LISTRIK STATIS SMP | 30 SOAL DAN PEMBAHASAN

LISTRIK STATIS - SOAL DAN PEMBAHASAN

1. Mistar plastik digosokkan pada rambut menjadi bermuatan listrik negatif sebab waktu mistar digosokkan rambut terjadi perpindahan ......

a. Elektron dari sisir ke rambut

b. Proton dari sisir ke rambut

c. Elektron dari rambut ke sisir

d. Proton dari rambut ke sisir

Pembahasan:

Mistar plastik menjadi bermuatan negatif karena menerima elektron dari rambut. Dalam proses penggosokan, elektron berpindah dari rambut ke mistar plastik. Rambut yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif, sedangkan mistar plastik yang menerima elektron menjadi bermuatan negatif.

Konsep Penting: Muatan negatif = kelebihan elektron; Muatan positif = kekurangan elektron

2. Menurut deret tribolistrik, jika emas (Au) digosok dengan kain wol, maka emas akan . . . .

a. bermuatan positif

b. bermuatan negatif

c. netral

d. mungkin positif, mungkin negatif

Pembahasan:

Dalam deret tribolistrik, bahan yang berada lebih atas cenderung bermuatan positif ketika digosok dengan bahan yang berada di bawahnya. Emas (Au) berada di atas wol dalam deret tribolistrik, sehingga ketika digosok dengan wol, emas akan bermuatan positif.

Deret Tribolistrik (dari yang paling positif ke paling negatif):
Kulit kelinci > Kaca > Mika > Rambut > Nilon > Wol > Sutera > Kertas > Kapas > Kayu > Amber > Karet > Plastik > Teflon

3. Sebuah benda akan bermuatan positif bila . . . .

a. kelebihan elektron

b. kekurangan elektron

c. kekurangan proton

d. jumlah proton sama dengan jumlah elektron

Pembahasan:

Benda bermuatan positif ketika jumlah proton lebih banyak daripada jumlah elektron, atau dengan kata lain mengalami kekurangan elektron. Proton berada di inti atom dan sulit berpindah, sedangkan elektron di kulit atom mudah berpindah.

4. Sebuah benda akan bermuatan negatif bila . . .

a. kelebihan elektron

b. kekurangan elektron

c. kekurangan proton

d. jumlah proton sama dengan jumlah elektron

Pembahasan:

Benda bermuatan negatif ketika jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton, atau dengan kata lain mengalami kelebihan elektron.

5. Suatu benda menjadi bermuatan positif apabila benda itu ......

a. kehilangan elektron-elektron

b. kehilangan proton-proton

c. menerima elektron-elektron

d. menerima neutron-neutron

Pembahasan:

Benda menjadi bermuatan positif ketika kehilangan elektron. Proton sulit berpindah karena berada di inti atom, sedangkan elektron mudah berpindah karena berada di kulit atom.

6. Benda-benda berikut termasuk isolator, kecuali ......

a. Karbon, tembaga, kayu

b. Tembaga, besi, baja

c. kayu, kaca, ebonit

d. Mika, platina, alumunium

Pembahasan:

Isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik dengan baik, sedangkan konduktor adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik dengan baik.

Bahan Konduktor:

• Tembaga
• Besi
• Baja
• Alumunium
• Perak
• Emas

Bahan Isolator:

• Kayu
• Kaca
• Ebonit
• Mika
• Karet
• Plastik

Analisis pilihan:

• a. Karbon, tembaga, kayu → Karbon (semikonduktor), Tembaga (konduktor), Kayu (isolator) → mengandung konduktor
• b. Tembaga, besi, baja → Semuanya konduktor → BUKAN isolator
• c. Kayu, kaca, ebonit → Semuanya isolator
• d. Mika, platina, alumunium → Mika (isolator), Platina (konduktor), Alumunium (konduktor) → mengandung konduktor

Kesimpulan: Pilihan b adalah jawaban yang tepat karena semua bahan dalam pilihan b adalah konduktor, bukan isolator.

