Arus Listrik Yang Mengalir Pada Hambatan

(1)

No. 1 No. 1

Arus listrik yang mengalir pada hambatan

Arus listrik yang mengalir pada hambatanRR₂₂_{adalah ….}_{adalah ….}

A.

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

Pembahasan Pembahasan

Untuk menentukan arus listrik yang mengalir pada

Untuk menentukan arus listrik yang mengalir pada R R₂₂_{, kita tentukan terlebih dahulu arus totalnya (arus}_{, kita tentukan terlebih dahulu arus totalnya (arus}

sebelum percabangan). Sedangkan untuk menentukan arus total, harus dicari dulu hambatan totalnya. sebelum percabangan). Sedangkan untuk menentukan arus total, harus dicari dulu hambatan totalnya. Hambatan

Hambatan R R₂₂_dan_dan R R₃₃_{tersusun paralel sehingga hambatan paralelnya (}_{tersusun paralel sehingga hambatan paralelnya (} R R_p_p_{) adalah}_{) adalah}

R

R_p_p_{= 6/3}_{= 6/3}

= 2 = 2

Sedangkan hambatan

Sedangkan hambatan R R₁₁_dan_dan R R_p_p_{tersusun seri sehingga hambatan totalnya (}_{tersusun seri sehingga hambatan totalnya (} R R_tt_{) adalah}_{) adalah} R R_tt₌₌ R R₁₁₊₊ R R_p_p = 1 + 2 = 1 + 2 = 3 = 3

Arus totalnya rangkaian di atas dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm. Arus totalnya rangkaian di atas dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm.

= 2 = 2

Misalkan arus yang mengalir pada

Misalkan arus yang mengalir pada R R₂₂_{kita sebut}_{kita sebut} I I ₂₂_{maka arus yang mengalir pada hambatan tersebut dapat}_{maka arus yang mengalir pada hambatan tersebut dapat}

ditentukan dengan rumus ditentukan dengan rumus

= 1,33

≡ 1,3

Jad

(2)

No. 2

Perhatikan gambar rangkaian tertutup di bawah ini!

Apabila R₁ _{= 2 Ω,} R₂ _{= 4 Ω, dan} R₃ _{= 6 Ω, maka kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah ....}

A. 1,2 ampere B. 1,0 ampere C. 0,6 ampere D. 0,5 ampere E. 0,2 ampere

Pembahasan

Rangkaian listrik di atas tersusun dari 2 sumber tegangan sehingga harus diselesaikan dengan hukum II Kirchhoff.

Hukum II Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah tegangan pada sebuah loop adalah nol. ΣV _{= 0}

Hukum II Kirchhoff di atas juga berarti bahwa jumlah ggl listrik ( E _{) dalam rangkaian tersebut sama dengan}

perkalian arus terhadap hambatan totalnya.

ΣE ₌ I_.R_t E ₁₊E ₂ ₌ I₍R₁₊R₂₊R₃₎ 9 + (−3) = I_{× (2 + 4 + 6)} 6 = 12I I _{= 6/12} = 0,5

(3)

No. 3

Perhatikan rangkaian listrik di bawah ini!

Bila hambatan dalam sumber tegangan masing-masing 0,5 Ω, besar kuat arus listrik yang melalui rangkaian tersebut adalah ….

A. 0,5 A B. 1,5 A C. 1,8 A D. 4,5 A E. 5,4 A Pembahasan

Pada rangkaian listrik di atas, hambatan totalnya merupakan jumlah seluruh hambatan, baik hambatan luar (R) maupun hambatan dalam (r).

Hukum II Kirchhoff yang berlaku untuk rangkaian di atas adalah

Σ E ₌ I _. R_t

18 + (−9) = I _{× (2 + 3 + 0,5 + 0,5)}

9 = 6 I I _{= 9/6}

= 1,5

Jadi, besar kuat arus listrik yang melalui rangkaian tersebut adalah 1,5 A (B). No. 4

Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!

Kuat arus listrik total yang mengalir pada rangkaian adalah ....

(4)

Pembahasan

Tingkat kesulitan soal di atas hanya terletak pada penentuan hambatan total. Mari kita tentukan terlebih dahulu hambatan total rangkaian tersebut.

