Kaji Latih Medan Listrik

Permasalahan medan listrik hampir sama seperti permasalahan gaya Coulomb. Selain sama-sama besaran vektor, keduanya pula terhubung secara matematik karena gaya merupakan perkalian muatan dengan medan listrik. Beberapa permasalahan dalam medan listrik yaitu menghitung besar kuat medan listrik, menentukan resultan medan listrik, menentukan letak titik yang medan listriknya nol, dan menghubungkan medan listrik dengan gaya listrik. Semua permasalahan tersebut adalah jenis permasalahan yang muncul dalam konsep medan listrik.

Kunci menyelesaikan permasahan di atas adalah memahami konsep medan listrik sebagai besaran vektor. Setelah memahami konsep, menentukan besaran yang diketahui dalam permasalahan juga dibutuhkan. Mengapa? karena dalam hal ini, siswa harus dapat mengubah narasi verbal dari permasalahan kedalam bentuk matematik. Setelah itu bekerja dari apa yang diketahui, untuk menentukan besaran apa yang ditanyakan. Selalu koreksi apakah hasil yang diperoleh rasional dalam kontek soal yang disajikan.

Kaji 1: Sebuah muatan sumber +16 mC berada 4 cm dari sebuah titik A. Hitunglah besar kuat medan listrik di titik tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui


Sketsa keadaan sistem seperti yang diceritakan permasalahan dapat dilihat di bawah ini.

Medan listrik dititik A dapat dihitung sebagai berikut.

Latih 1: Sebuah muatan sumber -18 mC berada 3 cm dari sebuah titik A. Hitunglah besar kuat medan listrik di titik tersebut!

Kaji 2: Sebuah titik p berada segaris disebelah kanan dua muatan sumber B dan A. Jarak titik tersebut ke muatan terdekat adalah 4 cm dan ke muatan terjauh 6 cm. Jika kedua muatan tersebut dari yang terdekat ke yang terjauh 16 mC dan 72 mC, tentukanlah besar medan magnet dititik tersebut akibat kedua muatan!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Sketsa permasalahan dapat digambarkan seperti pada gambar di bawah ini.

Resultan medan listrik di titik P adalah selisih dari medan yang dihasilkan masing-masing sumber.

Latih 2: Sebuah titik p berada segaris diantara dua muatan sumber B dan A yang terpisah 10 cm. Jarak titik tersebut ke muatan B terdekat adalah 4 cm. Jika kedua muatan A dan B adalah 16 mC dan 72 mC, tentukanlah besar medan magnet dititik tersebut akibat kedua muatan!

Kaji 3: Tiga buah titik membentuk konfigurasi segitiga siku-siku seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Jika pada kedua titik tersebut disimpan muatan identik 8 mikro Coulomb dengan panjang kedua sisi tegaknya 2 cm. Tentukanlah kuat medan listrik di titik siku-siku tersebut!

Jawab:

Besaran yang diketahui.

Medan listrik akibat muatan satu dan dua akan sama mengingat muatan sumber dan jarak sama.


Karena nilai medan listrik 1 dan 2 sama, medan listriknya dimisalkan E. Resultannya dapat dihitung dengan phytagoras karena sudut apitnya 90 derajat.

Latih 3: Tiga buah titik membentuk konfigurasi segitiga sama sisi. Jika pada kedua titik tersebut disimpan muatan identik 8 mikro Coulomb dengan panjang sisi segitiga 2 cm. Tentukanlah kuat medan listrik di salah satu titik yang tak bermuatan!

Kaji 4: Dua buah muatan sumber -25 mC terpisah dengan muatan sumber lainnya +36 mC sejauh 10 cm. Tentukanlah sebuah titik sepanjang garis hubung kedua muatan yang menghasilkan resultan medan listrik nol!

Jawab:
Besaran yang diketahui.

Konsep penting "suatu titik akan mempunyai resultan medan listrik nol harus berada diluar disepanjang garis hubung kedua muatan mendekati muatan kecil".

Karena menginginkan resultan medan listrik nol.




Latih 4: Dua buah muatan sumber 25 mC terpisah dengan muatan sumber lainnya +36 mC sejauh 12 cm. Tentukanlah sebuah titik sepanjang garis hubung kedua muatan yang menghasilkan resultan medan listrik nol!

Kaji 5: Sebuah partikel debu mempunyai massa 10 milligram terapung di udara dalam keadaan seimbang. Dengan menganggap partikel debu mempunyai muatan positif sebesar 2 mikro Coulomb, tentukan arah dan besar medan listrik yang mempengaruhi debu tetap setimbang di udara (anggap nilai percepatan gravitasi 10 m/s/s)!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Agar debu berada dalam keadaan seimbang, gaya berat/gravitasi harus diimbagi oleh gaya listrik yang ditimbulkan oleh medan listrik. Arah gaya tersebut melawan gaya gravitasi karena muatan positif maka arah medan harus sama dengan arah gaya Coulomb, jadi ke atas.

Karena berada dalam keadaan setimbang resultan gaya harus nol.


Latih 5: Sebuah partikel debu mempunyai massa 10 milligram terapung di udara dalam keadaan seimbang. Dengan menganggap partikel debu mempunyai muatan, pada tempat tersebut terdapat medan listrik yang mengarah ke permukaan bumi sebesar 100 N/C, tentukanlah besar dan jenis muata tersebut!