Soal:
Dua muatan titik \( q_1 = +2 \, \mu\text{C} \) dan \( q_2 = -3 \, \mu\text{C} \) dipisahkan oleh jarak 5 cm di ruang hampa. Berapakah energi potensial listrik dari sistem ini?
a. \( -1.08 \, \text{J} \)
b. \( -2.16 \, \text{J} \)
c. \( -3.24 \, \text{J} \)
d. \( -4.32 \, \text{J} \)
e. \( -5.40 \, \text{J} \)
Jawaban: a
Pembahasan:
Diketahui:
– \( q_1 = +2 \, \mu\text{C} = +2 \times 10^{-6} \, \text{C} \)
– \( q_2 = -3 \, \mu\text{C} = -3 \times 10^{-6} \, \text{C} \)
– Jarak \( r = 5 \, \text{cm} = 0.05 \, \text{m} \)
– Konstanta Coulomb \( k_e = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \)
Energi potensial listrik dihitung dengan persamaan:
\[ U = k_e \frac{q_1 q_2}{r} \]
\[ U = 8.99 \times 10^9 \frac{(2 \times 10^{-6})(-3 \times 10^{-6})}{0.05} \]
\[ U = 8.99 \times 10^9 \frac{-6 \times 10^{-12}}{0.05} \]
\[ U = -1.08 \, \text{J} \]
Soal 2: Potensial Listrik di Sekitar Muatan Titik
Soal:
Berapakah potensial listrik di titik yang berjarak 10 cm dari muatan titik \( +5 \, \mu\text{C} \) di ruang hampa?
a. \( 4.495 \times 10^4 \, \text{V} \)
b. \( 4.995 \times 10^4 \, \text{V} \)
c. \( 5.495 \times 10^4 \, \text{V} \)
d. \( 5.995 \times 10^4 \, \text{V} \)
e. \( 6.495 \times 10^4 \, \text{V} \)
Jawaban: d
Pembahasan:
Diketahui:
– Muatan \( Q = +5 \, \mu\text{C} = +5 \times 10^{-6} \, \text{C} \)
– Jarak \( r = 10 \, \text{cm} = 0.1 \, \text{m} \)
– Konstanta Coulomb \( k_e = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \)
Potensial listrik dihitung dengan persamaan:
\[ V = k_e \frac{Q}{r} \]
\[ V = 8.99 \times 10^9 \frac{5 \times 10^{-6}}{0.1} \]
\[ V = 8.99 \times 10^9 \frac{5 \times 10^{-6}}{0.1} \]
\[ V = 4.495 \times 10^4 \]
Soal 3: Hubungan antara Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik
Soal:
Sebuah muatan \( +1 \, \mu\text{C} \) ditempatkan pada titik dengan potensial listrik \( +500 \, \text{V} \). Berapakah energi potensial listrik dari muatan tersebut?
a. \( 0.05 \, \text{J} \)
b. \( 0.5 \, \text{J} \)
c. \( 5 \, \text{J} \)
d. \( 50 \, \text{J} \)
e. \( 500 \, \text{J} \)
Jawaban: a
Pembahasan:
Diketahui:
– Muatan \( q = +1 \, \mu\text{C} = +1 \times 10^{-6} \, \text{C} \)
– Potensial listrik \( V = +500 \, \text{V} \)
Energi potensial listrik dihitung dengan persamaan:
\[ U = qV \]
\[ U = (1 \times 10^{-6})(500) \]
\[ U = 0.05 \, \text{J} \]
Soal 4: Potensial Listrik dan Medan Listrik
Soal:
Medan listrik seragam memiliki besar \( 200 \, \text{N/C} \) dan diarahkan sepanjang sumbu x. Berapakah perubahan potensial listrik jika seseorang bergerak sejauh 3 meter sepanjang sumbu x dalam arah yang berlawanan dengan medan listrik?
a. \( +600 \, \text{V} \)
b. \( -600 \, \text{V} \)
c. \( +400 \, \text{V} \)
d. \( -400 \, \text{V} \)
e. \( 0 \, \text{V} \)
Jawaban: a
Pembahasan:
Diketahui:
– Medan listrik \( E = 200 \, \text{N/C} \)
– Jarak \( d = 3 \, \text{m} \)
Perubahan potensial listrik dihitung dengan persamaan:
\[ \Delta V = -E \cdot d \]
Karena bergerak berlawanan arah dengan medan listrik, tanda negatif berubah menjadi positif:
\[ \Delta V = 200 \times 3 \]
\[ \Delta V = 600 \, \text{V} \]
Soal 5: Energi Potensial Listrik dalam Kapasitor
Soal:
Sebuah kapasitor dengan kapasitas \( 10 \, \mu\text{F} \) diisi hingga potensial \( 100 \, \text{V} \). Berapakah energi potensial listrik yang tersimpan dalam kapasitor tersebut?
a. \( 0.05 \, \text{J} \)
b. \( 0.1 \, \text{J} \)
c. \( 0.5 \, \text{J} \)
d. \( 1 \, \text{J} \)
e. \( 5 \, \text{J} \)
Jawaban: b
Pembahasan:
Diketahui:
– Kapasitansi \( C = 10 \, \mu\text{F} = 10 \times 10^{-6} \, \text{F} \)
– Potensial \( V = 100 \, \text{V} \)
Energi potensial listrik dalam kapasitor dihitung dengan persamaan:
\[ U = \frac{1}{2}CV^2 \]
\[ U = \frac{1}{2}(10 \times 10^{-6})(100)^2 \]
\[ U = \frac{1}{2}(10 \times 10^{-6})(10000) \]
\[ U = 0.05 \]
Semoga soal-soal ini membantu memperdalam pemahaman tentang energi potensial listrik dan potensial listrik.