SERI 5 ARUS SEARAH (XII MIPA)

10 Soal arus listrik searah untuk kelas XII MIPA, bahan ajar untuk rekan - rekan guru fisika yang mengajar di kelas XII MIPA. Dan bagi peserta didik dapat dijadikan bahan ajar mandiri. Soal disertai dengan pembahasan. 

Soal : 1

Pada gambar di bawah ini, besar energi yang terjadi tiap menit pada resistor 4 ohm adalah … Joule.

A.   240                  D. 2.400

B.   800                  E. 4.800

C.   1.200

 

Pembahasan :

 

Dari gambar soal, berarti penyelesaian dapat kita gunakan hukum kirchoff II (ΣV + Σi.R = 0).

Tinjau loop I (abef)

ó 4i₁ – 12 + 8(i₁ – i₂) = 0

ó 12i₁ – 8i₂ = 12 … pers (1)

 

Tinjau loop II (dcbe)

ó 8 + 8(i₂ – i₁) = 0

ó 8 = 8i₁ – 8i₂ … pers (2)

 

Kemudian kita eliminasi kedua persamaan (1) dan (2).

 

 

 

 

 

Terlihat arus yang melalui 4 ohm adalah i₁. Selanjutnya kita dapat menghitung daya pada hambatan 4 ohm.

Kunci : A

 

Soal : 2

Seutas kawat seragam dibuat dari bahan dengan hambatan jenis ρ. Kawat memiliki panjang L dan diameter d. Ketika arus konstan I mengalir melalui kawat, laju kalor dibangkitkan dalam kawat adalah …

 

Pembahasan :

Laju kalor sama dengan daya, P :

Kunci : C

 

Soal : 3

Dalam rangkaian yang ditunjukkan di bawah ini, total daya didisipasi sebagai panas dalam ketiga resistor adalah 12W. Nilai hambatan R dalam rangkaian adalah …

A.   6 ohm               D. 24 ohm

B.   10 ohm             E. 28 ohm

C.   13 ohm

 

Pembahasan :

ó R_tot = R_ab + R_bc

ó 12Ω= 6 Ω + R_bc

ó R_bc = 6Ω

 

Tinjau titik bc,

Kunci : D

Soal : 4

Pada rangkaian berikut ini, amperemeter menunjukkan angka 2A. Berapakah tegangan yang terbaca voltmeter.

Pembahasan :

Maka voltmeter akan membaca,

Soal : 5

Pada rangkaian listrik berikut,

Hitung besar tegangan pada ujung a dan b.

Pembahasan :

Hukum Kirchoff II : ΣV + Σi.R = 0

 

Loop I :

 

ó 2 + i₁ + (i₁ – i₂) – 3 = 0

ó 2i₁ – i₂ – 1 = 0

ó 2i₁ – i₂ = 1 … pers (1)

 

Loop II :

 

ó i₂ – 4 + 3 + (i₂ – i₁) = 0

ó 2i₂ – i₁ – 1 = 0

ó 2i₂ – i₁ = 1 … pers (2)

 

Eliminasi,

Maka kuat arus i₂ :

ó 2i₂ – i₁ = 1

ó 2i₂ – 1 = 1

ó        i₂ = 1 A

Maka tegangan a dan b

ó V_ab = (i₁ – i₂).R + ԑ

ó V_ab = (1 – 1 ).1 – 3

ó V_ab = 0 – 3

ó V_ab = - 3 volt

Soal : 6

Perhatikan gambar berikut

a)   Hitung daya pada rangkaian dan masing – masing lampu

b)   Lampu manakah yang menyala paling terang? Jelaskan

Pembahasan :

Hambatan ekivalen pada rangkaian :

Kuat arus pada rangkaian, i_tot :

Tegangan pada lampu 6Ω :

ó V₆ = i_tot x R₆

ó V₆ = 2 x 6

ó V₆ = 12 volt

Tegangan pada rangkaian paralel, V_P :

ó V_P = V_S – V₆

ó V₆ = 18 – 12

ó V₆ = 6 volt

Kuat arus pada lampu 4Ω :

