Soal dan pembahasan medan listrik – Pada artikel ini, kita akan membahas tentang medan listrik, termasuk contoh soal dan pembahasannya. Materi ini umumnya diajarkan pada kelas 9 dan 12, dan memahami medan listrik sangat penting dalam mempelajari fisika. Kami akan membahas beberapa contoh soal dan pembahasan mengenai medan listrik dan kuat medan listrik.

Kelas 9 adalah tahap awal dalam mempelajari medan listrik. Pada tingkat ini, kita belajar tentang konsep dasar medan listrik. Contoh soal yang sering muncul meliputi menghitung kuat medan listrik pada suatu titik tertentu, menggambar garis medan listrik, atau menentukan arah medan listrik pada suatu titik. Dalam pembahasan, kita akan mempelajari langkah-langkah untuk menyelesaikan masalah tersebut dengan tepat.

Pada kelas 12, pemahaman kita tentang medan listrik diperdalam. Soal-soal yang diajarkan pada tingkat ini lebih kompleks dan melibatkan konsep-konsep seperti hukum Coulomb, prinsip superposisi, dan distribusi muatan. Misalnya, kita akan melihat contoh soal yang membahas kuat medan listrik pada bola konduktor atau distribusi muatan pada suatu konfigurasi tertentu. Pembahasan akan mencakup penjelasan teori dan langkah-langkah untuk menyelesaikan masalah secara sistematis.

Soal Medan Listrik Nomor 1
Dua muatan listrik terpisah seperti gambar berikut.

Titik C berada di antara kedua muatan berjarak 10 cm dari A. Jika q_A = 3 μC dan q_B = -4 μC, besar kuat medan listrik di titik C karena pengaruh kedua muatan adalah ….
A. 9 x 10⁵ N/C
B. 18 x 10⁵ N/C
C. 27 x 10⁵ N/C
D. 36 x 10⁵ N/C
E. 45 x 10⁵ N/C

Pembahasan :

E_A = $k\frac{q_A}{r_A^2} = 9\cdot 10^9 \cdot \frac{3\cdot 10^{-6}}{0,1^2} = 27\cdot 10^5$ N/C arah ke kanan.
E_B = $k\frac{q_A}{r_A^2} = 9\cdot 10^9 \cdot \frac{4\cdot 10^{-6}}{0,2^2} = 18\cdot 10^5$ N/C arah ke kanan.
E_tot = E_A + E_B = $27\cdot 10^5 + 18\cdot 10^5 = 45 \cdot 10^5$ N/C arah ke kanan.

Jawaban : E

Kumpulan Soal dan Pembahasan Medan Listrik

Soal Nomor 2
Muatan positif q₁ dan q₂ terpisah pada jarak 2a seperti gambar berikut.

Jika kuat medan listrik total yang ditimbulkan oleh q₁ dan q₂ di titik A sebesar $\frac{k}{a^2}q$ dan arahnya ke kanan, besar q₂ adalah ….
A. 4q
B. 3q
C. 2q
D. q
E. q

Pembahasan :

\begin{align*}
E_A &= E_1 – E_2 \\
\frac{k}{a^2}q &= k\frac{5q}{a^2} – E_2 \\
E_2 &= \frac{5k}{a^2}q -\frac{k}{a^2}q \\
k\frac{q_2}{a^2}&= \frac{4k}{a^2}q \\
q_2&= 4q
\end{align*}

Jawaban : A

Soal Nomor 3
Dua partikel masing-masing bermuatan q_A = 1 μC dan q_B = 3 μC diletakkan terpisah sejauh 4 cm. Besar kuat medan listrik di tengah-tengah q_A dan q_B adalah ….
A. 6,75 x 10⁷ N/C
B. 4,50 x 10⁷ N/C
C. 4,20 x 10⁷ N/C
D. 3,60 x 10⁷ N/C
E. 2,25 x 10⁷ N/C

Pembahasan :

E_A = $k\frac{q_A}{r_A^2} = 9\cdot 10^9 \cdot \frac{1\cdot 10^{-6}}{(2\cdot 10^{-2})^2} = 2,25\cdot 10^7$ N/C ke kanan.
E_B = $k\frac{q_B}{r_B^2} = 9\cdot 10^9 \cdot \frac{3\cdot 10^{-6}}{(2\cdot 10^{-2})^2} = 6,75\cdot 10^7$ N/C ke kiri.
E_tot = E_B – E_A = $6,75\cdot 10^7 – 2,25\cdot 10^7 = 4,50 \cdot 10^7 N/C$ ke kiri.

