TUGAS MEMBUAT SOAL
Mata Kuliah : Penilaian Pembelajaran Vokasional Dosen Pengampu : Dr. Drs. Haryanto M.Pd., M.T.
Nama : Elsa Anjani
NIM : 22501244035
Kelas : I/ S1-Pendidikan Teknik Elektro
SOAL FASE E DASAR LISTRIK Mata Pelajaran : Dasar Listrik
Fase/Kelas : E/X(Sepuluh)
Konsentrasi Keahlian : Teknik Instalasi Tenaga Listrik Capaian Pembelajaran :
Tabel 1. Identifikasi Soal Pilihan Ganda
No Materi Dominan Kognitif Tingkat
C1 C2 C3 C4 C5 C6 Mudah Sedang Sulit 1 Mengingat dan memahami
hubungan antara arus, tegangan, dan hambatan berdasar Hukum Ohm
v v v
2 Memahami konsep dasar hukum Ohm dan daya listrik, serta menerapkan konsep tersebut untuk menyelesaikan masalah berbasis perhitungan.
v v v
3 Analisis hambatan total dari baterai paralel, dan hambatan total rangkaian dengan menerapkan Hukum Ohm untuk menemukan arus.
v v
4 Pemahaman konsep medan listrik dan gaya Coulomb, dengan pemecahan soal
v v v
melalui perhitungan multi- tahap yang
mengintegrasikan beberapa konsep listrik dasar
5 Siswa tidak hanya perlu memahami dan menganalisis konsep dasar listrik, tetapi juga diminta untuk merancang solusi baru yang mempertimbangkan efisiensi dan keamanan dalam skenario dunia nyata (rancangan distribusi listrik berbasis panel surya).
v v
Tabel 2. Identifikasi Soal Essay
No Materi Dominan Kognitif Tingkat
C1 C2 C3 C4 C5 C6 Mudah Sedang Sulit 1 Menjelaskan dan memahami
konsep dasar rangkaian DC dan AC, untuk menunjukkan pemahaman mereka terhadap topik tersebut
v v
2 Menerapkan rumus yang sudah diketahui (rumus daya listrik 𝑃= 𝑉2/𝑅) ke dalam situasi atau kasus nyata untuk menentukan resistansi yang tepat
v v
3 Menghitung arus kemudian menganalisis situasi
berdasarkan hasil perhitungan untuk memilih kabel yang sesuai.
v v v
4 Analisis menyeluruh terhadap rangkaian listrik yang
kompleks dengan menggunakan Hukum Kirchoff, perhitungan arus, tegangan, serta daya.
v v
5 Siswa diminta untuk merancang solusi baru dan inovatif untuk mengatasi
v v
lonjakan arus dalam sistem kelistrikan pabrik.
PILIHAN GANDA
1. Di dalam suatu rangkaian listrik, arus listrik yang mengalir dipengaruhi oleh beberapa faktor, termasuk tegangan yang diberikan pada rangkaian dan hambatan yang ada di dalam komponen rangkaian tersebut. Hukum Ohm adalah hukum dasar yang menjelaskan hubungan antara arus listrik (I), tegangan (V), dan hambatan (R) dalam sebuah rangkaian.
Berdasarkan Hukum Ohm, hubungan antara arus listrik, tegangan, dan hambatan dalam suatu rangkaian listrik adalah...
A. arus listrik berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan.
B. arus listrik berbanding lurus dengan hambatan dan berbanding terbalik dengan tegangan.
C. arus listrik berbanding lurus dengan tegangan dan hambatan.
D. arus listrik tidak dipengaruhi oleh tegangan maupun hambatan.
E. tegangan berbanding terbalik dengan arus listrik dan hambatan.
Jawaban yang benar:
a. arus listrik berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan.
Analisis:
Berdasarkan Hukum Ohm, ketika tegangan 𝑉 meningkat dengan hambatan 𝑅 tetap, arus listrik 𝐼 akan meningkat secara proporsional (berbanding lurus dengan tegangan) Sebaliknya, jika hambatan 𝑅 meningkat dengan tegangan 𝑉 tetap, arus listrik 𝐼 akan menurun (berbanding terbalik dengan hambatan).