ó V_P = V₄

ó V_P = i₄ x R₄

ó   6 = i₄ x 4

ó   i₄ = 3/2 A

Kuat arus pada lampu 12Ω :

ó V_P = V₁₂

ó V_P = i₁₂ x R₁₂

ó 6 = i₁₂ x 12

ó i₁₂ = ½ A

Bagian a)

Daya pada rangkaian, P_tot :

Daya pada lampu, R_L = 6Ω :

ó P₆ = i_tot² . R_6Ω

ó P₆ = (2)² x 6

ó P₆ = 24 W

Daya pada lampu, R_L = 4Ω :

ó P₄ = i_tot² . R_4Ω

ó P₄ = (3/2)² x 4

ó P₄ = 9 W

Daya pada lampu, R_L = 12Ω :

ó P₁₂ = i_tot² . R_12Ω

ó P₁₂ = (1/2)² x 12

ó P₁₂ = 3 W

Bagian b)

Lampu yang menyala paling terang adalah lampu dengan R_L = 6Ω, karena lampu tersebut menggunakan daya paling besar P₆ = 24 W.

 

Soal : 7

Sebuah lampu berukuran 20V/40W. Jika hendak dipasang pada tegangan 80V dengan daya tetap. Berapa besar nilai hambatan yang harus dipasangkan secara seri agar lampu tidak mengalami padam?

 

Pembahasan :

 

Catatan penting, jika lampu memiliki tegangan V_L = 20 V dipasangkan pada sumber tegangan V_S = 80 V. Dipastikan lampu tersebut akan mengalami kerusakan alias putus. Untuk mencegahnya memang benar harus dipasangkan hambatan secara seri.

Kuat arus yang melalui lampu, i_L :

ó   P = V_L . i_L

ó 40 = 20 x i_L

ó   i_L = 2 A

Tegangan pada hambatan, R :

ó V_S = V_L + V_R

ó 80 = 20 + V_R

ó V_R = 60 volt

 

Nilai hambatan R yang dipasangkan seri,

ó V_R = i_L x R

ó 60 = 2 x R

ó   R = 30Ω

 

Soal : 8

Suatu lilitan kawat yang berhambatan 55 Ω dicelupkan ke dalam 1 kg air bersuhu 26⁰C. Jika kalor jenis air 4.200 J/kg⁰C dan ujung – ujung lilitan dipasang pada tegangan 110 volt. Hitung suhu akhir setelah air dipanaskan selama 14 menit.

Pembahasan :

Azas Black, W = Q

Soal : 9

Sebuah alat pemanas listrik digunakan untuk mendidihkan 11 kg air bersuhu 12⁰C. Jika hambatan pemanas 30Ω dan tegangan alat 220V. Berapa lama air tersebut dipanaskan untuk sampai mendidih.

Pembahasan :

Diketahui,

Massa air, m_a = 11 kg

Suhu awal, T₁ = 12⁰C

Suhu akhir mendidih, T₂ = 100⁰C

Hambatan pemanas, R = 30 Ω

sumber tegangan, V_S = 220 Volt

ditanya, lama pemanasan, t = … ?

penyelesaian,

 

 

 

Soal : 10

Pesawat TV dinyalakan rata – rata 5 jam setiap hari. Pesawat TV dihubungkan pada tegangan 220V dan memerlukan arus 4A. Harga energi listrik tiap kWh adalah Rp 500,00. Berapa biaya yang diperlukan pesawat TV tiap bulan ( 1 bulan 30 hari).

Pembahasan :

ó W = V x I x t

ó W = 220 x 4 x 5

ó W = 4 400 watt – hour (selama 1 hari )

Untuk 1 bulan = 30 hari

ó W_tot = W x 30

ó W_tot = 4 400 x 30

ó W_tot = 132 000 Wh

ó W_tot = 132 kWh

Biaya rekening selama 1 bulan,

ó Rek = W_tot x TDL

ó Rek = 132 kWh x Rp 500,00 per kWh

ó Rek = Rp 66.000,00