Tugas Akhir Listrik Statis
|
MODUL AJAR & BANK LATIHAN 30 SOAL
PERSIAPAN PTS 1 Mata Pelajaran: IPA Terpadu (Fisika &
Biologi) | Kelas IX SMP | Materi: Listrik Statis |
|
Nama Siswa: .................................................. |
Kelas / No.
Presensi: IX (Sembilan) / ........ |
|
Guru Pengampu: Arya
Hanggara, S.Pd. |
Platform Edukasi: Sciencetopedia.com |
|
📖 Tadabur
Kalam Ilahi — Keagungan Ciptaan Allah pada Fenomena Petir وَمِنْ
ءَايَٰتِهِۦ يُرِيكُمُ ٱلْبَرْقَ خَوْفًا وَطَمَعًا وَيُنَزِّلُ مِنَ ٱلسَّمَآءِ
مَآءً فَيُحْيِۦ بِهِ ٱلْأَرْضَ بَعْدَ مَوْتِهَآ ۚ إِنَّ فِى ذَٰلِكَ
لَءَايَٰتٍ لِّقَوْمٍ يَعْقِلُونَ “Dan di antara tanda-tanda kekuasaan-Nya, Dia
memperlihatkan kepadamu kilat untuk menimbulkan ketakutan dan harapan, dan
Dia menurunkan air hujan dari langit, lalu menghidupkan bumi dengan air itu
sesudah matinya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat
tanda-tanda bagi kaum yang mempergunakan akalnya.” (QS. Ar-Rum: 24) |
BAGIAN I: RANGKUMAN MATERI
ESENSIAL PERSIAPAN PTS 1
1. Teori Struktur Atom & Metode Menggosok (Deret
Tribolistrik)
• Partikel Subatomik: Inti atom
tersusun atas proton (muatan positif) dan neutron (netral), sedangkan elektron
(muatan negatif) mengelilingi inti pada kulit-kulit atom.
• Kondisi Kelistrikan Atom: Atom netral memiliki jumlah proton = elektron. Atom
bermuatan positif jika melepaskan/kehilangan elektron. Atom bermuatan negatif
jika menerima/kelebihan elektron. Ingat: Proton di dalam inti atom terikat kuat
oleh gaya nuklir dan TIDAK PERNAH berpindah dalam fenomena listrik statis.
• Deret Tribolistrik & Menggosok:
- Kaca digosok Kain Sutra: Elektron
dari kaca berpindah ke kain sutra. Akibatnya, kaca menjadi bermuatan positif
(+) dan kain sutra bermuatan negatif (−).
- Penggaris Plastik / Ebonit digosok
Rambut Kering / Kain Wol: Elektron dari rambut/wol berpindah ke plastik.
Akibatnya, plastik menjadi bermuatan negatif (−) dan rambut/wol bermuatan
positif (+).
2. Teknik Induksi Listrik Statis & Elektroskop
• Induksi Elektrostatik:
Peristiwa pemisahan muatan listrik pada suatu benda netral akibat didekati oleh
benda lain yang bermuatan listrik tanpa kontak fisik (tanpa menyentuh).
• Elektroskop: Alat laboratorium untuk mengetahui apakah suatu benda bermuatan
listrik dan memperkirakan jenis muatannya.
- Kepala Elektroskop: Terbuat dari
logam konduktor. Saat didekati benda negatif, elektron di kepala terdorong ke
bawah sehingga kepala bermuatan positif terinduksi.
- Daun Elektroskop (Foil
Emas/Aluminium): Menerima aliran elektron dari kepala sehingga kedua daun
sama-sama bermuatan negatif. Karena muatannya sejenis, kedua daun saling
tolak-menolak dan mekar (membuka).
Gambar 1. Skema Prinsip Induksi Muatan
pada Elektroskop saat Didekati Benda Negatif
3. Hukum Coulomb & Interaksi Gaya Elektrostatik
• Bunyi Hukum Coulomb: Besar
gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan listrik berbanding
lurus dengan hasil kali kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat
jarak antara keduanya.
