tugas pekan 3 fisika dasar 2 2012

7/22/2019 Tugas Pekan 3 Fisika Dasar 2 2012

1/12

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 1

Nama : Rizqi Pandu Sudarmawan

NPM : 0906557045

Bab : Energi Listrik dan Potensial Listrik

Kapasitansi dan Dielektrik

1. Sebuah bola konduktor bermuatan +10-6C mempunyai jari-jari 8cm. Hitungpotensial di titik yangberjarak r1=10 cm, r2=8 cm, dan r3= 6 cm dari pusat konduktor.

Jawab:

2. Sebuah proton dilepaskan dari keadaan diam dalam sebuah medan listrik uniform 2 x 10 4V/m arahsumbu x. Proton bergerak dari titik P dan Q yang berjarak 0,2 m.

a. Hitung perubahan potensial listrik diantara titik P dan Q.b. Hitung perubahan energi potensial proton selama menempuh jarak ini.c. Berapa kecepatan proton di titik Q?

Jawab:

a. V = VQVP= -EdV = - (2x104)(0,2) = -4x103V

Tanda negatif menunjukkan bahwa potensial listrik dari P ke Q makin berkurang.

b. U = q0V = (1,6x10-19)(-4x10-3) = -6,4x10-16JTanda negatif menunjukkan bahwa energi potensial proton makin berkurang ketika bergerak

dalam medan listrik tersebut. Proton dipercepat, sehingga energi potensial diubah menjadi energi

kinetik (energi kinetik bertambah).

c. WPQ= Ek

U = Ek=

m (vQ

2-vP2) =

m (vQ

2

)

vQ=


2/12


3. Dua buah muatan masing-masing 3 x 10-6 C dan -4 x 10-6 C ditempatkan pada jarak 4 m.

a. Hitung potensial di titik A.b. Berapa usaha yang dibutuhkan untuk membawa muatan 5 x 10-6 C dari titik tak terhingga ke titik

A? (Angap potensial di titik tak terhingga sama dengan 0)

c. Hitung energi potensial sistem.Jawab:

a.

b.

c.

U = k

U = 9x109

4. Dua bola konduktor berjari-jari r1 dan r2 (r1 > r2) dihubungkan dengan sebatang kawat. Hitungperbandingan muatan dan kuat medan listrik di permukaan kedua bola setelah terjadi kesetimbangan

elektrostatik.


3/12


Jawab:

Keseimbangan elektrostatik terjadi ketika potensial kedua bola sudah sama.

Perbandingan ini menunjukkan bahwa setelah kesetimbangan, muatan akan lebih berada di tempat

dengan jari-jari yang lebih besar. Itulah sebabnya bila suatu konduktor bermuatan dihubungkan ke

bumi yang berjari-jari sangat besar, muatan akan tersedot ke bumi.

5. Dua bola kecil terpisah pada jarak 2 m. Bola-bola tersebut dimuati dengan jumlah muatan yang sama.

Hitung muatannya jika bola-bola itu ada di dalam air (konstanta dielektrik = 80) ?

Jawab:

6. Sebuah keping sejajar dengan luas keping 200 cm2 diberi muatan yang berlawanan. Besar darimuatan ini adalah q = 9 x 107 C. Jika di antara dua keping tersebut diisi mika (

r= 5,4 ), hitung

besarnya medan listrik antara dua keping.

Jawab:

7. Pada titik sudut suatu segitiga sama sisi ABC masing-masing terdapat muatan +3C di A, -7 C diB, dan +5 C di C. Panjang sisi segitiga itu 10 cm. Hitunglah: (a) Potensial dititik P (tengah-tengah

AB) dan di S (tengah-tengah BC), (b) Usaha untuk memindahkan muatan +4 C dari titik P ke S.

Jawab:


4/12


rPB= panjang PB = 5 cm = 0,05m = rSB= panjang SB

rPA= panjang PA = 5 cm = 0,05m =rSC= panjang SC

2 2

2 2 10 5 8,7 cm 0,087 m

PCr BC PB

6

A

6

B

6

C

3 C 3x10 C

7 C 7x10 C

5 C 5x10 C

q

q

q

(a)

CA BP PA PB PC

PA PB PC

6 6 6

9 9 9

5 5 5 5

CA BS SA SB SC

SA SB SC

6 69 9

qq qV V +V +V

r r r

3x10 7x10 5x10 9x10 9x10 9x100.05 0.05 0.087

5, 4x10 12,6x10 5,17x10 2,03x10 V

qq qV V +V +V

r r r

3x10 7x10 9x10 9x10

0.087 0

k k k

k k k

69

5 5 5 5

5x109x10

.05 0.05

3,1x10 12,6x10 9x10 0,5x10 V

(b)

WPS = q(VSVP)

= 4 x 10-6(- 0,5(- 2,03)) x 105

= 0,612 J

8. Sebuah bola kecil dimuati -3,0010-6C. Bola lain yang bermuatan +6,00 10-8C digerakkan diantara kedudukan awal yang jauhnya 0,200 m dan kedudukan akhirnya jauhnya 0,800 m. Berapa

perubahan energi potensial yang terjadi diantara kedua kedudukan ini?

