Berapa besar gaya yang dialami muatan q? b) Berapa besar gaya yang dialami muatan q' = 4 C yang diletakkan pada titik yang berjarak 4 cm dari muatan Q1 dan berjaran 3 cm dari muatan Q2? a) Ftotal = –223,75 N (kekiri) b) F'total = 135 N 20. Sebuah segitiga ABC, panjang sisinya AB = 3 cm, BC = 4 cm dan AC = 5 cm. Pada titik A dan B diletakkan muatan listrik berturut-turut QA = –12,5 C dan QB = 6,4 C. Pada titik C diletakkan muatan q. Bila gaya yang dialami muatan q adalah 54 N, berapa besar q? q = 2 C 21. Muatan q = Q – 5 C terpisah pada jarak 3 cm, sehingga masing–masing mengalami gaya 360 newton. Berapa besar muatan Q? Q = 9 C 22. Muatan Q = q – 6 C terpisah pada jarak 2 cm, sehingga masing–masing mengalami gaya 360 newton. Berapa besar muatan q? q = 8 C 23. Dua buah muatan bebas Q1 = –16 C dan Q2 = +9 C berada pada jarak 2 cm satu dari yang lain. Muatan Q3 ditempatkan sedemikian sehingga seluruh sistem tersebut dalam keadaan seimbang (setiap muatan mengalami resultan gaya sama dengan nol). Berapa besar muatan Q3? Q3 = 144 C 24. Dua buah muatan titik bebas Q1 = –4 C dan Q2 = +9 C berada pada jarak 3 cm satu sama lain. Muatan Q3 ditempatkan sedemikian sehingga seluruh sistem tersebut dalam keadaan seimbang (setiap muatan mengalami resultan gaya sama dengan nol). Berapa besar muatan Q3? Q3 = 36 C 25. Tiga buah muatan listrik QA = +72 C, QB = –18 C dan QC yang belum diketahui besarnya diletakkan seperti gambar 52. Gambar 52
  • 30. Listrik Statis 101 Jarak antara QA dan QB = 6 cm. Jika gaya yang dialami masing-masing muatan = 0, berapa besar QC? QC = 4 C 26. Tiga buah muatan listrik QA = –50 C, QB = +32 C dan QC yang belum diketahui besarnya diletakkan seperti gambar 52 di atas. Jarak antara QA dan QB = 2 cm. Jika gaya yang dialami masing-masing muatan = 0, berapa besar QC? QC = 800 C Kuat Medan Listrik 27. Lengkapi tabel berikut, yang menunjukkan hubungan antara kuat medan listrik E yang dihasilkan sebuah muatan Q pada titik yang berjarak r. No. Q (C) r (cm) E (N/C) a 5 6 b 7 2,52107 c 15 1,6107 a) 12,5107 b) 50 c) 4 28. Karena pengaruh sebuah muatan Q,pada sebuah titik yang berjarak 9 cm kuat medan listriknya 800 N/C. Karena pengaruh muatan itu juga, berapa kuat medan listrik pada titik yang berjarak 12 cm? 450 N/C 29. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 = –16 C diletakkan pada titik (0,0) dan Q2 = +3 C pada titik (0, 10 cm). Berapa N/C kuat medan listrik pada titik: a) A (0, 4 cm)? b) B (0, 12 cm)? c) yang berjarak 8 cm dari Q1 dan 6 cm dari Q2? a) 9,75107 N/C b) 5,75107 N/C c) 7,5 10 106 N/C 30. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 = +5,12 C diletakkan pada titik (0,0) dan Q2 = –1,25 C pada titik (7 cm, 0). Berapa N/C kuat medan listrik pada titik: a) A (4 cm, 0)? b) B (8 cm, 0)? c) C yang berjarak 5 cm dari Q1 dan 8 cm dari Q2? a) 4,13107 N/C b) 10,53107 N/C c) 6,3106 N/C 31. Muatan QA = + 16 C dan QB = –9 C terpisah pada jarak 3 cm. Karena pengaruh kedua muatan tersebut, di titik manakah yang kuat medan listriknya nol?. 4 cm dari A 32. Muatan Q1 = +8 C dan Q2 = +4,5 C terpisah padaada jarak 7 cm. Karena pengaruh kedua muatan tersebut, di titik manakah yang kuat medan listriknya nol? r1 = 4 cm 33. Pada sebuah titik ada kuat medan listrik sebesar 4107 N/C diletakkan muatan listrik sebesar 3 C. Berapa newton gaya yang dialami muatan tersebut? F = 120 N 34. Muatan QA = +16 C terpisah 10 cm dari muatan QB. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik yang berjarak 8 cm dari muatan QA dan berjarak 6 cm dari muatan QB kuat medan listriknya 3,75107 N/C. Berapa besar muatan QB? QB = 12 C 35. Muatan QA = –12 C terpisah pada jarak 5 cm dari muatan QB. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik yang berjarak 3 cm dari muatan QA dan berjarak 4 cm dari muatan QB kuat medan listriknya 1,5108 N/C. Berapa C besar muatan QB? QB = 16 C 36. Pada dua titik sudut sebuah segitiga sama sisi yang panjang sisinya 3 cm diletakkan muatan listrik masing-masing –9 C dan +24 C. Berapa kuat medan listrik pada titik sudut yang ketiga? E = 21107 N/C 37. Pada sebuah persegi panjang ABCD seperti gambar di samping, muatan listrik QA = – 7,5 pC diletakkan pada titik A muatan QC diletakkan pada titik C. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik D kuat medannya = 195 N/C. Berapa besar QC? QC = 32 pC 38. Pada suatu sistem koordinat, muatan listrik QA = –7,5 pC diletakkan pada titik (–4 cm, 0 cm) muatan QB diletakkan pada titik (0 cm, 3 cm) Karena pengaruh kedua muatan, + – QC QA 4 cm 3cm B D + – Q2 Q1
  • 31. Listrik Statis 102 pada titik (–4 cm, 3 cm) kuat medannya = 195 N/C. Berapa besar QB? QB = 32 pC 39. Muatan QA = 25 C dan muatan QB = +9 C terpisah pada jarak 4 cm. Karena pengaruh kedua muatan tersebut berapa kuat medan listrik pada titik P yang berjarak 5 cm dari muatan QA dan berjarak 3 cm dari muatan QB? E = 9107 N/C 40. Muatan QA = + 48 C dan muatan QB = – 75 C terpisah pada jarak 3 cm. Karena pengaruh kedua muatan tersebut berapa kuat medan listrik pada titik P yang berjarak 4 cm dari muatan QA dan berjarak 5 cm dari muatan QB? E = 2,7108 N/C 41. Dua buah muatan listrik QA dan QB = –2,4 C bermuatan positif, tetapi belum diketahui besarnya terpisah pada jarak 13 cm. Karena pengaruh kedua muatan tersebut, pada titik T yang berjarak 5 cm dari muatan QA dan berjarak 12 cm dari muatan QB kuat medan listriknya = 3,9106 N/C. Berapa besar muatan QA? QA = 1 C 42. Karena pengaruh sebuah muatan Q,pada sebuah titik yang berjarak 5 cm kuat medan listriknya 1600 N/C. Karena pengaruh muatan itu juga, berapa kuat medan listrik pada titik yang berjarak 8 cm? E' = 625 N/C Energi Potensial Listrik 43. Lengkapi tabel berikut yang menunjukkan hubungan antara muatan Q dan q yang terpisah pada jarak r dengan energi potensial yang dihasilkannya! No. Q (C) q (C) r (cm) EP (Joule) a 8 4 6 b 9 5 13,5 c 10 5 12,6 d 6 9 6,6 a) EP = 4,8 Joule b) r = 3 cm c) q = 7 C d) Q = 11 C 44. Atom lithium intinya bermuatan +4,810– 19 C. Elektron terluarnya bergerak mengelilinginya inti dengan jari–jari lintasan dianggap 6,410–11 meter. Jika muatan elektron –1,610–19 C berapa energi potensialnya? EP = 1,0810–17 Joule 45. Atom hidrogen intinya terdiri atas sebuah proton yang mempunyai muatan 1,610–19 C dan sebuah elektron yang mengelilinginya bermuatan –1,610–19 C. Jika jari–jari lintasan elektron dianggap 1,05610–10 meter, berapa energi potensialnya? EP = 2,181810–18 Joule 46. Muatan Q = –9q terpisah pada jarak 3 cm sehingga masing-masing mempunyai energi potensial –10,8 Joule. Berapa besar muatan Q? Q = 18 C 47. Dua buah muatan listrik sejenis Q dan q, yang mana Q = 3q, ketika terpisah sejauh r, karena saling mempengaruhi masing- masing mengalami gaya 30 newton dan masing-masing mempunyai energi potensial 1,8 Joule. Berapa besar Q dan r? r = 6 cm & Q = 6 C 48. Muatan Q = – 3 1 q terpisah pada jarak 8 cm sehingga masing-masing mempunyai energi potensial –1,35 Joule. Berapa besar muatan Q? Q = 2  C 49. Muatan Q = q + 2 C terpisah pada jarak 9 cm. Akibatnya masing-masing mempunyai energi potensial +2,4 Joule. Berapa besar muatan q? q = 8 C 50. Muatan Q = q – 4 C terpisah pada jarak 4 cm. Akibatnya masing-masing mempunyai energi potensial +10,125 Joule. Berapa besar muatan q? q = 9 C 51. Dua buah titik masing-masing berjarak 3 cm dan 5 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat medannya = 3,2107 N/C. Berapa besar Q? Q = 5 C 52. Dua buah titik masing-masing berjarak 4 cm dan 6 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat medannya = 2,5107 N/C. Berapa besar Q? Q = 8 C 53. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 = 5 C diletakkan pada titik (3 cm , 0). Muatan positif Q2 diletakkan pada titik (0 , 6 cm). Karena pengaruh kedua muatan, pada titik (0 , 0) kuat medan listriknya =