• Persamaan Fisis: F = k · (q₁ · q₂) / r²
- F = Gaya Coulomb (Newton, N)
- k = Konstanta elektrostatik = 9 ×
10⁹ N·m²/C²
- q₁, q₂ = Besar muatan listrik
(Coulomb, C). Konversi: 1 µC = 10⁻⁶ C
- r = Jarak pisah kedua muatan (meter,
m). Konversi: 1 cm = 10⁻² m
• Rumus Cepat Perbandingan Jarak: Karena F ∝ 1/r², jika jarak diperbesar menjadi
n kali semula (r' = n · r), maka gaya barunya adalah: F' = F / n².
Gambar 2. Skema Gaya Tolak-Menolak Coulomb antara Dua Muatan Positif Sejenis
4. Medan Listrik & Karakteristik Garis Gaya
Listrik
• Medan Listrik (E): Daerah di
sekitar muatan listrik yang masih merasakan pengaruh gaya elektrostatik.
• Persamaan: E = k · Q / r² atau E = F / q (Satuan: N/C).
• Aturan Garis-Garis Gaya Listrik:
- Garis gaya keluar (radial menjauh)
dari muatan positif (+).
- Garis gaya masuk (radial menuju) ke
pusat muatan negatif (−).
- Garis-garis gaya tidak pernah saling
berpotongan. Semakin rapat garis gaya, semakin kuat medan listrik di titik
tersebut.
Gambar 3. Arah Garis-Garis Gaya Listrik
pada Muatan Positif Tunggal dan Negatif Tunggal
5. Potensial Listrik & Usaha Pemindahan Muatan
• Beda Potensial (V): Energi
atau usaha yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan muatan listrik dari
satu titik ke titik lain.
• Persamaan Tegangan Baterai: V = W / Q ⟹ W = V · Q
- V = Beda potensial listrik / tegangan
(Volt, V)
- W = Usaha / energi listrik (Joule,
J)
- Q = Muatan listrik yang dipindahkan
(Coulomb, C)
• Usaha Pemindahan Muatan Antar Dua Titik: W = Q · ΔV = Q · (V_tujuan −
V_asal).
6. Sistem Saraf Manusia & Biolistrik Sel
• Struktur Sel Saraf (Neuron):
- Dendrit: Menerima impuls dari
reseptor atau neuron lain menuju badan sel.
- Badan Sel (Soma): Pusat metabolisme
neuron dan pemroses rangsangan.
- Akson (Neurit): Penjuluran panjang
yang menghantarkan impuls menjauhi badan sel.
- Selubung Mielin: Lapisan lemak
isolator listrik alami yang melindungi akson.
- Nodus Ranvier: Celah akson tanpa
mielin tempat terjadinya konduksi saltatori (impuls melompat sehingga kecepatan
sinyal mencapai 100 m/s).
• Potensial Istirahat (Resting Potential): Saat tidak ada rangsangan, bagian
dalam membran bermuatan negatif (−70 mV) dan luar bermuatan positif. Di dalam
sel kaya ion K⁺ dan molekul anion protein (A⁻); di luar sel kaya ion Na⁺ dan
Cl⁻. Pompa aktif Na⁺/K⁺-ATPase terus memompa 3 Na⁺ keluar dan 2 K⁺ ke dalam
sel.
Gambar 4. Skema Struktur Sel Saraf
(Neuron) Penghantar Impuls Biolistrik
7. Kelistrikan pada Makhluk Hidup & Pemanfaatan
Teknologi Listrik Statis
• Hewan Penghasil Listrik: Sidat
listrik (organ elektroplaks tersusun seri mampu menghasilkan tegangan hingga
650 V), Ikan pari listrik (menghasilkan hingga 220 V), dan Hiu martil (memiliki
elektroreseptor Ampullae of Lorenzini untuk mendeteksi medan listrik mangsa).
• Pemanfaatan Teknologi Elektrostatik:
- Penangkal Petir: Batang tembaga berujung
runcing di atap gedung yang mempermudah pelepasan muatan dan mengalirkan arus
kilat langsung ke tanah (grounding).
