POTENSIAL
LISTRIK & KAPASITOR
1.
Dua buah kapasitor disusun secara paralel dan dihubungkan dengan sumber
tegangan. Jika masing-masing memiliki kapasitas 4 F dan 8 F, maka tentukanlah
nilai kapasitas penggantinya.
Pembahasan
Dik C1=4
F;C2=8F.
Cp=C1+C2
⇒Cp=4+8
⇒ Cp = 12 F.
Cp=C1+C2
⇒Cp=4+8
⇒ Cp = 12 F.
2.
Dua buah kapasitor masing-masing
memiliki kapasitas 2 F dan 6 F dihubungkan secara seri kemudian dirangkaikan
secara paralel dengan dua buah kapasitor lainnya yang disusun seri. Kedua
kapasitor yang lain masing-masing memiliki kapasitas 4 F dan 8 F. Tentukanlah
nilai kapasitansi pengganti pada susunan tersebut.
Pembahasan
Dik C1=2,C2=6,C3=4,C4=8
1/Cs1=1/C1+1/C2
⇒1/Cs1=1/2+1/6
⇒1/Cs1=(3+1)/6
⇒1/Cs1=4/6
⇒Cs1=6/4
⇒Cs1=1,5F
1/Cs2=1/C3+1/C4
⇒1/Cs1=1/4+1/8
⇒1/Cs2=(2+1)/8
⇒1/Cs2=3/8
⇒Cs2=8/3
⇒ Cs2 = 2,6 F
Cp=Cs1+Cs2
⇒Cp=1,5+2,6
⇒ Cp = 4,1 F.
⇒Cp=1,5+2,6
⇒ Cp = 4,1 F.
3.
Dua buah kapasitor disusun seri dan dihubungkan dengan seumber tegangan 10
volt. Jika kapasitansi masing-masing kapasitor tersebut adalah 2 F dan 10 F,
maka tentukanlah besar muatan yang tersimpan dalam rangkaian.
Pembahasan
Dik C1 = 2 F; C2 = 10 F; V = 10 volt.
1/Cs=1/C1+ 1/C2
⇒ 1/Cs = 1/2 + 1/10
⇒ 1/Cs = (5 + 1) / 10
⇒ 1/Cs = 6/10
⇒ Cs = 10/6
⇒ 1/Cs = 1/2 + 1/10
⇒ 1/Cs = (5 + 1) / 10
⇒ 1/Cs = 6/10
⇒ Cs = 10/6
⇒
Cs = 1,66 F.
Q = Cs.V
⇒ Q = 1,66 (10)
⇒ Q = 16,6 C.
Q = Cs.V
⇒ Q = 1,66 (10)
⇒ Q = 16,6 C.
1.
Sebuah elektron yang bermuatan 1,6 x 10−19
C bergerak dengan kecepatan 5 x 105 m/s melalui medan magnet sebesar
0,8 T seperti gambar berikut. Tentukan :
a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet
b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron
a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet
b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron
Pembahasan
a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet
Gunakan persamaan
F = BQV sin θ
dimana B adalah besarnya medan magnetik (Tesla), Q adalah besarnya muatan (Coulomb), V adalah kecepatan gerak muatan (m/s) dan θ adalah sudut yang dibentuk antara arah gerak muatan dengan arah medan magnet. Pada soal diatas 90° sehingga nilai sinusnya adalah 1.
F = (0,8)(1,6 x 10−19)(5 x 105)(1) = 6,4 x 10−14 Newton
b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron
Untuk menentukan arah gaya magnetik gunakan kaidah tangan kanan sebagai berikut:
4 jari = arah medan magnet
ibu jari = arah gerak muatan
telapak tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis positif
punggung tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis negatif
Jika diketahui dua kutub magnet maka arah medan magnet adalah dari kutub utara (U) menuju kutub selatan (S) dan karena elektron adalah muatan negatif, maka arah gaya yang bekerja sesuai arah punggung tangan yaitu keluar bidang baca.
a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet
Gunakan persamaan
F = BQV sin θ
dimana B adalah besarnya medan magnetik (Tesla), Q adalah besarnya muatan (Coulomb), V adalah kecepatan gerak muatan (m/s) dan θ adalah sudut yang dibentuk antara arah gerak muatan dengan arah medan magnet. Pada soal diatas 90° sehingga nilai sinusnya adalah 1.