  • 32. Listrik Statis 103 52107 N/C. Berapa besar muatan Q2? Q2 = 20 C 54. Muatan QA = +2 C dan muatan QB = –8 C terpisah pada jarak 3 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat medannya = 0. Berapa jarak titik P ke muatan A? rA = 3 cm 55. Muatan QA = –3 C dan muatan QB = +12 C terpisah pada jarak 4 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat medannya = 0. Berapa jarak titik P ke muatan A? rA = 4 cm 56. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 = 8 C diletakkan pada titik (0 , 4 cm). Muatan positif Q2 diletakkan pada titik (3 cm , 0). Karena pengaruh kedua muatan, pada titik (0 , 0) kuat medan listriknya = 4,52106 N/C. Berapa besar muatan Q2? Q2 = 4,5 C 57. Muatan QA = +5 C dan muatan QB = –20 C terpisah pada jarak 5 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat medannya = 0. Berapa jarak titik P ke muatan A? rA = 5 cm 58. Dua buah titik masing-masing berjarak 2 cm dan 6 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat medannya = 1,8108 N/C. Berapa besar Q? Q = 9 C 59. Muatan QA = –6 C dan muatan QB = +24 C terpisah pada jarak 2 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik P kuat medannya = 0. Berapa jarak titik P ke muatan A? rA = 2 cm 60. Dua buah titik masing-masing berjarak 3 cm dan 4 cm dari muatan listrik Q. Selisih kuat medannya = 5,25107 N/C. Berapa besar Q? Q = 12 C 61. Pada suatu sistem koordinat, muatan Q1 = 6 C diletakkan pada titik (–3 cm , 0). Muatan positif Q2 diletakkan pada titik (0 , –6 cm). Karena pengaruh kedua muatan, pada titik (0 , 0) kuat medan listriknya = 62107 N/C. Berapa besar muatan Q2? Q2 = 24 C Potensial Listrik 62. Lengkapilah tabel berikut yang menunjukkan hubungan antara besar muatan listrik (Q) yang menghasilkan potensial (V) pada titik yang berjarak r. No.Q (C)r (cm) V(volt) a. + 4 5 b. – 6 –1.05106 c. 9 2.7106 a) 7,2105 volt b) 4 cm c) 8 C 63. Pada suatu sistem koordinat muatan Q1 = 12 C diletakkan pada titik (–4 cm, 0) dan Q2 = –8 C diletakkan pada titik (2 cm, 0). Karena pengaruh kedua muatantersebut: a) berapa potensial listrik pada titik (1 cm, 0)? b) di titik manakah yang potensial listriknya nol? a) 7,2105 volt b) (2 cm, 0) 64. Pada suatu sistem koordinat muatan Q1 = – 9 C diletakkan pada titik (0 , 4 cm) dan Q2 = 6 C diletakkan pada titik (0 , –1 cm). Karena pengaruh kedua muatan tersebut: a) berapa potensial listrik pada titik (0, 2 cm)? b) di titik manakah yang potensial listriknya nol? a) 2,25106 volt b) (0 , 1 cm) 65. Pada dua titik sudut yang berseberangan sebuah persegi panjang yang panjang sisinya 3 cm dan 4 cm diletakkan muatan listrik sejenis. Akibatnya pada titik sudut yang lain potensialnya 63 volt. Berapa potensial listrik pada titik potong diagonalnya? VO = 72 volt 66. Pada 3 titik sudut sebuah bujur sangkar yang panjang sisinya 6 cm diletakkan muatan listrik masing-masing 15 C. Berapa potensial total pada titik sudut yang keempat? (45 + 11,252)105 volt 67. Pada titik sudut A, B, dan C sebuah segi empat ABCD, yang mana AB = CD = 6 cm dan BC = AD = 8 cm diletakkan muatan listrik masing-masing 48 C. Berapa potensial total pada titik sudut D? V = 1,665109 volt 68. Berapa potensial listrik pada sebuah titik
  • 33. Listrik Statis 104 yang berjarak 18 cm dari sebuah muatan, jika pada titik yang berjarak 4 cm karena pengaruh muatan yang sama potensialnya – 270 volt? V' = – 60 volt 69. Berapa potensial listrik pada sebuah titik yang berjarak 6 cm dari sebuah muatan, jika pada titik yang berjarak 15 cm karena pengaruh muatan yang sama potensialnya 20 volt? V' = 50 volt 70. Pada sebuah titik karena pengaruh sebuah muatan yang berjarak r kuat medan listriknya 8000 N/C dan potensial listriknya 2,4104 volt. Berapa besarnya muatan? Q = 8 C 71. Pada sebuah titik karena pengaruh sebuah muatan yang berjarak r kuat medan listriknya 3,375107 N/C dan potensial listriknya 1,35106 volt. Berapa besarnya muatan? Q = 6 C 72. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah segitiga siku-siku sama kaki yang panjang sisi kakinya 4 cm diletakkan muatan listrik Q1 = –82 C. Sedangkan pada titik sudut sikunya diletakkan muatan positif Q2. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik sudut kaki yang lain potensialnya – 4,5105 volt. Berapa besar muatan Q2? Q2 = 6 C 73. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah segitiga siku-siku sama kaki yang panjang sisi kakinya 4 cm diletakkan muatan listrik Q1 = –42 C. Sedangkan pada titik sudut sikunya diletakkan muatan positif Q2. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik sudut kaki yang lain potensialnya 9105 volt. Berapa besar muatan Q2? Q2 = 8 C 74. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan listrik Q = 6 C. Selisih jarak kedua titik dari muatan = 1 cm. Jika selisih potensialnya = 9105 volt, berapa besar x dan y dalam cm? x = 2 cm dan y = 3 cm 75. Muatan Qa = –4 C dan muatan Qb = +9 C terpisah pada jarak 5 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik T potensial listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa dan berjarak b dari Qb, berapa besar a dan b berturut-turut dalam cm? a = 2 cm dan b = 4,5 cm 76. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan listrik Q = 2 C. Selisih jarak kedua titik dari muatan = 3 cm. Jika selisih potensialnya = 5,4105 volt, berapa besar x dan y dalam cm? x = 2 cm dan y = 5 cm 77. Muatan Qa = +8 C dan muatan Qb = –2 C terpisah pada jarak 3 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik T potensial listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa dan berjarak b dari Qb, berapa besar a dan b berturut-turut dalam cm? a = 4 cm dan b = 1 cm 78. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan listrik Q = 9 C. Selisih jarak kedua titik dari muatan = 2 cm. Jika selisih potensialnya = 1,08106 volt, berapa besar x dan y dalam cm? x = 3 cm dan y = 5 cm 79. Muatan Qa = +2 C dan muatan Qb = –8 C terpisah pada jarak 2 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik T potensial listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa dan berjarak b dari Qb, berapa besar a dan b berturut-turut dalam cm? a = 1 cm dan b = 4 cm 80. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah segitiga siku-siku sama kaki yang panjang sisi kakinya 8 cm diletakkan muatan listrik –162 C. Sedangkan pada titik sudut sikunya diletakkan muatan positif Q. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik sudut kaki yang lain potensialnya – 4,5105 volt. Berapa besar muatan Q? Q = 12 C 81. Pada salah satu titik sudut kaki sebuah segitiga siku-siku sama kaki yang panjang sisi kakinya 8 cm diletakkan muatan listrik –82 C. Sedangkan pada titik sudut sikunya diletakkan muatan positif Q. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik sudut kaki yang lain potensialnya 9105 volt. Berapa besar muatan Q? Q = 16 C 82. Dua buah titik berjarak x dan y dari muatan listrik Q = 8 C. Selisih jarak kedua titik dari muatan = 2 cm. Jika selisih
  • 34. Listrik Statis 105 potensialnya = 1,8106 volt, berapa cm besar x dan y? x = 3 cm dan y = 5 cm 83. Muatan Qa = –9 C dan muatan Qb = +4 C terpisah pada jarak 4 cm. Karena pengaruh kedua muatan, pada titik T potensial listriknya = 0. Jika titik T berjarak a dari Qa dan berjarak b dari Qb, berapa cm besar a dan b? a = 4,5 cm dan b = 2 cm 84. Pada dua titik sudut yang berseberangan sebuah bujur sangkar yang panjang sisinya 6 cm diletakkan muatan listrik sejenis. Akibatnya pada titik sudut yang lain potensialnya 272 volt. Berapa potensial listrik pada titik potong diagonalnya? VO = 54 volt 85. Pada dua titik sudut yang berseberangan sebuah bujur sangkar yang panjang sisinya 8 cm diletakkan muatan listrik sejenis. Akibatnya pada titik sudut yang lain potensialnya 542 volt. Berapa