Contoh Soal & Pembahasan Rangkaian Arus Searah

Soal No.1

Kecepatan elektron pada sebuah kawat yang mempunyai luas penampang 0,5 mm² adalah dengan dialiri arus listrik sebesar 5A selama 3 menit adalah…Jika diketahui q_e = -1,6 x 10^-19 C

1. 1,11 x 10⁴ m/s
2. 1,11 x 10³ m/s
3. 2,22 x 10⁴ m/s
4. 2,22 x 10³ m/s
5. 3,33 x 10⁴ m/s

PEMBAHASAN :
Diketahui:
A = 0,5 mm² = 5 x 10^-7 m²
i = 5 A
t = 3 menit = 180 s
Menentukan jumlah muatan elektron yang mengalir:

Menentukan kecepatan elektron

Jawaban A

”

Soal No.2

Sebuah kawat tembaga diberi tegangan 10 V dan dialiri arus listrik 0,5 A dengan suhu awal 28 ^oC. Lalu kawat tersebut dipanaskan yang menyebabkan arus listrik turun menjadi 0,3 A. Tentukan suhu akhir kawat saat dipanaskan…(α_besi = 6,51 x 10^-3 /^oC)

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V = 10 V
I_awal = 0,5 A
I_akhir = 0,3 A
T_awal = 28 ^oC
Menentukan hambatan pada kawat saat T_awal = 28 ^oC

Menentukan hambatan pada kawat saat T_akhir

Menentukan suhu akhir kawat
R = R_o (1 + α. ΔT)

ΔT = T₂ – T₁
T₂ = ΔT + T₁ = 13,199 ^oC + 28 ^oC = 41,199 ^oC
Jawaban B

Soal No.3

Jika diketahui lima hambatan dengan besarnya R₁ = 4Ω, R₂ = 3Ω, R₃ = 5Ω, R₄ = 6 Ω, R₂ = 5 Ω disusun seperti gambar berikut

Jika rangkaian tersebut dihubungkan sumber tegangan 220 V, maka daya yang dihasilkan pada hambatan R₅ adalah….

PEMBAHASAN :
Berdasarkan soal kelima hambatan disusun membentuk jembatan Wheatstone, sehingga berlaku:
R₁ . R₅ = R₂ . R₄
maka R₅  tidak berfungsi dan daya yang dihasilkan yaitu nol
Jawaban A

Soal No.4

Jika R₁ = 12 Ω, R₂ = 10 Ω, dan ε₁ = 20 V dan ε₂ = 8 V, maka energi yang dikeluarkan pada hambatan R₁ selama 2 menit adalah….

PEMBAHASAN :
Diketahui:
R₁ = 12 Ω
R₂ = 10 Ω
ε₁ = 20 V
ε₂ = 8 V
t = 2 menit = 120 s

Arus pada loop I
Σε + Σ I. R = 0
-ε₁ + I. R₁ + I₁ . R₂ = 0
-20 + I. 12 + I₁ . 10 = 0
12 I + 10I₁ = 12
Jika I = I₁ + I₂, maka:
12 (I₁ + I₂) + 10I₁ = 20
12I₁ + 12I₂ + 10I₁ = 20
22I₁ + 12I₂ = 20……………….pers 1
Arus pada loop II
Σε + Σ I. R = 0
-ε₂ + I₁ . R₂ = 0
-8 + I₁ . 10 = 0
10I₁ = 8

Menentukan I₂ dari persamaan 1
22I₁ + 12I₂ = 20
22.0,8 + 12I₂ = 20
17,6 + 12 I₂ = 20
12I₂ = 20 – 17,6 = 2,4

Menentukan kuat arus listrik (I)
I = I₁ + I₂ = 0,8 A + 0,2 A = 1 A
Menentukan energi pada hambatan R₁ selama 2 menit
W = I² . R. t = (1 A)² . 12 Ω. 120 s = 1.440 J
Jawaban C