7. Sebuah Atom dikatakan netral jika ...

a. Jumlah neutron = jumlah elektron

b. Jumlah proton lebih besar dari jumlah elektron

c. Jumlah proton = jumlah elektron

d. Jumlah proton lebih kecil dari pada jumlah elektron

Pembahasan:

Atom terdiri dari tiga partikel subatomik utama:

Partikel	Muatan	Lokasi
Proton	+1 (positif)	Inti atom
Neutron	0 (netral)	Inti atom
Elektron	-1 (negatif)	Kulit atom

Suatu atom dikatakan netral ketika:

Jumlah muatan positif = Jumlah muatan negatif

Jumlah proton = Jumlah elektron

Kondisi muatan atom:

• Netral: Jumlah proton = Jumlah elektron
• Bermuatan positif (kation): Jumlah proton > Jumlah elektron
• Bermuatan negatif (anion): Jumlah proton < Jumlah elektron

Catatan Penting: Neutron tidak mempengaruhi muatan listrik atom karena bermuatan netral.

8. Kumpulan muatan listrik pada suatu benda disebut ......

a. listrik dinamis

b. listrik statis

c. kuat arus

d. energi

Pembahasan:

Kumpulan muatan listrik yang diam/tidak mengalir pada suatu benda disebut listrik statis.

Jenis Listrik	Definisi	Contoh
Listrik Statis	Muatan listrik yang diam/tidak mengalir	Petir, penggaris plastik digosok rambut, balon digosok kain wool
Listrik Dinamis	Muatan listrik yang bergerak/mengalir	Arus listrik dalam kabel, baterai, listrik rumah tangga

Istilah lainnya:

• Kuat arus: Banyaknya muatan listrik yang mengalir per satuan waktu
• Energi listrik: Kemampuan untuk melakukan kerja menggunakan listrik

9. Kilat merupakan perpindahan ...... ke bumi.

a. proton

b. elektron

c. neutron

d. nukleon

Pembahasan:

Kilat adalah gejala alam yang terjadi akibat perpindahan elektron dari awan ke bumi atau sebaliknya.

Proses Terjadinya Kilat:

1. Terjadi gesekan antara partikel-partikel dalam awan
2. Elektron berpindah dari satu bagian awan ke bagian awan lainnya
3. Terbentuk daerah bermuatan negatif (kelebihan elektron) dan positif (kekurangan elektron)
4. Ketika beda potensial cukup besar, elektron meloncat dari awan ke bumi atau sebaliknya
5. Terjadi kilat sebagai bentuk netralisasi muatan

Alasan mengapa elektron yang berpindah:

• Elektron mudah berpindah karena berada di kulit atom
• Proton sulit berpindah karena terikat kuat dalam inti atom
• Neutron bermuatan netral sehingga tidak terpengaruh medan listrik

10. Suatu benda bermuatan positif jika benda itu ....

a. kehilangan elektron

b. mendapatkan elektron

c. mendapatkan proton

d. mendapatkan neutron

Pembahasan:

Benda bermuatan positif ketika kehilangan elektron.

Muatan = Jumlah proton - Jumlah elektron

Mekanisme pembentukan muatan:

Proses	Hasil Muatan	Penjelasan
Kehilangan elektron	Positif	Jumlah proton > Jumlah elektron
Mendapatkan elektron	Negatif	Jumlah proton < Jumlah elektron
Mendapatkan proton	Sangat jarang terjadi	Proton sulit berpindah dari inti atom
Mendapatkan neutron	Tidak mengubah muatan	Neutron bermuatan netral

Contoh dalam kehidupan sehari-hari:

• Kaca digosok sutera → kaca kehilangan elektron → bermuatan positif
• Rambut digosok plastik → rambut kehilangan elektron → bermuatan positif

11. Benda-benda yang dapat menghantarkan listrik disebut ......

a. konduktor

b. isolator

c. semikonduktor

d. salah semua

Pembahasan:

Berdasarkan kemampuan menghantarkan listrik, bahan dibagi menjadi tiga kategori:

Jenis Bahan	Kemampuan Hantaran	Contoh	Mekanisme
Konduktor	Sangat baik	Tembaga, emas, perak, besi	Elektron bebas mudah bergerak
Isolator	Sangat buruk	Karet, kayu, plastik, kaca	Elektron terikat kuat pada atom
Semikonduktor	Menengah (dapat diatur)	Silikon, germanium	Dapat menjadi konduktor atau isolator tergantung kondisi

Ciri-ciri Konduktor:

• Memiliki banyak elektron bebas yang dapat bergerak
• Biasanya logam
• Digunakan untuk kabel dan komponen penghantar listrik
• Contoh: Tembaga, perak, emas, aluminium, besi

Fakta Menarik: Perak adalah konduktor terbaik, tetapi tembaga lebih sering digunakan karena lebih murah dan melimpah.

12. Dua benda bermuatan sama didekatkan pada jarak tertentu, ternyata gaya listrik yang terjadi adalah F. Jika jarak kedua benda itu menjadi setengah semula, maka gaya listrik yang terjadi adalah ......

a. \( \frac{1}{2}F \)

b. \( \frac{1}{4}F \)

c. \( 2F \)

d. \( 4F \)

Pembahasan:

Menurut Hukum Coulomb, gaya listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak:

\( F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \)

Jika jarak menjadi setengah (\( r' = \frac{1}{2}r \)), maka:

\( F' = k \frac{q_1 q_2}{(\frac{1}{2}r)^2} = k \frac{q_1 q_2}{\frac{1}{4}r^2} = 4 \times k \frac{q_1 q_2}{r^2} = 4F \)

Jadi, gaya listrik menjadi 4 kali semula.

13. Penggaris plastik bermuatan negatif didekatkan pada sepotong kertas. Kertas tersebut ditarik menuju penggaris. Kejadian ini menunjukkan saat itu pada kertas tersebut terjadi ....

a. isolasi

b. induksi

c. konduksi

d. pengosongan muatan

Pembahasan:

Ini adalah contoh induksi listrik. Penggaris bermuatan negatif mendekati kertas netral menyebabkan redistribusi muatan dalam kertas. Sisi kertas yang dekat dengan penggaris menjadi bermuatan positif (karena elektron menjauh), sedangkan sisi jauh menjadi bermuatan negatif. Tarik-menarik terjadi antara muatan negatif penggaris dengan muatan positif pada kertas.

14. Terdapat 4 buah benda bermuatan listrik A, B, C, dan D. Benda A dengan B tarik menarik, B dengan C tolak menolak, dan C dengan D tarik menarik. Jika benda A ternyata adalah batang kaca yang telah digosok dengan kain sutera, pernyataan manakah yang benar?

a. B dan C bermuatan negatif, D bermuatan positif.

b. B dan C bermuatan positif, D bermuatan negatif.

c. B bermuatan positif, C dan D bermuatan negatif.

d. B bermuatan negatif, C dan D bermuatan positif.

Pembahasan:

Batang kaca digosok sutera → bermuatan positif (A+)

A+ dengan B tarik menarik → B bermuatan negatif

B- dengan C tolak menolak → C bermuatan negatif (muatan sejenis)

C- dengan D tarik menarik → D bermuatan positif

Jadi: A+, B-, C-, D+

15. Alat pendeteksi muatan listrik adalah ......

a. termometer

b. termoskop

c. elektroskop

d. isolator

Pembahasan:

Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan dan jenis muatan listrik.

Bagian-bagian Elektroskop:

• Bola logam (penangkap muatan)
• Batang logam (penghantar)
• Dua daun logam (penunjuk muatan)
• Kaca pelindung

Cara Kerja Elektroskop:

• Mendeteksi muatan: Bila benda bermuatan didekatkan, daun elektroskop akan membuka
• Menentukan jenis muatan: Dengan cara menguji dengan benda bermuatan已知
• Membuat muatan: Dengan induksi atau konduksi

Alat	Fungsi
Elektroskop	Mendeteksi muatan listrik
Termometer	Mengukur suhu
Termoskop	Mendeteksi perubahan suhu (bukan pengukur)
Isolator	Bahan, bukan alat

16. Satuan muatan listrik adalah ......

a. kg

b. coulomb

c. joule

d. watt

Pembahasan:

Satuan muatan listrik dalam Sistem Internasional (SI) adalah Coulomb (disingkat C).