- Mesin Fotokopi: Drum fotoreseptor
selenium bermuatan positif menarik bubuk toner hitam bermuatan negatif.
- Pengendap Elektrostatis Cottrell:
Kawat bertegangan tinggi (50 kV) mengionisasi partikel jelaga pabrik menjadi
negatif, lalu ditarik oleh pelat pengumpul positif.
- Pengecatan Mobil Elektrostatis:
Butiran cat disemprotkan bermuatan positif sehingga menempel merata dan hemat
pada bodi mobil yang dihubungkan ke tanah/ground.
Tabel Ringkasan Rumus Cepat Listrik Statis PTS 1
|
Konsep
Fisika |
Rumus
Utama |
Keterangan
& Satuan SI |
|
Gaya Coulomb |
F = k · (q₁ · q₂) / r² |
k = 9 × 10⁹ N·m²/C²; q (C); r (m); F (N) |
|
Perbandingan Jarak |
F' = F / n² (jika r' = n·r) |
n = faktor pengali jarak; F ∝ 1/r² |
|
Kuat Medan Listrik |
E = k · Q / r²
atau E = F / q |
E = Kuat medan listrik (N/C); Q = Muatan sumber |
|
Potensial Listrik |
V = W / Q |
V = Beda potensial (Volt); W (J); Q (C) |
|
Usaha Pemindahan |
W = Q · ΔV = Q · (V₂ − V₁) |
W = Usaha (Joule); ΔV = Selisih tegangan (Volt) |
|
No |
Materi |
Indikator Soal |
Level |
|
1 |
Struktur Atom |
Mengidentifikasi partikel subatom |
C2 |
|
2 |
Listrik Statis |
Menjelaskan perpindahan elektron |
C2 |
|
3 |
Induksi/Polarisasi |
Menjelaskan polarisasi muatan |
C2 |
|
4 |
Elektroskop |
Menganalisis induksi elektroskop |
C3 |
|
5 |
Muatan Listrik |
Menentukan jenis muatan |
C3 |
|
6 |
Hukum Coulomb |
Konsep hubungan gaya Coulomb |
C2 |
|
7 |
Hukum Coulomb |
Menghitung gaya Coulomb |
C3 |
|
8 |
Hukum Coulomb |
Menganalisis perubahan gaya terhadap jarak |
C3 |
|
9 |
Medan Listrik |
Mengidentifikasi sifat garis gaya listrik |
C2 |
|
10 |
Medan Listrik |
Menghitung kuat medan listrik |
C3 |
|
11 |
Beda Potensial |
Menghitung tegangan |
C3 |
|
12 |
Energi Listrik |
Menghitung usaha listrik |
C3 |
|
13 |
Neuron |
Mengidentifikasi Nodus Ranvier |
C2 |
|
14 |
Kelistrikan Hewan |
Menjelaskan Ampullae of Lorenzini |
C2 |
|
15 |
Penerapan Listrik Statis |
Mengidentifikasi Cottrell precipitator |
C2 |
|
16 |
Listrik Statis |
Menjelaskan mekanisme perpindahan elektron |
C4 |
|
17 |
Hukum Coulomb |
Menghitung dan menganalisis gaya Coulomb |
C3-C4 |
|
18 |
Medan Listrik |
Menganalisis perbandingan medan listrik |
C4 |
|
19 |
Biolistrik |
Menganalisis potensial istirahat dan konduksi saltatori |
C4 |
|
20 |
Penerapan Listrik Statis |
Menjelaskan prinsip Cottrell dan penerapan lain |
C4 |
BAGIAN II: BANK LATIHAN 30
SOAL PILIHAN GANDA PERSIAPAN PTS 1
Petunjuk Khusus: Pilihlah salah satu jawaban yang paling
tepat (A, B, C, atau D). Seluruh perhitungan menghasilkan bilangan bulat tanpa
pecahan desimal.
1. [Teori Atom] Sebuah
partikel atom terdiri atas tiga jenis partikel subatomik. Partikel yang berada
di dalam inti atom dan bermuatan listrik positif adalah...
