Soal dan Penyelesaian Fisika SMA - Kini, Pak Dimpun akan jawab DUA soal dari pembaca perihal bahan listrik statis, yakni kapasitor.
Begini pertanyaannya.
1.Sebuah kapasitor keping sejajar dipasang pada beda potensial 12 V, diketahui jarak antar keping 1 mm. Tentukan besar:
a. medan listrik antara dua keping;
b. muatan pada keping kapasitor, jikalau diketahui luas keping kapasitor 10 cm 2;
c. Perkiraan jumlah elektron yang terkumpul pada salah satu keping kapasitor !
Jawaban Fisika Pak Dimpun
a. Medan listrik di dalam kapasitor
$E=\frac{V}{d}=\frac{12}{10^{-3}}=1200\text{ N/C}$
b. Muatan per satuan luas atau dapat juga disebut rapat muatan
$\sigma =E{{\varepsilon }_{o}}\\\sigma =12000\times 8,85\times 10^{-12}\\\sigma =1,062\times 10^{-7}\text{ C/}{{\text{m}}^{2}}$
c. Muatan pada keping kapasitor
$\sigma =\frac{Q}{A}\\Q=\sigma A=1,062\times 10^{-7}\times 10^{-3}\\Q=1,062\times 10^{-11}\text{ C}$
d. Perkiraan banyak elektron pada keping kapasitor
$n=\frac{Q}{e}\\n=\frac{1,062\times 10^{-11}}{1,6\times {10^{-19}}}\\n=66.375.000$
2. Empat buah kapasitor dirangkai menyerupai pada gambar di bawah.
Kapasitor pertama dan kedua masing-masing kapasitansnya 2uF kapasitor ketiga dan keempat mempunyai kapasitas sama 4uF, dan dihubungkan pada sumber tegangan 6 volt tentukanlah besar:
a. kapasitas pengganti;
b. muatan pada masing-masing kapasitor;
c. energi pada masing-masing kapasitor;
e. energi total pada rangkaian !
Jawaban Fisika Pak Dimpun
a. Kapasitas pengganti
Kapasitor 1 dan kapasitor 2 disusun secara paralel;
$C_{12}={C_1}+{C_2}\\
C_{12}=2+2=4\mu{F}$
Kapasitor 3 dan 4 disusun secara paralel;
$C_{34}={{C}_{3}}+{{C}_{4}}\\
C_{34}=4+4=8\mu{F}$
Kapasitor C12 dan C34 seri;
$\frac{1}{C_{tot}}=\frac{1}{C_{12}}+\frac{1}{C_{34}}\\
\frac{1}{C_{tot}}=\frac{1}{4}+\frac{1}{8}=\frac{2+1}{8}\\
C_{tot}=\frac{8}{3}\mu \text{F}$
b. Muatan pada masing-masing kapasitor
${Q_{12}}=Q_{34}={{Q}_{tot}}\\{{Q}_{tot}}=C_{tot}{{V}_{tot}}=\frac{8}{3}x6=16\mu \text{F}$
Beda potensial C12;
${V_{12}}=\frac{{Q_{12}}}{C_{12}}=\frac{16}{4}=4\text{ V}\\
{V_1}={V_2}={V_{12}}=4\text{V}$
Beda potensial C34;
${V_{34}}=\frac{Q_{34}}{C_{34}}=\frac{16}{8}=2\text{ V}$
Beda potensial total;
${V_3}={V_4}={V_{34}}=2\text{V}$
Muatan pada masing-masing kapasitor;
${Q_1}={V_1}{C_1}=4\times 2=8\mu{F}$
${Q_2}={V_2}{C_2}=4\times 2=8\mu{F}$
${Q_3}={V_3}{{C}_{3}}=2\times 4=8\mu{F}$
${Q_4}={V_4}{{C}_{4}}=2\times 4=8\mu{F}$
c. Besar energi pada masing-masing kapasitor
${E_1}=\frac{1}{2}{C_1}V_{1}^{2}=\frac{1}{2}2{{\left( 4 \right)}^{2}}=16\mu{J}$
${E_3}=\frac{1}{2}{{C}_{3}}V_{3}^{2}=\frac{1}{2}4{{\left( 2 \right)}^{2}}=16\mu{J}$
Begini pertanyaannya.
