Materi tentang Listrik Dinamis pada dasarnya telah kita bahas pada tutorial terdahulu dengan judul : Contoh Soal Rangkaian dan Hambatan Listrik. Bahkan dalam materi tersebut sudah terdapat beberapa soal yang disertai juga dengan pembahasan. Menimbang banyaknya permintaan agar jumlah soal dan cakupan pertanyaan ditambah, maka dalam kesempatan ini kita akan coba memahami berbagai jenis model-model soal yang sering ditanyakan dalam pokok bahasan : Listrik Dinamis.
Kumpulan Soal Listrik Dinamis dan Pembahasannya
Soal No.1Jika dalam kawat mengalir kuat arus sebesar 5 A. Berapakah jumlah muatan yang melewati luas penampang kawat dalam waktu 1 menit ?
Pembahasan
I =
5 =
q = 5 x 60 = 300 Coulomb
q
t
5 =
q
60
q = 5 x 60 = 300 Coulomb
Soal No.2
Gambar di bawah ini merupakan salah satu cara untuk menentukan hambatan sebuah resistor :
Tentukanlah besarnya hambatan dengan mengunakan hukum Ohm jika pada voltmeter terbaca 3 Volt sedangkan pada amperemeter terbaca 2mA ?
Pembahasan
Pada voltmeter dianggap tidak mengalir arus listrik karena hambatan dalamnya yang sangat besar dibanding R, sehingga dapat kita anggap arus yang terbaca pada amperemeter adalah juga arus yang mengalir pada resistor sehingga menurut hukum Ohm, hambatan dapat dihitung menggunakan persamaan :
R =
R =
R =
V
I
R =
3
2x10-3
= 1,5 kΩ
Soal No.3 (UN 2012)
Coba anda perhatikan gambar di bawah ini :
Berapakah kuat arus listrik yang mengalir pada hambatan R2 ?
A. 0,7 A
B. 1,3 A
C. 2,0 A
D. 3,0 A
E. 3,3 A
Pembahasan
a. Terlebih dahulu, kita cari hambatan total R2 dan R3 dimana kedua hambatan tersebut secara paralel, maka hambatan totalnya :
Rtotal(2,3) =
b. Langkah berikutnya kita cari hambatan total antara R1 dengan Rtotal(2,3), dimana rangkaian ini disusun secara seri, maka hambatannya adalah :
Rtotal(1,2,3) = R1 + Rtotal(2,3)
Rtotal(1,2,3) = 1 + 2 = 3 Ω
c. Langkah ketiga adalah dicari arus totalnya :
I =
I =
d. Kemudian baru kita cari arus yang mengalir pada R2 dimana disini kita namakan I2. Maka arusnya adalah :
I2 =
I2 =
I2 =
1
Rtotal(2,3)
=
1
R2
+
1
R3
1
Rtotal(2,3)
=
1
3
+
1
6
1
Rtotal(2,3)
=
2 + 1
6
=
3
6
Rtotal(2,3) =
6
3
= 2 Ω b. Langkah berikutnya kita cari hambatan total antara R1 dengan Rtotal(2,3), dimana rangkaian ini disusun secara seri, maka hambatannya adalah :
Rtotal(1,2,3) = R1 + Rtotal(2,3)
Rtotal(1,2,3) = 1 + 2 = 3 Ω
c. Langkah ketiga adalah dicari arus totalnya :
I =
V
Rtotal(1,2,3)
I =
6
3
= 2 Ad. Kemudian baru kita cari arus yang mengalir pada R2 dimana disini kita namakan I2. Maka arusnya adalah :
I2 =
R2
R2 + R3
x II2 =
3
3 + 6
x 2I2 =
2
3
x 2 = 1,3 AJawab : B , dimana arus listrik yang mengalir pada hambatan R2 adalah 1,3 A.
Soal No.4
Misalkan terdapat sebuah kawat logam yang panjangnya adalah 1 cm dan memiliki diameter 5 mm serta resistivitasnya 1,76 x 10-8 ohm.meter, berapakah resistansi dari kawat tersebut ?
Pembahasan
l = 1 cm = 0,01 m = 10-2 m
r = 1/2 diameter = 2,5 mm = 2,5x10-3 m
Kemudian gunakan persamaan :
R = ρ
Dimana A adalah luas penampang lingkaran πr2,sehingga :
R = ρ
R = (1,76 x 10-8)
r = 1/2 diameter = 2,5 mm = 2,5x10-3 m
Kemudian gunakan persamaan :
R = ρ
l
A
Dimana A adalah luas penampang lingkaran πr2,sehingga :
R = ρ
l
2πr2
R = (1,76 x 10-8)
10-2
2(3,14)(2,5x10-3)2
≈ 4,6x10-6 ΩSoal No.5
Nilai resistansi tembaga pada temperatur 0oC adalah 3,45 ohm. Berapakah resistansinya jika temperatur naik menjadi 50oC, jika diketahui α =4,3 x10-3 C-1 ?
