Bab 4. Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-Hari (Materi 3 : Medan Listrik dan Potensial Listrik)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.5 Menerapkan konsep rangkaian listrik, energi dan daya listrik, sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari termasuk sumber energi listrik alternatif, serta berbagai upaya menghemat energi listrik.

Keterampilan

4.5 Menyajikan hasil rancangan dan pengukuran berbagai rangkaian listrik.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan konsep medan listrik dengan benar.

2. Menerapkan perhitungan konsep medan listrik dengan benar.

3. Menjelaskan konsep energi potensial listrik dengan benar.

4. Menerapkan perhitungan konsep energi potensial listrik dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

 A. Medan Listrik

• Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa dua muatan yang didekatkan akan saling berinteraksi satu sama lain.
• Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik (gaya coulomb).
• Medan listrik pada sebuah muatan digambarkan oleh garis-garis gaya listrik dengan anak panah sesuai dengan muatannya.
• Pada muatan positif (+), garis-garis gaya listrik arahnya keluar dari (menjauhi) muatan positif.
• Pada muatan negatif (-), garis-garis gaya listrik arahnya masuk menuju (mendekati) muatan negatif. 

• Hubungan dua benda bermuatan listrik dengan jenis berbeda akan tarik-menarik. Sedangkan hubungan dua benda bermuatan listrik dengan muatan sejenis akan tolak-menolak. Hubungan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

  

  (a) Tarik-Menarik  (b) Tolak-Menolak

• Kerapatan garis gaya listrik menunjukkan kekuatan medan listrik. Semakin rapat garis gaya listriknya, semakin besar kuat medan listriknya.
• Besarnya kuat medan listrik pada suatu titik yang berjarak r dari sebuah muatan dapat ditentukan dengan persamaan matematis. 
  

Keterangan :

E : kuat medan listrik (N/C)

q : muatan listrik (C)

r : jarak benda yang bermuatan listrik (m)

k : konstanta Coulomb = 9 x 10⁹ Nm² / C²

Contoh Soal :

1. Sebuah muatan listrik dengan nilai 8 μC berada pada daerah medan listrik. Jarak antara muatan dan titik P adalah 3 cm. Jika konstanta Coulomb sebesar 9 x 10⁹ Nm² / C², maka tentukan besar dan arah kuat medan listrik pada titik P !

Penyelesaian :

Diketahui:

q = 8 μC = 8 x 10^-6 C

r = 3 cm = 0,03 m = 3 x 10^-2 m

k = 9 x 10⁹ Nm² / C²

Ditanyakan: E dan arahnya di titik P ?

Jawab:

Arah medan listrik di titik P:

Karena titik P dipengaruhi oleh muatan listrik positif, maka arah medan listrik menjauhi muatan listrik dan menjauhi titik P.

Jadi, besar kuat medan listriknya adalah 8 x 10⁷ N/C dengan arah menjauhi muatan listrik dan menuju pusat medan listrik.

2.  Titik A berada pada jarak 5 cm dari muatan -10 μC. Tentukan besar dan arah medan listrik pada titik A ! (k =  9 x 10⁹ Nm² / C²)

Penyelesaian :

Diketahui :

q = -10 μC = -10 x 10^-6 C

r = 5 cm = 0,05 m = 5 x 10^-2 m

k = 9 x 10⁹ Nm² / C²

Ditanyakan : E dan arahnya di titik A ?

Jawab :

Arah medan listrik di titik A :

Karena titik A dipengaruhi oleh muatan listrik negatif maka arah medan listrik menuju muatan listrik dan menjauhi titik A.

Jadi, besar kuat medan listrik di titik A adalah 3,6 x 10⁷ N/C dengan arah menuju muatan listrik dan menjauhi titik A.

3. Sebuah muatan uji 25 x 10^-5 C diletakkan dalam sebuah medan listrik. Jika gaya yang bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,5 N. Berapa besar medan listrik pada muatan uji tersebut?

Penyelesaian :
Diketahui:
F= 0,5 N = 5 x 10^-1 N 
q = 25 x 10^-5 C
Ditanyakan: E = ….?
Jawab:
E = F/q = (5 x 10^-1)  / ( 25 x 10^-5) = (1 x 10⁴ ) / 5 = 2.000 N/C

Jadi, besar medan listrik pada muatan uji tersebut adalah 2.000 N/C.

4. 

Jadi, besar muatan B adalah 8 x 10^-12 C.

B. Energi Potensial Listrik

• Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. 
• Benda yang muatan listrik positifnya lebih banyak, maka dikatakan mempunyai potensial lebih tinggi. 
• Benda yang muatan listrik negatifnya lebih banyak, dikatakan benda tersebut mempunyai potensial lebih rendah.

  

  Benda A memiliki muatan positif lebih banyak atau mempunyai potensial lebih tinggi daripada benda B.

• Energi potensial listrik adalah energi yang digunakan untuk memindahkan letak muatan listrik dari suatu titik ke titik yang lain.

Keterangan:

V = beda potensial listrik (V)

W = usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan/energi potensial listrik (J)

q = muatan listrik (C)

Contoh Soal :

1. Muatan sebesar 4 Coulomb akan dipindahkan dari titik A ke B dengan usaha sebesar 10 Joule. Hitunglah beda potensial antara titik A dan B!
Penyelesaian :
Diketahui :
q = 4 C
W = 10 J
Ditanyakan : V = … ?
Jawab :
W = q . V => V = W/q
                        = 10 / 4

                        = 2,5 V

Jadi, beda potensial antara titik A dan B adalah sebesar 2,5 V.

2. Di dalam sebuah sumber listrik mengalir energi sebesar 4.200 Joule dan beda potensial sebesar 60 V. Berapakah besar muatan listrik yang dipindahkan sumber listrik tersebut?
Penyelesaian :
Diketahui:
W = 4.200 J
V = 60 V
Ditanyakan : Q = … ?
Jawab :
W = q . V => q = W/V
                        = 4.200 / 60
                        = 70 C

Jadi, besar muatan listrik yang dipindahkan sumber listrik tersebut adalah 70 C.

3. Bola A dan B masing-masing memiliki potensial 10 V dan 40 V. Hitunglah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan 2 μC dari A ke B !

Penyelesaian :
Diketahui:
q = 2 μC = 2 x 10^-6 C 

VA = 10 V

VB = 40 V

Ditanyakan : W = … ?
Jawab :
W = q . ΔV  = q . (VB - VA) = 2 x 10^-6 . (40 - 10) = 2 x 10^-6 . 30 = 60 x 10^-6 J = 6 x 10^-5 J.

Jadi, usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan tersebut adalah 60 J.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan

1. Dari tiap-tiap pasangan objek bermuatan berikut ini, tentukan objek yang memiliki potensial listrik lebih tinggi! !

2. Jarak antara titik R dengan muatan -20 μC  adalah 10 cm. Tentukan kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik R !

3. Energi listrik sebesar 1.800 J digunakan untuk memindahkan muatan listrik 600 μC dan titik A ke titik B. Berapakah potensial listrik antara titik A dengan titik B ?

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~