Contoh Soal Energi Potensial Listrik - Budi sedang mengisi air di dalam bak mandi. Sambil menunggu bak mandi penuh, Budi memperhatikan aliran air dari tandon ke bak. Terlintas dalam pikirannya, “apa yang membuat air dari tandon dapat mengalir ke bak mandi padahal antara tandon dan bak mandi tidak ada pompa”? Budi teringat pelajaran fisika tentang energi potensial dimana zat cair akan mengalir saat ada beda ketinggian.
Tentang:
Contoh Soal Fisika
Semakin besar beda ketinggiannya, semakin deras air mengalir sehingga energi potensial gravitasinya semakin besar pula. Saat menunggu bak mandi penuh tiba-tiba air di tandon habis, lalu Budi menghidupkan pompa air untuk mengisinya. Pompa air berfungsi untuk memindahkan air dari sumur ke tandon sehingga pompa membutuhkan usaha. Semakin tinggi posisi tandon dari sumur, semakin besar pula usaha yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan air.
Setelah melihat gambaran di atas, untuk memindahkan sebuah muatan dari satu titik ke titik tertentu dibutuhkan energi atau usaha. Coba kalian ingat kembali konsep mekanika tentang hukum kekekalan energi di kelas X. Hukum tersebut dapat digunakan untuk memecahkan studi kasus tanpa membahas gaya secara rinci. Sebagai contoh, gaya gravitasi akan menarik suatu benda menuju ke permukaan bumi. Jika kalian mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, maka kalian telah melakukan usaha pada benda tersebut. Akibatnya, energi potensial gravitasi benda bertambah (Gambar 1).
Konsep energi juga berlaku dalam listrik statis. Gaya listrik yang dikerjakan pada muatan uji positif q oleh suatu muatan sumber negatif Q mengarah ke muatan negatif. Vektor kuat medan listrik E juga mengarah ke muatan negatif. Untuk memindahkan muatan uji menjauhi muatan negatif, diperlukan usaha pada muatan uji. Akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah (Gambar 2). Oleh karena ada kemiripan antara energi potensial listrik dan energi potensial gravitasi, maka rumus energi potensial listrik dapat diturunkan seperti rumus energi potensial gravitasi.
Perhatikan gambar 3, sebuah muatan uji +q mula-mula berada di titik a yang berjarak r1 dari muatan sumber –Q. Titik b berada pada jarak r2 dari muatan sumber –Q. Muatan uji +q dipindahkan dari posisi a ke b melawan gaya listrik yang ditimbulkan oleh muatan sumber –Q, sehingga dalam proses pemindahan ini diperlukan usaha sebesar W.
Perhatikan gambar 3, sebuah muatan uji +q mula-mula berada di titik a yang berjarak r1 dari muatan sumber –Q. Titik b berada pada jarak r2 dari muatan sumber –Q. Muatan uji +q dipindahkan dari posisi a ke b melawan gaya listrik yang ditimbulkan oleh muatan sumber –Q, sehingga dalam proses pemindahan ini diperlukan usaha sebesar W.
Usaha yang dilakukan (Wab) untuk memindahkan muatan uji dari titik a ke titik b sama dengan pertambahan energi potensial muatan uji q, yaitu selisih energi potensial akhir (EPb) dan energi potensial awal (EPa). Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.
Jadi, beda energi potensial antara kedudukan awal dan akhir adalah:
Oleh karena EP = qV , maka :
Keterangan:
ΔEP = beda energi potensial listrik antara kedudukan awal (titik a) dan kedudukan akhir (titik b);
Wab = usaha yang dilakukan gaya listrik (J);
q = muatan uji (C);
Q = muatan sumber (C);
rb = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan akhir (titik b) (m); dan
ra = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan awal (titik a) (m).
ΔEP = beda energi potensial listrik antara kedudukan awal (titik a) dan kedudukan akhir (titik b);
Wab = usaha yang dilakukan gaya listrik (J);
q = muatan uji (C);
Q = muatan sumber (C);
rb = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan akhir (titik b) (m); dan
ra = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan awal (titik a) (m).
SOAL 1
Usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan uji dari titik a ke titik b sama dengan pertambahan energi potensial muatan uji q, yaitu ....
SOAL 2
Usaha yang diperlukan untuk memindahkan sebuah muatan uji sebesar 1,8 µC dari potensial listrik 14 V menuju potensial listrik 29 V adalah ....
SOAL 3
Semakin jauh muatan uji dipindahkan dari muatan sumber, energi potensial listriknya akan menjadi ....
SOAL 4
Usaha yang dilakukan untuk memindahkan elektron dari suatu titik yang berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah dimana ∆V = 2000 V, muatan elektron 1,6 × 10-19 C adalah ....
SOAL 5
Sebuah muatan sebesar 4 × 10-6 C dipindahkan dari titik yang berjarak 20 cm ke titik 6 cm dari muatan 10-5 C. Usaha untuk memindahkan muatan tersebut adalah ....
SOAL 6
Energi potensial yang dimiliki dua muatan sejenis yang sama besar adalah 54 J. Jika jarak antara kedua muatan 4 mm, maka besar muatan masing-masing adalah ....
SOAL 7
Segumpal awan mempunyai potensial listrik 8 x 106 V terhadap bumi. Saat terjadi kilat, awan melepaskan muatan listrik sebesar 40 C. Banyaknya energi yang hilang pada peristiwa itu adalah ....
SOAL 8
Usaha yang dibutuhkan untuk menjauhkan sebuah muatan uji 2,0 × 10-11 C dari muatan sumber 8 C adalah 240 J. Jika jarak awal muatan uji terhadap muatan sumber adalah 4 cm, maka jarak akhir muatan uji tersebut terhadap muatan sumber adalah ....
SOAL 9
Sebuah muatan q = 8 μC terletak pada suatu daerah. Jika sebuah proton (qp = +1,6 × 10–19 C) berada di titik A pada jarak r = 25 cm dari muatan tersebut, maka perbandingan energi potensial antara yang dialami muatan q pada jarak 25 cm dan jarak 50 cm adalah ....
SOAL 10
Usaha yang dibutuhkan untuk menjauhkan sebuah muatan uji q dari muatan sumber 2q adalah W. Jika jarak awal muatan uji terhadap muatan sumber adalah r, maka jarak akhir muatan uji tersebut terhadap muatan sumber dirumuskan sebagai ...
Tidak ada komentar:
Posting Komentar