Contoh Soal Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Keping Sejajar

Contoh Soal Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Keping Sejajar - Distribusi muatan pada keping sejajar dapat dianalogikan seperti selai yang kalian oleskan di atas roti. Agar roti terasa nikmat, selai yang kalian oleskan harus merata di seluruh permukaannya.

        Perhatikan Gambar 1 di bawah ini, keping seluas A diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis, yaitu +q dan –q. Salah satu pelat dihubungkan dengan kutub positif dan pelat lain dihubungkan dengan kutub negatif baterai. Munculnya muatan homogen pada kedua pelat menimbulkan rapat muatan listrik yang didefinisikan sebagai muatan per satuan luas.

σ=qA $\sigma =\frac{q}{A}$

Berdasarkan hukum Gauss pada dua keping sejajar, jumlah garis medan yang menembus dua keping sejajar dirumuskan sebagai berikut.

ϕ=EAcosθ=qε∘ $\varphi =EA\cos \theta =\frac{q}{{\epsilon }_{\circ }}$

Coba kalian ingat kembali konsep fluks listrik yang sudah dipelajari pada topik hukum Gauss. Apabila medan listrik E menembus keping secara tegak lurus (lihat Gambar 2), maka sudut θ=0∘ $\theta =0^{\circ }$ dan nilai cos0∘=1 $\cos 0^{\circ }=1$, sehingga persamaan di atas menjadi berikut ini.

EA=qε∘ $EA=\frac{q}{{\epsilon }_{\circ }}$

E=qA×1ε∘ $E=\frac{q}{A}\times \frac{1}{{\epsilon }_{\circ }}$

E=σε∘ $E=\frac{\sigma }{{\epsilon }_{\circ }}$

Keterangan:
E = kuat medan listrik pada konduktor dua keping sejajar (N/C);
σ $\sigma$ = rapat muatan keping (C/m2); dan
ε∘ ${\epsilon }_{\circ }$ = permitivitas udara = 8,85 x 10-12 C2/Nm2.

Jika diantara kedua keping sejajar diisi bahan dengan konstanta dielektrik K, maka kuat medan listrik pada konduktor dua keping sejajar dirumuskan sebagai berikut.

E=σKε∘ $E=\frac{\sigma }{K{\epsilon }_{\circ }}$

Jika konduktor dua keping sejajar yang terpisah sejauh d, diberi beda potensial V, maka kuat medan listrik yang dihasilkan adalah E. Apabila dua keping sejajar diberi beda potensial dari baterai, maka akan timbul medan listrik yang dirumuskan sebagai berikut.

E=Vd $E=\frac{V}{d}$

Keterangan:
V = beda potensial antara kedua keping (V);
E = kuat medan listrik (N/C); dan
d = jarak pisah kedua keping (m).

        Persamaan di atas, menunjukkan hubungan antara kuat medan listrik dengan potensial listrik. Kuat medan listrik sebanding dengan potensial listrik dan berbanding terbalik dengan jarak pisah kedua keping.

SOAL 1

Dua keping sejajar dengan luas 100 cm2 diberi medan listrik homogen sebesar 2500 N/C. Jika ɛ0= 8,85 x 10-12 C2/Nm2, maka besar muatan listrik pada keping sejajar tersebut adalah ....

SOAL 2

Suatu keping sejajar dengan luas 100 cm2 diberi muatan sebesar 8 µC. Jika di antara keping tersebut diisi udara dan mika dengan konstanta dielektrik 3,5, maka perbandingan kuat medan listrik antara diisi udara dengan mika adalah ...

SOAL 3

Suatu keping sejajar memiliki luas masing-masing 200 cm2 dan kuat medan listriknya 2000 V/m. Jika ɛ0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2, besar rapat muatannya adalah ... C/m2.

SOAL 4

Sebuah konduktor dua keping sejajar yang berbentuk persegi panjang memiliki panjang 5 cm dan lebar 4 cm. Konduktor tersebut diberi muatan sebesar 1,5 µC . Kuat medan listrik dalam ruang di antara kedua keping adalah ....

SOAL 5

Suatu keping sejajar dengan luas 100 cm2 diberi muatan 0,885 µC. Jika di antara keping diisi udara, maka kuat medan listriknya adalah ....

SOAL 6

Suatu keping sejajar berbentuk bujur sangkar dengan sisi 4 cm. Keping tersebut diberi muatan 0,5 µC. Jika di antara keping diisi mika dengan konstanta dielektrik 5,4, maka kuat medan listriknya adalah ....

SOAL 7

Dua keping logam sejajar diberi muatan listrik homogen dan berlawanan jenis. Kuat medan listrik di antara keping itu akan ....

SOAL 8

Dua keping logam sejajar masing-masing memiliki luas 0,02 m2 dan terpisah pada jarak 4 mm satu sama lain. Jika beda potensial keping logam sejajar tersebut 4000 V, maka besar kerapatan muatan listrik dalam keping adalah ....

SOAL 9

Sebuah konduktor keping sejajar menghasilkan kuat medan listrik 40 N/C saat dihubungkan dengan beda potensial 200 V. Jika besar beda potensial dibuat konstan, maka untuk mendapatkan kuat medan listrik sebesar 100 N/C, jarak antar keping sejajar tersebut harus diubah menjadi ....

SOAL 10

Beda potensial antara dua keping logam sejajar adalah 120 V. Jika kuat medan listrik di antara kedua keping 4 × 103 N/C, maka jarak pisah kedua keping adalah ....

Share this post