1.Sebuah kapasitor keping sejajar dipasang pada beda potensial 12 V, diketahui jarak antar keping 1 mm. Tentukan besar:
a. medan listrik antara dua keping;
b. muatan pada keping kapasitor, jikalau diketahui luas keping kapasitor 10 cm 2;
c. Perkiraan jumlah elektron yang terkumpul pada salah satu keping kapasitor !
Jawaban Fisika Pak Dimpun
a. Medan listrik di dalam kapasitor
$E=\frac{V}{d}=\frac{12}{10^{-3}}=1200\text{ N/C}$
b. Muatan per satuan luas atau dapat juga disebut rapat muatan
$\sigma =E{{\varepsilon }_{o}}\\\sigma =12000\times 8,85\times 10^{-12}\\\sigma =1,062\times 10^{-7}\text{ C/}{{\text{m}}^{2}}$
c. Muatan pada keping kapasitor
$\sigma =\frac{Q}{A}\\Q=\sigma A=1,062\times 10^{-7}\times 10^{-3}\\Q=1,062\times 10^{-11}\text{ C}$
d. Perkiraan banyak elektron pada keping kapasitor
$n=\frac{Q}{e}\\n=\frac{1,062\times 10^{-11}}{1,6\times {10^{-19}}}\\n=66.375.000$
2. Empat buah kapasitor dirangkai menyerupai pada gambar di bawah.
Kapasitor pertama dan kedua masing-masing kapasitansnya 2uF kapasitor ketiga dan keempat mempunyai kapasitas sama 4uF, dan dihubungkan pada sumber tegangan 6 volt tentukanlah besar:a. kapasitas pengganti;
b. muatan pada masing-masing kapasitor;
c. energi pada masing-masing kapasitor;
e. energi total pada rangkaian !
Jawaban Fisika Pak Dimpun
a. Kapasitas pengganti
Kapasitor 1 dan kapasitor 2 disusun secara paralel;
$C_{12}={C_1}+{C_2}\\
C_{12}=2+2=4\mu{F}$
Kapasitor 3 dan 4 disusun secara paralel;
$C_{34}={{C}_{3}}+{{C}_{4}}\\
C_{34}=4+4=8\mu{F}$
Kapasitor C12 dan C34 seri;
$\frac{1}{C_{tot}}=\frac{1}{C_{12}}+\frac{1}{C_{34}}\\
\frac{1}{C_{tot}}=\frac{1}{4}+\frac{1}{8}=\frac{2+1}{8}\\
C_{tot}=\frac{8}{3}\mu \text{F}$
b. Muatan pada masing-masing kapasitor
${Q_{12}}=Q_{34}={{Q}_{tot}}\\{{Q}_{tot}}=C_{tot}{{V}_{tot}}=\frac{8}{3}x6=16\mu \text{F}$
Beda potensial C12;
${V_{12}}=\frac{{Q_{12}}}{C_{12}}=\frac{16}{4}=4\text{ V}\\
{V_1}={V_2}={V_{12}}=4\text{V}$
Beda potensial C34;
${V_{34}}=\frac{Q_{34}}{C_{34}}=\frac{16}{8}=2\text{ V}$
Beda potensial total;
${V_3}={V_4}={V_{34}}=2\text{V}$
Muatan pada masing-masing kapasitor;
${Q_1}={V_1}{C_1}=4\times 2=8\mu{F}$
${Q_2}={V_2}{C_2}=4\times 2=8\mu{F}$
${Q_3}={V_3}{{C}_{3}}=2\times 4=8\mu{F}$
${Q_4}={V_4}{{C}_{4}}=2\times 4=8\mu{F}$
c. Besar energi pada masing-masing kapasitor
${E_1}=\frac{1}{2}{C_1}V_{1}^{2}=\frac{1}{2}2{{\left( 4 \right)}^{2}}=16\mu{J}$
${E_3}=\frac{1}{2}{{C}_{3}}V_{3}^{2}=\frac{1}{2}4{{\left( 2 \right)}^{2}}=16\mu{J}$
Post a Comment (0)