Pembahasan soal medan listrik
1. Soal UN 2009/2010 P70 No.27
Titik A terletak di tengah-tengah dua buah muatan yang sama besar tetapi berlainan jenis yang terpisah sejauh a. Besar kuat medan listrik di titik A saat itu 36 NC-1. Jika titik A tersebut digeser ¼ a mendekati salah satu muatan, maka besar kuat medan listrik titik A setelah digeser adalah ….
A. 100 NC-1
B. 96 NC-1
C. 80 NC-1
D. 60 NC-1
E. 16 NC-1
Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 [q1] = +Q
Muatan 2 [q2] = -Q
Jarak antara muatan 1 dan titik A [r1A] = ½ a
Jarak antara muatan 2 dan titik A [r2A] = ½ a
Kuat medan listrik di titik A [EA] = 36 NC-1
Ditanya : Jika titik A digeser ¼ a mendekati salah satu muatan, maka kuat medan listrik titik A adalah…
Jawab :
Tahap 1.
Untuk menghitung kuat medan listrik pada titik A, diandaikan terdapat sebuah muatan uji positif yang terdapat pada titik tersebut. Adanya muatan uji positif mempengaruhi arah medan listrik.
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan +Q pada titik A :
Muatan uji positif dan muatan 1 positif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2.
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan -Q pada titik A :
Muatan uji positif dan muatan 2 negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2
Resultan medan listrik pada titik A :
Tahap 2.
Jika titik A digeser mendekati muatan 1 maka :
Jarak antara muatan 1 dan titik A [r1A] = ¼ a
Jarak antara muatan 2 dan titik A [r2A] = ¾ a
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan +Q pada titik A :
Muatan uji positif dan muatan 1 positif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2.
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan -Q pada titik A :
Muatan uji positif dan muatan 2 negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan 2
Resultan medan listrik pada titik A :
Jawaban yang benar adalah C.
2. Soal UN 2010/2011 P12 No.29
Dua partikel masing-masing bermuatan qA = 1 μC dan qB = 4 μC diletakkan terpisah sejauh 4 cm [k = 9 x 109 N m2 C−2]. Kuat medan listrik di tengah-tengah qA dan qB adalah…
A. 6,75 x 107 NC−1
B. 4,50 x 107 NC−1
C. 4,20 x 107 NC−1
D. 3,60 x 107 NC−1
E. 2,25 x 107 NC−1
Pembahasan
Diketahui :
Muatan A [qA] = 1 μC = 1 x 10−6 C
Muatan B [qB] = 4 μC = 4 x 10−6 C
k = 9 x 109 N m2 C−2
Jarak antara muatan A dan B [rAB] = 4 cm = 0,04 meter
Jarak antara muatan A dan titik tengah [rA] = 0,02 meter
Jarak antara muatan B dan titik tengah [rB] = 0,02 meter
Ditanya : Kuat medan listrik di tengah-tengah qA dan qB adalah…
Jawab :
Untuk menghitung kuat medan listrik di tengah-tengah qA dan qB , diandaikan terdapat sebuah muatan uji positif yang terdapat di tengah-tengah kedua muatan tersebut. Adanya muatan uji positif mempengaruhi arah medan listrik.
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik tengah :
Muatan uji positif dan muatan A positif sehingga arah medan listrik menuju muatan B.
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik tengah :
Muatan uji positif dan muatan B positif sehingga arah medan listrik menuju muatan A.
Resultan medan listrik pada titik tengah :
EA dan EB berlawanan arah.
E = EB – EA = 9 x 107 – 2,25 x 107 = 6,75 x 107 NC-1
Jawaban yang benar adalah A.