Tingkat Kognitif C1 dan C2 (Mengingat dan Memahami):
Pilihan ini menguji pemahaman dasar siswa tentang Hukum Ohm dan bagaimana mengidentifikasi hubungan antara arus, tegangan, dan hambatan. Siswa harus memahami bahwa arus listrik dipengaruhi oleh perubahan tegangan dan hambatan sesuai rumus 𝐼 = 𝑉/𝑅
2. Perhatikan rangkaian tertutup dibawah ini!
Berdasarkan rangkaian diatas, Apabila Tegangan(V) dinaikkan dua kali lipat, maka daya (W) listrik akan naik .... kali lipat.
A. dua kali lipat B. tiga kali lipat C. empat kali lipat D. lima kali lipat E. enam kali lipat Jawaban yang benar:
c. empat kali lipat Analisis:
Berdasarkan hukum Ohm, jika tegangan dinaikkan dua kali lipat dengan besaran hambatan yang sama, maka Arusnya akan naik dua kali lipat juga. Dengan rumus daya listrik adalah P = V x I, maka sesuai dengan perhitungan daya listrik pada rangkaian tersebut naik empat kali lipat. Adapun pembuktianya sebagai berikut
Diketahui:
- V = 12V
- V setelah dinaikan 2x lipat = 2 (12V) = 24V - R = 200 ohm
Dijawab:
Menentukan besar I = V/R a. I normal = V/R
= 12V/ 200 ohm
= 0.06 A
b. I saat tegangan dinaikkan 2x lipat
= V/R
= 24V/ 200 ohm
= 0.12 A
Maka besar arus yang mengalir setelah menaikkan tegangan adalah 2x lipat arus normal.
Besar daya (P) = VxI a. P normal = V x I
= 12 V x 0.06 A
= 0.72 Watt
b. P saat tegangan dinaikkan 2x lipat
= V x I
= 24V x 0.12 A
= 2.88 Watt
Maka besar daya yang mengalir setelah menaikkan tegangan adalah 4x lipat daya normal.
Tingkat kognitif C1 dan C3 (Memahami dan Menerapkan):
Analisis soal ini berada pada level C2 dan C3, karena mengharuskan siswa untuk memahami konsep dasar hukum Ohm dan daya listrik, serta menerapkan konsep tersebut untuk menyelesaikan masalah berbasis perhitungan.
3. Dua buah baterai dengan ggl masing-masing 3 volt dan hambatan dalam 0,5 Ω disusun paralel seperti pada gambar dibawah ini :
Hambatan luar R = 1,5 Ω dirangkai seperti gambar. Besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah....
A. 1A B. 1.3A C. 1.7A D. 2A E. 2.3A
Jawaban yang Benar:
c. 1.7A
Analisis Jawaban:
Untuk menghitung kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian ini, kita bisa menggunakan konsep rangkaian paralel dan Hukum Ohm. Dalam kasus ini, kedua baterai tersusun paralel, sehingga:
1) Menghitung tegangan total (ggl) baterai paralel: Karena kedua baterai identik dan disusun paralel, maka tegangan total 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 dari baterai tetap sama, yaitu:
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3V
2) Menghitung hambatan dalam total: Karena kedua hambatan dalam baterai disusun paralel, kita hitung hambatan dalam total 𝑟𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 dengan rumus:
1
𝑟𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1 𝑟1+ 1 1 𝑟2
𝑟𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1 0.5+ 1
0.5= 2 + 2 = 4 Sehingga:
𝑟𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1
4= 0.25Ω
3) Menghitung hambatan total rangkaian: Hambatan total 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 adalah jumlah dari hambatan luar 𝑅 = 1.5Ω dan hambatan dalam total 𝑟𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 0.25Ω:
Rtotal = R + rtotal = 1.5Ω + 0.25Ω = 1.75Ω
4) Menghitung kuat arus total: Gunakan Hukum Ohm untuk menghitung arus total 𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙:
𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙+ 3𝑉 1.75Ω 𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1.714 𝐴 ≈ 1.7𝐴 Tingkat Kogniti C4 (Analisis):
Soal ini masuk ke dalam kategori C4 karena melibatkan beberapa tahapan analisis, seperti menghitung hambatan total dari baterai paralel, menghitung hambatan total rangkaian, dan menerapkan Hukum Ohm untuk menemukan arus.
4. Medan listrik adalah daerah di sekitar muatan listrik di mana muatan lain yang berada di daerah tersebut akan mengalami gaya listrik. Perhatikan gambar dibawah ini!
Dua buah muatan listrik masing-masing 𝑞1=4𝜇𝐶 dan 𝑞2=6𝜇𝐶 diletakkan pada jarak 3 meter satu sama lain. Besaran medan listrik yang dihasilkan oleh muatan 𝑞1 di titik tempat 𝑞2 berada, dan berapa besar gaya yang bekerja pada 𝑞2 adalah....
