Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor

Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1 75 kecil muatan tambahan dq dipindahkan dari konduktor negatif dengan potensial 0 ke konduktor positif dengan potensial V maka perbedaan energi potensial dari muatan naik sebesar: du = q C dq . . . 4.34 Kenaikan total energi potensial U adalah: U = ³ Q q C dq . . . 4.35 Energi potensial ini adalah energi yang tersimpan dalam suatu kapasitor. Karena C = Q C maka energi yang tersimpan dapat dinyatakan sebagai: U = 1 2 . Q C 2 = 1 2 . Q V = 1 2 . C . V 2 . . . 4.36 Kerjakan soal-soal berikut dengan tepat 1. Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki jarak antarkeping d. Jika 1 4 bagian dari ruang antarkeping diisi dengan bahan dielektrik yang memilki konstanta dielektrik H r , tentukan kapasitasnya 2. Sebuah kapasitor dengan kapasitansi 100 PF dihubungkan dengan sumber tegangan 6 volt hingga terisi penuh muatan. Kemudian kapasitor tersebut dilepas dari sumber tegangan dan dihubungkan paralel dengan kapasitor 50 PF. Pada keadaan setimbang, berapakah muatan yang tersimpan pada masing- masing kapasitor? Kerja Mandiri Rangkuman Tahukah kamu bahwa mesin fotokopi memanfaatkan sifat elektrostatis? Dokumen asli yang akan difotokopi diletakkan terbalik di atas kaca. Cahaya lampu yang cukup kuat menghasilkan muatan negatif pada pelat silinder yang menyebabkan area kertas kopian menjadi bermuatan. Bubuk tinta bermuatan positif akan menempel pada area ini sehingga dihasilkan kopian dokumen yang diinginkan. Sebaiknya Tahu Fotokopi Gambar 4.19 Mesin fotokopi Rep. www .alvaradopubliclibrary .or g 1. Muatan yang sejenis akan tolak-menolak, muatan yang tidak sejenis akan tarik-menarik. 2. Hukum Coulomb menyatakan bahwa gaya tarik atau tolak antara dua muatan berbanding terbalik dengan besar muatan dan berbanding lurus dengan kuadrat jarak kedua muatan. F = k 1 2 2 q q r Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1 76 3. Medan listrik E di suatu titik didefinisikan sebagai gaya total pada suatu muatan uji positif q o per satuan muatan q o . E = F q 4. Besar kecilnya medan listrik di suatu tempat sebanding dengan kerapatan garis- garis medan listrik di tempat tersebut. 5. Hukum Gauss menyatakan bahwa pada permukaan tertutup, fluks total yang menembus permukaan adalah 4 Sk kali muatan total di dalam permukaan tersebut. net = 4 SkQ 6. Potensial listrik di suatu titik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan positif di titik tersebut. V = p E q = ˜ k Q R 7. Kapasitansi suatu kapasitor keping sejajar dipengaruhi oleh luas penampang keping, jarak antarkeping, dan permisivitas bahan dielektrik. C = H o A d Soal-soal Uji Kompetensi

A. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat

1. Grafik berikut menunjukkan hubungan besarnya gaya elektrostatis dengan jarak pada dua muatan yang sama. Jarak yang ditunjukkan pada x adalah . . . . a. 0,12 m d. 0,40 m b. 0,15 m e. 0,50 m c. 0,20 m 2. Dua buah muatan masing P dan Q terpisah pada jarak 60 cm. Pada P dan Q masing-masing terdapat muatan +10 PC dan -10 PC. Besar dan arah medan listrik pada titik tengah garis penghubung kedua titik tersebut adalah . . . . a. b. 10 6 NC ke arah P c. 10 6 NC ke arah Q d. 2 . 10 6 NC ke arah P e. 2 . 10 6 NC ke arah Q FN 4 1 0,1 x r m Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1 77 3. Kuat medan listrik di antara dua keping sejajar adalah 10 4 NC. Luas masing-masing keping adalah 0,1 m 2 . Jika jarak kedua keping 4 cm maka muatan pada masing-masing keping adalah . . . . a. 8,85 . 10 -9 C d. 17,7 . 10 -9 C b. 88,5 . 10 -9 C e. 0,885 . 10 -9 C c. 45,4 . 10 -9 C 4. Sebuah bola bermuatan dengan massa 1 gram digantungkan pada tali dalam pengaruh medan listrik 10 4 NC arah mendatar. Jika bola dalam ke- adaan setimbang sehingga mem- bentuk sudut 47 o cos 47 o = 0,6 dan g = 10 ms 2 maka besarnya muatan pada bola ter- sebut adalah . . . . a. 4 PC b. 5 PC c. 8 PC d. 12,5 PC e. 20 PC 5. Usaha yang diperlukan untuk me- mindahkan muatan sebesar 25 mC sejauh 10 cm dalam medan listrik yang besarnya 4 . 10 4 NC adalah . . . . a. 100 joule d. 0,1 joule b. 10 joule e. 0,01 joule c. 1 joule 6. Sebuah bujur sangkar ABCD dengan sisi 10 cm, pada titik sudutnya ter- dapat muatan masing-masing 100 PC. Besarnya potensial listrik pada titik perpotongan diagonalnya adalah . . . . a. 0,9 2 . 10 7 volt b. 1,8 2 . 10 7 volt c. 4,6 2 . 10 7 volt d. 9 . 10 7 volt e. 46 . 10 7 volt 7. Sebuah kapasitor keping sejajar dengan jarak antarkeping 1 mm dan luas keping 20 cm 2 menggunakan bahan dielektrik dengan permitivitas relatif terhadap udara 500. Kapasitor tersebut memiliki kapasitansi sebesar . . . . a. 8,85 nF d. 78,8 nF b. 17,7 nF e. 156 nF c. 45,4 nF 8. Dua buah kapasitor masing-masing dengan kapasitansi C 1 dan C 2 disusun seri kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan V. Jika C 1 = 2C 2 maka perbandingan V 1 dengan V 2 adalah . . . . a. 1 : 2 d. 4 : 1 b. 1 : 4 e. 4 : 2 c. 2 : 1 9. Tiga buah kapasitor disusun sebagai berikut: Pernyataan berikut berhubungan dengan rangkaian di atas. 1 kapasitansi ekivalen rangkaian adalah 6 C 2 V ab = 5 V bc 3 C bc = 6 5 C 4 Energi yang tersimpan pada ab = 5 kali energi yang tersimpan pada bc Pernyataan di atas yang benar adalah . . . . . a. 1, 2 dan 4 d. 4 saja b. 1 dan 4 e. 1, 2, dan 4 c. 2 dan 4 E 47° a C b c 2C 4C