Dua hambatan 3 Ω tersusun seri. Sebut saja hambatan penggantinya adalah R_s_. R_s_{= 3 Ω + 3 Ω}

= 6 Ω

Sedangkan hambatan pengganti R_s_{tersusun paralel dengan hambatan 6 Ω. Kar ena keduanya bernilai sama}

maka hambatan paralelnya ( R_p_{) dapat dirumuskan} R_p₌ R_/2

= 6/2 Ω = 3 Ω

Hambatan pengganti R_p _{ini tersusun seri dengan hambatan 2 Ω. Sehingga hambatan total (} R_p_{) rangkaian}

tersebut adalah

R_t₌ R_p _{+ 2 Ω}

= 3 Ω + 2 Ω = 5 Ω

Dengan demikian, arus total yang mengalir pada rangkaian, sesuai dengan hukum II Kirchhoff adalah Σ E ₌ I _. R_t

12 + (−6) = I _{× 5}

6 = 5 I I _{= 6/5}

= 1,2

Jadi, kuat arus listrik total yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 1,2 A (E). No. 5

Perhatikan rangkaian listrik berikut!

Tegangan jepit antara titik A dan E adalah ....

(5)

Pembahasan

Semua komponen pada rangkaian di atas tersusun seri sehingga arus yang mengalir pada setiap komponen adalah sama.

Kuat arus pada rangkaian tersebut dapat ditentukan dengan hukum II Kirchhoff. Σ E ₌ I _. R_t

9 + 3 = I _{× (3 + 1 + 2)}

12 = 6 I I _{= 12/6}

= 2

Dengan demikian beda potensial antara titik A dan E adalah

V _AE₌ I _. R_AE

= 2 × 1 = 2

Jadi, tegangan jepit antara titik A dan E adalah 2 volt (B). No. 6

Perhatikan rangkaian listrik berikut ini!

Besar kuat arus listrik ( I _{) yang mengalir pada rangkaian adalah ....}

A. 0,1 A B. 0,2 A C. 0,5 A D. 1,0 A E. 5,0 A

Pembahasan

Kita tentukan terlebih dahulu hambatan totalnya.

Hambatan 5 Ω dan 20 Ω tersusun paralel. Hambatan penggantinya adalah:

(6)

Hambatan R_p_{tersusun seri dengan hambatan 6 Ω dan 10 Ω sehingga hambatan totalnya adalah:} R_t_{= 10 + 6 +} R_p

R_t_{= 10 + 6 + 4}

= 20

Soal ini adalah penerapan hukum II Kirchhoff yang menyatakan bahwa jumlah tegangan pada sebuah loop (lintasan tertutup) sama dengan nol.

ΣV _{= 0}

Karena hanya ada satu loop atau satu lintasan arus, rumus tersebut dapat diartikan: Σ E ₋ I _. R_t_{= 0}

Σ E ₌ I _. R_t

Dua sumber tegangan listrik pada rangkaian tersebut arahnya berlawanan sehingga Σ E _merupakan

pengurangan. 12 − 8 = I _{× 20}

4 = 20 I I _{= 0,2}

Jadi, besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 0,2 ampere (B). No. 7

Sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari sebuah baterai 12 volt, dan tiga buah hambatan masing-masing:

R1 = 40 Ω R2 = 60 Ω R3 = 6 Ω

Tentukan:

a) hambatan total pada rangkaian b) kuat arus rangkaian (I)

c) kuat arus pada hambatan R1 d) kuat arus pada hambatan R2

e) apakah Itotal, I1 dan I2 memenuhi hukum kirchoff arus?

Pembahasan

a) seperti nomor 12, adik akan mendapatkan jawaban Rtotal= 30 Ω b) Kuat arus rangkaian

(7)

c) kuat arus pada hambatan R1 I1 = Itotal x (R 2 / (R1 + R2)

I1 = 0,4 x (60 / (40 + 60) I1 = 0,4 x (60 / (100) = 0,24 A

d) kuat arus pada hambatan R2 I2 = Itotal x (R 1 / (R1 + R2) I2 = 0,4 x (40 / (40 + 60) I2 = 0,4 x (40 / (100) = 0,16 A

e) apakah Itotal, I1 dan I2 memenuhi hukum kirchoff arus? Menurut hukum kirchoff arus,

ΣImasuk = ΣIkeluar

Jadi jumlah I1 dan I2 harus sama dengan Itotal = 0,4 A Itotal = I1 + I2

Itotal = 0,24 + 0,16 = 0,40 A, sesuai hasil perhitungan point b diatas.

Soal No. 8

Sebuah rangkaian terdiri dari sebuah sumber tegangan dan sebuah hambatan seperti ditunjukan gambar berikut!

Tentukan: a) kuat arus I

b) tegangan jepit AB

Pembahasan

a) Berbeda dengan nomor 7, soal ini pada baterai terdapat hambatan dalam yaitu r, sehingga untuk mencari kuat arus rangkaian

I = ε / R + r

I = 12 / (8,5 + 0,5) I = 12 / 9

I = 4/3 Ampere

b) Tegangan antara titik A dan B bisa ditemukan melalui 2 cara, yaitu pertama VAB = I x R = (4/3) x 8,5 = 11,33 volt

(8)

Soal No. 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

Soal No. 10

Budi membeli lampu bertuliskan 220 volt, 100 watt, perkirakan hambatan yang dimiliki lampu tersebut!

