Pembahasan Fisika UN: Kuat Medan Listrik dan Potensial Listrik

Listrik Statis: Bola Konduktor

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Kuat Medan Listrik dan Potensial Listrik.

Soal Kuat Medan Listrik UN 2011

Dua partikel masing-masing bermuatan q_A = 1μC dan q_B = 3 μC diletakkan terpisah sejauh 4 cm (k = 9 × 10⁹ Nm²/C²). Besar kuat medan listrik di tengah-tengah q_A dan q_B adalah ….

A.   6,75 × 10⁷ N/C
B.   4,50 × 10⁷ N/C
C.   4,20 × 10⁷ N/C
D.   3,60 × 10⁷ N/C
E.   2,25 × 10⁷ N/C

Pembahasan

Perhatikan arah medan listrik yang terjadi di tengah-tengah kedua muatan tersebut.

Karena yang ditanyakan kuat medan listrik di tengah-tengah muatan maka 

r_A = r_B = 2 cm
             = 2.10⁻² m

Medan listrik di tengah-tengah kedua muatan merupakan resultan dari kuat medan listrik yang disebabkan oleh muatan A (E_A) dan muatan B (E_B).

Karena E_A dan E_B berlawanan arah maka resultannya merupakan hasil pengurangan dari kedua medan listrik tersebut.

E = E_B − E_A 

  
   = 4,5.10⁷

Jadi, kuat medan listrik di tengah-tengah kedua muatan tersebut adalah 4,50 × 10⁷ N/C (B).

Soal Kuat Medan Listrik UN 2013

Perhatikan gambar di bawah ini!

Kuat medan listrik pada titik C sebesar ... (k = 9 × 10⁹ N.m².C⁻²).

A.   5,0 × 10⁹ NC⁻¹
B.   2,3 × 10¹⁰ NC⁻¹
C.   2,7 × 10¹⁰ NC⁻¹
D.   3,1 × 10¹⁰ NC⁻¹
E.   4,0 × 10¹⁰ NC⁻¹

Pembahasan

Titik C dipengaruhi medan listrik dari muatan A dan B. Karena muatan A dan B positif maka arah medan listrik di C dua-duanya ke kanan.

Perhatikan arah medan listrik di titik C berikut ini!

Kuat medan listrik di titik C merupakan resultan dari kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A dan B. 

E_C = E_A + E_B 

    
     = 4×10⁹ + 27×10⁹
     = 31×10⁹
     = 3,1×10¹⁰

Jadi, kuat medan listrik di titik C adalah 3,1 × 10¹⁰ NC⁻¹ (D).

Soal Kuat Medan Listrik UN 2012

Perhatikan gambar muatan-muatan berikut!

Jika jarak antara q₁ dan q₂ adalah 3 cm maka titik yang kuat medannya = nol berada pada ….
(k = 9×10⁹ N.m².C⁻², 1 μC = 10⁻⁶ C)

A.   2 cm di sebelah kiri q₂
B.   2 cm di sebelah kanan q₁
C.   6 cm di sebelah kanan q₁
D.   6 cm di sebelah kiri q₂
E.   6 cm di sebelah kanan q₂

Pembahasan

Karena kedua muatan tidak sejenis (bermuatan negatif dan positif) maka titik yang kuat medannya = 0 berada di sisi luar, di sebelah kiri q₁ atau di sebelah kana q₁.

Pada soal di atas, tidak ada opsi jawaban yang menyatakan titik tersebut berada di sebelah kiri q₁. Sehingga dapat dipastikan titik yang dimaksud berada di sebelah kanan q₂.

Perhatikan arah medan listrik yang terjadi di sebelah kanan q₂ berikut ini!

Agar kuat medan di titik tersebut sama dengan nol maka haruslah 

        E₁ = E₂

        3x = 6 + 2x
          x = 6

Jadi, titik yang kuat medan listriknya sama dengan nol berada pada 6 cm di sebelah kanan q₂ (E).

Soal Potensial Listrik UN 2015

Sebuah konduktor berbentuk bola berongga dengan jari-jari 6 cm seperti pada gambar.

Bila muatan bola tersebut 7 μC maka besar potensial listrik pada titik Q adalah ... (k = 9.10⁹ N.m².C⁻² dan 1 μC = 10⁻⁶ C).

A.   2.10⁵ volt
B.   7.10⁵ volt
C.   9.10⁵ volt
D.   16.10⁵ volt
E.   18.10⁵ volt

Pembahasan

Besar muatan bola berongga adalah 

Q = 7 μC
   = 7.10⁻⁶ C

Jarak titik Q dari pusat bola adalah 

r = (6 + 3) cm
  = 9 cm
  = 9.10⁻² m

Potensial listrik di titik Q yang berjarak r dari pusat bola adalah

     = 7.10⁵

Jadi, besar potensial listrik di titik Q adalah 7.10⁵ volt (B).

Soal Potensial Listrik UN 2014

Sebuah bola konduktor berongga berjari-jari R cm pada kulitnya diberi muatan listrik. Jika besar potensial listrik pada jarak 1/4 R dari pusat bola konduktor adalah P₁ dan pada jarak 1/2 R adalah P₂ maka hubungan P₁ dan P₂ yang benar adalah ....

A.   P₁ = 1/4 P₂
B.   P₁ = 1/2 P₂
C.   P₁ = P₂
D.   P₁ = 2 P₂
E.   P₁ = 4 P₂

Pembahasan

Perhatikan gambar ilustrasi untuk soal di atas!

Potensial listrik di dalam bola konduktor berongga bersifat equipotensial. Artinya, potensial listrik di setiap titik dalam bola konduktor tersebut besarnya sama.

Karena P₁ dan P₂ berada di dalam bola konduktor maka besar potensial listrik di P₂ sama dengan potensial di listrik di P₂.

Jadi, hubungan yang benar antara P₁ dan P₁ adalah P₁ = P₂ (C).

Pembahasan soal Kuat Medan Listrik dan Potensial Listrik yang lain bisa dilihat di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 27 dan 28
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 33
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 32
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 33

Simak juga:
Pembahasan Fisika UN: Gaya Coulomb
Pembahasan Fisika UN: Kapasitor dan Rangkaian Kapasitor.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.