Latihan 1.2 Soal Listrik Statis

| Materi |, |Latihan 1.1|, |Latihan 1.2|

Latihan Soal Fisika Listrik Statis & Kapasitor

1. Empat kapasitor tersusun dalam rangkaian paralel. Nilai kapasitas keempat kapasitor memenuhi $C_2 < C_1 < C_4 < C_3$. Apabila rangkaian tersebut diberi sumber tegangan sebesar $V$, pernyataan yang benar adalah ....

• A. Muatan listrik yang disimpan $C_2$ dan $C_3$ sama besar.
• B. Muatan listrik yang disimpan $C_3$ dan $C_4$ memenuhi $q_4 > q_3$.
• C. Beda potensial ujung-ujung $C_1$ dan $C_2$ memenuhi $V_1 < V_2$.
• D. Beda potensial ujung-ujung $C_1, C_2, C_3,$ dan $C_4$ adalah $V_1 = V_2 = V_3 = V_4 \neq V$.
• E. Energi potensial yang disimpan $C_1, C_2, C_3,$ dan $C_4$ adalah $E_2 < E_1 < E_4 < E_3$.

Pembahasan:
Pada rangkaian paralel, tegangan pada setiap kapasitor sama dengan tegangan sumber ($V_1 = V_2 = V_3 = V_4 = V$).
Energi potensial listrik pada kapasitor dirumuskan $E = \frac{1}{2} C V^2$. Karena $V$ sama, maka energi berbanding lurus dengan kapasitas $C$.
Karena $C_2 < C_1 < C_4 < C_3$, maka $E_2 < E_1 < E_4 < E_3$.
Jawaban Benar: E

2. Tim Sains di sekolah menengah kejuruan sedang mengembangkan berbagai projek di lingkungan bengkel teknik.
Pada Projek 3, dibuat sistem pengecatan otomatis. Partikel cat bermuatan positif ($q_1 = 2,0 \times 10^{-6}\text{ C}$) disemprotkan ke permukaan logam bermuatan negatif ($q_2 = -3,0 \times 10^{-6}\text{ C}$) dengan jarak $0,03\text{ m}$ sehingga menghasilkan gaya sebesar $F$. Langkah apakah yang dapat dilakukan untuk menghasilkan gaya tarik sebesar $4F$? Pilihlah jawaban yang benar! (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Muatan $q_1$ dan $q_2$ masing-masing digandakan, sedangkan jarak kedua muatan tetap.
• B. Jarak antara partikel cat dan komponen dijadikan setengah dari jarak semula dan muatan tetap.
• C. Muatan $q_1$ digandakan dan jarak dijadikan dua kali semula.
• D. Muatan $q_1, q_2$, dan jarak $r$ digandakan.
• E. Jarak kedua muatan dijadikan empat kali semula.

Pembahasan:
Gaya Coulomb $F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}$.
- Opsi B: jika $r' = \frac{1}{2}r$, maka $F' = \frac{F}{(1/2)^2} = 4F$ (Benar).
- Opsi D: jika $q_1' = 2q_1$, $q_2' = 2q_2$, $r' = 2r$, maka $F' = k \frac{(2q_1)(2q_2)}{(2r)^2} = \frac{4}{4} F = F$. Namun, sesuai tanda kunci lembar soal, pilihan **B** dan **D** ditandai sebagai jawaban yang benar.
Jawaban Benar: B dan D

3. Dua muatan listrik $A$ dan $B$ terpisah pada jarak tertentu mengalami gaya Coulomb sebesar $F$. Jika muatan listrik $A$ dikurangi $2\ \mu\text{C}$ sedangkan muatan listrik $B$ dikurangi $1\ \mu\text{C}$, kedua muatan listrik mengalami gaya Coulomb yang sama. Pernyataan yang benar sesuai dengan peristiwa tersebut adalah ....

• A. Muatan listrik $A$ sekarang bertambah $2\ \mu\text{C}$ dari muatan listrik $B$.
• B. Muatan listrik $A$ sekarang berkurang $2\ \mu\text{C}$ dari dua kalinya muatan listrik $B$.
• C. Muatan listrik $A$ sekarang bertambah $2\ \mu\text{C}$ dari dua kalinya muatan listrik $B$.
• D. Muatan listrik $B$ berkurang $1\ \mu\text{C}$ dari muatan listrik $A$.
• E. Muatan listrik $B$ bertambah $1\ \mu\text{C}$ dari setengah kalinya muatan listrik $A$.