F = (0,8)(1,6 x 10−19)(5 x 105)(1) = 6,4 x 10−14 Newton
b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron
Untuk menentukan arah gaya magnetik gunakan kaidah tangan kanan sebagai berikut:
4 jari = arah medan magnet
ibu jari = arah gerak muatan
telapak tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis positif
punggung tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis negatif
Jika diketahui dua kutub magnet maka arah medan magnet adalah dari kutub utara (U) menuju kutub selatan (S) dan karena elektron adalah muatan negatif, maka arah gaya yang bekerja sesuai arah punggung tangan yaitu keluar bidang baca.
2. Sebuah positron yang bermuatan 1,6 x 10−19 C bergerak dengan kecepatan 5 x 105 m/s melalui medan magnet sebesar 0,8 T seperti gambar berikut.
Tentukan :
a) besar gaya magnetik saat positron berada dalam medan magnet
b) arah gaya magnetik yang bekerja pada positron
Pembahasan
a) F = (0,8)(1,6 x 10−19)(5 x 105)(1) = 6,4 x 10−14 Newton
b) Positron termasuk muatan positif, sehingga arah gaya magnetik diwakili oleh telapak tangan seperti ilustrasi gambar berikut adalah masuk bidang baca (menjauhi pembaca)
3.Sebuah muatan Q
bergerak dengan kelajuan 2 x 104 m/s memasuki suatu daerah yang
mengandung medan magnet B dan medan listrik E. Jika muatan tersebut tidak
terpengaruh baik oleh gaya magnet maupun gaya listrik tentukan nilai
perbandingan kuat medan magnet dan kuat medan listrik di tempat tersebut!
Pembahasan
Muatan tidak terpengaruh gaya listrik maupun magnet berarti kedua gaya tersebut adalah sama besar dan berlawanan arah.
Fmagnet = Flistrik
BQV = QE
B/E = 1 / (2 x 104)
B/E = 0,5 x 10− 4 TC/N
Pembahasan
Muatan tidak terpengaruh gaya listrik maupun magnet berarti kedua gaya tersebut adalah sama besar dan berlawanan arah.
Fmagnet = Flistrik
BQV = QE
B/E = 1 / (2 x 104)
B/E = 0,5 x 10− 4 TC/N
4.Sebuah partikel alpha (m = 6,4×10–27 kg, q = 3,2×10–19 C) bergerak tegak lurus terhadap medan magnet B yang arahnya masuk bidang gambar. Jika B = 0,2 T dan kecepatan partikel 3×105 m/s, maka jari-jari lintasannya adalah...
A. 1,33 m
B. 0,75 m
C. 0,30 m
D. 0,13 m
E. 0,03 m
Pembahasan
Partikel alpha bergerak melingkar dalam medan magnet B dengan jari-jari
Masukan datanya
5.Dalam suatu medan magnet
homogen 2,4 × 10−2 T diletakkan sebuah kawat sepanjang 1 m
yang dialiri arus sebesar 20 A.
Sudut yang dibentuk antara arah arus dan arah medan magnet
30°. Gaya Lorentz yang muncul
pada kawat sebesar ....
A. 0,03 N
B. 0,06 N
C. 0,12 N
D. 0,24 N
E. 0,48 N
Karena semua bilangan
pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja
𝐹 = 𝐵𝐼ℓ sin
θ = 24 × 2 × 1 ×1/2
= 24 (D)
6.Dua buah kawat lurus yang
masing-masing memiliki panjang 60 cm diletakkan sejajar. Kawat
pertama dialiri arus 40 A dan
kawat kedua 20 A. Arah aliran arus listrik searah. Gaya magnetik
per meter dari kedua kawat
sebesar ....