A. Elektron
B. Proton
C. Neutron
D. Positron
2. [Metode Menggosok] Batang
kaca yang digosok secara searah menggunakan kain sutra akan menjadi bermuatan
listrik positif. Peristiwa ini terjadi karena...
A. Proton berpindah dari kain sutra ke batang kaca
B. Elektron berpindah dari batang kaca ke kain sutra
C. Proton dari batang kaca berpindah ke kain sutra
D. Elektron dari kain sutra berpindah ke batang kaca
3. [Metode Menggosok]
Penggaris plastik yang digosokkan ke rambut kering dapat menarik serpihan
kertas kecil. Hal ini membuktikan bahwa penggaris plastik menjadi bermuatan
negatif karena...
A. Kehilangan sejumlah proton
B. Menerima aliran elektron dari rambut
C. Kehilangan sejumlah elektron
D. Menarik muatan positif dari udara
4. [Induksi Listrik &
Elektroskop] Kepala elektroskop netral didekati oleh benda bermuatan listrik
negatif tanpa menyentuhnya. Keadaan yang terjadi pada elektroskop adalah...
A. Kepala bermuatan positif dan daun elektroskop membuka
karena bermuatan negatif
B. Kepala bermuatan negatif dan daun elektroskop membuka
karena bermuatan positif
C. Kepala bermuatan positif dan daun elektroskop tetap
menutup rapat
D. Kepala bermuatan negatif dan daun elektroskop menutup
5. [Interaksi Muatan
Listrik] Terdapat empat buah benda bermuatan: P, Q, R, dan S. Jika P
tolak-menolak dengan Q, Q tarik-menarik dengan R, dan R tolak-menolak dengan S
yang diketahui bermuatan negatif, maka muatan benda P dan Q berturut-turut
adalah...
A. Positif dan positif
B. Negatif dan positif
C. Positif dan negatif
D. Negatif dan negatif
6. [Konsep Hukum Coulomb]
Berdasarkan Hukum Coulomb, jika besar masing-masing muatan dari dua benda
dijadikan 2 kali lipat dari semula pada jarak pisah yang tetap, maka besar gaya
elektrostatiknya menjadi...
A. 2 kali semula
B. 4 kali semula
C. 8 kali semula
D. Tetap sama
7. [Perhitungan Gaya Coulomb]
Dua buah muatan listrik q₁ = +3 µC dan q₂ = +4 µC terpisah pada jarak 3 cm di
udara. Jika konstanta k = 9 × 10⁹ N·m²/C², besar gaya tolak-menolak antara
kedua muatan adalah...
A. 40 Newton
B. 120 Newton
C. 360 Newton
D. 480 Newton
8. [Perhitungan Gaya Coulomb]
Dua muatan titik masing-masing q₁ = +2 µC dan q₂ = +8 µC berada di udara pada
jarak pisah 2 cm. Besar gaya interaksi Coulomb yang terjadi adalah...
A. 180 Newton
B. 240 Newton
C. 360 Newton
D. 720 Newton
9. [Perbandingan Jarak
Coulomb] Dua benda bermuatan listrik sejenis mengalami gaya tolak-menolak
sebesar F = 180 N pada jarak 2 cm. Jika jarak kedua muatan tersebut diperbesar
menjadi 6 cm (3 kali semula), maka besar gaya tolak-menolaknya menjadi...
A. 60 Newton
B. 40 Newton
C. 20 Newton
D. 10 Newton
10. [Perbandingan Jarak
Coulomb] Dua muatan listrik terpisah sejauh r menghasilkan gaya Coulomb sebesar
400 N. Jika jarak pisah kedua muatan dijauhkan menjadi 2 kali semula, maka
besar gaya Coulomb yang baru adalah...
A. 200 Newton
B. 100 Newton
C. 50 Newton
D. 25 Newton
11. [Gaya Coulomb
Multi-Variabel - HOTS] Dua muatan listrik menghasilkan gaya tarik-menarik
sebesar F = 30 N. Jika nilai salah satu muatan dilipatgandakan menjadi 2 kali,
muatan kedua menjadi 3 kali, dan jarak pisahnya didekatkan menjadi 1/2 kali
jarak semula, maka besar gaya Coulomb yang baru adalah...