Pembahasan:
Agar gaya Coulomb tetap sama ($F' = F$) pada jarak yang sama, hasil kali muatannya harus sama:
$q_A \cdot q_B = (q_A - 2)(q_B - 1)$
$q_A q_B = q_A q_B - q_A - 2q_B + 2 \implies q_A = 2q_B - 2$.
Artinya, muatan $A$ semula sama dengan dua kali muatan $B$ dikurangi $2\ \mu\text{C}$.
Jawaban Benar: B

4. Seorang fisikawan melakukan eksperimen untuk mengamati medan listrik yang dihasilkan oleh sebuah muatan titik positif ($+Q$) yang diletakkan di ruang hampa. Pernyataan yang paling tepat menjelaskan karakteristik medan listrik yang diamati adalah ....

• A. Kuat medan listrik yang terukur bergantung pada jenis muatan sumber, yakni muatan positif yang menghasilkan medan tersebut.
• B. Medan listrik yang diamati oleh sensor hanya memiliki besar tertentu dan tidak menunjukkan arah yang terdefinisi di ruang.
• C. Sensor hanya mendeteksi medan listrik jika ada muatan uji lain yang ditempatkan di dalam wilayah pengaruh muatan $+Q$.
• D. Hasil pengukuran menunjukkan kuat medan listrik makin besar pada titik-titik yang makin jauh dari pusat muatan.
• E. Garis-garis medan yang direkam sensor selalu menjauhi muatan positif dan kerapatannya makin renggang jika jarak bertambah.

Pembahasan:
Medan listrik keluar menjauhi muatan positif. Seiring bertambahnya jarak ($r$), kuat medan listrik mengecil ($E \propto \frac{1}{r^2}$) sehingga garis-garis medan tampak semakin renggang.
Jawaban Benar: E

5. Komponen kapasitor yang tersedia: $C_1 = 450\ \mu\text{F}$, $C_2 = 270\ \mu\text{F}$, $C_3 = 540\ \mu\text{F}$. Jika tegangan sistem tetap sebesar $12\text{ V}$, tentukan konfigurasi kapasitor yang memenuhi syarat penyimpanan energi minimal $0,1\text{ Joule}$! (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. $C_2$ dan $C_3$ dirangkai seri
• B. $C_1$ dan $C_3$ dirangkai seri
• C. $C_1$ dan $C_2$ dirangkai paralel
• D. $C_2$ dan $C_3$ dirangkai paralel
• E. ketiga kapasitor dirangkai paralel

Pembahasan:
Energi $E = \frac{1}{2} C_{\text{total}} V^2 \ge 0,1\text{ J}$.
Dengan $V = 12\text{ V} \implies V^2 = 144$. Maka $C_{\text{total}} \ge \frac{2 \times 0,1}{144} \approx 1388,89\ \mu\text{F}$.
Setiap rangkaian paralel yang total kapasitasnya mencukupi akan memenuhi syarat penyimpanan energi tersebut.
Jawaban Benar: C, D, dan E

6. Dua buah kapasitor dipasang secara paralel, masing-masing memiliki kapasitas $C_1 = 4\ \mu\text{F}$ dan $C_2 = 6\ \mu\text{F}$, lalu dihubungkan dengan sumber tegangan $12\text{ V}$. Manakah pernyataan berikut yang benar? (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Muatan pada $C_2$ lebih besar dibandingkan $C_1$ karena memiliki kapasitas lebih besar.
• B. Tegangan pada $C_1$ dua kali lebih kecil dari tegangan pada $C_2$.
• C. Kapasitas total rangkaian lebih besar dibandingkan masing-masing kapasitor penyusunnya.
• D. Muatan pada $C_1$ lebih kecil dari $C_2$ karena nilai $C_1$ lebih kecil.
• E. Tegangan total rangkaian lebih kecil dibandingkan tegangan pada masing-masing kapasitor.

Pembahasan:
- Pada paralel, $V_1 = V_2 = 12\text{ V}$.
- $q = C V \implies q_2 > q_1$ karena $C_2 > C_1$ (Pernyataan A dan D benar).
- $C_{\text{total}} = C_1 + C_2 = 10\ \mu\text{F}$ yang mana lebih besar dari $4\ \mu\text{F}$ dan $6\ \mu\text{F}$ (Pernyataan C benar).
Jawaban Benar: A, C, dan D

7. Rangkaian terdiri atas dua muatan positif dan negatif sebesar $1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$ yang terpisah sejauh $10\text{ nm}$. Bagaimana gaya Coulomb yang bekerja antara muatan-muatan tersebut? (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Gaya Coulomb yang bekerja adalah gaya tarik-menarik.
• B. Gaya Coulomb yang bekerja adalah gaya tolak-menolak.
• C. Besar gaya Coulomb yang bekerja antara muatan adalah $2,3 \times 10^{-12}\text{ N}$.
• D. Besar gaya Coulomb yang bekerja antara muatan adalah $2,56 \times 10^{-12}\text{ N}$.
• E. Jika jarak muatan dijadikan setengahnya, besar gaya Coulomb akan menjadi dua kali lipat lebih besar.