Soal No.5

Arus listrik yang mengalir pada rangkaian yang terpasang lampu dengan tegangan 220V dan 40 W yang dihubungkan dengan hambatan listrik 800 Ω dan dipasang pada tegangan listrik 110 V adalah…

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V₁ = 220 V
P₁ = 40 W
R = 800 Ω
V₂ = 110 V
Menentukan daya yang digunakan lampu


Menentukan arus yang mengalir

.
Jawaban C

Soal No.6

Diketahui voltmeter memiliki hambatan 800 Ω dan amperemeter memiliki hambatan 0,2 Ω. Jika keduanya digunakan untuk mengukur suatu hambatan dan pada voltmeter terbaca 0,8 V sedangkan pada amperemeter terbaca 2 mA. Maka nilai hambatan tersebut adalah…

1. 800 Ω
2. 700 Ω
3. 600 Ω
4. 500 Ω
5. 400 Ω

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Hambatan voltmeter (R_V) = 800 Ω
Hambatan amperemeter (r) = 0,2 Ω
V = 0,8 V
I = 2 mA = 2 x 10^-3 A
Menentukan besarnya hambatan

Menentukan hambatan yang diukur

R = 800 Ω
Jawaban D

Soal No.7

Kawat dengan diameter 1 mm yang memiliki panjang 15 m, dihubungkan dengan tegangan 220 V, kuat arus yang mengalir adalah…(Hambatan jenis kawat (ρ) = 3,14 x 10^-6 Ω)

1. 2,25 A
2. 3,67 A
3. 4,32 A
4. 5,23 A
5. 7 A

PEMBAHASAN :

Diketahui

d = 1 mm = 1 x 10^-3 m

r = ½ x d = ½ x 10^-3 = 5 x 10^-4 m

l = 15 m

V = 220 V

Menentukan luas penampang kawat

A = π.r² = 3,14. (5 x 10^-4 m)² = 7,85 x 10^-7 m²

Menentukan hambatan kawat

Menentukan kuat arus yang mengalir

Jawaban B

Soal No.8

Arus yang mengalir pada kawat memenuhi persamaan i = 4 + 8t². Arus yang membawa muata selang waktu t = 0 s sampai t = 4 s adalah…

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Persamaan arus terhadap waktu = i = 4 + 8t²
Menentukan kuat arus selang waktu t = 0 s sampai t = 4 s

dq = i dt


Jawaban D

Soal No.9

Pemanas listrik digunakan untuk memanaskan air sampai mendidih sampai 100 ^oC. Pemanas tersebut membutuhkan arus 4 A dengan tegangan 220 V. Jika suhu sebelum dipanaskan adalah 25 ^oC, waktu yang diperlukan untuk mendidihkan 200 gram air adalah… (c_air = 4,2 J/g ^oC)

PEMBAHASAN :
Diketahui:
I = 4 A
V = 220 V
T₁ = 25 ^oC
T₂ = 100 ^oC
m = 200 gram
Menentukan kalor untuk mendidihkan air
Q = m.c.ΔT = m.c.(T₂ – T₁)
Q = 200 gr. 4,2 J/g^oC. (100 – 25) ^oC= 63.000 J = 6,3 x 10⁴ J
Q = W energi listrik
Q = W = V.I.t
Sehingga:
Q = V. I. t

Jawaban B

Soal No.10

Galvanometer memiliki hambatan 60 Ω mengalami simpangan maksimum jika dilewati arus 0,02 A. Untuk dapat digunakan mengukut tegangan 120 V maka perlu dipasang …

1. 5.940 Ω
2. 6.350 Ω
3. 7.123 Ω
4. 8.866 Ω
5. 8.765 Ω

PEMBAHASAN :
Diketahui:
R = 60 Ω
I = 0,02 A
V = 120 V
Menentukan tegangan yang diukur
V = I. R = 0,02 A. 60 Ω = 1,2 V
Menentukan pembesaran yang akan diukur

Menentukan hambatan yang diperlukan
R_d = (n – 1) r_v = (100 – 1). 60 Ω = 99. 60 = 5.940 Ω
Jawaban A