Memahami Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal Listrik Statis
Contoh soal listrik statis ada dalam pelajaran fisika yang dimuat agar para siswa dapat lebih memahami tentang apa itu listrik statis dan bagaimana penyelesaian masalah terkait listrik statis.
Pengertian Listrik Statis
Listrik statis adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari fenomena kelistrikan pada muatan-muatan. Fenomena listrik statis ini timbul saat benda-benda bermuatan listrik saling berinteraksi.
Meneruskan Katadata, listrik statis adalah ketidakseimbangan muatan listrik dalam atau pada permukaan benda. Muatan listrik tetap ada sampai benda kehilangannya dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik. Listrik statis kontras dengan arus listrik, yang mengalir melalui kabel atau konduktor lainnya dan mentransmisikan listrik.
Ada tiga cara yang bisa dilakukan untuk memberi muatan pada listrik statis, yaitu, penggosokan, konduksi, dan induksi.
1. Penggosokan
Benda di bawah ini memiliki muatan listrik dengan cara digosok dengan benda lain. Contohnya ada beberapa benda yang bisa bermuatan listrik statis adalah kain sutera dengan kaca. Kaca memiliki daya listrik plus sedangkan kain sutera memiliki daya listrik minus. Prosesnya adalah dari elektron dari kaca yang berpindah ke kain sutera.
2. Konduksi
Cara membuat benda menjadi bermuatan listrik adalah konduksi. Secara makna konduksi adalah mendekatkan benda yang bermuatan listrik ke benda yang tidak bermuatan listrik. Dengan begitu, benda yang tadinya tidak memiliki muatan listrik akan memiliki muatan listrik.
3. Induksi
Adapun cara membuat benda menjadi memiliki muatan listrik adalah induksi. Secara makna, induksi yaitu memisahkan muatan listrik di dalam suatu penghantar. Caranya adalah dengan mendekatkan benda yang bermuatan listrik ke benda lain yang berada dalam kondisi netral. Peristiwa konduksi ini sering ditemui saat kita sedang menyelidiki muatan listrik suatu benda menggunakan elektroskop.
Rumus Listrik Statis
Mengutip Zenius, terdapat beberapa rumus yang biasa digunakan dalam menyelesaikan persoalan terkait listrik statis.
1. Gaya Coulomb
Gaya coulomb adalah besarnya gaya listrik yang terjadi antara dua benda yang bermuatan. Muatan-muatan yang berlainan jenis akan tarik-menarik dan muatan yang sejenis akan tolak-menolak.
Sehingga, besarnya gaya tarik-menarik atau tolak menolak tersebut dapat dirumuskan melalui persamaan:
F = k q1.q2/r2
Keterangan:
F = gaya coulomb (N)
k = koefisien (9 x 109 Nm2/C2)
j = jarak antar muatan (m)
q1 dan q2 = muatan masing-masing partikel (C)
2. Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar partikel bermuatan listrik yang masih dipengaruhi gaya listrik (gaya coulomb). Arah medan listrik muatan positif bergerak ke luar dari muatan sumber. Sedangkan muatan negatif bergerak masuk ke dalam.
Benda bermuatan penghasil listrik disebut muatan sumber. Sementara, muatan lain yag diletakan dalam pengaruh medan listrik muatan sumber disebut muatan uji. Berikut rumusnya:
E = k Q/r2
atau
E = F/q
Keterangan:
E = kuat medan listrik (N/C)
F = gaya coulomb (N)
r = jarak muatan uji terhadap muatan sumber (m)
Q = besar muatan sumber (C)
q = besar muatan uji (C)
3. Potensial Listrik
Potensial listrik adalah usaha per satuan muatan yang diperlukan guna memindahkan satu muatan dari satu titik ke titik lainnya. Rumusnya:
V = k Q/r
Keterangan:
V = pontensial listrik (volt)
Q = muatan sumber (C)
k = koefisien (9 x 109 Nm2/C2)
r = jarak terhadap sumber muatan (m)
4. Energi Potensial Listrik
Ini merupakan energi atau usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan listrik dari satu titik ke titik lainnya. Berikut rumusnya:
Ep = k q1.q2/r
Keterangan:
Ep = energi potensial muatan uji
k = koefisien (9 x 109 Nm2/C2)
r = jarak terhadap sumber muatan (m)
q1 dan q2 = muatan masing-masing partikel (c).
5. Kapasitor
Kapasitor adalah salah satu peralatan listrik yang digunakan untuk menyimpan energi dalam waktu singkat untuk dibebeaskan dengan cepat. Rumusnya:
C = ????oA/d
Keterangan:
C = kapasitas kapasitor (Farad atau f)
q = muatan antara dua keping (C)
V = beda potensial antara dua keping (volt)
A = luas penampang keping (m2)
???? = permitivitas dielektrik bahan
Contoh Soal Listrik Statis
Dihimpun dari berbagai sumber terkait, berikut contoh soal listrik statis:
1. Titik X terletak dalam medan listrik. Kuat medan listrik di titik X = 0,7 NC-1. Jika di titik X diletakan benda bermuatan listrik 0,35 C, berapakah gaya Coulomb yang bekerja pada benda tersebut?
Jawaban:
F = q E
F = (0,35 C)(0,7 NC-1)
F = 0,245 N
Jadi gaya Coulomb yang bekerja pada benda tersebut adalah 0,245 N.
2. Sebuah titik bermuatan q terletak di titik Y dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan positif, mengalami gaya sebesar 0,03 N. Apabila diketahui muatan tersebut sebesar +5 × l0–6 Coulomb, tentukan besar medan listrik di titik Y tersebut.
Jawaban:
Gaya listrik (F) = 0,03 N
Muatan listrik (q) = +5 × l0–6 C = 0,000005 C
E = F / q
E = 0,03 N / 0,000005 C
E = 6.000 N/C
E = 6 × 103 NC-1
Jadi, besar medan listrik di titik Y adalah 6 × 103 NC-1.