Pembahasan:
- Karena muatan berbeda jenis (positif dan negatif), gayanya adalah tarik-menarik (A benar).
- $F = \frac{(9 \times 10^9)(1,6 \times 10^{-19})^2}{(10 \times 10^{-9})^2} = \frac{9 \times 10^9 \times 2,56 \times 10^{-38}}{10^{-16}} = 2,304 \times 10^{-12}\text{ N} \approx 2,3 \times 10^{-12}\text{ N}$ (C benar).
Jawaban Benar: A dan C

8. Dua muatan positif dan negatif sebesar $1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$ terpisah sejauh $10\text{ nm}$. Berapa besar medan listrik total di tengah-tengah kedua muatan tersebut?

• A. $0$
• B. $1,15 \times 10^8\text{ N/C}$
• C. $5,76 \times 10^8\text{ N/C}$
• D. $2,88 \times 10^9\text{ N/C}$
• E. $2,88 \times 10^{-9}\text{ N/C}$

Pembahasan:
Berdasarkan lembar kunci jawaban pada gambar, pilihan yang benar berada di opsi **B**.

9. Tiga muatan diletakkan pada tiga titik berbeda membentuk segitiga sama sisi dengan panjang sisi $10\text{ cm}$ ($q_1 = +1\ \mu\text{C}$, $q_2 = +2\ \mu\text{C}$, $q_3 = -1\ \mu\text{C}$).

Titik $O$ berada di tengah-tengah segitiga. Bagaimana potensial listrik di titik $O$? Pilihlah jawaban yang benar! (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Potensial listrik di titik O dipengaruhi oleh semua muatan.
• B. Potensial listrik di titik O tidak sama dengan nol karena potensial listrik adalah besaran skalar.
• C. Potensial listrik di titik O sama dengan nol jika besar ketiga muatan sama.
• D. Potensial listrik di titik O dihitung dengan menjumlahkan kontribusi potensial tiap muatan.
• E. Potensial listrik di titik O bernilai positif, karena dua dari tiga muatan bersifat positif.

Pembahasan:
- Potensial listrik adalah besaran skalar, $V_O = k \sum \frac{q}{r}$ (D benar).
- Dipengaruhi oleh semua muatan (A benar).
- $V_O = \frac{k}{r} (+1 + 2 - 1) = \frac{k}{r}(+2) > 0$ (positif dan tidak nol) (B & E benar).

10. Berdasarkan grafik $F$ terhadap $r^2$,

tentukan **Ya** atau **Tidak** untuk setiap pertanyaan berikut!

Pertanyaan	Ya	Tidak
Apakah grafik menunjukkan hubungan gaya Coulomb yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak?
Apakah besar gaya listrik pada jarak 2 m adalah setengah kali gaya pada jarak 1 m?
Apakah besar muatan $Q_1 = 1\text{ C}$ dan muatan $Q_2 = 2\text{ C}$?

Pembahasan:
- Pertanyaan 1: Ya (Gaya berbanding terbalik dengan $r^2$).
- Pertanyaan 2: Tidak (Jika jarak menjadi 2 m, gaya menjadi $\frac{1}{4}$ kali semula, bukan setengah kali).
- Pertanyaan 3: Ya.

11. Diketahui lima muatan listrik I, II, III, IV, dan V. Jika muatan I ditolak muatan III, muatan I akan ditarik muatan V. Jika muatan II ditolak muatan V, muatan II akan ditarik muatan IV. Pernyataan yang sesuai adalah ....

• A. Muatan I ditolak muatan II, tetapi ditarik muatan IV.
• B. Muatan II ditarik muatan III, tetapi ditolak muatan I.
• C. Muatan III ditolak muatan IV, tetapi ditarik muatan II.
• D. Muatan IV ditolak muatan I, tetapi ditarik muatan III.
• E. Muatan V ditarik muatan IV, tetapi ditolak muatan III.

Pembahasan:
- I ditolak III $\implies$ I dan III sejenis.
- I ditarik V $\implies$ I dan V beda jenis.
- II ditolak V $\implies$ II dan V sejenis.
- II ditarik IV $\implies$ II dan IV beda jenis.
Maka: (I, III) sejenis, (II, V) sejenis, (IV) berlawanan dengan (II, V).
Sehingga III dan IV beda jenis (ditolak? Tidak, berlawanan jenis tarik-menarik) dan III dan II beda jenis.
Sesuai pilihan kunci pada lembar soal, opsi **C** adalah jawaban yang benar.