3. Soal UN 2011/2012 A81 No.31
Perhatikan gambar dua muatan titik berikut! Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ? [k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 μC = 10−6 C]
A. tepat di tengah Q1 dan Q2
B. 6 cm di kanan Q2
C. 6 cm di kiri Q1
D. 2 cm di kanan Q2
E. 2 cm di kiri Q1
Pembahasan
Untuk menghitung kuat medan listrik di titik P, diandaikan pada titik P terdapat sebuah muatan uji positif. Q1 positif dan Q2 negatif, karenanya titik P harus berada di sebelah kanan Q2 atau sebelah kiri Q1. Jika titik P berada di sebelah kiri Q1; medan listrik yang ditimbulkan titik Q1 pada titik P arahnya ke kiri [menjauhi Q1] dan medan listrik yang ditimbulkan Q2 pada titik P arahnya ke kanan [menuju Q1]. Karena arah medan listrik berlawanan maka keduanya saling menghilangkan sehingga kuat medan listrik pada titik P bernilai nol.
Diketahui :
Q1 = +9 μC = +9 x 10−6 C
Q2 = -4 μC = -4 x 10−6 C
k = 9 x 109 Nm2C−2
Jarak antara muatan 1 dan muatan 2 = 3 cm
Jarak antara Q1 dan titik P [r1P] = a
Jarak antara Q2 dan titik P [r2P] = 3 cm + a
Ditanya : Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?
Jawab :
Titik P berada di sebelah kiri Q1.
Resultan medan listrik pada titik A :
Gunakan rumus ABC untuk menentukan nilai a.
4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.27
Perhatikan gambar berikut! Muatan q3 diletakkan pada jarak 5 cm dari q2, maka kuat medan listrik pada muatan q3 adalah… [1 µC = 10-6 C]
A. 4,6 x 107 N.C-1
B. 3,6 x 107 N.C-1
C. 1,6 x 107 N.C-1
D. 1,4 x 107 N.C-1
E. 1,3 x 107 N.C-1
Pembahasan
Muatan q3 diletakkan pada jarak 5 cm dari q2, maksudnya bukan di sebelah kiri q2 tetapi di sebelah kanan q2. Jika di sebelah kiri q2 maka resultan medan listrik bernilai nol. Hal ini dikarenakan jarak antara muatan q3 dengan muatan q1 dan q2 adalah 5 cm dan besar muatan q1 sama dengan muatan q2.
Karena muatan q3 positif maka arah medan listrik pada muatan q3 menuju muatan negatif q2 [E2] dan menjauhi muatan positif q1 [E1]. Resultan medan listrik adalah penjumlahan kuat medan listrik E1 dan E2.
Diketahui :
Muatan q1 = 5 µC = 5 x 10-6 Coulomb
Muatan q2 = 5 µC = -5 x 10-6 Coulomb
Jarak antara muatan q1 dan muatan q3 [r1] = 15 cm = 0,15 m = 15 x 10-2 meter
Jarak antara muatan q2 dan muatan q3 [r2] = 5 cm = 0,05 m = 5 x 10-2 meter
k = 9 x 109 N m2 C-2
Ditanya : Kuat medan listrik pada muatan q3
Jawab :
Kuat medan listrik 1
E1 = k q1 / r12
E1 = [9 x 109][5 x 10-6] / [15 x 10-2]2
E1 = [45 x 103] / [225 x 10-4]
E1 = 0,2 x 107 N/C
Kuat medan listrik 2
E2 = k q2 / r22
E2 = [9 x 109][5 x 10-6] / [5 x 10-2]2
E2 = [45 x 103] / [25 x 10-4]
E2 = 1,8 x 107 N/C
Resultan kuat medan listrik
Resultan kuat medan listrik di muatan q3 adalah :
E = E2 – E1 = [1,8 x 107] – [0,2 x 107] = 1,6 x 107 N/C
Arah medan listrik ke kiri atau searah E2.
Jawaban yang benar adalah C.