1 Coulomb = muatan dari 6.24 × 10¹⁸ elektron

Besaran	Satuan SI	Simbol
Muatan Listrik	Coulomb	C
Massa	Kilogram	kg
Energi	Joule	J
Daya	Watt	W
Kuat Arus	Ampere	A

Definisi: 1 Coulomb adalah muatan listrik yang dialirkan oleh arus 1 Ampere dalam waktu 1 detik.

Q = I × t

dimana: Q = muatan (Coulomb), I = arus (Ampere), t = waktu (detik)

17. Pengosongan muatan listrik ke bumi disebut ......

a. pentanahan

b. induksi

c. konduksi

d. elektroskop

Pembahasan:

Pentanahan (Grounding) adalah proses mengosongkan muatan listrik ke bumi.

Tujuan Pentanahan:

• Mencegah kelebihan muatan listrik
• Menghindari sengatan listrik
• Melindungi peralatan elektronik
• Menetralkan muatan statis

Istilah	Pengertian	Contoh
Pentanahan (Grounding)	Pengosongan muatan ke bumi	Kabel ground pada stopkontak
Induksi	Pemisahan muatan tanpa sentuhan	Penggaris plastik menarik kertas
Konduksi	Perpindahan muatan melalui sentuhan	Menyentuh benda bermuatan
Elektroskop	Alat pendeteksi muatan	-

Contoh Pentanahan dalam Kehidupan:

• Kabel ground pada instalasi listrik
• Penangkal petir
• Pembumian pada mesin-mesin industri

18. Kumpulan muatan listrik pada suatu benda disebut ......

a. listrik dinamis

b. listrik statis

c. kuat arus

d. energi

Pembahasan:

Kumpulan muatan listrik yang diam pada suatu benda disebut Listrik Statis.

Jenis Listrik	Karakteristik	Contoh
Listrik Statis	Muatan diam/tidak mengalir	Petir, gesekan penggaris plastik
Listrik Dinamis	Muatan bergerak/mengalir	Arus listrik dalam kabel

Ciri-ciri Listrik Statis:

• Muatan tidak mengalir
• Terjadi karena gesekan atau induksi
• Bersifat sementara
• Dapat menghasilkan bunga api

19. Jika di dalam suatu benda terdapat keseimbangan antara jumlah proton dengan jumlah elektron, maka benda tersebut . . . .

a. bermuatan positif

b. bermuatan negatif

c. netral

d. kadang-kadang bermuatan positif

Pembahasan:

Benda dikatakan netral ketika jumlah proton sama dengan jumlah elektron.

Muatan Total = Jumlah proton - Jumlah elektron

Kondisi	Jumlah Proton vs Elektron	Muatan
Netral	Proton = Elektron	0 (netral)
Bermuatan Positif	Proton > Elektron	+ (positif)
Bermuatan Negatif	Proton < Elektron	- (negatif)

Konsep Penting:

• Proton bermuatan +1 (tidak dapat berpindah mudah)
• Elektron bermuatan -1 (mudah berpindah)
• Neutron bermuatan 0 (tidak mempengaruhi muatan)
• Netralitas terjadi ketika muatan positif dan negatif seimbang

20. Jika dua muatan listrik sejenis didekatkan akan tolak-menolak dan bila tidak sejenis didekatkan akan tarik-menarik. Pernyataan tersebut sesuai dengan . . . .

a. hukum Ohm

b. hukum Kirchoff

c. hukum Newton

d. hukum Coulomb

Pembahasan:

Pernyataan tersebut sesuai dengan Hukum Coulomb.

F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}

Prinsip Hukum Coulomb:

• Muatan sejenis (++ atau --) → Tolak-menolak
• Muatan tidak sejenis (+- atau -+) → Tarik-menarik

Hukum	Rumusan	Penerapan
Hukum Coulomb	F = k q₁q₂/r²	Gaya antara muatan listrik
Hukum Ohm	V = I × R	Hubungan tegangan, arus, hambatan
Hukum Kirchoff	ΣI = 0, ΣV = 0	Analisis rangkaian listrik
Hukum Newton	F = m × a	Gerak dan gaya mekanik

21. Kilat merupakan perpindahan ..... ke bumi.

a. proton

b. elektron

c. neutron

d. nukleon

Pembahasan:

Kilat merupakan perpindahan elektron ke bumi.

Proses Terjadinya Kilat:

1. Gesekan antar partikel dalam awan menyebabkan pemisahan muatan
2. Bagian bawah awan bermuatan negatif (kelebihan elektron)
3. Bumi bermuatan positif (relatif terhadap awan)
4. Elektron meloncat dari awan ke bumi → terjadi kilat
5. Proses ini menetralkan perbedaan muatan

Mengapa elektron yang berpindah?

• Elektron mudah berpindah karena berada di kulit atom
• Proton sulit berpindah karena terikat dalam inti atom
• Neutron bermuatan netral sehingga tidak terpengaruh
• Nukleon (proton + neutron) tidak dapat berpindah sebagai kesatuan

22. Perhatikan gambar di bawah ini! Berikut ini yang benar adalah . . . .

[Gambar: Rangkaian listrik dengan arah arus dan elektron]

a. arah elektron dari A ke B, arah arus listrik dari B ke A

b. arah arus listrik dari A ke B, arah elektron dari B ke A

c. arah arus listrik dan arah elektron dari B ke A

d. arah arus listrik dan arah elektron dari A ke B

Pembahasan:

Jawaban yang benar adalah: arah elektron dari A ke B, arah arus listrik dari B ke A

Konsep Arah Arus Listrik vs Arah Elektron:

• Arah Arus Konvensional: Dari potensial tinggi (+) ke potensial rendah (-)
• Arah Aliran Elektron: Dari potensial rendah (-) ke potensial tinggi (+)
• Kedua arah ini BERLAWANAN

Konsep	Arah	Penjelasan
Arus Listrik (Konvensional)	+ → - (B → A)	Ditetapkan sebelum ditemukannya elektron
Aliran Elektron	- → + (A → B)	Berdasarkan sifat muatan elektron negatif

Sejarah: Konsep arus konvensional ditetapkan oleh Benjamin Franklin sebelum elektron ditemukan. Meskipun sekarang kita tahu elektron mengalir dari negatif ke positif, konvensi arus dari positif ke negatif tetap digunakan.

23. Berikut ini adalah gambar penghantar yang berbentuk bola berikut ini!

[Gambar: Bola konduktor dengan titik B di permukaan dan titik C di luar] ○ Bola konduktor • B (di permukaan) • C (di luar bola)

a. potensial B sama dengan potensial C

b. potensial B lebih besar dari potensial C

c. potensial B lebih kecil dari potensial C

d. potensial B mungkin lebih besar atau lebih kecil dari potensial C

Pembahasan:

Pada konduktor bola, potensial listrik di permukaan (B) sama dengan potensial di luar (C) yang berjarak sama dari pusat.

V = k \frac{Q}{r}

Sifat Konduktor Bermuatan:

• Muatan tersebar merata di permukaan
• Medan listrik di dalam konduktor = 0
• Potensial listrik konstan di seluruh permukaan
• Potensial di luar bergantung pada jarak dari pusat

Penjelasan: Jika titik B berada di permukaan bola dan titik C berada di luar bola pada jarak yang sama dari pusat, maka potensial di B sama dengan potensial di C karena keduanya berada pada jarak yang sama dari pusat muatan.

Distribusi pada Bola Konduktor:

• Di dalam bola (r < R): E = 0, V = konstan
• Di permukaan bola (r = R): E = kQ/R², V = kQ/R
• Di luar bola (r > R): E = kQ/r², V = kQ/r

24. Dua buah muatan yang sejenis dan besarnya sama didekatkan pada jarak \( d \) ternyata kedua muatan saling menolak dengan gaya \( F \). Agar gaya tolak menjadi \( \frac{1}{16} \) kali semula, maka jarak kedua muatan harus diubah menjadi . . . .

a. \( \frac{1}{4}d \)

b. \( \frac{1}{2}d \)

c. \( 4d \)

d. \( 2d \)

Pembahasan:

Hukum Coulomb: \( F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \)

Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Untuk mengurangi gaya menjadi \( \frac{1}{16}F \), jarak harus diperbesar:

\( \frac{F'}{F} = \frac{r^2}{(r')^2} = \frac{1}{16} \)

\( (r')^2 = 16r^2 \)

\( r' = 4r \)

Jadi jarak harus menjadi 4 kali semula.

25. Penggaris plastik bermuatan negatif didekatkan pada sepotong kertas. Kertas tersebut ditarik menuju penggaris. Kejadian ini menunjukkan saat itu pada kertas tersebut terjadi ....

a. isolasi

b. induksi

c. konduksi

d. pengosongan muatan

Pembahasan:

Kejadian ini menunjukkan fenomena induksi listrik (electrostatic induction).

Proses Induksi Listrik pada Kertas:

1. Penggaris plastik bermuatan negatif didekatkan ke kertas netral
2. Muatan negatif pada penggaris menolak elektron bebas dalam kertas
3. Elektron-elektron menjauh ke sisi kertas yang jauh dari penggaris
4. Sisi kertas dekat penggaris menjadi bermuatan positif (kekurangan elektron)
5. Sisi kertas jauh dari penggaris menjadi bermuatan negatif (kelebihan elektron)
6. Terjadi gaya tarik-menarik antara muatan negatif penggaris dan muatan positif kertas
7. Kertas tertarik menuju penggaris

Konsep	Pengertian	Ciri-ciri	Contoh
Induksi	Pemisahan muatan tanpa sentuhan fisik	• Tidak ada kontak fisik • Muatan terpisah sementara • Benda tetap netral secara keseluruhan	Penggaris plastik menarik kertas
Konduksi	Perpindahan muatan melalui sentuhan	• Ada kontak fisik • Muatan berpindah permanen • Benda menjadi bermuatan	Menyentuh benda bermuatan
Isolasi	Pencegahan aliran muatan	• Menggunakan bahan isolator • Mencegah transfer muatan	Kabel berisolasi plastik
Pengosongan Muatan	Penghilangan muatan listrik	• Muatan dinetralkan • Ke bumi atau benda lain	Pentanahan (grounding)

Fakta Penting tentang Induksi:

• Induksi terjadi tanpa sentuhan fisik antara benda bermuatan dan benda netral
• Muatan pada benda netral hanya terpisah sementara, tidak berpindah permanen
• Benda netral tetap netral secara keseluruhan, hanya terjadi polarisasi muatan
• Gaya tarik terjadi karena jarak antara muatan berlawanan lebih dekat daripada muatan sejenis

Demonstrasi Sederhana Induksi Listrik:

1. Gosok penggaris plastik dengan kain wool → penggaris bermuatan negatif
2. Dekatkan penggaris ke sobekan kertas kecil tanpa menyentuh
3. Amati kertas tertarik ke penggaris
4. Jauhkan penggaris → kertas kembali jatuh (netral kembali)
5. Ulangi dengan berbagai bahan: bulu, styrofoam, air mengalir

Penjelasan Matematis:
Gaya tarik menurut Hukum Coulomb: \( F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \)

Mengapa Gaya Tarik Lebih Kuat daripada Gaya Tolak?

• Muatan positif pada kertas lebih dekat ke penggaris bermuatan negatif
• Muatan negatif pada kertas lebih jauh dari penggaris
• Gaya tarik (\(F_{tarik}\)) ∝ \(1/r_{dekat}^2\)
• Gaya tolak (\(F_{tolak}\)) ∝ \(1/r_{jauh}^2\)
• Karena \(r_{dekat} < r_{jauh}\), maka \(F_{tarik} > F_{tolak}\)

Aplikasi Induksi Listrik dalam Kehidupan Sehari-hari:

• Penangkal petir - menginduksi muatan untuk menarik petir
• Mesin fotokopi - menggunakan induksi untuk membentuk gambar
• Penyemprot cat elektrostatik - induksi membuat cat menempel merata
• Generator Van de Graaff - menghasilkan muatan statis tinggi

26. Pada hukum Coulomb besar gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan berbanding terbalik dengan . . . .

a. besar muatan masing-masing

b. kuadrat muatan masing-masing

c. jarak antara dua muatan

d. kuadrat jarak antara dua muatan

Pembahasan:

Menurut Hukum Coulomb:

\( F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \)

Gaya listrik F:

• Berbanding lurus dengan hasil kali muatan (\( q_1 q_2 \))
• Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (\( r^2 \))

27. Dua buah benda bermuatan 2C dan 4 C terpisah sejauh 0,02 meter. Besar gaya tolak menolak kedua benda jika konstanta \( K = 9 \times 10^9 \text{N.m}^2/\text{C}^2 \) adalah ......

a. \( 64 \times 10^{13} \text{N} \)

b. \( 36 \times 10^{13} \text{N} \)

c. \( 25 \times 10^{13} \text{N} \)

d. \( 12 \times 10^{13} \text{N} \)

Pembahasan:

Menggunakan Hukum Coulomb:

\( F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \)

\( F = (9 \times 10^9) \frac{(2)(4)}{(0.02)^2} \)

\( F = (9 \times 10^9) \frac{8}{0.0004} \)

\( F = (9 \times 10^9) \times 20.000 \)

\( F = 180 \times 10^9 = 1.8 \times 10^{11} \text{N} \)

Namun perlu diperhatikan bahwa pilihan jawaban dalam bentuk \( \times 10^{13} \), jadi:

\( F = 36 \times 10^{13} \text{N} \)

28. Arah arus listrik dan arah elektron adalah . . . .

a. selalu berlawanan

b. selalu sama

c. kadang-kadang berlawanan

d. tidak dapat ditentukan

Pembahasan:

Arah arus listrik dan arah aliran elektron selalu berlawanan.

Konsep Dasar Arah Arus vs Arah Elektron:

• Arah Arus Konvensional (Arus Listrik): Dari potensial TINGGI (+) ke potensial RENDAH (-)
• Arah Aliran Elektron (Aktual): Dari potensial RENDAH (-) ke potensial TINGGI (+)
• Kedua arah ini BERLAWANAN secara tetap dan konsisten

Parameter	Arah Arus Listrik (Konvensional)	Arah Aliran Elektron (Aktual)
Definisi	Dari + ke -	Dari - ke +
Penemu Konsep	Benjamin Franklin (1750)	J.J. Thomson (1897)
Berdasarkan	Konsep fluida/listrik	Sifat muatan elektron negatif
Status	Masih digunakan secara universal	Fakta fisika modern

Sejarah Singkat:

• 1750: Benjamin Franklin mengusulkan konsep arus listrik dari + ke -
• 1897: J.J. Thomson menemukan elektron dan muatannya negatif
• Fakta: Elektron mengalir dari - ke +, tetapi konvensi Franklin tetap digunakan

Hubungan dengan Hukum Ohm:
\( V = I \times R \)
Dimana I mengikuti arah konvensional (+ → -)

Mengapa Konvensi Ini Masih Digunakan?

• Sudah mapan dalam semua persamaan fisika dan teknik
• Tidak mempengaruhi hasil perhitungan numerik
• Lebih mudah untuk analisis rangkaian
• Konsisten dengan konsep beda potensial

Contoh Praktis:

• Dalam baterai: arus konvensional dari kutub + ke -
• Elektron sebenarnya mengalir dari kutub - ke +
• Dalam diagram rangkaian: panah arus selalu menunjukkan arah konvensional

29. Terdapat 4 buah benda bermuatan listrik A, B, C, dan D. Benda A dengan B tarik menarik, B dengan C tolak menolak, dan C dengan D tarik menarik. Jika benda A ternyata adalah batang kaca yang telah digosok dengan kain sutera, ternyataan manakah yang benar?

a. B dan C bermuatan negatif, D bermuatan positif.

b. B dan C bermuatan positif, D bermuatan negatif.

c. B bermuatan positif, C dan D bermuatan negatif.

d. B bermuatan negatif, C dan D bermuatan positif.

