Soal dan pembahasan listrik dinamis

1.    Pemanas air dengan spesifikasi 200 watt digunakan untuk memasak air bersuhu 30°C sebanyak 0,5 kg. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C tentukan berapa lama waktu yang diperlukan hingga air mencapai suhu 100°C !

a.       735 menit

b.     12,25 menit 

c.       15,25 menit

d.      835 menit

e.       525 menit

Pembahasan
Energi listrik diubah menjadi kalor untuk memanaskan air :
D1 : P = 200 watt
       Δ T = 100 − 30 = 70 °C
        m = 0,5 kg
        c = 4200 J/kg°C
D2 : t = ...?
D3 : P x t = m x c x ΔT
       200 x t = 0,5 x 4200 x 70
         t = 147000 / 200
         t = 735 detik
         t = 735 / 60 menit = 12,25 menit 

2.    Perhatikan gambar berikut!

Arus listrik yang mengalir pada hambatan R₂ adalah ….

A.   0,7 A
B.   1,3 A
C.   2,0 A
D.   3,0 A
E.   3,3 A

Pembahasan

D1 :R1 = 1 Ω

       R2 = 3 Ω

       R3 =  6 Ω

       V = 6 V

D2 : I2 (R2) ....?

D3 :Untuk menentukan arus listrik yang mengalir pada R₂, kita tentukan terlebih dahulu arus totalnya (arus sebelum percabangan). Sedangkan untuk menentukan arus total, harus dicari dulu hambatan totalnya.

Hambatan R₂ dan R₃ tersusun paralel sehingga hambatan paralelnya (R_p) adalah

R_p = 6/3
     = 2
Sedangkan hambatan R₁ dan R_p tersusun seri sehingga hambatan totalnya (R_t) adalah 

R_t = R₁ + R_p
    = 1 + 2
    = 3
Arus totalnya rangkaian di atas dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm.

                                                                             = 2
Misalkan arus yang mengalir pada R₂ kita sebut I₂ maka arus yang mengalir pada hambatan tersebut dapat ditentukan dengan rumus

                                                                                 = 1,33
                                                                                 ≡ 1,3
Jadi, arus listrik yang mengalir pada hambatan R₂ adalah 1,3 A (B).

3.    Tiga buah resistor masing-masing besarnya 3 ohm, 4 ohm, dan 6 ohm dihubungkan paralel, lalu kedua ujungnya dihubungkan ke sebuah bateray yang gglnya 8 volt dan hambatan dalamnya 2/3 ohm. Tegangan jepit rangkaian adalah . . . .
a. 2,67 volt                              d. 8,00 vol
b. 5,33 volt                              e. 52,00 volt
c. 7,61 volt

Pembahasan

D1 :R1=3 ohm

       R2=4 ohm

       R3=6 ohm

       R=2/3 ohm

V=8 volt

D2 :Vjepit ...?

D3 :Rtotal = 3 + 4 + 6 + 0,67 = 13,67 ohm ; I = V/R = 8/13,67 = 0,59 A
Vjepit = I .Rjepit ;
Vjepit = 0,59 .( 3 + 4 + 6 ) = 7,61 volt

4.    Tiga buah hambatan 6 ohm, 4 ohm dan 12 ohm dipasang paralel dan dihubungkan dengan tegangan listrik. Perbandingan arus yang mengalir pada masing-masing hambatan adalah ….
a. 1 : 2 : 3                              d. 6 : 3 : 2
b. 2 : 3 : 1                              e. 6 : 2 : 3
c. 3 : 2 : 6

Pembahasan

D1 : R1=6 ohm

R2=4 ohm

R3=12 ohm

D2 : perbandingan arus...?