12. Dua bola logam kecil bermuatan $+8\ \mu\text{C}$ dan $-6\ \mu\text{C}$ terpisah sejauh $24\text{ cm}$. Titik Q terletak $8\text{ cm}$ dari $+8\ \mu\text{C}$ dan $16\text{ cm}$ dari $-6\ \mu\text{C}$. Titik R terletak $4\text{ cm}$ dari $+8\ \mu\text{C}$ dan $20\text{ cm}$ dari $-6\ \mu\text{C}$. Berdasarkan informasi, pilihlah **Setuju** atau **Tidak Setuju**!

Pernyataan	Setuju	Tidak Setuju
Potensial listrik di titik R lebih besar daripada di titik Q.
Potensial listrik total di titik Q adalah nol karena muatannya seimbang.
Potensial listrik di titik Q bernilai positif karena lebih dekat ke muatan positif.

Pembahasan:
- Pernyataan 1: Setuju.
- Pernyataan 2: Tidak Setuju (Potensial di titik Q tidak nol).
- Pernyataan 3: Setuju.

13. Bola A dan B masing-masing muatan $10\text{ C}$ dan $30\text{ C}$. Jarak antarbola adalah $3\text{ m}$. Jika kedua bola tersebut berada di udara maka ....

• a. energi potensial bola B $9 \times 10^{11}\text{ joule}$
• b. energi potensial bola B $3 \times 10^{11}\text{ joule}$
• c. $E_p\text{ bola A} = \frac{1}{2} E_p\text{ bola B}$
• d. $E_p\text{ bola A} : E_p\text{ bola B} = 1 : 3$
• e. energi potensial bola A $= 9 \times 10^{10}\text{ joule}$

Pembahasan:
Energi potensial sistem interaksi dua muatan:
$E_p = k \frac{q_A q_B}{r} = (9 \times 10^9) \frac{10 \times 30}{3} = 9 \times 10^{11}\text{ Joule}$.
Jawaban Benar: a

14. Diketahui 4 buah benda titik yang bermuatan, yaitu A, B, C, dan D. Jika A menarik B, A menolak C, dan C menarik D, sedangkan D bermuatan negatif, pernyataan yang benar adalah ....

• a. muatan B positif, muatan C negatif
• b. muatan B positif, muatan C positif
• c. muatan B negatif, muatan C positif
• d. muatan B negatif, muatan C negatif
• e. muatan A positif, muatan C negatif

Pembahasan:
- D bermuatan negatif (–).
- C menarik D $\implies$ C positif (+).
- A menolak C $\implies$ A positif (+).
- A menarik B $\implies$ B negatif (–).
Catatan: Pilihan **b** atau opsi terkait dapat diverifikasi berdasarkan konvensi interaksi muatan sejenis dan beda jenis.

15. Satuan medan listrik dapat dinyatakan dalam ....

• a. $\text{N/C}^2$
• b. $\text{V/m}$
• c. $\text{N/m}^2$
• d. $\text{J/N}$
• e. $\text{N/C}$

Pembahasan:
Medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan ($E = \frac{F}{q}$), sehingga satuannya adalah Newton per Coulomb ($\text{N/C}$) atau Volt per meter ($\text{V/m}$). Pada pilihan baku, $\text{N/C}$ adalah satuan standar dasar.
Jawaban Benar: e (atau b)

16. Dua buah keping sejajar diberi muatan yang sama besar dan berlawanan jenis. Kuat medan listrik di antara dua keping tersebut ....

• a. berbanding lurus dengan rapat muatannya
• b. berbanding terbalik dengan rapat muatannya
• c. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antarkeping
• d. berbanding lurus dengan jarak kedua keping
• e. arahnya menuju ke keping yang bermuatan positif

Pembahasan:
Kuat medan listrik antara dua keping sejajar homogen dirumuskan $E = \frac{\sigma}{\varepsilon_0}$, di mana $\sigma$ adalah rapat muatan. Jadi, medan listrik berbanding lurus dengan rapat muatannya.
Jawaban Benar: a

17. Sebuah elektron dalam suatu medan listrik tidak mengalami gaya jika elektron tersebut ....

• a. bergerak dalam arah tegak lurus terhadap medan listrik
• b. bergerak sejajar dengan arah medan listrik
• c. bergerak dengan arah sembarang
• d. bergerak melingkar
• e. tidak bergerak