Pembahasan

Mencari hambatan dari daya lampu yang diketahui:

P = V

2

_{/ R}

R = V

2

_{/ P}

R = 220

2

_{/ 100}

R = 484 Ω

Soal No. 11

Anto membeli lampu dengan spesifikasi 220 volt, 100 watt. Jika lampu dipasang Anto pada tegangan 110 volt, berapakah daya lampu saat menyala?

Pembahasan

Hambatan lampu saat dipasang pada tegangan 220 volt maupun 110 adalah tetap R2 = R1

V2 / P2 = V12 / P12 P2 = (V1/V2)2 x P1

(9)

Soal No. 12

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 !

Pembahasan

Energi listrik diubah menjadi kalor untuk memanaskan air Data soal: P = 200 watt Δ T = 100 − 30 = 70 °C m = 0,5 kg c = 4200 J/kg°C t = ………. 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 Soal No. 13

Sebuah rumah memasang 5 lampu 20 watt dan menyala 12 jam sehari, 2 lampu 60 watt menyala 5 jam sehari, sebuah kulkas 125 watt menyala 24 jam sehari, pesawat TV 200 watt menyala 6 jam sehari

dan sebuah setrika listrik 250 watt yang dipakai 2 jam sehari. Jika tarif listrik adalah Rp 750 / kwh, perkirakan biaya listrik rumah tersebut dalam satu hari, satu minggu (7 hari) dan satu bulan (30 hari)!

Pembahasan

Cara menghitung tarif listrik :

Pola:

(watt alat)x(jumlah alat)x(lama pemakaian)

Lampu → 20 watt x 5 x 12 jam = 1200 wh Lampu → 60 watt x 2 x 5 jam = 600 wh Kulkas → 125 watt x 1 x 24 jam = 3000 wh TV 200 → watt x 1 x 6 jam = 1200 wh Setrika → 250 watt x `1 x 2 jam = 500 wh

—————————————- +

Energi dipakai dalam sehari = 6500 wh = 6,5 kwh Tarif listrik dalam satu hari = Rp 750 x 6,5 = Rp 4875 Tarif listrik dalam satu minggu = Rp 4875 x 7 = Rp 34125 Tarif listrik dalam satu bulan =Rp 4875 x 30 = 146250

(10)

Soal No. 1

Dalam waktu dua menit arus listrik sebesar 2 A mengalir sepanjang kawat penghantar. Tentukan: a) muatan yang berpindah

b) jumlah elektron

Pembahasan

Hubungan kuat arus listrik, muatan listrik dan waktu adalah: I

=

Q / t Q = I x t Dengan demikian : a) Q = I x t Q = 2 x 120 Q = 240 Coulomb

b) menentukan jumlah elektron dalam muatan n =Q /

Q

e

dimana:

n = jumlah elektron

Q

e = muatan satu elektron (1,6 x 10−19 Coulomb)

Q = muatan yang akan dihitung jumlah elektronnya sehingga: n =Q /Qe n = 240 / (1,6 x 10−19) n = 150 x 1019 n = 1,5 x 1021 buah elektron Soal No. 2

Muatan sebesar 360 C mengalir dalam dua menit dalam suatu rangkaian. Tentukan Kuat arus rangkaian listrik tersebut!

Pembahasan

I = Q/t

I = 360 coulomb / 120 sekon I = 3 Ampere

(11)

Soal No. 3

Konversikan satuan berikut:

a) 5 μ C = ……..C b) 100 mC = ………C c) 5000 nC = ………C Pembahasan a) 5 μC = 5 x 10−6 = 0,000005 C b) 100 mC = 100 x 10−3 = 0,1 C c) 5000 nC = 5000 x 10−9 = 5 x 10−6 = 0,000005 C Soal No. 4

Konversikan satuan berikut :

a) 5 kΩ = ……. Ω b) 0,3 kΩ = …..Ω c) 5 MΩ = ………Ω Pembahasan a) 5 kΩ = 5 x 1000 = 5000 Ω b) 0,3 kΩ = 0,3 x 1000 = 300 Ω c) 5 MΩ = 5 x 1000000 = 5000000 Ω Soal No. 5

Sebuah kawat penghantar memiliki panjang L dan luas penampang A dan memiliki hambatan sebesar

120 Ω. Jika kawat dengan bahan yang sama memiliki panjang 2 L dan luas penampang 3 A, tentukan

hambatan kawat kedua ini!