D3 :Rangkaian paralel V sama, sehingga :
V1 = V2 = V3
I1.6 = I2.4 = I3.12
I1 : I2 : I3 = 2 : 3 : 1

5. Jika arus 4 ampere mengalir dalam kawat yang ujung-ujungnya berselisih potensial12 volt, maka besar muatan tiap menit yang mengalir melalui kawat….

a. 4 coulomb             d. 120 coulomb

b. 12 coulomb           e. 240 coulomb

c. 60 coulomb

Pembahasan

D1 :I= 4A

t =60 s

D2 : Q...?

D3 :I = q/t

4 = q / t

Q = 4.60 = 240 Coulomb

6.    Perhatikan gambar rangkaian di samping. Jika sumber arus 18 V dengan hambatan dalam 1 Ω, maka beda potensial titik a dan b adalah....

a. 10 volt

b. 15 volt

c. 20 volt

d. 30 volt

e. 40 volt

Pembahasan

D1 : R= 1

       Rseri = 5 Ω

D2 : V ab...?

D3 : Rtotal =1+5+3=9

7. Sebuah galvanometer yang hambatannya 50 ohm akan mengalami simpangan  maksimum jika dilalui arus 0,01 A. Agar dapat digunakan untuk mengukur tegangan hingga 100 V, maka harus dipasang ....

a. Hambatan muka sebesar 9.950 ohm

b. Hambatan muka sebesar 5.000 ohm

c. Hambatan cabang sebesar 9.950 ohm

d. Hambatan cabang sebesar 5.000 ohm

e. Hambatan muka dan hambatan dalam masing-masing sebesar 2.500 ohm

Pembahasan

D1 :V=100 V

R=50 ohm +R

I=0,01 A

D2 :R ...?

D3 : V=I.R

100=0,01(50+R)

R=10000-50 =9950 ohm

Hambatan muka/seri untuk memecah tegangan

8. Sebuah amperemeter mempunyai hambatan 18 ohm dan berdaya ukur 10 m A. Agar daya ukur amperemeter meningkat menjadi 100 m A, harus dipasang hambatan ....

a. 0,8 ohm seri dengan amperemeter

b. 0,8 ohm paralel dengan amperemeter

c. 2,0 ohm seri dengan amperemeter

d. 2,0 ohm paralel dengan amperemeter

e. 8,0 seri dengan amperemeter

Pembahasan

     D1 : I’=100 m A

     I=10 m A

    R=18 ohm

      D2 : Rt...?

10 Rt=18 + Rt

Rt =2 ohm

9. Sebuah lampu dipasang pada tegangan 220 volt dan menghasilkan kuat arus listrik sebesar 0,25 A. Tentukan :
a) daya lampu
b) energi yang digunakan lampu dalam 12 jam 
Pembahasan
Rumus daya listrik:
P = V x I
a) daya lampu
P = V x I = 220 x 0,25 = 55 watt
b) energi dalam 12 jam = 12 x 60 x 60 detik = 43200 detik
W = P x t = 55 x 43200 = 2376000 Joule

10. Diberikan sebuah rangkaian yang terdiri dari dua buah loop dengan data sebagai berikut :
E₁ = 6 volt
E₂ = 9 volt
E₃ = 12 volt 

Tentukan :
a) Kuat arus yang melalui R₁ , R₂ dan R₃
b) Beda potensial antara titik B dan C
c) Beda potensial antara titik B dan D
d) Daya pada hambatan R₁

Pembahasan

a) Kuat arus yang melalui R₁ , R₂ dan R₃

Langkah-langkah standar :
- menentukan arah arus
- menentukan arah loop
- masukkan hukum kirchoff arus
- masukkan hukum kirchoff tegangan
- menyelesaikan persamaan yang ada

Misalkan arah arus dan arah loop seperti gambar berikut :


Hukum Kirchoff Arus dan Tegangan :
Loop 1

(Persamaan I)

Loop II

(Persamaan II)

Gabungan persamaan I dan II :


b) Beda potensial antara titik B dan C



c) Beda potensial antara titik B dan D
   
d) Daya pada hambatan R₁