potensial listrik pada titik potong diagonalnya? VO = 1082 volt 86. Muatan listrik QA = –20 C dan QB = +15 C terpisah pada jarak 7 cm. Titik P terletak pada garis hubung antara kedua muatan. Karena pengaruh kedua muatan, jika potensial listrik pada titik P = 0, berapa kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan B saja? VO = 1,5108 N/C 87. Muatan listrik QA = +15 C dan QB = – 10 C terpisah pada jarak 5 cm. Titik P terletak pada garis hubung antara kedua muatan. Karena pengaruh kedua muatan, jika potensial listrik pada titik P = 0, berapa kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan B saja? EB = 3,75108 N/C 88. Dua buah muatan listrik sejenis Q dan q, yang mana Q = 4q, ketika terpisah sejauh r, karena saling mempengaruhi masing- masing mengalami gaya 160 newton dan masing-masing mempunyai energi potensial 14,4 Joule. Berapa besar Q dan r? Q = 24 C 89. Titik A berjarak a dari muatan listrik 60 pC. Titik B berjarak 4a dari muatan yang sama. Jika beda potensial antara kedua titik 13,5 volt, berapa besar a? a = 3 cm Energi Potensial Listrik & Usaha 90. Dua bola identik bermuatan Q1 dan Q2 terpisah sejauh 6 cm masing-masing menyimpan energi potensial = 4,8 Joule. Kemudian kedua bola disentuhkan lalu dipisahkan sejauh 6 cm lagi, sekarang energi potensialnya = 5,6 Joule. Berapa besar Q2? EP = 4 C 91. Dua bola identik bermuatan Q1 dan Q2 terpisah sejauh 5 cm masing-masing menyimpan energi potensial = 1,44 J. Kemudian kedua bola disentuhkan lalu dipisahkan sejauh 5 cm lagi, sekarang energi potensialnya = 1,62 Joule. Berapa besar Q2? Q2 = 4C Hukum Kekekalan Energi 92. Dua buah elektron masing-masing dianggap muatan dan massanya 1,610–19 C dan 910–31 kg mula-mula terpisah sejauh 4 cm, kemudian dilepaskan. Karena saling tolak- menolak maka kedua elektron bergerak saling menjauh. Ketika jarak kedua elektron 8 cm, kecepatannya berubah menjadi berapa m/s? v = 80 m/s 93. Dua buah elektron masing-masing muatan dan massanya 1,610–19 C dan 910–31 kg mula-mula terpisah sejauh 25 cm, kemudian dilepaskan. Karena saling tolak-menolak maka kedua elektron bergerak saling menjauh. Ketika jarak kedua elektron 50 cm, kecepatannya berubah menjadi berapa m/s? v = 32 m/s 94. Berapa Joule besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q = 3 C dari titik yang berjarak 4 cm ke titik yang berjarak 8 cm terhadap muatan Q = –16 C? W = 7,2 Joule 95. Berapa Joule besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q = – 3 C dari titik yang berjarak 12 cm ke titik yang berjarak 5 cm terhadap muatan Q = 15 C? W = 4,72510–9 Joule 96. Berapa besarnya usaha yang diperlukan
  • 35. Listrik Statis 106 untuk memindahkan muatan q = 4 C dari titik yang berpotensial 100 volt ke titik yang berpotensial 300 volt? W = 810–4 Joule 97. Berapa besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q = –2 C dari titik yang berpotensial 50 volt ke titik yang berpotensial 250 volt? W = 410–4 Joule 98. Sebuah partikel massanya m = 310–10 kg bermuatan q = +4 C dilepaskan dari titik yang berjarak 8 cm terhadap muatan Q = – 9 C. Berapa kecepatan partikel q ketika berada pada jarak 6 cm? v = 106 m/det 99. Sebuah partikel massanya m = 210–10 kg bermuatan q = +12 C dilepaskan dari titik yang berjarak 9 cm dari muatan Q = – 24 C. Berapa kecepatan partikel q ketika berada pada jarak 3 cm? v = 2,4106 m/det 100. Diketahui muatan proton = +1,610–19 C, muatan elektron = –1,610–19 C dan dianggap massa elektron = 910–31 kg. Mula-mula elektron berada pada jarak 8 cm dari proton, kemudian dilepaskan tanpa kecepatan awal. Berapa kecepatan elektron ketika berjarak 4 cm dari proton? v2 = 80 m/s 101. Pada sebuah titik berpotensial 100 volt diletakkan muatan listrik sebesar 8 C. Berapa energi potensial yang diperoleh muatan tersebut? EP = 810–4 Joule 102. Pada sebuah titik berpotensial 30 volt diletakkan muatan listrik sebesar 7 C. Berapa