Jawab:


5/12


EP = kqoq = (9109)(-3,0010-6)(+6,0010-8 ) EP= 6,06 10

-3 J.

9. Sebuah proton (muatan proton = +e= +1,6 10-19 C) digerakkan menuju sebuah inti atom yangbermuatan q. Jarak pisah awal kedua partikel tersebut 2,5 10-11 m dan jarak pisah akhirnya

2 10-11 m. Apabila usaha yang diperlukan dalam proses terebut 1,44 10-17 J, tentukan muatan

inti atom tersebut!

Jawab:

10. Dua keping logam dipisahkan pada jarak 10 cm. Keping tersebut diberi muatan yang berlawanansedemikian rupa sehingga kuat medan listrik yang timbul antara kedua keping tersebut 2.500 N/C.

Suatu elektron dilepaskan dari keping negatif. Hitung waktu dan kecepatan elektron ketika tiba

dikeping positif.

Jawab:

Kedua cara menghasilkan hasil yang sama. Untuk menghitung besarnya, kita masukkan data yang

diketahui sebagai berikut.


6/12


11. Cari kapasitor pengganti untuk sistem di bawah ini (nilai masing-masing kapasitor sama).

Jawab:

Untuk memudahkan penyelesaian, gambar dapat diubah menjadi :

C7dan C8 rangkaian paralelC78= C7+ C8 = 2 C

C2dan C4 rangkaian seri24 2 4

24

1 1 1

C C C

1C C

2


578

1 1 1

C C C

2

C C3


36

1 1 1

C C C

1C C

2

C24, C36dan C578 rangkaian paralelCp1= C24+ C36+ C578= 10/6 C

Cp1dan C1 rangkaian seri

s 1 p1

s

1 1 1

C C C

5C C

8


7/12


12. Sebuah kapasitor plat paralel di udara memiliki jarak antar pelat (separasi) sebesar 1,5 cn dan luasplat nya adalah 25 cm2. Plat diisi dengan beda potensial 250 V dan dilepaskan dari sumbernya.

Kapasitor kemudian dicelupkan ke dalam air suling. Asumsikan cairan merupakan insulator dan

nilai konstanta dielektrik air = 80

Tentukan

a. Muatan pada pelat sebelum dan sesudah dicelup

b. Kapasitansi dan beda potensial setelah dicelup

c. Perubahan energi kapasitor

Jawab:

13. Dua kapasitor C1dan C2 (C2> C1) dimuati sampai masing-masing mencapai beda potensial yangsama V0. Kemudian kapasitor dipasang seperti terlihat pada gambar. Hitung beda potensial akhir

ketika saklar S1dan S2ditutup! Hitung perbandingan energi kapasitor sesudah dan sebelum saklar

ditutup!


8/12


Jawab:


9/12


14. Suatu keping sejajar dengan luas A = 80 cm2terpisahkan pada jarak d = 2 cm. Jika kapasitor diberitegangan 500 volt, hitung gaya tarik antara bidang kapasitor !

Jawab:

15. Dua buah pelat konduktor berukuran 10 x 10 mm terletak di z = 0 dan z = 6 mm. Pada daerah0 < z < 2 mm terdapat dielektrik R1= 2 , pada daerah 2 < z < 5 mm terdapat dielektrik R2= 5

sedangkan pada daerah 5 < z < 6 mm terdapat udara (R= 1). Hitung kapasitansi nya.

Jawab:


10/12


16. Sebuah kapasitor koaksial sepanjang 1 m mempunyai jari-jari dalam 3 mm dan jari-jari luar 12 mm.Bagian dalamnya berisi tiga bahan dielektrik berbeda, yaitu R1= 5 pada 3 < < 6 mm,

R2= 3 pada 6 < < 9 mm dan R3= 1 pada 9 < < 12 mm. Hitung kapasitansi nya.Jawab:

17. Sebuah kapasitor pelat sejajar mempunyai kapasitansi sebesar 1,0 F. Jika pelat-pelat itu terpisah 1,0mm, berapakah luas pelat-pelat tsb?

Jawab:

18. Pelat-pelat sebuah kapasitor pelat sejajar dalam ruang hampa terpisah sejauh 5 mm dan luasnya 2m2. Sebuah selisih potensial 10 kV diaplikasikan sepanjang kapasitor itu. Hitunglah a) kapasitansi

b) muatan pada setiap pelat c) medan listrik dalam ruang di antara pelat-pelat itu.


11/12


Jawab:

19. Hitung kapasitor pengganti untuk rangkaian sbb:

Jawab:

20. Diketahui sebuah muatan titik Q1 yang terletak di titik asal O (0, 0, 0). Hitung kerja yangdiperlukan untuk membawa sebuah muatan lain Q2dari r = rBke r = rA.

Jawab:


12/12


tugas pekan 3 fisika dasar 2 2012

Documents