Kumpulan Soal Arus Listrik Beserta Pembahasan Lengkap
Untuk memasok kebutuhan energi listrik, maka listrik dialirkan dari sumber pembangkit tenaga listrik yang menghasilkan arus dan tegangan bolak-balik. Berikut soal arus listrik Kelas 12 SMA, MA, dan Sederajat beserta pembahasan lengkap untuk arus searah dan bolak balik.
Kumpulan Soal Arus Listrik Beserta Pembahasan Lengkap
1. Diketahui muatan listrik sebesar 50 C mengalir pada sebuah penampang konduktor selama 10 sekon. Hitunglah:
a. Kuat arus listrik yang melewati penampang konduktor tersebut.
b. Jumlah elektron yang melewati penampang konduktor setiap detiknya, apabila diketahui e =
Diketahui:
Q = 50 C
t = 10 s
e = 1,6 x 10ˉ¹⁹ C
Jawab:a. Kuat arus listrik yang mengalir:
I = Q/t
I = (50 C)/(10 s)
I = 5 A
b. Jumlah elektron yang melewati penampang konduktor setiap sekon
n = Q/e
n = (I x t)/e
n = (5 A x 5 s )/(1,6 x 10ˉ¹⁹ C)
n = 15,625 x 10¹⁹ elektron
2. Diketahui suatu bola lampu mempunyai hambatan sebesar 30 Ω diberi tegangan listrik sebesar 10 V. Tentukan:
a. Besar arus yang mengalir melalui lampu tersebut
b. Apabila tegangan listriknya diubah menjadi 12 V, tentukan berapakah besar arus yang melewati lampu tersebut.
Diketahui:
R = 30 Ω
V1 = 6 V
Jawab:
a. Besar arus yang mengalir melalui lampu tersebut dihitung menggunakan hukum Ohm.
I = V/R
I = (6 V)/(30 Ω)
I = 1/5 A
I = 0,2 A
b. Besar arus yang melewati lampu tersebut jika tegangan 12 V (nilai hambatan sama)
I = V/R
I = (12 V)/(30 Ω)
I = 2/5 A
I = 0,4 A
Bisa dilihat dari soal ini bahwa jika hambatan penampangnya tetap, maka ketika tegangan dinaikkan menjadi dua kali nilai tegangan semula, besar arus listrik yang mengalir menjadi dua kali lipat dari arus listrik semula.
3. Suatu kawat yang memiliki panjang 4 m dengan luas penampang 10 cm² mempunyai besar hambatan 320 Ω. Apabila kawat tersebut mempunyai panjang sebesar 8 m dengan luas penampang sebesar 2 cm². Hitunglah berapakah hambatan dari kawat tersebut?
Diketahui:
l1 = 4 m
A1 = 10 cm²
R1 = 320 Ω
l2 = 8 m
A2 = 2 cm²
Jawab:
Untuk menjawab pertanyaan di atas, maka digunakan persamaan hambatan listrik sebuah konduktor:
R = ρ l/A
Pertama-tama dicari terlebih dahulu hambatan jenis kawat ρ
320 Ω = ρ (4 m)/(10ˉ³)
ρ = (320 Ω )/4 x 10ˉ³ = 0,08 Ω.m
Selanjutnya dihitung R2 menggunakan data hambatan jenis kawat ρ yang bernilai tetap.
R = ρ l/A
R = 0,08 Ω.m (8 m)/(0,0002 m²)
R = 3200 Ω atau 3,2 kΩ
4. Suatu kawat penghantar dialiri arus listrik selama 3 menit dengan kuat arus listrik yang mengalir sebesar 10 A. Hitunglah banyaknya muatan arus listrik yang melewati kawat penghantar tersebut.
Diketahui:
I = 10 A
t = 3 menit x 60 = 180 s
Jawab:
Untuk menghitung muatan arus listrik yang melalui kawat penghantar digunakan rumus total muatan arus listrik:
Q = I x t
Q = 10 A x 180 s
Q = 1800 C
5. Ayah mempunyai sebuah pemanas listrik di rumah yang memiliki beda potensial sebesar 60 V dengan kuat arus listrik sebesar 12 A. Hitunglah berapa hambatan dari mesin pemanas listrik?
Diketahui:
V = 60 V
I = 12 A
Jawab:
Untuk menghitung besar hambatan listrik digunakan hukum Ohm:
R = V/I
R = (60 V)/(12 A)
R = 5 Ω
6. Hitunglah hambatan yang dimiliki seutas kawat dari aluminium (hambatan jenis sebesar 2,65 x 10ˉ⁸ Ω m). Seutas kawat aluminium tersebut mempunyai panjang 50 m dengan diameter sebesar 1,8 mm.
Diketahui:
ρ = 2,65 x 10ˉ⁸ Ω m
l = 50 m
d = 1,8 mm, maka r = 0,9 mm = 9 x 10ˉ⁴ m
Jawab:
Pertama-tama dihitung terlebih dahulu luas penampang kawat aluminium (A). Luas penampang kawat aluminium dihitung menggunakan rumus luas lingkaran karena penampang kawat aluminium berbentuk lingkaran.
A = 𝞹 x r²
A = 22/7 x (9 x 10ˉ⁴ m)²
A = 22/7 x 81 x 10ˉ⁸
A = 254,57 x 10ˉ⁸ m²
R = ρ l/A
R = 2,65 x 10ˉ⁸ Ω m x (50 m)/(254,57 x 10ˉ⁸ m²)
R = 0,52 Ω
7. Sebuah peralatan elektronik bertuliskan 55 W / 110 V dihidupkan selama 30 menit. Hitunglah berapakah arus listrik serta energi listrik yang dibutuhkan?
