Thursday, June 5, 2014

Pengertian Energi Potensial Listrik, Rumus, Contoh Soal, Bola Konduktor Bermuatan, Keping Sejajar, Jawaban, Fisika


Pada Gambar 1. memperlihatkan sebuah muatan listrik +q' di dalam medan listrik homogen yang ditimbulkan oleh muatan listrik +q, dipindahkan dari titik a ke b dengan lintasan Δs.
Muatan q' dipindahkan di dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan q
Gambar 1. Muatan q' dipindahkan di dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan q.
Untuk memindahkan muatan dari titik a ke b diperlukan usaha (W ). Usaha yang diperlukan oleh muatan untuk berpindah sepanjang Δs adalah ΔW . Apabila posisi a adalah ra dan posisi b adalah rb, besar usaha yang dilakukan dapat dirumuskan sebagai berikut:
gaya elektrostatis pada titik a b
Fa adalah (gaya elektrostatis pada titik a)

Fb adalah (gaya elektrostatis pada titik b)

Untuk Δs yang kecil ( Δs mendekati nol) lintasan perpindahan muatan +q' dapat dianggap lurus, dan gaya elektrostatis rata-rata selama muatan +q' dipindahkan dapat dinyatakan:
gaya elektrostatis rata-rata selama muatan +q' dipindahkan
Untuk memindahkan muatan q' dari a ke b tanpa kecepatan, diperlukan gaya F yang besarnya sama dengan Fc, tetapi arahnya berlawanan.

Jadi,
Apabila arah gaya F terhadap arah perpindahan muatan +q' bersudut α , maka usaha perpindahan muatan +q' dari a ke b adalah:

ΔW = F . Δs .cos α
ΔW = -Fc. Δs .cos α ............................................ (1)

Usaha pemindahan muatan +q' dari a ke b sama dengan beda energi potensial listrik di titik a dan b.

ΔEp = ΔW
ΔEp = -Fc cos α .................................................... (2)

persamaan di atas, besar usaha untuk memindahkan suatu muatan dari titik a ke titik b dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.
besar usaha untuk memindahkan suatu muatan dari titik a ke titik b
Berdasarkan persamaan (3) diketahui bahwa usaha tidak bergantung pada panjang lintasan yang ditempuh, tetapi hanya bergantung pada kedudukan awal dan akhir saja. Medan gaya yang demikian dinamakan medan gaya konservatif.

Jika muatan +q' semula pada jarak tak terhingga (∼), besar energi potensialnya adalah nol. Dengan demikian, apabila muatan +q' dipindahkan dari tempat yang jauh tak terhingga ke suatu titik b, besar usahanya adalah sebagai berikut:
usaha apabila muatan +q' dipindahkan dari tempat yang jauh tak terhingga ke suatu titik b
Jadi, untuk sembarang titik, besar energi potensialnya dirumuskan:
energi potensial untuk sembarang titik
dengan:


Ep = energi potensial listrik (J)
r = jarak antara +q dan -q (m)
q,q' = muatan listrik (C)
k = konstanta pembanding (9 × 109 Nm2/C2)

Contoh Soal 1 :

Sebuah muatan listrik dipindahkan dalam medan listrik homogen dengan gaya sebesar  sejauh 20 cm. Jika arah gaya bersudut 30o terhadap perpindahan muatan listrik, berapa beda potensial listrik tempat kedudukan awal dan akhir muatan listrik tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui: 

F = 

Δs = 20 cm = 2 × 10-1 m
α = 30o

Ditanya: ΔEp = ... ?

Pembahasan :
beda potensial listrik tempat kedudukan awal dan akhir muatan listrik
Contoh Soal 2 :

Titik P, Q, dan R terletak pada satu garis dengan PQ = 2 m dan QR = 3 m. Pada masing-masing titik terdapat muatan 2 μC, 3 μC, dan -5 μC. Tentukan besarnya energi potensial muatan di Q!
Titik P, Q, dan R terletak pada satu garis
Penyelesaian:

Diketahui: 


PQ = 2 m
QR = 3 m
qP = 2 μC = 2 × 10-6 C
qQ = 3 μC = 3 × 10-6 C
qR = -5 μC = -5 × 10-6 C

Ditanya: EpQ = ...?