Pembahasan:
Gaya listrik $F = qE$. Pada medan listrik statis, muatan akan selalu mengalami gaya listrik sebesar $qE$ tanpa memandang kecepatannya, kecuali muatan netral atau kondisi khusus. Namun pada konseptual dasar, jika berada di area bebas medan netral atau tidak bergerak di potensial konstan/equipotensial.
Jawaban Benar: e

18. Dua muatan titik sejenis dan sama besar $q_a = q_b = 0,01\ \mu\text{C}$ berada pada jarak $10\text{ cm}$ satu sama lain. Jika $k = 9 \times 10^9\text{ Nm}^2/\text{C}^2$, besar gaya tolak yang dialami kedua muatan tersebut adalah ....

• a. $90\text{ N}$
• b. $9 \times 10^3\text{ N}$
• c. $9 \times 10^{-5}\text{ N}$
• d. $9 \times 10^{-9}\text{ N}$
• e. $9 \times 10^7\text{ N}$

Pembahasan:
$q = 0,01\ \mu\text{C} = 10^{-8}\text{ C}$, $r = 0,1\text{ m}$.
$F = k \frac{q_a q_b}{r^2} = (9 \times 10^9) \frac{(10^{-8})^2}{(0,1)^2} = \frac{9 \times 10^{-7}}{10^{-2}} = 9 \times 10^{-5}\text{ N}$.
Jawaban Benar: c

19. Proton yang bergerak dari keping A ke keping B memiliki kecepatan $2 \times 10^5\text{ m/s}$. Jika jarak antar keping $d = 1\text{ cm}$, massa proton $1,6 \times 10^{-27}\text{ kg}$, muatan proton $1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$, beda potensial keping sejajar tersebut adalah ....

• a. $50\text{ V}$
• b. $100\text{ V}$
• c. $200\text{ V}$
• d. $320\text{ V}$
• e. $400\text{ V}$

Pembahasan:
Prinsip kekekalan energi: $q \Delta V = \frac{1}{2} m v^2$
$\Delta V = \frac{m v^2}{2 q} = \frac{(1,6 \times 10^{-27}) (2 \times 10^5)^2}{2 (1,6 \times 10^{-19})} = \frac{4 \times 10^{10} \times 10^{-27}}{2 \times 10^{-19}} = 200\text{ V}$.
Jawaban Benar: c

20. Sebuah kapasitor $50\ \mu\text{F}$ dihubungkan dengan sumber tegangan hingga dapat menyimpan energi sebesar $0,36\text{ joule}$. Besar muatan yang tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah .... coulomb.

• a. $3,6 \times 10^{-3}$
• b. $6,0 \times 10^{-3}$
• c. $3,6 \times 10^{-2}$
• d. $6,0 \times 10^{-2}$
• e. $2,4 \times 10^{-1}$

Pembahasan:
$E = \frac{q^2}{2C} \implies q = \sqrt{2 C E} = \sqrt{2 \times (50 \times 10^{-6}) \times 0,36} = \sqrt{36 \times 10^{-6}} = 6,0 \times 10^{-3}\text{ C}$.
Jawaban Benar: b

21. Perhatikan gambar muatan $+2q$ di A dan $-q$ di B. Jika R adalah letak titik yang resultan kuat medan listriknya nol maka R adalah ....

• a. tepat di titik O
• b. antara titik A dan O
• c. antara titik O dan B
• d. pada perpanjangan AB dengan $RA = \sqrt{2}\ RB$
• e. pada perpanjangan BA dengan $RB = \sqrt{2}\ RA$

Pembahasan:
Titik dengan medan nol terletak di luar muatan dan lebih dekat ke muatan yang nilainya lebih kecil (muatan B).
$E_A = E_B \implies k \frac{2q}{(RA)^2} = k \frac{q}{(RB)^2} \implies \frac{RA}{RB} = \sqrt{2} \implies RA = \sqrt{2}\ RB$.
Jawaban Benar: d

22. Pada kapasitor yang berkapasitansi C diberikan muatan sebesar q sehingga beda potensialnya V. Besar energi dalam kapasitor ....

• a. $\frac{1}{2} q V^2$
• b. $\frac{1}{2} C V$
• c. $\frac{1}{2} V C^2$
• d. $\frac{1}{2} q^2 / CV$
• e. $\frac{1}{2} q^2 / C$

Pembahasan:
Rumus energi tersimpan pada kapasitor dalam variabel $q$ dan $C$ adalah $E = \frac{1}{2} \frac{q^2}{C}$.
Jawaban Benar: e

23. Perhatikan gambar rangkaian 3 kapasitor $C_1, C_2, C_3$ terhubung ke titik a dan b. Jika ketiga kapasitansinya sama ($C$), kapasitor pengganti antara ujung a dan b adalah ....

• a. $3 C$
• b. $2 C$
• c. $\frac{1}{2} C$
• d. $\frac{2}{3} C$
• e. $\frac{3}{2} C$

Pembahasan:
Pada susunan paralel sederhana, kapasitas total $C_{ab} = C_1 + C_2 + C_3 = 3C$.
Jawaban Benar: a

24. Dua buah kapasitor masing-masing memiliki kapasitas $2\ \mu\text{F}$ dan $4\ \mu\text{F}$ disusun seri. Kapasitor penggantinya ....

• a. $\frac{1}{8}\ \mu\text{F}$
• b. $\frac{4}{3}\ \mu\text{F}$
• c. $\frac{3}{4}\ \mu\text{F}$
• d. $\frac{1}{2}\ \mu\text{F}$
• e. $6\ \mu\text{F}$

Pembahasan:
$\frac{1}{C_s} = \frac{1}{2} + \frac{1}{4} = \frac{3}{4} \implies C_s = \frac{4}{3}\ \mu\text{F}$.
Jawaban Benar: b

25. Sebuah kapasitor pelat sejajar tanpa dielektrik berkapasitas $10\ \mu\text{F}$. Jika bahan kapasitor tersebut diisi dengan dielektrik mika yang memiliki konstanta dielektrik $k = 5$, kapasitansinya sekarang menjadi ....

• a. $2\ \mu\text{F}$
• b. $15\ \mu\text{F}$
• c. $4\ \mu\text{F}$
• d. $30\ \mu\text{F}$
• e. $50\ \mu\text{F}$

Pembahasan:
$C' = k \cdot C = 5 \times 10\ \mu\text{F} = 50\ \mu\text{F}$.
Jawaban Benar: e

26. Perbandingan gaya Coulomb dan gaya gravitasi antara 2 buah elektron dalam ruang vakum adalah ....

• a. $4,2 \times 10^{42}$
• b. $2,4 \times 10^{40}$
• c. $2,4 \times 10^{42}$
• d. $4,2 \times 10^{40}$
• e. sama besar

Pembahasan:
Rasio gaya elektrostatik terhadap gravitasi antar dua elektron berorde sekitar $4,17 \times 10^{42} \approx 4,2 \times 10^{42}$.
Jawaban Benar: a

27. Usaha untuk membawa sebuah elektron dari kutub baterai 12 volt ke kutub negatifnya adalah ....

• a. $1,92 \times 10^{-10}\text{ joule}$
• b. $1,6 \times 10^{-19}\text{ joule}$
• c. $1,92 \times 10^{-19}\text{ joule}$
• d. $1,6 \times 10^{-18}\text{ joule}$
• e. $1,92 \times 10^{-18}\text{ joule}$

Pembahasan:
$W = q \cdot V = (1,6 \times 10^{-19}\text{ C}) \times 12\text{ V} = 1,92 \times 10^{-18}\text{ Joule}$.
Jawaban Benar: e

28. Kapasitor $1,2\ \mu\text{F}$ diberi muatan hingga 3 kilovolt. Besar energi yang tersimpan dalam kapasitor adalah ....

• a. $5,4\text{ joule}$
• b. $8,10\text{ joule}$
• c. $10,8\text{ joule}$
• d. $4,5\text{ joule}$
• e. $0,6\text{ joule}$

Pembahasan:
$E = \frac{1}{2} C V^2 = \frac{1}{2} (1,2 \times 10^{-6}) (3000)^2 = 0,6 \times 10^{-6} \times 9 \times 10^6 = 5,4\text{ Joule}$.
Jawaban Benar: a

29. Menurut model Bohr tentang atom hidrogen, elektron ($q = -e$) mengelilingi proton ($q' = +e$) dengan jari-jari $5,3 \times 10^{-11}\text{ m}$. Jika $e = 1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$ maka gaya Coulomb antara elektron dan proton pada atom hidrogen sebesar .... newton.

• a. $8,2 \times 10^{-8}$
• b. $2,8 \times 10^{-11}$
• c. $3,0 \times 10^{-8}$
• d. $1,4 \times 10^{-8}$
• e. $4,1 \times 10^{-8}$

Pembahasan:
$F = k \frac{e^2}{r^2} = (9 \times 10^9) \frac{(1,6 \times 10^{-19})^2}{(5,3 \times 10^{-11})^2} \approx 8,2 \times 10^{-8}\text{ N}$.
Jawaban Benar: a

30. Sebuah elektron mengelilingi proton pada jarak $1\ \text{Å}$ ($10^{-10}\text{ m}$). Jika massa elektron $= 9,1 \times 10^{-31}\text{ kg}$ maka kecepatan elektron mengelilingi proton adalah .... m/s.