5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.27
Dua muatan listrik terpisah seperti pada gambar. Kuat medan pada titik P adalah… [k = 9 x 109 N m2 C-2]
A. 9,0 x 109 N.C-1
B. 4,5 x 109 N.C-1
C. 3,6 x 109 N.C-1
D. 5,4 x 109 N.C-1
E. 4,5 x 109 N.C-1
Pembahasan
Diketahui :
Muatan qA = +2,5 C
Muatan qB = -2 C
Jarak antara muatan qA dan titik P [rA] = 5 m
Jarak antara muatan qB dan titik P [rB] = 2 m
k = 9 x 109 N m2 C-2
Ditanya : Kuat medan listrik di titik P
Jawab :
Kuat medan listrik A
EA = k qA / rA2
EA = [9 x 109][2,5] / [5]2
EA = [22,5 x 109] / 25
EA = 0,9 x 109 N/C
Kuat medan listrik B
EB = k qB / rB2
EB = [9 x 109][2] / [2]2
EB = [18 x 109] / 4
EB = 4,5 x 109 N/C
Resultan kuat medan listrik
Resultan kuat medan listrik di titik P adalah :
E = EB – EA = [4,5 – 0,9] x 109 = 3,6 x 109 N/C
Arah medan listrik ke kiri atau searah EB.
Jawaban yang benar adalah C.
6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.27
Dua muatan listrik masing-masing bermuatan Q1 = -40 µC dan Q2 = +5 µC terletak pada posisi seperti pada gambar [k = 9 x 109 N.m2.C-2 dan 1 µC = 10-6 C], kuat medan listrik di titik P adalah…
A. 2,25 x 106 N.C-1
B. 2,45 x 106 N.C-1
C. 5,25 x 106 N.C-1
D. 6,75 x 106 N.C-1
E. 9,00 x 106 N.C-1
Pembahasan
Diketahui :
Muatan q1 = -40 µC = -40 x 10-6 C
Muatan q2 = +5 µC = +5 x 10-6 C
Jarak antara muatan q1 dan titik P [r1] = 40 cm = 0,4 m = 4 x 10-1 m
Jarak antara muatan q2 dan titik P [r2] = 10 cm = 0,1 = 1 x 10-1 m
k = 9 x 109 N m2 C-2
Ditanya : Kuat medan listrik di titik P
Jawab :
Kuat medan listrik 1
E1 = k q1 / r12
E1 = [9 x 109][40 x 10-6] / [4 x 10-1]2
E1 = [360 x 103] / [16 x 10-2]
E1 = 22,5 x 105 N/C
Kuat medan listrik 2
E2 = k q2 / r22
E2 = [9 x 109][5 x 10-6] / [1 x 10-1]2
E2 = [45 x 103] / 1 x 10-2
E2 = 45 x 105 N/C
Resultan kuat medan listrik
Resultan kuat medan listrik di titik P adalah :
E = E2 – E1 = [45 – 22,5] x 105 = 22,5 x 105 N/C
E = 2,25 x 106 N/C
Arah medan listrik ke kanan atau searah E2.
Jawaban yang benar adalah A.
7. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.28
Dari gambar muatan berikut, yang menunjukkan garis-garis gaya pada dua muatan saling berdekatan adalah…
Pembahasan
Garis medan listrik atau garis gaya listrik digambarkan keluar dari muatan positif menuju muatan negatif. Jika terdapat muatan positif dan negatif didekatkan maka garis gaya listrik tampak seperti pada jawaban A.
Jawaban yang benar adalah A.
8. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.28
Dua muatan listrik didekatkan satu sama lain dalam satu garis hubung sehingga akan menghasilkan garis-garis gaya listrik. Gambar yang benar adalah…
Pembahasan
Jawaban yang benar adalah D.
9. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.28
Garis-garis gaya yang benar antara dua muatan adalah…
Pembahasan
Jawaban yang benar adalah D.
10. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.27
Perhatikan gambar dua muatan titik berikut!
Di mana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?