Jawaban : B

Soal Nomor 4
Dua muatan A dan B masing-masing 3 C dan 8 C berada pada posisi seperti pada gambar berikut.

Besarnya kuat medan listrik pada suatu titik yang berjarak 2 m dari A dan 4 m dari B dalam garis hubung adalah ….
A. 2,25 x 10⁹ N/C
B. 2,70 x 10⁹ N/C
C. 4,50 x 10⁹ N/C
D. 31,50 x 10⁹ N/C
E. 40,00 x 10⁹ N/C

Pembahasan :

E_A = $k\frac{q_A}{r_A^2} = 9\cdot 10^9 \cdot \frac{3}{2^2} = 6,75 \times 10^9$ N/C ke kiri.
E_B = $k\frac{q_B}{r_B^2} = 9\cdot 10^9 \cdot \frac{8}{4^2} = 4,5 \times 10^9$ N/C ke kanan.
E_tot = E_A – E_B = 6,75 – 4,5 = 2,25 x 10⁹ N/C ke kiri.

Jawaban : A

Soal dan Pembahasan Kuat Medan Listrik

Soal Nomor 5
Dua titik A dan B berjarak 1 m satu sama lain (A di sebelah kiri B). Masing-masing titik bermuatan q_A = -4 x 10^-9 C dan q_B = +9 x 10^-9 C. Letak titik C yang kuat medannya sama dengan nol berada pada ….
A. 2 m di kanan B
B. 2 m di kanan A
C. 2 m di kiri A
D. 0,5 m di kiri A
E. pertengahan AB

Pembahasan :

\begin{align*}
E_A &= E_B \\
k\frac{q_A}{r_A^2} &= k\frac{q_B}{r_B^2} \\
\frac{4\cdot 10^{-9}}{x^2} &= \frac{9\cdot 10^{-9}}{(x+1)^2} \\
\frac{2}{x}&= \frac{3}{(x+1)} \\
3x &= 2x+2 \\
x&= 2 \quad \textrm{m di kiri A}
\end{align*}

Jawaban : C

Soal Nomor 6
Dua muatan listrik A dan B terpisah sejauh 30 cm seperti gambar berikut.

Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak ….
A. 10 cm di kiri B
B. 10 cm di kanan A
C. 10 cm di kiri A
D. 40 cm di kanan B
E. 40 cm di kiri A

Pembahasan :

\begin{align*}
E_A &= E_B \\
k\frac{q_A}{r_A^2} &= k\frac{q_B}{r_B^2} \\
\frac{3}{x^2} &= \frac{12}{(30-x)^2} \\
\frac{1}{x^2}&= \frac{4}{(30-x)^2} \\
\frac{1}{x}&= \frac{2}{(30-x)} \\
2x &= 30-x \\
3x &= 30 \\
x&= 10 \quad \textrm{cm di kanan A}
\end{align*}

Jawaban : B

Soal Nomor 7
Perhatikan gambar berikut.

Dua muatan listrik q₁ dan q₂ terletak dalam satu garis. Jika kuat medan listrik di A adalah nol, perbandingan jarak r₁ dengan r₂ adalah ….
A. 1 : 2
B. 1 : 4
C. 2 : 1
D. 3 : 2
E. 4 : 1

Pembahasan :

\begin{align*}
E_1 &= E_2 \\
k\frac{q_1}{r_1^2} &= k\frac{q_2}{r_2^2} \\
\frac{2}{r_1^2} &= \frac{8}{r_2^2} \\
\frac{1}{r_1^2}&= \frac{4}{r_2^2} \\
\frac{1}{r_1}&= \frac{2}{r_2} \\
\frac{r_1}{r_2} &= \frac{1}{2}
\end{align*}