Pembahasan
R = R0(1 + α . ΔT)
R = 3,35(1 + 4,3x10-3 .(50 - 0)
R = 3,35(1 + 215x10-3
R = 4,57 Ω
R = 3,35(1 + 4,3x10-3 .(50 - 0)
R = 3,35(1 + 215x10-3
R = 4,57 Ω
Soal No.6
Mula-mula hambatan sebuah kawat nikelin adalah 5 ohm. Berapakah hambatannya jika panjang dan diameter kawat nikelin tersebut diperbesar dua kali semula ?
Pembahasan
Misalkan Panjang dan Diameter mula-mula kawat nikelin tersebut dilambangkan dengan L1 dan D1
Jika diperbesar dua kali, maka :
Sehingga jari-jarinya : r1 =
Karena suatu kawat memiliki luas penampang berbentuk lingkaran maka mengunakan rumus luas lingkaran :
A = πr2
A1 = π(1/2D1)2 = A1 =
A2 = π(1/2D2)2 = π(1/2x2D1)2 = A2 =
Langkah berikutnya adalah mencari hambatan, ingat rumus mencari hambatan :
R1 = ρ
Karena kita akan mencari hambatan setelah panjang dan diameter kawat nikelin tersebut diperbesar dua kali, maka :
R2 = ρ
R2 = ρ
R2 =
Jadi Hambatannya setelah panjang dan diameter diperbesar dua kali adalah 2,5 Ohm
Jika diperbesar dua kali, maka :
L2 = 2L1 dan D2 = 2D1Sehingga jari-jarinya : r1 =
1
2
D1 dan r2 =
1
2
D2 =
1
2
2D1 = D1 Karena suatu kawat memiliki luas penampang berbentuk lingkaran maka mengunakan rumus luas lingkaran :
A = πr2
A1 = π(1/2D1)2 = A1 =
πD12
4
A2 = π(1/2D2)2 = π(1/2x2D1)2 = A2 =
πx(2D12)
4
=
4πx(D12)
4
= 4A1
Langkah berikutnya adalah mencari hambatan, ingat rumus mencari hambatan :
R1 = ρ
l1
A1
= ρ
L1
A1
Karena kita akan mencari hambatan setelah panjang dan diameter kawat nikelin tersebut diperbesar dua kali, maka :
R2 = ρ
l2
A2
R2 = ρ
2L1
4A1
R2 =
1
2
ρ
L1
A1
=
1
2
R1 =
1
2
5 = 2,5 Ohm
Jadi Hambatannya setelah panjang dan diameter diperbesar dua kali adalah 2,5 Ohm
Soal No.7 (UN 2000)
Diketahui sebuah rangkaian listrik seperti gambar di bawah ini adalah :
Maka hambatan total dari ketiga resistor tersebut adalah :
A. 9,0 Ω
B. 7,0 Ω
C. 5,2 Ω
D. 9,2 Ω
Pembahasan
Langkah Pertama, cari dulu hambatan pada rangkaian paralelnya :
Rp =
Langkah berikutnya Jumlahkan total rangkaian paralel yang barusan kita cari dengan hambatan lainnya, dimana rangkaiannya adalah seri :
Total Hambatan = 1,2 Ω + 4 Ω = 5,2 Ω
Jawab C
1
Rp
=
1
2
+
1
3
=
2 + 3
6
=
5
6
Rp =
6
5
= 1,2 Ω
Langkah berikutnya Jumlahkan total rangkaian paralel yang barusan kita cari dengan hambatan lainnya, dimana rangkaiannya adalah seri :
Total Hambatan = 1,2 Ω + 4 Ω = 5,2 Ω
Jawab C
Soal No.8 (UN 2011)
Perhatikan gambar rangkaian listrik dibawah ini :
Bila hambatan dalam sumber tegangan masing-masing 0,5Ω , besar kuat arus 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
Dari gambar rangkaian diatas, hambatan totalnya adalah jumlah hambatan luar (R) ditambah dengan hambatan dalam (r).
Untuk menyelesaikannya, kita gunakan Hukum II Kirchhoff dimana :
ΣE = I . Rt
R + r = I . Rt
18 + (−9) = I × (2 + 3 + 0,5 + 0,5)
9 = 6.I
I =
Jawab : B
Untuk menyelesaikannya, kita gunakan Hukum II Kirchhoff dimana :
ΣE = I . Rt
R + r = I . Rt
18 + (−9) = I × (2 + 3 + 0,5 + 0,5)
9 = 6.I
I =
9
6
= 1,5 A Jawab : B