A. 180 Newton
B. 360 Newton
C. 720 Newton
D. 960 Newton
12. [Resultan Gaya Coulomb -
HOTS] Muatan A (+2 µC) berada di x = 0 cm, muatan B (+4 µC) berada di x = 2 cm,
dan muatan C (−9 µC) berada di x = 5 cm. Jika k = 9 × 10⁹ N·m²/C², besar
resultan gaya Coulomb pada muatan B adalah...
A. 180 Newton ke kiri
B. 360 Newton ke kanan
C. 540 Newton ke kanan
D. 540 Newton ke kiri
13. [Arah Garis Gaya Medan
Listrik] Pernyataan yang BENAR mengenai sifat garis-garis gaya listrik
adalah...
A. Keluar dari muatan negatif dan masuk ke muatan positif
B. Selalu berpotongan di titik tengah antara dua muatan
C. Keluar dari muatan positif dan masuk menuju muatan negatif
D. Kerapatan garis gaya tidak mempengaruhi kekuatan medan
listrik
14. [Perhitungan Kuat Medan
Listrik] Sebuah muatan sumber positif Q = +5 µC menimbulkan medan listrik pada
titik P yang berjarak 3 cm dari muatan tersebut. Besar kuat medan listrik di
titik P adalah...
A. 5 × 10⁷ N/C
B. 4 × 10⁷ N/C
C. 3 × 10⁷ N/C
D. 15 × 10⁷ N/C
15. [Perhitungan Kuat Medan
Listrik] Titik K berada pada jarak 2 cm dari muatan sumber Q = +4 µC. Jika k =
9 × 10⁹ N·m²/C², besar kuat medan listrik di titik K adalah...
A. 9 × 10⁷ N/C
B. 8 × 10⁷ N/C
C. 4 × 10⁷ N/C
D. 2 × 10⁷ N/C
16. [Perbandingan Kuat Medan
Listrik] Titik A berjarak 2 cm dan titik B berjarak 6 cm dari muatan sumber
yang sama. Perbandingan kuat medan listrik di titik A dan titik B (E_A : E_B)
adalah...
A. 1 : 3
B. 3 : 1
C. 1 : 9
D. 9 : 1
17. [Titik Medan Listrik Nol
- HOTS] Dua buah muatan listrik q_A = +4 µC dan q_B = +16 µC terpisah sejauh 15
cm di udara. Titik P yang memiliki kuat medan listrik sama dengan nol terletak
pada jarak...
A. 3 cm dari muatan q_A
B. 5 cm dari muatan q_A
C. 10 cm dari muatan q_A
D. 12 cm dari muatan q_A
18. [Konsep Potensial
Listrik] Satuan internasional untuk beda potensial listrik adalah Volt. Satu
Volt setara dengan...
A. 1 Joule · Coulomb
B. 1 Joule / Coulomb
C. 1 Coulomb / Joule
D. 1 Newton / Coulomb
19. [Perhitungan Beda Potensial]
Sebuah baterai melakukan usaha sebesar 180 Joule untuk memindahkan muatan
listrik sebesar 6 Coulomb. Beda potensial kutub-kutub baterai tersebut
adalah...
A. 12 Volt
B. 24 Volt
C. 30 Volt
D. 36 Volt
20. [Perhitungan Beda
Potensial] Akumulator melakukan usaha sebesar 150 Joule untuk memindahkan
muatan listrik 5 Coulomb. Besar tegangan akumulator tersebut adalah...
A. 15 Volt
B. 25 Volt
C. 30 Volt
D. 75 Volt
21. [Perhitungan Usaha
Pemindahan] Untuk memindahkan muatan listrik sebesar Q = +5 Coulomb dari titik
K (potensial 12 Volt) ke titik L (potensial 28 Volt), besar usaha minimal yang
dibutuhkan adalah...