energi potensial yang diperoleh muatan tersebut? EP = 2,110–4 Joule Bola Konduktor 103. Sebuah bola konduktor berjari–jari 8 cm diberi muatan 12 C. Berapa besar: a) Kuat Medan dan Potensial listrik pada titik yang berjarak: (1) 16 cm? (2) 8 cm? (3) 6 cm dari pusat bola? b) Usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan 3 C dari titik yang berjarak 16 cm ke titik yang berjarak 6 cm dari permukaan bola? c) kapasitas bola? d) energi yang tersimpan pada bola? a) (1) EA = 64 27 107 N/C dan VA = 64 27 105 volt (2) EB = 16 27 107 N/C dan VB = 13,5105 volt (3) EC = 0 dan VB = 13,5105 volt b) 2,025 Joule c) 9 80 pF d) 16,2 Joule 104. Bola A berjari–jari 3,6 cm diberi muatan 4 C. Bola B berjari–jari 5,4 cm diberi muatan 3 C. Kemudian kedua bola disentuhkan, lalu dipisahkan lagi pada jarak 15 cm (dari pusat masing-masing). Setelah dipisah lagi: a) berapa potensial masing-masing bola? b) muatan yang disimpan masing-masing bola? c) energi yang disimpan masing-masing bola? d) energi yang hilang? e) gaya yang dialami masing-masing bola? a) V'A = V'B = 7105 volt b) Q'A = 2,8 C & Q'B = 4,2 C c) W'A = 0,98 Joule & W'B = 1,47 Joule d) Whilang = 5,25 Joule e) F' = 47,04 N 105. Bola A berjari–jari 1,8 cm diberi muatan 8 C. Bola B berjari–jari 2,7 cm diberi muatan 27 C. Kemudian kedua bola disentuhkan, lalu dipisahkan lagi pada jarak 7 cm (dari pusat masing-masing) . Setelah dipisah lagi: a) berapa potensial masing-masing bola? b) muatan yang disimpan masing-masing bola? c) energi yang disimpan masing-masing bola? d) energi yang hilang? e) gaya yang dialami masing-masing bola? a) V'A = V'B = 7105 volt b) Q'A = 1,4 C & Q'B = 2,1 C c) W'A = 0,49 Joule & W'B = 0,375 J d) Whilang = 0,15 Joule e) F' = 54 N 106. Sebuah bola konduktor jari-jarinya 10 cm diberi muatan 60 C. Kemudian sebuah partikel massanya 310–12 kg bermuatan 0,3 C dilepaskan dari permukaannya. Setelah menempuh jarak 50 cm kecepatannya berubah menjadi berapa m/s? v = 30105 m/s 107. Sebuah bola konduktor jari-jarinya 20 cm diberi muatan 90 C. Kemudian sebuah partikel massanya 210–11 kg bermuatan 3 C dilepaskan dari permukaannya. Setelah menempuh jarak 60 cm kecepatannya
  • 36. Listrik Statis 107 berubah menjadi berapa m/s? v = 9105 m/s 108. Sebuah bola konduktor bermuatan listrik. Kuat medan listrik dan potensial listrik di permukaannya berturut-turut 10 N/C dan 0,6 volt. Berapa besar muatan bola? Q = 4 pC 109. Sebuah bola konduktor bermuatan listrik. Kuat medan listrik dan potensial listrik di permukaannya berturut-turut 36 N/C dan 1,8 volt. Berapa besar muatan bola? 10 pC 110. Sebuah bola konduktor kapasitasnya 3 F diberi muatan listrik 12 C digabung dengan bola konduktor lain yang kapasitasnya 6 F. Setelah digabung muatan bola konduktor pertama bertambah 6 C. Berapa muatan bola konduktor kedua sebelum dan sesudah digabung? Q2 = 42 C 111. Bola A kapasitasnya 2 pF diberi muatan listrik 10 pC. Bola B kapasitasnya CB diberi muatan listrik 32 pC. Kemudian kedua bola disentuhkan. Setelah disentuhkan, energi listrik yang hilang 6 Joule. Berapa besar CB? CB = 4 pF 112. Bola A kapasitasnya 2 pF diberi muatan listrik 18 pC. Bola B kapasitasnya CB diberi muatan listrik 32 pC. Kemudian kedua bola disentuhkan. Setelah disentuhkan lalu dipisahkan sejauh 10 cm, sehingga keduanya saling tolak-menolak dengan gaya 7,210–12 N. Berapa besar CB? CB = 8 pF Keping Sejajar 113. Lengkapilah tabel berikut yang menunjukkan hubungan antara muatan (Q), kuat medan listrik (E), dan beda potensial (V) pada keping sejajar yang luasnya A dan terpisah sejauh d. No.A (cm2 ) d (cm) Q (pC) E (N/C) V (volt) a 0,5 4 15072 b 0,4 8478 76,302 c 0,6 0,4 45,216 d 0,9 0,8 5 a) A = 0,3 cm2 , V = 75,36 volt b) d = 0,9 cm, Q = 3 pC c) Q = 6 pC, E = 11304 N/C d) E = 6280 N/C, V = 50,24 volt 114. Dua buah keping sejajar terpisah pada jarak 0,5 cm diberi beda potensial 60 volt. Kemudian di