A. medan listrik E = 2 x 104N/C, Gaya F = 4.8N B. medan listrik E = 2 x 104N/C, Gaya F = 5.4N C. medan listrik E = 4 x 103N/C, Gaya F = 7.2N D. medan listrik E = 6 x 103N/C, Gaya F = 8.0N
E. medan listrik E = 9 x 103N/C, Gaya F = 7.2N Jawaban yang benar:
c. medan listrik E = 4 x 103N/C, Gaya F = 7.2N
Analisis Jawaban:
Langkah 1: Menghitung Medan Listrik di Titik 𝑞2
Medan listrik yang dihasilkan oleh 𝑞1di titik tempat 𝑞2 berada dapat dihitung dengan rumus:
𝐸 = 𝑘 𝑞1 𝑟^2 Diketahui:
q1 = 4𝜇𝐶 = 4 x 10-6 C r = 3m
k = 9 x 109 Nm2/C2
Dijawab:
E = 𝑘 𝑞1
𝑟^2
E = 9 x 109 Nm2/C2 x 4 𝑥 10−6 𝐶
3^2
E = 9 x 109 Nm2/C2 x 4 𝑥 10−6 𝐶
9
E = 4 x 103 N/C
Langkah 2: Menghitung Gaya pada Muatan 𝑞2
Gaya yang bekerja pada muatan 𝑞2 di medan listrik 𝑞1 dihitung dengan rumus:
F = E x q2 Diketahui:
q2 = 6𝜇𝐶 = 6 x 10-6 C E = 4 x 103 N/C
Dijawab:
F = 4 x 103 x 6 x 10-6 F = 24 x 10-3
F = 0.024 x 103 F = 7.2N
Tingkat Kognitif C2 dan C4 (Memahami dan Menganalisis)
Soal ini termasuk ke dalam C2 dan C4 karena memerlukan pemahaman konsep medan listrik dan gaya Coulomb, serta melibatkan pemecahan soal untuk mendapatkan hasil akhir dengan perhitungan multi-tahap yang mengintegrasikan beberapa konsep listrik dasar.
5. Seorang insinyur listrik sedang merancang sistem distribusi energi untuk rumah tangga yang menggunakan energi terbarukan berupa panel surya. Sistem ini akan menyuplai berbagai peralatan listrik di rumah, termasuk lampu, televisi, kulkas, dan alat-alat dapur lainnya. Panel surya menghasilkan daya sebesar 3000 W pada tegangan 220 V. Insinyur tersebut harus mendesain rangkaian yang dapat mengalirkan daya ini dengan efisien, meminimalkan kehilangan energi, dan mempertimbangkan keamanan arus listrik untuk setiap alat elektronik yang digunakan.
Jika Anda diminta untuk merancang rangkaian distribusi daya listrik berbasis panel surya tersebut, dengan asumsi bahwa setiap alat elektronik menggunakan daya bervariasi antara 200 W hingga 1500 W, langkah-langkah inovatif apa yang bisa Anda lakukan untuk memaksimalkan efisiensi dan keamanan rangkaian listrik tersebut? Pilihan yang paling tepat adalah....
A. menyusun seluruh alat elektronik secara paralel untuk memastikan tegangan tetap sama dan mengatur arus sesuai kebutuhan masing-masing alat.
B. menggunakan transformator untuk menyesuaikan tegangan pada setiap alat elektronik agar cocok dengan kebutuhan dayanya.
C. menyusun seluruh alat elektronik dalam rangkaian seri agar setiap alat menerima arus yang sama untuk menghemat daya.
D. mengurangi penggunaan alat-alat yang membutuhkan daya besar untuk menjaga arus tetap rendah.
E. menggunakan fuse dan circuit breaker pada rangkaian utama untuk melindungi peralatan elektronik dari lonjakan arus yang berlebihan.
Jawaban yang benar:
A. menyusun seluruh alat elektronik secara paralel untuk memastikan tegangan tetap sama dan mengatur arus sesuai kebutuhan masing-masing alat.
Tingkat Kognitif C6 (Mencipta)
Soal ini masuk kategori C6 (Mencipta) karena siswa tidak hanya perlu memahami dan menganalisis konsep dasar listrik, tetapi juga diminta untuk merancang solusi baru yang mempertimbangkan efisiensi dan keamanan dalam skenario dunia nyata (rancangan distribusi listrik berbasis panel surya).