A. 40 Joule
B. 60 Joule
C. 80 Joule
D. 140 Joule
22. [Bagian Sel Saraf]
Bagian sel saraf yang berbentuk serabut pendek bercabang-cabang dan berfungsi
menerima impuls dari reseptor atau sel saraf lain menuju ke badan sel adalah...
A. Akson
B. Dendrit
C. Mielin
D. Nodus Ranvier
23. [Fungsi Selubung Mielin]
Selubung mielin tersusun atas selaput lemak bersegmen-segmen yang membungkus
akson. Fungsi utama selubung mielin adalah...
A. Menghasilkan zat neurotransmiter kimiawi
B. Berfungsi sebagai isolator listrik dan mempercepat
transmisi impuls
C. Menerima rangsangan cahaya langsung dari lingkungan
D. Tempat pembelahan sel saraf secara mitosis
24. [Konduksi Saltatori]
Pada akson bermielin, impuls saraf merambat dengan cara melompat dari satu
celah ke celah berikutnya. Bagian celah akson tanpa mielin tersebut
dinamakan...
A. Badan sel
B. Sinapsis
C. Nodus Ranvier
D. Akson terminal
25. [Potensial Istirahat Sel
Saraf] Ketika sel saraf sedang dalam keadaan istirahat (tidak menghantarkan
impuls), muatan listrik membran sel berada dalam kondisi...
A. Bagian dalam sel bermuatan positif, bagian luar bermuatan
negatif
B. Bagian dalam dan luar sel sama-sama bermuatan netral (0
mV)
C. Bagian dalam sel bermuatan negatif (−70 mV), bagian luar
bermuatan positif
D. Bagian dalam dan luar sel sama-sama bermuatan positif
26. [Pompa Ion Na⁺/K⁺]
Pemeliharaan beda potensial istirahat pada membran sel saraf dipertahankan oleh
pompa protein aktif yang mentranspor...
A. 3 ion Na⁺ keluar sel dan 2 ion K⁺ ke dalam sel
B. 2 ion Na⁺ keluar sel dan 3 ion K⁺ ke dalam sel
C. 3 ion Na⁺ ke dalam sel dan 2 ion K⁺ keluar sel
D. 2 ion K⁺ keluar sel dan 2 ion Cl⁻ ke dalam sel
27. [Kelistrikan pada Hewan]
Ikan hiu martil dapat mendeteksi keberadaan mangsa yang bersembunyi di dalam
pasir laut melalui elektroreseptor khusus pada kepalanya yang bernama...
A. Organ elektroplaks
B. Sel Schwann
C. Ampullae of Lorenzini
D. Garis lateral mekanik
28. [Kelistrikan pada Hewan]
Sidat listrik (Electrophorus electricus) mampu menghasilkan sengatan listrik
bertegangan tinggi hingga 650 Volt. Sumber tegangan ini dihasilkan oleh ribuan
sel otot yang tersusun secara seri bernama...
A. Sel konduktor
B. Elektroplaks
C. Sinapsis
D. Nodus ranvier
29. [Teknologi Pengendap
Cottrell] Pada cerobong asap pabrik industri dipasang alat pengendap
elektrostatis Cottrell. Fungsi alat ini adalah membersihkan gas buang dengan
cara...
A. Membakar kembali partikel jelaga dengan suhu 1.000 °C
B. Mengionisasi butiran jelaga dengan elektroda negatif lalu
menariknya ke pelat positif
C. Menyemprotkan cairan asam pekat untuk melarutkan debu
D. Memutar turbin udara berkecepatan tinggi
30. [Penerapan Mesin
Fotokopi] Pada mesin fotokopi, komponen fotoreseptor yang memanfaatkan muatan
listrik statis positif untuk menarik bubuk tinta (toner) bermuatan negatif
adalah...
A. Kaca pemindai
B. Drum fotoreseptor selenium
C. Lampu eksposur
D. Roll pemanas
|
Disusun
& Dikembangkan Secara Khusus untuk Persiapan PTS 1 IPA Kelas IX |