antaranya diletakkan sebuah partikel bermuatan listrik 3 C. Berapa besar gaya yang dialami partikel tersebut? F = 0,36 N 115. Dua buah keping sejajar terpisah pada jarak 4 cm diberi beda potensial. Kemudian di antaranya diletakkan sebuah partikel bermuatan listrik 5 C. Bila besar gaya yang dialami partikel tersebut 3,7510–3 N, berapa beda potensial yang diberikan? V = 30 volt. 116. Dua buah keping sejajar luas penampangnya 6 cm2 diberi muatan Q. Kemudian di antaranya diletakkan partikel bermuatan listrik 2 C. Bila besar gaya yang dialami partikel 960 N, berapa besar Q? Q = 8 C 117. Dua buah keping sejajar luas penampangnya 4 cm2 diberi muatan 12 C. Kemudian di antaranya diletakkan partikel bermuatan listrik 3 C. Berapa besar gaya yang dialami partikel? F = 3240 N 118. Dua buah keping sejajar diletakkan horisontal berjarak 5 cm, diberi beda potensial. Kemudian sebuah bola kecil massanya 30 gram bermuatan 6 C diletakkan di antara kedua keping. Agar bola diam, berapa beda potensial kedua keping (percepatan gravitasi = 10 m/s2 ? V = 2500 volt 119. Dua buah keping sejajar diletakkan horisontal berjarak 4 cm, diberi beda potensial 3000 volt. Kemudian sebuah bola kecil massanya 60 mg bermuatan listrik diletakkan di antara kedua keping. Agar bola diam, berapa beda potensial kedua keping (percepatan gravitasi = 10 m/s2 )? q = 8 C 120. Dua buah keping sejajar diberi beda potensial 100 volt. Kemudian sebuah partikel yang massanya 6 mg dan bermuatan +12 C dilepaskan dari keping berpotensial tinggi. Berapa kecepatan partikel ketika sampai di keping berpotensial rendah? v = 20 m/s
  • 37. Listrik Statis 108 121. Dua buah keping sejajar diberi beda potensial 90 volt. Kemudian sebuah partikel yang massanya 21016 kg dan bermuatan +4 C dilepaskan dari keping berpotensial tinggi. Pada saat sampai di keping berpotensial rendah kecepatan partikel 105 m/det. Berapa beda potensial kedua keping? V = 25 volt 122. Dua keping sejajar vertikal berjarak 5 cm diberi beda potensial 30 volt. Kedalamnya diletakkan bola bermuatan 4 mC yang digantung tali. Setelah setimbang, tali membentuk sudut 30 terhadap vertikal. Berapa gaya tegangan tali? T = 4,8 N 123. Dua buah keping sejajar vertikal berjarak 5 cm diberi beda potensial 60 volt. Kemudian di antaranya diletakkan sebuah bola yang massanya 4 gram dan bermuatan listrik 8 C yang digantung pada benang (lihat Gambar 55 di atas). Bola mengalami gaya tolak keping bermuatan sejenis, akibatnya benang menyimpang. Bila percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 , berapa besar sudut simpangan benang terhadap vertikal?  = tg–1 0,24 124. Dua buah keping sejajar vertikal berjarak 3 cm diberi beda potensial 600 volt. Kemudian di antaranya diletakkan sebuah bola yang massanya 4 gram dan bermuatan listrik yang digantung pada benang (lihat Gambar 55 di atas). Bola mengalami gaya tolak keping bermuatan sejenis, akibatnya benang menyimpang sebesar 45. Bila percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 , berapa besar muatan bola? q = 2 C 125. Dua keping sejajar vertikal berjarak 4 cm diberi beda potensial 20 volt. Kedalamnya diletakkan bola bermuatan 5 mC yang digantung tali (lihat Gambar 55 di atas). Setelah setimbang, tali membentuk sudut 30 terhadap vertikal. Besar gaya tegangan tali? T = 5 N 126. Dua keping sejajar vertikal berjarak 5 cm diberi beda potensial 30 volt. Diantaranya diletakkan bola bermuatan 4 C yang digantung tali (lihat Gambar 55 di atas). Setelah setimbang, tali membentuk sudut 37 terhadap vertikal. Berapa besar massa bola? m = 3,210–4 kg 127. Dua keping sejajar vertikal berjarak 6 cm diberi beda potensial 25 volt. Kedalamnya diletakkan bola bermuatan 3 mC yang digantung tali (lihat Gambar 55 di atas). Setelah setimbang, tali membentuk sudut 30 terhadap vertikal. Berapa besar gaya tegangan tali? T = 2,5 N 128. Dua keping sejajar vertikal berjarak 8 cm