Soal Energi Potensial Listrik dan Pembahasannya

Soal 1
Muatan titik 5 μC digeser posisinya dari 4 m menuju 2 m yang diukur terhadap muatan titik lainnya –25 mC. Tentukan usaha yang diperlukan untuk pemindahan posisi ini.

Jawab:
Diketahui q1 = 5 μC = 5 x 10-6 C, q2 = 25 mC = 25 x 10-3 C, r1 = 4 m dan r2 = 2 m, maka dengan menggunakan rumus
W12 = –kq1q2(1/r2 – 1/r1)
        = –9 x 109 x 5 x 10-6 x 25 x 10-3 (1/2 – 1/4)
W12 = 281,25 J

Soal 2
Sistem yang diberikan di bawah ini terdiri dari muatan q, –2q dan 4q. Tentukan total energi potensial listrik dari sistem!

Jawab:
Dari sistem di atas kita peroleh energi potensial totalnya adalah
EP = EP12 + EP13 + EP23 dengan
EP12 = kq1q2/r12 = k(-2q)(q)/3x = –2kq2/3x
EP13 = kq1q3/r13 = k(-2q)(4q)/5x = –6kq2/5x
EP23 = kq2q3/r23 = k(q)(4q)/4x = +kq2/x
Maka
EPtotal = = –2kq2/3x + (–6kq2/5x) + kq2/x = –13kq2/15x

Soal 3
Tentukan besar usaha dan energi potensial listrik untuk memindahkan sebuah muatan 3,0 μC dari sebuah titik yang berpotensial +12 V ke titik yang berpotensial –20 V?

Jawab:
Energi potensial listrik diberikan oleh
ΔEP = q(V2V1) = 3,0 x 10-6 (–20 – 12) = –96 J
Besar usaha yang diperlukan sebesar
W = –ΔEP = 96 V

Soal 4
Dalam sebuah medan listrik homogen E = 270 N/m, muatan q = 5 μC berpindah dari posisi A ke posisi B sejauh 20 cm sejajar medan listrik dan selanjutnya di arahkan ke titik C 300 terhadap arah medan listrik sejauh 10 cm (Perhatikan gambar di bawah ini). Tentukan Perubahan energi potensial listrik dari titik (a) A ke titik B, (b) B ke titik C dan (c) A ke titik C!

Jawab:
Besar medan listrik E = 270 N/m, q = 5 x 10-6 C, muatan q = 5 μC = 5 x 10-6 C.

Untuk mencari perubahan energi potensial listrik, kita gunakan konsep
ΔEP = –W = –Fd cos θ = –qEd cos θ, maka
(a) dari A ke B
ΔEPAB = –qEd cos θ = –5 x 10-6 x 270 x 0,2 m cos 00
ΔEPAB = –2,7 x 10-4 J
(b) dari B ke C
ΔEPBC = –qEd cos θ = –5 x 10-6 x 270 x 0,1 m cos 300
ΔEPBC = –6,75 x 10-5 J
(c) dari A ke C
ΔEPAC = ΔEPAB + ΔEPBC = –3,375 x 10-5 J

Soal 5
Vektor medan listrik diberikan oleh E = (0,5x + 2y)i + 2xj (N/C). Tentukan usaha untuk memindahkan muatan q = –2μC dalam medan listrik ini dari (a) (0,0,0) ke (4,0,0)m, (b) (4,0,0) ke (4,2,0) m dan (c) (4,2,0) ke (0,0,0) sepanjang garis lurus.

Jawab:
Jika muatan bergerak dari titik A ke titik B maka usaha yang dilakukan oleh medan listrik diberikan oleh
                                                                                W = ∫qE.ds
Dalam hal ini integral dihitung sepanjang lintasan menghubungkan titik A dan B. Maka,
(a) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wa = ∫04(y = 0)qExdx = ∫04(y = 0)q(0,5x)dx = q(0,5)(0,5)(4)2 = 4q = –8 x 10-6 J
(b) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wb = ∫02(x = 4)qEydy = ∫02(x = 4)q(2)(4)dy = q(8)(2) = 16q = –3,2 x 10-5 J
(c) Kita menghitung integral sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik awal dan titik akhir:
Wc = ∫AB(y = x/2)q(Exdx + Eydy) = ∫AB(y = x/2)q[(0,5x + 2y)dx + (2x)dy]
       = ∫x 0= 4 q[(0,5x + x)dx + (2x)dx/2]
Wc = ∫x 0= 4 q(2,5x)dx = –20q = 4,0 x 10-5 J

0 Response to "Soal Energi Potensial Listrik dan Pembahasannya"

Post a Comment

Sobat ASF! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!

Note: Only a member of this blog may post a comment.

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel