SMART SOLUTION UN FISIKA SMA 2013 (SKL 5 Indikator 5.2 Fluks, Potensial Listrik, Energi Potensial Listrik, Kapasitas Keping Sejajar)

(1)

Smart Solution

UJIAN NASIONAL

TAHUN PELAJARAN 2012/2013

Disusun Per Indikator Kisi-Kisi UN 2013

Fisika SMA

Disusun Oleh :

(2)

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 155

5.2. Menentukan besaran fisis fluks, potensial listrik, atau energi potensial listrik, serta penerapannya pada keping sejajar atau pada rangkaian kapasitor.

Potensial Listrik

Energi Potensial Listrik

=

�

=

�

� � !!! Potensial dan Energi Potensial Listrik adalah besaran skalar.

Jadi nilai (+) atau (−) pada muatan harus diikutkan pada perhitungan!!!

Hubungan

, , ,

=

�

=

�

=

�

=

�

TIPS MENGHAFAL:

, ditulis searah jarum jam. Patokan adalah paling kiri atas.

= � −

Arah kanan, hilang Arah bawah, hilang

=

∆

=

× ×

÷

÷ ÷

× ×

(3)

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 156 Rumus dasar yang harus dikuasai:

Hukum Gauss

Kapasitansi Kapasitor

� = � cos � = _� = �

Energi Tersimpan

Rapat Muatan Listrik

dalam Kapasitor

� = = �

Penurunan Rumus:

Dari Hukum Gauss, Hubungan , dan Kapasitansi Kapasitor maka akan diperoleh konsep rumus dari Kapasitor Keping Sejajar:

Kapasitor Keping Sejajar

=

_�

=

�_�

}

�_�

=

_�

⇒ =

_��

� =

_�

}

Substitusi Kapasitansi Kapasitor ke Energi yang tersimpan dalam Kapasitor diperoleh tiga rumus Energi yang tersimpan dalam Kapasitor.

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor

= � ⇒

{

� =

= �

� =

��

⇒ � =

�_�

= �

}

=

⇒ =

= � }

= � � ⇒ = �

(4)

Rangkaian Kapasitor

Rangkaian Seri

Rangkaian Paralel

� = + + … + � � = � + � + … + ��

= + + … + � = = = … = �

= = = … = � = + + … + �

TRIK SUPERKILAT:

Menentukan kapasitor pengganti pada rangkaian seri:

� =_{Σℎ � ��}� � � _{� � �}� +

−

� �

+ − �

(5)

TRIK SUPERKILAT:

Syarat yang WAJIB diperlukan agar kita bisa nyaman dalam mengerjakan soal-soal pada indikator SKL mengenai fluks, potensial listrik, energi potensial listrik, serta kapasitor keping sejajar adalah mampu menguasai konsep hubungan antar besaran!!!!

Contoh masalah pada soal…

Misal pada soal disajikan besar energi potensial dan muatan. Ternyata yang ditanyakan adalah

berapa besar beda potensial…

Tips:

Maka yang harus diingat adalah bagan � � seperti pada TRIK SUPERKILAT di halaman

depan…

Langkah penyelesaian:

Ingat � � ya!!! Ada empat variabel. , , , dan .

Pertama lihat variabel yang diketahui. Oh, Energi potensial ( �). Yang ditanya adalah beda potensial (�).

Maka, potongan diagram yang berwarna merah berikut bisa membantu dalam menyelesaikan soal tersebut:

= �

TIPS FI-Easy-KA!!

Jangan hanya menghafalkan notasi rumusnya saja! Tapi kuasai juga proses penurunan rumusnya, karena satu rumus dengan rumus yang lain sebenarnya saling berkait.

× ×

÷

(6)

CONTOH SOAL Menentukan besar fluks listrik

1. Kuat medan listrik homogen sebesar 100 N/C berarah tegak lurus ke bidang seluas 800 cm2_.

Besar fluks medan listrik yang terjadi adalah .... A. 2 weber

B. 4 weber C. 8 weber D. 16 weber E. 32 weber

2. Kuat medan listrik homogen sebesar 200 N/C menembus bidang yang memiliki panjang 30 cm dan lebar 30 cm dengan sudut 60°. Fluks medan listrik yang terjadi sebesar ....

A. 0

B. 4,5 weber C. 9,0 weber D. 18 weber E. 27 weber

3. Sebuah pelat berukuran 5 cm × 8 cm membentuk sudut 30° terhadap kuat medan listrik homogen. Jika = − N/C, maka fluks medan listrik yang menembus pelat adalah .... A. 0,40 weber

B. 0,64 weber C. 1,6 weber D. 1,6√ weber E. 3,2 weber

4. Sebuah bidang seluas 500 cm2_{terkena kuat medan listrik homogen dengan sudut kedatangan}

sebesar 45°. Jika besar kuat medan 200 N/C, fluks medan listrik yang terjadi pada luasan itu sebesar ....

A. 5 weber B. √ weber C. weber D. √ weber E. √ weber

Menentukan besar potensial listrik

5. Titik X terletak 1,5 cm dari muatan + �C. Jika = × Nm2_/C2_{, potensial listrik di titik X}

sebesar ....

A. , × − volt B. , × − volt C. , × − volt D. , × − volt E. , × − volt

6. Titik A dan B berturut-turut berada pada jarak 25 cm dan 5 cm dari muatan sebesar 10 �C. Beda potensial antara kedua titik sebesar ....

A. , × volt B. , × volt C. , × volt D. , × volt E. , × volt

TRIK SUPERKILAT:

Karena semua bilangan pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja

� = � cos � = × × = pasti jawabannya C

TRIK SUPERKILAT:

� = � cos � = × × × = pasti jawabannya C

TRIK SUPERKILAT:

� = � cos � = × × × √ = √ pasti jawabannya C

TRIK SUPERKILAT:

� = � cos � = × × √ = √ pasti jawabannya B

TRIK SUPERKILAT:

= _{= × , =} pasti jawabannya E

TRIK SUPERKILAT:

Karena semua bilangan pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja.

∆ = − = −

(7)

7. Titik A dan B berjarak 9 cm dan di antara A dan B terletak titik C yang berjarak 3 cm dari A. Titik A diberi muatan sebesar +5 �C dan B sebesar +10 �C. Apabila = × Nm2_/C2_{, potensial}

listrik di titik C sebesar .... A. − × volt

B. − × volt C. × volt D. × volt E. × volt

8. Perhatikan gambar di bawah ini!

Beda potensial listrik di titik B adalah .... A. 0

B. 2 V C. 4 V D. 5 V E. 8 V

9. Perhatikan gambar berikut!

Besar potensial listrik di titik C adalah .... A. , × volt

B. , × volt C. , × volt D. , × volt E. , × volt

10.Perhatikan gambar berikut!

Pada tiap titik sudut suatu persegi yang panjang sisinya 2 m ditempatkan muatan yang besarnya berturut-turut − �C, + �C, − �C, dan + �C. Nilai potensial listrik di titik perpotongan

diagonal persegi sebesar .... V (√ = , A. 18.921 volt

B. 19.880 volt C. 23.714 volt D. 24.376 volt E. 25.714 volt

+ −

− �C + �C

9 cm 12 cm

9 cm B

++ �C −− �C

6 cm

8 cm C

A B

= − �C = + �C

= + �C = − �C

TRIK SUPERKILAT:

Σ = + = +

= ( × ) + ( × ) = + = pasti jawabannya D

TRIK SUPERKILAT:

Jarak B ke kedua muatan adalah sama. Dua muatan juga memiliki besar yang sama, tapi jenisnya berlainan. Artinya besar resultan potensial listriknya sama dengan nol.

pasti jawabannya A

TRIK SUPERKILAT:

BC = 10 cm (ingat tripel Pythagoras ya! )

Σ = + = + = ( × ) + ( ×− ) = − , = , pasti jawabannya B

TRIK SUPERKILAT:

Muatan diletakkan di perpotongan diagonal, artinya jarak ke masing-masing muatan adalah

separuh diagonal, yakni = = = = = √ = ,

Σ = + + + = + + +

= − + − + _{= ,} _{= , ≈ ≈} → lebih dari ,

(8)

Menentukan besar energi potensial listrik

11.Titik A berada pada jarak sejauh 0,001 m dari muatan + , �C. Suatu muatan positif sebesar

+ × − _C_{diletakkan pada titik tersebut. Energi potensial listrik muatan tersebut di titik A}

sebesar .... A. 900 joule B. 90 joule C. 9 joule D. 0,9 joule E. 0,09 joule

12.Titik A berada pada jarak 9 mm dari muatan + , �C. Suatu muatan positif sebesar + × − C diletakkan pada titik A. Energi potensial muatan tersebut sebesar ....

A. 100 joule B. 10 joule C. 1 joule D. 0,1 joule E. 0,01 joule

Menentukan energi yang tersimpan dalam kapasitor

13.Sebuah kapasitor 6 �F diberi tegangan 100 V. Muatan dan energi yang tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah ....

A. × − C dan × − J B. × − C dan × − J C. × − C dan × − J D. × − C dan × − J E. × − C dan × − J

14.Kapasitor 10 �F diberi tegangan 200 V. Energi yang tersimpan dalam kapasitor tersebut .... A. 0,1 joule

B. 0,2 joule C. 0,3 joule D. 0,4 joule E. 0,5 joule

15.Dua kapasitor 4 �F dan 2 �F disusun seri, kemudian diberi tegangan 6 volt. Energi yang tersimpan dalam rangkaian tersebut sebesar ....

A. , × − joule B. , × − joule C. , × − joule D. , × − joule E. , × − joule

16.Kapasitor X, Y, dan Z dirangkai seperti pada gambar!

Bila saklar S ditutup selama 5 menit, energi listrik yang tersimpan pada kapasitor Z adalah .... A. 144 joule

B. 720 joule C. 864 joule D. 1.728 joule E. 4.320 joule

= = × × , × − × ×₋ −

= × + − + − —

= × −

= , joule

= = × × , × −_× × ×₋ −

= × + − + − —

= × −

= joule

= � = × − _× ₌ _× − _{= ×} − _C

= � = × × − _× _{= ×} − _J

TRIK SUPERKILAT:

= � = × × = = Pasti jawabannya B

TRIK SUPERKILAT:

Karena semua bilangan pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja. Rangkaian seri kapasitor:

� =_{Σℎ � ��}� �

� � � = + = + =

= � = × × = Pasti jawabannya B

TRIK SUPERKILAT:

Rangkaian paralel kapasitor X dan Y: � =_{Σℎ � ��}� � _{� � � =}

+ = + = = F

Rangkaian seri XY dirangkaikan paralel dengan Z  � = + = F

= � = × =

(9)

17.Kapasitor X, Y, dan Z dirangkai seperti pada gambar.

Bila saklar S ditutup selama 5 menit, energi listrik yang tersimpan pada kapasitor Z adalah .... A. 144 joule

B. 720 joule C. 864 joule D. 1.728 joule E. 4.320 joule

Kapasitor keping sejajar

18.Suatu kapasitor keping sejajar mempunyai luas tiap keping 400 cm2_{dan jarak antarkeping}

adalah 2 mm. Jika muatan kapasitor sebesar , × − C, kapasitor tersebut dipasang pada tegangan ....

A. 2 volt B. 3 volt C. 4 volt D. 5 volt E. 6 volt

19.Kapasitor keping sejajar mempunyai luas tiap keping 300 cm2_{dan jarak antarkeping 3 mm.}

Muatan kapasitor sebesar × − C. Tegangan yang dipakai oleh kapasitor mendekati .... A. 9,7 volt

B. 10,6 volt C. 11,3 volt D. 12,5 volt E. 13,2 volt

20.Suatu kapasitor keping sejajar memiliki luas tiap keping 200 cm2_{dan jarak antarkeping 0,5 cm.}

Kapasitor diisi bahan dielektrik (� = ) dan dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V. Energi yang tersimpan dalam kapasitor sebesar ....

A. , × − joule B. , × − joule C. , × − joule D. , × − joule E. , × − joule

Hubungan antar konsep

21.Diperlukan usaha sebesar 4 J untuk memindahkan muatan 10 C dari titik A ke titik B yang berjarak 20 cm. Beda potensial antara titik A dan titik B sebesar ....

A. 0,02 volt B. 0,04 volt C. 0,1 volt D. 0,4 volt E. 8 volt

22.Kapasitor keping sejajar mempunyai jarak antarkeping 0,1 mm. Jika kuat medan dalam kapasitor sebesar 200 N/C, kapasitor tersebut terpasang pada tegangan listrik sebesar .... A. 0,02 volt

B. 0,04 volt C. 0,08 volt D. 0,16 volt E. 0,32 volt

X = 6 F

Y = 6 F

Z = 12 F

V = 24 volt S

TRIK SUPERKILAT:

Rangkaian seri XY  = + = F

Rangkaian kapasitor X dan Y: � =_{Σℎ � ��}� � _{� � � =}

+ = + = = F

= � = × =

= �� = × = Pasti jawabannya D

TRIK SUPERKILAT:

� =� � = × =

= � = ≈ , Pasti jawabannya E

TRIK SUPERKILAT:

� =� � �= × × =

= � = × × ≈ × ≈ × ≈ → mendekati

Pasti jawabannya C

TRIK SUPERKILAT:

� =� �= × =

= � = ≈ ≈ → mendekati , Pasti jawabannya C

TRIK SUPERKILAT:

= = × = Pasti jawabannya A

TRIK SUPERKILAT:

= = ∆ ⇒ ∆ =

(10)

23.Kapasitor keping sejajar yang jarak antarkepingnya 0,5 mm memiliki kapasitas sebesar 300 nF. Kuat medan yang muncul dalam kapasitor sebesar 500 N/C. Kapasitor tersebut terpasang pada tegangan ....

A. 0,25 volt B. 0,50 volt C. 0,75 volt D. 1 volt E. 1,25 volt

24.Kapasitor keping sejajar memiliki jarak antarkeping 0,2 mm. Kuat medan yang muncul sebesar 100 N/C, kapasitor terpasang pada tegangan ....

A. 0,01 volt B. 0,02 volt C. 0,03 volt D. 0,04 volt E. 0,05 volt

25.Dua buah kapasitor A dan B berturut-turut mempunyai kapasitas sebesar 4 mikrofarad dan 6 mikrofarad. Kedua kapasitor tersebut disusun seri dan dihubungkan dengan beda potensial 100 volt. Tegangan pada A dan B berturut-turut sebesar ....

A. 30 volt dan 70 volt B. 40 volt dan 60 volt C. 50 volt dan 50 volt D. 60 volt dan 40 volt E. 70 volt dan 30 volt

26.Perhatikan gambar di bawah ini!

Sebuah partikel bermassa , × − kg dan bermuatan , × − C akan diatur agar posisinya seimbang. Beda potensial kedua keping harus bernilai .... (� = , m/s2₎

A. , × − volt B. , × − volt C. , × − volt D. , × − volt E. , × − volt

27.Soal masih diketik... Tunggu updatenya di http://pak-anang.blogspot.com. Contoh soal lainnya menyusul ya... Pembahasan soal di SKL ini akan segera diupdate... Kunjungi terus posting tentang SMART SOLUTION pada SKL ini di blog Pak Anang di http://pak-anang.blogspot.com. Terima kasih.

��

2 cm

− − − − − − − −

+ + + + + + + +

TRIK SUPERKILAT:

= = × = Pasti jawabannya A

TRIK SUPERKILAT:

= = × = Pasti jawabannya B

TRIK SUPERKILAT:

Karena semua bilangan pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja. Agar setimbang maka = � ⇒ = �

= �= × ≈ × ≈

= ≈ × ≈ → mendekati , Pasti jawabannya B

TRIK SUPERKILAT: Ingat = dan = TRIK SUPERKILAT:

=_{� + �}� _{= + ×} = volt

= �

(11)

PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA SMA 2012

1. Gambar berikut menunjukkan dua kapasitor keping sejajar I dan II.

Perbandingan kapasitas kapasitor keping sejajar I dan II adalah ....

A. 1 : 6

B. 1 : 1

C. 2 : 3

D. 3 : 2

E. 6 : 1

Jika adik-adik butuh ’bocoran’ butir soal Ujian Nasional tahun 2013, maka adik-adik bisa download di

http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/prediksi-soal-un-fisika-sma-2013.html. Semua soal tersebut

disusun sesuai kisi-kisi SKL UN tahun 2013 yang dikeluarkan secara resmi oleh BSNP tanggal 20November 2012 yang lalu.

Kisi-kisi SKL UN SMA tahun 2013 untuk versi lengkap semua mata pelajaran bisa adik-adik lihat di

http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/kisi-kisi-skl-un-2013.html.

Terimakasih,

Pak Anang.

TRIK SUPERKILAT:

� =� �

��

��=

� ��

=_��

��

� =