ESSAY
1. Jelaskan secara rinci perbedaan antara arus listrik searah (DC) dan arus listrik bolak-balik (AC). Sertakan definisi, contoh, serta kelebihan dan kekurangan masing-masing jenis arus tersebut adalah....
Jawaban yang benar dan analisis:
a. Definisi:
- Arus Listrik Searah (DC): Arus yang mengalir dalam satu arah saja.
Contoh: baterai, panel surya.
- Arus Listrik Bolak-Balik (AC):* Arus yang mengalir secara periodik berubah arah. Contoh: listrik rumah tangga, generator.
b. Contoh:
- DC: Arus dari baterai yang digunakan pada perangkat portabel seperti ponsel.
- AC: Arus yang digunakan untuk penerangan dan peralatan listrik di rumah, biasanya memiliki frekuensi 50 Hz atau 60 Hz tergantung negara.
c. Kelebihan dan Kekurangan:
- DC:
o Kelebihan: Stabil, mudah disimpan dalam baterai, dan lebih aman untuk elektronik kecil.
o Kekurangan: Tidak efisien untuk transmisi jarak jauh karena kehilangan daya yang lebih besar.
- AC:
o Kelebihan: Efisien untuk transmisi jarak jauh dan mudah diubah tegangannya dengan transformator.
o Kekurangan: Lebih kompleks dalam pengendalian dan tidak cocok untuk semua perangkat.
Tingkat Kognitif C2
Soal ini dirancang untuk menilai pemahaman siswa tentang dasar-dasar listrik, sesuai dengan kriteria C2 dalam taksonomi Bloom. Pada tingkat C2, siswa diminta untuk menjelaskan dan memahami konsep dasar. Dalam soal ini, mereka harus memberikan definisi, contoh, serta analisis perbandingan antara DC dan AC, yang menunjukkan pemahaman mereka terhadap topik tersebut.
2. Seorang teknisi ingin memasang sebuah resistor pada rangkaian listrik yang menghubungkan dua sumber tegangan yang berbeda, yaitu 12 V dan 6 V, dengan perbedaan tegangan sebesar 6 V pada resistor tersebut. Jika daya yang dihasilkan pada resistor sebesar 18 watt, maka teknisi tersebut perlu menentukan resistansi yang sesuai agar komponen tidak rusak adalah sebesar....
Jawaban yang benar:
2 ohm
Analisis Jawaban:
Tahap 1: Menentukan rumus daya dan resistansi
Daya listrik dapat dihitung dengan rumus: P = V2/R, dimana:
- P = daya sebesar 18 Watt - V = tegangan sebesar 6V - R = resistansi (Ditanyakan) Tahap 2: Menghitung resistansi
Dari rumus di atas, kita dapat menghitung resistansi 𝑅 = V2/P maka, R = 62/18
= 36/18
= 2 ohm
Tahap 3: Verifikasi hasil dan pertimbangan tambahan
Nilai resistansi yang sesuai berdasarkan perhitungan adalah 2 ohm. Dengan nilai ini, resistor dapat berfungsi tanpa mengalami kerusakan, karena sesuai dengan daya dan tegangan yang diberikan.
Tingkat Kognitif C3 (Menerapkan)
Soal ini masuk ke dalam kategori C3 (Menerapkan) karena siswa harus menerapkan rumus yang sudah diketahui (rumus daya listrik 𝑃= 𝑉2/𝑅) ke dalam situasi atau kasus nyata. Siswa dihadapkan pada suatu konteks (rangkaian dengan tegangan tertentu dan daya tertentu), dan mereka harus menggunakan rumus tersebut untuk menghitung resistansi yang tepat.
3. Seorang teknisi diminta untuk merancang sistem distribusi listrik rumah tangga dengan kebutuhan daya sebesar 3000 Watt pada tegangan 220 V. Teknisi tersebut harus memilih jenis kabel dengan batas arus yang tepat untuk menghindari risiko kebakaran akibat beban berlebih. Tersedia jenis kabel dengan kemampuan arus sebagai berikut:
Kabel A: 10 A Kabel B: 15 A Kabel C: 20 A Kabel D: 25 A Kabel E: 30 A
Berdasarkan informasi di atas, jenis kabel yang tepat untuk nilai arus maksimum yang akan mengalir pada sistem distribusi listrik tersebut adalah.... (sertakan penjelasan)
Jawaban yang benar:
Kabel B 15 A, karena kabel dengan batas arus lebih rendah, seperti Kabel A (10 A), akan berisiko meleleh dan menyebabkan kebakaran. Sedangkan kabel dengan batas arus yang terlalu besar, seperti Kabel D (25 A) atau Kabel E (30 A), dapat menyebabkan pemborosan dan biaya lebih tinggi, meskipun secara teknis tidak menyebabkan risiko besar.