Pembahasan :
Energi potensial


Ep di Q = Ep1 + Ep2 (karena besaran skalar)
EpQ = (27 × 10-3) + (45 × 10-3) = 72 × 10-3 J = 7,2 × 10-2 J


Potensial listrik yaitu energi potensial tiap satu satuan muatan positif.
Potensial listrik bergantung pada muatan q1, q2, dan q3
Gambar 2. Potensial listrik bergantung pada muatan q1, q2, dan q3..
Potensial listrik termasuk besaran skalar, dan secara matematis dapat dirumuskan:

V = Ep / q .......................................................... (6)

Beda potensial (tegangan) antara dua titik yang berada di dalam medan listrik homogen, yaitu:
Beda potensial (tegangan) antara dua titik yang berada di dalam medan listrik homogen
Beda potensial kadang-kadang ditulis dengan persamaan ΔV = V1 – V2, untuk selanjutnya hanya ditulis V saja. Sesuai dengan batasan di atas, potensial listrik suatu titik sejauh r dari muatan q besarnya dapat dinyatakan sebagai berikut:
potensial listrik suatu titik sejauh r dari muatan q
dengan:

V = potensial listrik (volt)
q = muatan listrik (coulomb)
r = jarak (meter)

Jika terdiri atas beberapa muatan sumber, besarnya potensial listrik adalah jumlah aljabar biasa dari masing-masing potensial. Misalnya, kumpulan muatan sumber adalah q1, q2, dan q3, maka potensial listrik pada titik P adalah:
potensial listrik pada titik
dengan r1 adalah jarak antara q1 ke P, r2 adalah jarak q2 ke P, dan r3 adalah jarak q3 ke P. Potensial listrik merupakan besaran skalar, sehingga dalam memasukkan tanda positif atau negatif pada muatan harus dengan benar.

Contoh Soal 3 :

Bola kecil bermuatan +2 μC , -2 μC , 3 μC , dan -6 μC diletakkan di titik-titik sudut sebuah persegi yang mempunyai panjang diagonal 0,2 m. Hitung potensial listrik di titik pusat persegi!
Bola kecil bermuatan diletakkan di titik-titik sudut sebuah persegi yang mempunyai panjang diagonal
Penyelesaian:

Diketahui:


q1 = +2 μC = 2 × 10-6
q2 = -2 μC = -2 × 10-6
q3= 3 μC = 3 × 10-6 C
q4 = -6 μC = -6 × 10-6 C

Panjang diagonal = 2 × 10-1 m, sehingga jarak tiap-tiap muatan dari titik pusat


r1 = r2 = r3 = r4 = ½ (2×10-1)
r = 10-1 m

Ditanya: VP = ... ?

Pembahasan :
potensial listrik di titik pusat persegi

3. Potensial Listrik oleh Bola Konduktor Bermuatan


Potensial listrik di sekitar atau di dalam bola konduktor bermuatan dapat ditentukan dengan cara menganggap muatan bola berada di pusat bola.
Potensial listrik pada bola konduktor bermuatan
Gambar 3. Potensial listrik pada bola konduktor bermuatan.
Selanjutnya, potensial listrik di titik-titik pada suatu bola bermuatan, seperti diperlihatkan pada gambar di samping dapat ditentukan melalui persamaan (8), yaitu:
potensial listrik di titik-titik pada suatu bola bermuatan
Dari persamaan-persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa potensial listrik di dalam bola sama dengan di permukaan bola, sehingga:
potensial listrik di dalam bola sama dengan di permukaan bola
4. Potensial Listrik pada Keping Sejajar

Dua keping sejajar seluas A terpisah dengan jarak d masing-masing diberi muatan +q dan -q.
Potensial listrik pada keping sejajar
Gambar 4. Potensial listrik pada keping sejajar.
Rapat muatan listrik σ didefinisikan sebagai muatan listrik per satuan luas.

σ = q / A

Potensial listrik:

- di antara dua keping

V = E.r .............................................................. (12)

- di luar keping

V = E.d .............................................................. (13)

Anda sekarang sudah mengetahui Gelombang. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

No comments:

Post a Comment

Berkomentarlah secara bijak. Komentar yang tidak sesuai materi akan dianggap sebagai SPAM dan akan dihapus.
Aturan Berkomentar :
1. Gunakan nama anda (jangan anonymous), jika ingin berinteraksi dengan pengelola blog ini.
2. Jangan meninggalkan link yang tidak ada kaitannya dengan materi artikel.
Terima kasih.

Search