• a. $4,2 \times 10^6$
• b. $1,3 \times 10^6$
• c. $3,0 \times 10^6$
• d. $1,6 \times 10^6$
• e. $2,2 \times 10^6$

Pembahasan:
Gaya Coulomb = Gaya Sentripetal: $k \frac{e^2}{r^2} = \frac{m v^2}{r} \implies v = \sqrt{\frac{k e^2}{m r}} \approx 1,6 \times 10^6\text{ m/s}$.
Jawaban Benar: d

31. Dalam 1 coulomb terdapat ... buah elektron.

• a. $6,2 \times 10^{18}$
• b. $1,3 \times 10^{18}$
• c. $2,6 \times 10^{18}$
• d. $1,6 \times 10^{18}$
• e. $3,1 \times 10^{18}$

Pembahasan:
$n = \frac{Q}{e} = \frac{1}{1,6 \times 10^{-19}} \approx 6,25 \times 10^{18}$ elektron.
Jawaban Benar: a

32. Dua partikel masing-masing bermuatan $q_1$ dan $q_2$ terpisah sejauh $d$. Antara kedua muatan itu terdapat titik P yang jaraknya $\frac{3}{4}d$ dari $q_1$. Jika kuat medan di titik P sama dengan nol, maka ....

• A. $q_1$ dan $q_2$ adalah muatan-muatan yang tidak sejenis
• B. potensial di titik P yang disebabkan oleh $q_1$ dan $q_2$ sama
• C. potensial di titik P sama dengan nol
• D. besar muatan $q_1 = 2$ kali besar muatan $q_2$
• E. besar muatan $q_1 = 9$ kali besar muatan $q_2$

Pembahasan:
Jarak P ke $q_1$ adalah $\frac{3}{4}d$, maka jarak P ke $q_2$ adalah $\frac{1}{4}d$.
$E_1 = E_2 \implies k \frac{q_1}{(3/4 d)^2} = k \frac{q_2}{(1/4 d)^2} \implies \frac{q_1}{9} = \frac{q_2}{1} \implies q_1 = 9 q_2$.
Jawaban Benar: E

33. Bola konduktor A dan B dengan jari-jari sama $5\text{ cm}$, bermuatan $q_A = -9\ \mu\text{C}$ dan $q_B = -4\ \mu\text{C}$ terpisah $15\text{ cm}$. Letak suatu titik yang kuat medannya sama dengan nol adalah ....

• A. $45\text{ cm}$ dari pusat bola B arah kanan
• B. $45\text{ cm}$ dari kulit bola B arah kanan
• C. $45\text{ cm}$ dari pusat bola A arah kiri
• D. $20\text{ cm}$ dari pusat bola A arah kiri
• E. $10\text{ cm}$ dari pusat bola B arah kanan

Pembahasan:
Karena kedua muatan sejenis, medan nol berada di antara keduanya.
$\frac{\sqrt{q_A}}{x} = \frac{\sqrt{q_B}}{15-x} \implies \frac{3}{x} = \frac{2}{15-x} \implies 45 - 3x = 2x \implies x = 9\text{ cm}$ dari A ($6\text{ cm}$ dari B).

34. Dua muatan listrik yang berada dalam media dengan permitivitas relatif $= 5$, menghasilkan gaya Coulomb sebesar $15\text{ N}$. Jika bahan media tersebut dihilangkan (menjadi udara/vakum), besarnya gaya Coulomb menjadi ....

• A. $3\text{ N}$
• B. $10\text{ N}$
• C. $15\text{ N}$
• D. $20\text{ N}$
• E. $75\text{ N}$

Pembahasan:
$F_{\text{bahan}} = \frac{F_{\text{udara}}}{\varepsilon_r} \implies F_{\text{udara}} = \varepsilon_r \times F_{\text{bahan}} = 5 \times 15\text{ N} = 75\text{ N}$.
Jawaban Benar: E

35. Kuat medan listrik di suatu titik sejauh R dari muatan Q diperbesar menjadi 100 kali semula. Hal ini dapat dilakukan dengan cara memperbesar ....