Jawaban : A

Contoh Soal dan Pembahasan Kuat Medan Listrik

Soal Nomor 8.
Kuat medan listrik di suatu titik sejauh r dari muatan titik q akan diperbesar menjadi 125 kali semula. Hal itu dapat dilakukan dengan cara ….
A. memperbesar muatan menjadi 5 kali dan jarak 25 kali
B. memperkecil jarak menjadi $\frac{1}{5}$ kali dan muatan 5 kali
C. memperkecil jarak menjadi $\frac{1}{25}$ kali dan muatan 5 kali
D. memperkecil jarak 125 kali
E. memperbesar muatan menjadi 5 kali dan jarak 15 kali

Pembahasan :

\begin{align*}
E &= k\frac{q}{r^2} \\
E’ &= k\frac{5q}{\left(\frac{1}{5} \right)^2} \\
&= k\frac{5q}{\left(\frac{1}{25} \right)} \\
&= 125k\frac{q}{r^2} \\
&= 125E
\end{align*}

Jawaban : B

Soal Nomor 9.
Muatan-muatan +q diletakkan di sudut A, B, C, dan D dari sebuah bujur sangkar ABCD dengan rusuk x seperti gambar berikut.

Kuat medan listrik pada pusat bujur sangkar O adalah ….
A. $\frac{q}{\pi \varepsilon _o x^2}$ menuju C
B. $\frac{2q}{\pi \varepsilon _o x^2}$ menuju C
C. $\frac{q}{\pi \varepsilon _o x^2}$ menuju A
D. $\frac{\sqrt{2q}}{\pi \varepsilon _o x^2}$ menuju A
E. $\frac{2q}{\pi \varepsilon _o x^2}$ menuju D

Pembahasan :
Misalkan jarak AO = BO = CO = DO = a, sehingga menggunakan teorema pythagoras:

\begin{align*}
x^2 &= a^2 + a^2 \\
x^2 &= 2a^2 \\
\frac{1}{2}x^2&= a^2 \\
a&= \frac{1}{\sqrt{2}}x
\end{align*}

Medan listrik total terhadap sumbu x :

\begin{align*}
E_x &= E_{xA} + E_{xB} \\
&= k\frac{q_A}{r_A^2} + k\frac{q_B}{r_B^2} \\
&= k\frac{q}{\left(\frac{1}{\sqrt{2}}x \right)^2} + k\frac{q}{\left(\frac{1}{\sqrt{2}}x \right)^2} \\
&= \frac{2kq}{x^2} + \frac{2kq}{x^2} \\
&= \frac{4kq}{x^2} \\
&= \frac{1}{4\pi \varepsilon _o }\cdot \frac{4q}{x^2} \\
&= \frac{q}{\pi \varepsilon _o x^2} \quad \textrm{menuju A}
\end{align*}

Medan listrik total terhadap sumbu y :
E_y = E_yA – E_yB = 0
Jadi medan listrik totalnya :
E_tot = menuju A

Jawabannya : C

Soal Nomor 10.
Dua partikel masing-masing bermuatan q₁ dan q₂ terpisah sejauh d. Antara kedua muatan terdapat titik P yang berjarak d dari q₁ seperti gambar berikut.

Jika kuat medan listrik di titik P nol, …..
A. q₁ dan q₂ merupakan muatan yang tidak sejenis
B. q₁ = 2q₂
C. q₁ = 4q₂
D. q₁ = q₂
E. q₁ = q₂

Pembahasan :

\begin{align*}
E_1 &= E_2 \\
k\frac{q_1}{r_1^2} &= k\frac{q_2}{r_2^2} \\
k\frac{q_1}{\left( \frac{2}{3}d\right)^2} &= k\frac{q_2}{\left( \frac{1}{3}d\right)^2} \\
\frac{q_1}{\frac{4}{9}d^2} &= \frac{q_2}{\frac{1}{9}d^2} \\
q_1&= 4q_2
\end{align*}

Jawaban : C