diberi beda potensial 15 volt. Kedalamnya diletakkan bola bermuatan 4 mC yang digantung tali (lihat Gambar 55 di atas). Setelah setimbang, tali membentuk sudut 30 terhadap vertikal. Berapa besar gaya tegangan tali? T = 1,5 N Kapasitor 129. Lengkapilah tabel di bawah ini yang menunjukkan data pada kapasitor, A = luas penampang, d = jarak kedua keping, K = konstanta dielektrik di antara kedua keping, C = kapasitas kapasitor, V = beda potensial antara kedua keping, Q dan W = muatan dan energi yang disimpan. No. A (mm2 ) d (mm) K C (pF) V (volt) Q (C) W (pJoule) a. 0.34570 35 350 b. 30 80 15 4,05 c. 40 0.75 47.2 20 d. 0.88540 500 6.25 e. 60 50 17 7 f. 80 1.77 40 960 a) 20 mm2 , 10 volt, 1,7510–9 J b) 0,59 mm, 36 pF, 540 pC, c) 100, 944 pC, 9,4410–9 Joule d) 50 mm2 , 20 pF, 25 volt. e) 1,5 mm, 30 volt, 531 pC f) 60, 24 pF, 1,9210–8 Joule 130. Sebuah kapasitor kapasitasnya 2 F. Jika luas penampang maupun jarak kedua keping di 2 kalikan, berapa kapasitasnya sekarang? C = 2 F + q  m + + + + + + + + – – – – – – – – Gambar 55
  • 38. Listrik Statis 109 131. Sebuah kapasitor kapasitasnya 3 F. Jika luas penampang maupun jarak kedua keping di 3 kalikan, berapa kapasitasnya sekarang? C' = 3 F 132. Sebuah kapasitor bermuatan menyimpan energi sebesar 310–9 Joule. Bila beda potensialnya di 3 kalikan, berapa energi yang disimpannya sekarang? 2,710–8 Joule 133. Sebuah kapasitor bermuatan menyimpan energi sebesar W. Ketika beda potensialnya di 2 kalikan, energi yang disimpannya sekarang bertambah dengan 310–9 Joule. Berapa besar W? W = 10–9 Joule 134. Sebuah kapasitor tanpa bahan dielektrik kapasitasnya 3 pF. Kemudian di antara kepinya diisi bahan dielektrik yang konstanta dielektriknya 60. Berapa kapasitasnya sekarang? C' = 180 pF Rangkaian Kapasitor 135. Dua buah kapasitor bila dirangkai paralel kapasitas penggantinya 9 F. Tetapi bila dirangkai seri kapasitas penggantinya 2 F. Berapa kapasitas masing-masing kapasitor? 3 F dan 6 F 136. Dua buah kapasitor bila dirangkai paralel kapasitas penggantinya 16 F. Tetapi bila dirangkai seri kapasitas penggantinya 3 F. Berapa kapasitas masing-masing kapasitor? 4 F dan 12 F 137. Dua buah kapasitor kapasitasnya C1 dan C2, yang mana C1 < C2,dirangkai seperti gambar 56: a bC1 C2 c d C1 C2 Gambar 56 atas, maka kapasitas penggantinya Cab = 18 F, tetapi bila dirangkai seperti gambar bawah, maka kapasitas penggantinya Ccd = 4 F. Berapa kapasitas kapasitor C1 dan C2? C1 = 6 F 138. Pada rangkaian kapasitor gambar 57 di bawah, C1 = 9 F, C2 = 18 F dan C3 = 10 F. Bila energi listrik yang disimpan kapasitor C1 = 72 J, berapa muatan listrik yang disimpan oleh kapasitor C3? C3 = 60 C a b C1 C2 C3 a b C1 C2 C3 Gambar 57 Gambar 58 139. Pada rangkaian kapasitor gambar 58 di atas, C1 = 15 F, C2 = 10 F dan C3 = 12 F. Bila energi listrik yang disimpan kapasitor C2 = 45 J, berapa muatan listrik yang disimpan oleh kapasitor C3? Q3 = 60 C 140. Pada rangkaian kapasitor gambar 59 di bawah C1 = 6 F, C2 = 4 F dan C3 = 8 F, bila beda potensial ujung-ujung kapasitor C1 adalah 4 volt, berapa energi listrik yang disimpan kapasitor C2? W2 = 8 J C1 b a C3 C2 2Gambar 59 Gambar 60 141. Pada rangkaian kapasitor gambar 60 di atas, C1 = 3 F, C2 = 8 F dan C3 = 4 F bila energi listrik yang disimpan kapasitor C2 adalah 36 Joule, berapa muatan listrik yang disimpan oleh kapasitor C3? Q3 = 33 C 142. Tiga buah kapasitor kapasitasnya C1, C2 dan C3, yang mana C3 = 9 F. Bila dirangkai seperti gambar 61a, maka kapasitas penggantinya 6 F, tetapi bila dirangkai seperti gambar 61b, maka kapasitas penggantinya 13 F. a b C1 C3 C2 c d C1 C2 C3 (a) (b) Gambar 61 Berapa kapasitas kapasitor C1 dan C2? C1 = 6 F 143. Pada rangkaian tiga kapasitor gambar 62 di samping, C1 = 6 F, dan C2 = 12 F. Jika kapasitas pengganti ujung-ujung a dan c adalah 14 F, berapa besar kapasitas kapasitor C3? C3 = 3 F a b C1 C3 C2 Gambar 62 C2 C1 C3 b a c