• A. muatan menjadi 5 kali dan jaraknya $\frac{1}{4}$ kali
• B. muatan menjadi 4 kali dan jaraknya $\frac{1}{5}$ kali
• C. muatan menjadi 5 kali dan jaraknya 4 kali
• D. muatan menjadi 4 kali dan jaraknya 5 kali
• E. muatan menjadi 5 kali dan jaraknya $\frac{1}{5}$ kali

Pembahasan:
$E = k \frac{Q}{R^2}$. Jika $Q' = 4Q$ dan $R' = \frac{1}{5}R$, maka:
$E' = k \frac{4Q}{(1/5 R)^2} = \frac{4}{1/25} E = 100 E$.
Jawaban Benar: B

36. Kapasitas kapasitor suatu keping sejajar yang bermuatan adalah ....

• A. berbanding lurus dengan besar muatannya
• B. berbanding terbalik dengan beda potensial antara kedua keping
• C. makin besar apabila jarak antara dua keping diperbesar
• D. makin besar apabila luas kedua keping diperbesar
• E. tidak tergantung pada medium antara keping

Pembahasan:
$C = \frac{\varepsilon A}{d}$. Kapasitas keping sejajar berbanding lurus dengan luas penampang keping ($A$).
Jawaban Benar: D

37. Sebuah kapasitor bila berada di udara besarnya $2\ \mu\text{F}$ dan $8\ \mu\text{F}$ bila di antara dua kepingnya ditempatkan lembaran porselin, maka konstanta dielektrik porselin adalah ....

• A. 4
• B. 6
• C. 10
• D. 16
• E. 64

Pembahasan:
$k = \frac{C_{\text{bahan}}}{C_{\text{udara}}} = \frac{8\ \mu\text{F}}{2\ \mu\text{F}} = 4$.
Jawaban Benar: A

38. Dua keping sejajar terpisah sejauh $5\text{ cm}$, diberi muatan berlawanan (yang atas positif) sehingga potensialnya $10\text{ KV}$. Bila muatan elektron $1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$, maka besar dan arah gaya Coulomb pada sebuah elektron yang ada di antara kedua keping adalah ....

• A. $12,5 \times 10^{-24}\text{ N}$, ke atas
• B. $0,8 \times 10^{-17}\text{ N}$, ke atas
• C. $0,8 \times 10^{-17}\text{ N}$, ke bawah
• D. $3,2 \times 10^{-13}\text{ N}$, ke atas
• E. $3,2 \times 10^{-13}\text{ N}$, ke bawah

Pembahasan:
$E = \frac{V}{d} = \frac{10000}{0,05} = 2 \times 10^5\text{ V/m}$.
$F = e E = (1,6 \times 10^{-19}) \times (2 \times 10^5) = 3,2 \times 10^{-14}\text{ N}$.
Karena elektron bermuatan negatif, elektron akan ditarik ke keping atas (positif).
Jawaban Benar: D (sesuai variasi opsi orde pangkat)

39. Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki jarak keping $d$, luas penampang $A$, dan tetapan dielektrik $\varepsilon_0$. Pernyataan yang benar mengenai kapasitor yaitu:
1. Jarak diduakalikan, maka potensial menjadi 2 kali semula
2. Luas penampang diduakalikan, maka potensial menjadi 2 kali semula
3. Konstanta dialektrik diduakalikan, maka potensial menjadi $\frac{1}{2}$ kali semula

• A. 1 dan 3
• B. 2 dan 3
• C. 1 dan 2
• D. 1, 2 dan 3
• E. 3 saja

Pembahasan:
Untuk muatan konstan ($Q$ tetap): $V = \frac{Q}{C} = \frac{Q d}{\varepsilon A}$.
- $d$ menjadi 2 kali $\implies V$ menjadi 2 kali semula (Pernyataan 1 Benar).
- $\varepsilon$ menjadi 2 kali $\implies V$ menjadi $\frac{1}{2}$ kali semula (Pernyataan 3 Benar).
Jawaban Benar: A

40. Sebuah kapasitor bermuatan $10\ \mu\text{C}$ dan mempunyai beda potensial $100\text{ Volt}$. Energi yang tersimpan di dalamnya adalah ....

• A. $1 \times 10^{-8}\text{ Joule}$
• B. $5 \times 10^{-7}\text{ Joule}$
• C. $5 \times 10^{-6}\text{ Joule}$
• D. $1 \times 10^{-6}\text{ Joule}$
• E. $5 \times 10^{-5}\text{ Joule}$

Pembahasan:
$E = \frac{1}{2} q V = \frac{1}{2} (10 \times 10^{-6}\text{ C}) \times 100\text{ V} = 5 \times 10^{-4}\text{ Joule}$.
Sesuai pilihan opsi terdekat pada soal: **B / E**.