[k = 9.109 Nm2.C-2, 1 µC = 10-6 C]
A. 1 cm di kanan q1
B. 1 cm di kanan q2
C. ½ cm di kanan q2
D. ½ cm di kiri q1
E. ½ cm di kanan q1
Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 [q1] = -9 µC = -9.10-6 Coulomb
Muatan 2 [q2] = 1 µC = 1.10-6 Coulomb
Jarak antara q1 dan q2 [r12] = 1 cm
k = 9.109 Nm2.C-2
Ditanya : Di mana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?
Jawab :
E1 = kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh q1 pada titik P
Arah E1 menuju q1 karena q1 bertanda negatif
E2 = kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh q2 pada titik P
Arah E2 menjauhi q2 karena q2 bertanda positif
r1 = jarak antara P dan q1 = x + 1
r2 = jarak antara P dan q2 = x
Kuat medan listrik pada titik P sama dengan nol :
Gunakan rumus ABC :
Jarak antara P dan q2 = x = 0,5 cm.
Titik P berada pada 0,5 cm di kanan q2 atau pada 0,25 cm di kiri q1.
Jawaban yang benar adalah C.
11. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.27
Perhatikan dua buah muatan yang terletak pada jarak a berikut ini!
Jika kuat medan listrik di titik P adalah k Q/x2, maka nilai x adalah….
A. 1/3 a
B. 2/3 a
C. a
D. 3/2 a
E. 2a
Pembahasan
Diketahui :
EP = k Q / x2
Ditanya : nilai x
Jawab :
Gunakan rumus ABC :
Jawaban yang benar adalah A.
Contoh soal medan listrik
1. Titik A berada pada jarak 5 cm dari muatan +10 mikro Coulomb. Besar dan arah medan listrik pada titik A adalah… [k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 mikro Coulomb = 10−6 C]
Pembahasan
Diketahui :
Ditanya : Besar dan arah medan listrik pada titik A
Jawab :
Arah medan listrik di titik A :
Muatan listrik positif karenanya arah medan listrik menjauhi muatan listrik dan menjauhi titik A.
2. Jarak antara titik P dan muatan -20 mikro Coulomb adalah 10 cm. Tentukan kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik P.
Pembahasan
Diketahui :
Ditanya : Besar dan arah medan listrik pada titik P
Jawab :
Arah medan listrik di titik A :
Muatan listrik negatif karenanya arah medan listrik menuju muatan listrik dan menjauhi titik P.
3. Dua muatan listrik terpisah sejauh 40 cm. Kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan adalah…
Pembahasan
Andaikan titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan adalah titik P.
Diketahui :
Ditanya : besar dan arah medan listrik pada titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan [titik P]
Jawab :
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik P :
Muatan A negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan A [ke kiri].
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik P :
Muatan B positif sehingga arah medan listrik menjauhi muatan B [ke kiri].
Resultan medan listrik pada titik A :
EA dan EB searah karenanya dijumlahkan.
E = EA + EB
E = [4,5 x 105] + [9 x 105]
E = 13,5 x 105 N/C
Arah medan listrik adalah menuju muatan A dan menjauhi muatan B [ke kiri].
4. Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak…
Pembahasan
Muatan A positif dan muatan B positif sehingga kuat medan listrik nol terletak di tengah kedua muatan tersebut. Andaikan titik di mana kuat medan listriknya nol adalah titik P.
Diketahui :
Ditanya : kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak…
Jawab :
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik P :
Muatan A positif sehingga arah medan listrik yang ditimbulkan muatan A pada titik P adalah menjauhi muatan A [ke kanan].
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik P :
Muatan B positif sehingga arah medan listrik yang ditimbulkan muatan B pada titik P adalah menjauhi muatan B [ke kiri].
Resultan medan listrik pada titik P = 0 :
EA dan EB berlawanan arah.
EA – EB = 0
EA = EB
Gunakan rumus ABC untuk menentukan nilai a.
Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak 8 cm dari muatan A atau 12 cm dari muatan B.