Analisis Jawaban:
Langkah pertama: Hitung arus yang mengalir dalam sistem distribusi listrik.
Diketahui:
Daya (P) = 3000 W Tegangan (V) = 220V Dijawab:
I = P/V
= 3000/220
= 13,64A
Langkah kedua: Pilih kabel yang sesuai.
Dari hasil perhitungan, arus maksimum yang mengalir dalam sistem adalah 13,64 A. Maka, kabel yang memiliki batas arus paling mendekati dan lebih besar dari 13,64 A adalah Kabel B yang mampu menahan arus hingga 15 A. Kabel dengan batas arus lebih rendah, seperti Kabel A (10 A), akan berisiko meleleh dan menyebabkan kebakaran. Sedangkan kabel dengan batas arus yang terlalu besar, seperti Kabel D (25 A) atau Kabel E (30 A), dapat menyebabkan pemborosan dan biaya lebih tinggi, meskipun secara teknis tidak menyebabkan risiko besar.
Tingkat Kognitif C3 dan C4 (Menerapkan dan Menganalisis)
Soal ini termasuk kategori C3 dan C4 karena siswa tidak hanya harus menerapkan rumus dan melakukan perhitungan, tetapi juga harus menganalisis berbagai pilihan kabel berdasarkan faktor keamanan, efisiensi, dan ekonomi untuk menentukan pilihan terbaik.
4. Diberikan sebuah rangkaian yang terdiri dari dua buah loop dengan data sebagai berikut:
E1= 6V E2= 9V E3= 12V
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
Misalkan arah arus dan arah loop sebagai gambar berikut:
b. Beda potensial antara titik B dan C
c. Beda potensial antara titik B dan D
d. Daya pada hambatan R1
Tingkat Kognitif C4 (Menganalisis)
Soal ini termasuk kategori C4 (Menganalisis) karena siswa perlu melakukan analisis menyeluruh terhadap rangkaian listrik yang kompleks dengan menggunakan Hukum Kirchoff, perhitungan arus, tegangan, serta daya. Tingkat kesulitan yang lebih tinggi membuat soal ini melibatkan keterampilan analisis daripada sekadar penerapan konsep dasar.
5. Seorang teknisi sedang menghadapi masalah dalam sistem kelistrikan pada sebuah pabrik yang menggunakan berbagai mesin berat. Mesin-mesin tersebut sering kali menyebabkan lonjakan arus yang besar ketika dinyalakan, sehingga mengakibatkan pemutusan sirkuit pada rangkaian utama. Pabrik tersebut menggunakan sumber listrik dari generator berdaya tinggi, namun teknisi ingin memastikan bahwa sistem tersebut aman dan efisien untuk penggunaan jangka panjang.
Berdasarkan skenario tersebut, buatlah desain inovatif untuk sistem kelistrikan pabrik yang dapat mengatasi masalah lonjakan arus saat mesin dinyalakan tanpa mengorbankan efisiensi daya yang digunakan oleh mesin. Jelaskan langkah-langkah kreatif yang akan Anda ambil, teknologi apa yang akan Anda gunakan, dan bagaimana sistem ini bisa meningkatkan keamanan dan kinerja rangkaian secara keseluruhan.
Jawaban Esai yang diharapkan:
Siswa diharapkan untuk menciptakan solusi dengan mempertimbangkan penggunaan soft starter untuk mesin berat, surge protector, circuit breaker yang lebih sensitif terhadap arus berlebih, dan kemungkinan menyusun ulang distribusi daya menggunakan sistem isolasi arus agar tidak terjadi pemutusan seluruh sistem ketika lonjakan arus terjadi pada satu bagian. Siswa juga diharapkan untuk menjelaskan bagaimana peran capacitor bank dapat meningkatkan stabilitas tegangan dan arus dalam sistem.
Tingkat Kognitif (C6)
Soal ini masuk kategori C6 (Mencipta) karena siswa diminta untuk merancang solusi baru dan inovatif untuk mengatasi lonjakan arus dalam sistem kelistrikan pabrik. Mereka harus menggunakan pengetahuan teknis yang mendalam serta berpikir kreatif untuk menciptakan desain yang aman, efisien, dan dapat diterapkan dalam situasi nyata.