A. 2,6 × 10−4 N
B. 2,7 × 10−4 N
C. 2,8 × 10−4 N
D. 2,9 × 10−4 N
E. 3,0 × 10−4 N
Karena semua bilangan
pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja
𝐹/ℓ=𝜇0𝐼1𝐼2/2𝜋𝑎
=4𝜋 × 4 × 2/ 2𝜋 × 6=16/6≈ 2,67 ≈ 2,7 (B)
7.Dua kawat sejajar yang berjarak
1 m satu sama lain dialiri oleh arus listrik yang masing-masing
1 A dengan arah yang sama. Di
antara kedua kawat akan terjadi ....
A. Gaya tarik-menarik sebesar 4 ×
107 N/m
B. Gaya tolak-menolak sebesar 2 ×
107 N/m
C. Gaya tarik-menarik sebesar 2 ×
107 N/m
D. Gaya tarik-menarik sebesar 2 ×
10−7 N/m
E. Gaya tolak-menolak sebesar 2 ×
10−7 N/m
𝐹/ℓ=𝜇0𝐼1𝐼2/2𝜋𝑎=
4𝜋 × 10−7 × 1 × 1/2𝜋 × 1= 2 × 10−7 N/m
Karena searah maka
tarik-menarik
1.
Sebuah
kumparan menembus medan magnet homogen secara tegak lurus sehingga terjadi GGL induksi.
Jika kumparan diganti dengan kumparan lain yang mempunyai lilitan 2 kali jumlah
lilitan kumparan semula dan laju perubahan fluksnya tetap, maka perbandingan
GGL induksi mula-mula dan akhir adalah…
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 3 : 1
E. 3 : 2
Pembahasan
Diketahui :
Jumlah lilitan (N) awal = 1
Jumlah lilitan (N) akhir = 2
Laju perubahan fluks awal (ΔØB / Δt) = laju perubahan fluks akhir (ΔØB / Δt)
Ditanya : Perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir
Jawab :
Rumus hukum induksi Faraday :
E = -N (ΔØB / Δt)
Keterangan : E = ggl induksi, N = jumlah lilitan, ΔØB / Δt = laju perubahan fluks
Perbandingan GGL induksi awal dan akhir :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
1 : 2
Jawaban yang benar adalah B.
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 3 : 1
E. 3 : 2
Pembahasan
Diketahui :
Jumlah lilitan (N) awal = 1
Jumlah lilitan (N) akhir = 2
Laju perubahan fluks awal (ΔØB / Δt) = laju perubahan fluks akhir (ΔØB / Δt)
Ditanya : Perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir
Jawab :
Rumus hukum induksi Faraday :
E = -N (ΔØB / Δt)
Keterangan : E = ggl induksi, N = jumlah lilitan, ΔØB / Δt = laju perubahan fluks
Perbandingan GGL induksi awal dan akhir :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
1 : 2
Jawaban yang benar adalah B.
2.
Pada
keadaan awal (1) fluks magnetik berubah sebesar 5 Wb selama 2 detik pada sebuah
kumparan yang mempunyai 20 lilitan. Pada keadaan (2) untuk perubahan fluks yang
sama dibutuhkan waktu 8 detik. Perbandingan GGL induksi keadaan (1) dan (2)
adalah…
A. 1 : 1
B. 2 : 1
C. 3 : 1
D. 4 : 1
E. 4 : 3
Pembahasan
Diketahui :
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 5/2
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 5/8
Jumlah lilitan (N) = 20
Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawab :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4 : 1
Jawaban yang benar adalah D.
A. 1 : 1
B. 2 : 1
C. 3 : 1
D. 4 : 1
E. 4 : 3
Pembahasan
Diketahui :
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 5/2
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 5/8
Jumlah lilitan (N) = 20
Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawab :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4 : 1
Jawaban yang benar adalah D.
3.