Pembahasan

Rumus untuk menghitung hambatan suatu kawat penghantar adalah: R =ρL / A

dimana

R = hambatan kawat (Ω)

L = panjang kawat (m)

A = luas penampang kawat (m2)

ρ = hambat jenis kawat

Kawat yang berbahan sama memiliki hambat jenis yang sama, sehingga R2 / R1 = (L /A2 2) / (L /A1 1)

R2 = (L /L2 1) x (A /A1 2) x R1 R2= (2L/L) x (A/3A) x 120 R2 = (2/1) x(1/3)

(12)

Soal No. 6

Sebuah kawat penghantar dengan panjang 10 meter memiliki hambatan sebesar 100 Ω Jika kawat

dipotong menjadi 4 bagian yang sama panjang, tentukan hambatan yang dimiliki oleh masing-masing potongan kawat!

Pembahasan

Data dari soal: L1 = L

L2 = 1/2 L A1 = A2

R1 = 100 Ω

R2 / R1 = (L /L2 1) x R1

(luas penampang dan hambat jenis kedua kawat adalah sama!!) R2= ( 0,5 L / L) x 100 Ω: R2 = 50 Ω Soal No. 7 Ubah satuan berikut: a) 300 mA = ………A b) 12 mA = ……….A Pembahasan a) 300 mA = 300 : 1000 = 0,3 A b) 12 mA = 12 : 1000 = 0,012 A Soal No. 8

Diberikan sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari tiga buah lampu, dua buah saklar dan sebuah sumber arus listrik. Manakah lampu-lampu yang menyala jika:

a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka

Pembahasan

Arus listrik akan mengalir jika terdapat beban dan rangkaian yang tertutup, sehingga: a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka

lampu 2 dan 3 menyala, lampu 1 mati b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka

(13)

semua lampu akan mati

c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup semua lampu menyala

d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka semua lampu mati

Soal No. 9

X dan Y adalah dua buah alat ukur listrik yang berbeda. Manakah posisi pemasangan voltmeter dan amperemeter jika yang diukur adalah tegangan pada lampu 3 dan kuat arus pada lampu 3?

Pembahasan

Voltmeter untuk mengukur tegangan antara dua titik, dalam hal ini adalah tegangan pada lampu 3, voltmeter harus dipasang secara paralel dengan beban yang hendak diukur, posisi yang benar adalah X.

Amperemeter untuk mengukur kuat arus yang mengalir melalui suatu beban dalam hal ini adalah

lampu 3, ampermeter harus dipasang secara seri dengan alat yang hendak diukur besar kuat arusnya, so, kabelnya dipotong dulu trus sambungin ke kaki Amperemeter, posisi yang benar adalah Y.

Soal No. 10

Perhatikan gambar berikut

Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B jika R1, R2 dan R3 berturut-turut besarnya adalah 5

Ω, 10 Ω dan 15 Ω!

Pembahasan

Rangkaian diatas adalah tersusun seri, sehingga hambatan penggantinya adalah: Rt = R1 + R2 + R3

= 5 + 10 + 15

(14)

Soal No. 11

Pada rangkaian berikut jika R1 = 9 Ω dan hambatan pengganti antara titik AB adalah 6 Ω tentukan besar hambatan R2 !

Pembahasan

Rangkaian di atas adalah dua hambatan yang disusun secara paralel. Hambatan total untuk paralel adalah 1/ Rt = 1/R1 + 1/R2 1/ 6 = 1/9 + 1/R2 1/R2 = 1/6 − 1/9 1/R2 = 3/18 − 2/18 1/R2 = 1/18 R2 = 18/1 = 18 Ω Soal No. 12

Dari rangkaian hambatan berikut R1 = 10 Ω R2 = 9 Ω

R3 = 18 Ω

Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B!

Pembahasan

Rangkaian campuran, selesaikan paralel antara R2 dan R3 terlebih dahulu 1/ R p = 1/R2 + 1/R3

1/ R p = 1/9 + 1/18 1/ R p = 2/18 + 1/18 1/ R p = 3/18

R p = 18/3 = 6 Ω

Hasil ini kemudian diserikan dengan R1 Rt= 10 + 6 = 16 Ω

(15)

Soal No. 13

Sebuah rangkaian listrik yang sederhana yang terdiri sebuah baterai sebagai sumber tegangan listrik ε dan sebuJika ε adalah 12 volt dan R adalah 3 Ω tentukan:

a) kuat arus yang mengalir

b) jumlah muatan yang mengalir dalam 1 menit

Pembahasan

a) kuat arus yang mengalir

Untuk rangkaian sederhana seperti di atas cukup gunakan:

I = ε / R

I = 12 / 3 I = 4 A

b) jumlah muatan yang mengalir dalam 1 menit Q = I x t

Q = 4 A x 60 detik Q = 240 Coulomb