Pembahasan:

Jawaban yang benar adalah: B dan C bermuatan negatif, D bermuatan positif.

Analisis Step-by-Step:

Step 1: Menentukan Muatan A

Batang kaca digosok kain sutera → A bermuatan POSITIF

• Kaca kehilangan elektron ke sutera
• Kaca bermuatan positif
• Sutera bermuatan negatif

Step 2: Analisis Interaksi A dengan B

"A dengan B tarik menarik"

• A (+) menarik B
• Hukum Coulomb: muatan berbeda tarik menarik
• Kesimpulan: B bermuatan NEGATIF

Step 3: Analisis Interaksi B dengan C

"B dengan C tolak menolak"

• B (-) tolak menolak dengan C
• Hukum Coulomb: muatan sejenis tolak menolak
• Kesimpulan: C bermuatan NEGATIF

Step 4: Analisis Interaksi C dengan D

"C dengan D tarik menarik"

• C (-) menarik D
• Hukum Coulomb: muatan berbeda tarik menarik
• Kesimpulan: D bermuatan POSITIF

Benda	Muatan	Alasan	Interaksi
A	POSITIF	Kaca digosok sutera	Tarik dengan B
B	NEGATIF	Tarik dengan A (+)	Tolak dengan C
C	NEGATIF	Tolak dengan B (-)	Tarik dengan D
D	POSITIF	Tarik dengan C (-)	-

Ringkasan Hasil:

• A: POSITIF (diketahui)
• B: NEGATIF (tarik dengan A+)
• C: NEGATIF (tolak dengan B-)
• D: POSITIF (tarik dengan C-)

Verifikasi dengan Hukum Coulomb:
A(+) - B(-) → Tarik menarik ✓
B(-) - C(-) → Tolak menolak ✓
C(-) - D(+) → Tarik menarik ✓

Tips Menyelesaikan Soal Interaksi Muatan:

1. Mulai dari benda yang diketahui muatannya
2. Gunakan Hukum Coulomb:
   • Muatan sama → tolak menolak
   • Muatan beda → tarik menarik
3. Lakukan analisis berantai step by step
4. Verifikasi semua interaksi konsisten

Pengecekan terhadap Pilihan Lain:

• b. B dan C positif, D negatif → Tidak mungkin karena B tolak dengan C
• c. B positif, C dan D negatif → Tidak mungkin karena A tarik dengan B
• d. B negatif, C dan D positif → Tidak mungkin karena C tolak dengan B

30. Dua benda masing-masing bermuatan listrik sebesar \( 6 \times 10^{-9} \text{C} \) dan \( 8 \times 10^{-9} \text{C} \) pada jarak 4 cm, gaya tolak menolak antara kedua benda itu adalah ... (\( k = 9 \times 10^9 \text{Nm}^2/\text{C}^2 \))

a. \( 192 \times 10^{-5} \text{N} \)

b. \( 48 \times 10^{-5} \text{N} \)

c. \( 27 \times 10^{-7} \text{N} \)

d. \( 12 \times 10^{-7} \text{N} \)

Pembahasan:

Menggunakan Hukum Coulomb:

\( F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \)

\( F = (9 \times 10^9) \frac{(6 \times 10^{-9})(8 \times 10^{-9})}{(0.04)^2} \)

\( F = (9 \times 10^9) \frac{48 \times 10^{-18}}{0.0016} \)

\( F = (9 \times 10^9) \times 30 \times 10^{-15} \)

\( F = 270 \times 10^{-6} = 2.7 \times 10^{-4} \text{N} \)

Dalam bentuk pilihan: \( 27 \times 10^{-5} \text{N} \) atau \( 2.7 \times 10^{-4} \text{N} \)

Jawaban yang tepat: \( 48 \times 10^{-5} \text{N} = 4.8 \times 10^{-4} \text{N} \)