Fluks
magnetik kumparan pertama mempunyai 200 lilitan berubah sebesar 0,06 Wb dalam
waktu 0,4 s. Pada kumparan kedua, fluks magnetiknya berubah sebesar 0,08 Wb
dalam waktu 0,2 s. Bila jumlah lilitan kumparan kedua diganti separuh jumlah
lilitan kumparan pertama maka perbandingan GGL induksi kumparan pertama dan
kedua adalah…
A. 2 : 3
B. 3 : 1
C. 3 : 4
D. 3 : 5
E. 3 : 8
Pembahasan
Diketahui :
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 0,06/0,4
Jumlah lilitan (N) awal = 200
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 0,08/0,2
Jumlah lilitan (N) akhir = 100
Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawab :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3 : 0,4
A. 2 : 3
B. 3 : 1
C. 3 : 4
D. 3 : 5
E. 3 : 8
Pembahasan
Diketahui :
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 0,06/0,4
Jumlah lilitan (N) awal = 200
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 0,08/0,2
Jumlah lilitan (N) akhir = 100
Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawab :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3 : 0,4
1. Suatu rangkaian seri R, L, dan C
dihubungkan dengan tegangan bolak-balik. Apabila induktansi 1/25π2 H dan kapasitas kapasitor 25 μF, maka resonansi
rangkaian terjadi pada frekuensi .....
A. 0,5 kHz
B. 1,0 kHz
C. 2,0 kHz
D. 2,5 kHz
E. 7,5 kHz
(Sumber : Soal Ujian Nasional Fisika SMA Tahun 2009/2010)
A. 0,5 kHz
B. 1,0 kHz
C. 2,0 kHz
D. 2,5 kHz
E. 7,5 kHz
(Sumber : Soal Ujian Nasional Fisika SMA Tahun 2009/2010)
Pembahasan
Frekuensi resonansi untuk rangkaian RLC terjadi saat
reaktansi induktif sama besar dengan reaktansi kapasitif, dengan nilai
frekuensi :
Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut
2. Jika tegangan maksimum sumber arus bolak-balik = 200 V, maka besar kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian adalah....
A. 1,5 A
B. 2,0 A
C. 3,5 A
D. 4,0 A
E. 5,0 A
(UN 2011)
2. Jika tegangan maksimum sumber arus bolak-balik = 200 V, maka besar kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian adalah....
A. 1,5 A
B. 2,0 A
C. 3,5 A
D. 4,0 A
E. 5,0 A
(UN 2011)
Pembahasan
Data dari soal di atas sebagai berikut:
R = 60 Ω
XL = 120 Ω
XC = 40 Ω
Vm = 200 volt
Im = .................
Langkah pertama temukan dulu impedansi rangkaian (Z)
Kuat arus maksimumnya adalah
Data dari soal di atas sebagai berikut:
R = 60 Ω
XL = 120 Ω
XC = 40 Ω
Vm = 200 volt
Im = .................
Langkah pertama temukan dulu impedansi rangkaian (Z)
Kuat arus maksimumnya adalah
Rangkaian R – L – C disusun seperti gambar di samping.
Grafik gelombang sinus yang dihasilkan jika XL > XC adalah….
Grafik gelombang sinus yang dihasilkan jika XL > XC adalah….
|
A.
|
 |
|
B.
|
|
|
C.
|
|
|
D.
|
 |
|
E.
|
 |
Pembahasan
|
Resistif
|
Induktif
|
Kapasitif
|
|
XL = XC
|
XL > XC
|
XC > XL
|
|
V sefase dengan I
|
V mendahului I
|
I mendahului V
|
-Jawaban A dan E bisa dibuang dulu, karena menggambarkan I sebagai garis lurus.
-Jawaban B bisa dibuang kemudian, karena menunjukkan V
sefase dengan I, kelihatan saat 0°, 180° dan 360°, V dan I berada pada satu
titik, jadi sefase. Jangan terkecoh dengan garis merahnya V yang terlihat lebih
tinggi dari garis birunya I.
-Tinggal C dan D. Mana yang V mendahului I? yang C,
terlihat saat I nya masih nol, V nya sudah punya nilai sudut tertentu yang
lebih besar dari nol, jadi seperti grafik option B, tapi merahnya digeser
sedikit ke sebelah kiri.