Diketahui:
P = 55 W
V = 110 V
t = 30 menit = 30 x 60 = 1800 s
Jawab:
Pertama-tama dihitung jumlah arus listrik yang dibutuhkan menggunakan data daya listrik serta tegangan listrik.
I = P/V
I = (55 W)/(110 V)
I = 1/2 A
I = 0,5 A
Selanjutnya energi listrik yang dibutuhkan (W) dihitung dengan mengalikan daya listrik dengan waktu penggunaan:
W = P x t
W = 55 W x 1800 s
W = 99.000 J
W = 99 kJ
8. Suatu peralatan listrik rumahan mempunyai daya sebesar 250 W dengan tegangan AC 220 V. Hitung berapa besar arus maksimum serta hambatan dari peralatan listrik tersebut?
Diketahui:
P = 250 W
Vrms = 220 V
Jawab:
Vrms adalah tegangan efektif yang diambil dari besar tegangan AC yang dialirkan oleh gardu PLN.
Irms = P/Vrms
Irms = (250 W)/(220 V)
Irms = 1,136 A
Arus maksimum (Imax) adalah Irms dikali akar 2.
Imax = I0 = Irms √2
Imax = 1,136 √2 A
Maka arus maksimumnya sebesar 1,136 √2 A. Selanjutnya dihitung hambatan dari peralatan listrik:
R = V0/I0
R = (Vrms √2)/I0
R = (220 √2 V)/(1,136 √2 A)
R = 193,66 Ω
9. Diketahui empat buah hambatan masing-masing sebesar 3 Ohm, 9 Ohm, dan 12 Ohm dan 6 Ohm dirangkai secara paralel. Apabila diketahui kuat arus yang mengalir sebesar 10 A, hitung berapa besar beda potensialnya.
Diketahui:
R1 = 3 Ohm
R2 = 9 Ohm
R3 = 12 Ohm
R4 = 6 Ohm
I = 10 A
Jawab:
1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4
1/Rp = 1/(3 Ω) + 1/(9 Ω) + 1/(12 Ω) + 1/(6 Ω)
1/Rp = (1/(3 Ω) x 12/12) + (1/(9 Ω) x 4/4) + (1/(12 Ω) x 3/3) + (1/(6 Ω) x 6/6)
1/Rp = 12/(36 Ω) + 4/(36 Ω) + 3/(36 Ω) + 6/(36 Ω)
1/Rp = (12 + 4 + 3 + 6)/(36 Ω)
1/Rp = 25/(36 Ω)
Rp = (36 Ω)/25
Rp = 1,44 Ω
10. Diketahui lima buah resistor masing-masing memiliki hambatan sebesar 4 Ω, 6 Ω, 7 Ω, 8 Ω, 10 Ω disusun secara seri. Rangkaian dari kelima buah resistor tersebut dihubungkan dengan tegangan listrik ggl 20 V serta hambatan dalam sebesar 2 Ohm. Hitung berapa besar kuat arusnya.
Diketahui:
R1 = 4 Ω
R2 = 6 Ω
R3 = 7 Ω
R4 = 8 Ω
R5 = 10 Ω
Ɛ = 20 V
r = 2 Ω
Jawab:
Rs = R1 + R2 + R3 + R4 + R5
Rs = 4 Ω + 6 Ω + 7 Ω + 8 Ω + 10 Ω
Rs = 35 Ω
I = Ɛ/(Rs + r)
I = (20 v)/(35 Ω + 2 Ω)
I = (20 v)/(37 Ω) = 0,54 A
11. Pada ujung-ujung suatu resistor diberi beda potensial sebesar 7,5 Volt. Saat diukur oleh amperemeter, kuat arusnya ternyata sebesar 3 A. Apabila beda potensial ujung-ujung resistor diubah menjadi sebesar 10 Volt. Tentukan berapakah kuat arus yang terukur sekarang?
Diketahui:
V1 = 7,5 Volt
I1 = 3 A
V2 = 10 Volt
Jawab:
Pertama-tama diukur terlebih dahulu nilai hambatan R sebesar:
V1 = I1 x R
R = V1/I1
R = (7,5 Volt)/(3 A)
R = 2,5 Ω
Karena resistornya sama, maka besar hambatannya (R) juga sama. Dari nilai hambatan ini, selanjutnya dapat dihitung I2 jika V2 = 10 Volt
V2 = I2 x R
10 V = I2 x 2,5 Ω
I2 = 10 V : 2,5 Ω
I2 = 4 A
Sebenarnya pada soal ini juga bisa digunakan konsep keseimbangan hukum Ohm, yang mana pada suatu hambatan (R) berlaku:
V ~ I
I2/I1 = V2/V1
I2 = V2/V1 x I1
I2 = (10 V)/(7,5 V) x 3 A
I2 = 4/3 x 3 A = 4 A
12. Tiga buah hambatan sebesar R1 = 25 Ω, R2 = 10 Ω, R3 = 15 Ω dirangkai secara seri seperti yang tampak pada gambar di bawah ini.
Ketiga hambatan tersebut kemudian dihubungkan ke beda potensial sebesar 5 Volt. Hitunglah:
a. Hambatan pengganti
b. Beda potensial dari masing-masing ujung hambatan R2.
Diketahui:
R1 = 25 Ω
R2 = 10 Ω
R3 = 15 Ω
E = 5 V
Jawab:
a. Hambatan pengganti untuk rangkaian seri dihitung dengan menjumlahkan kesemua hambatan:
Rs = R1 + R2 + R3
Rs = 25 Ω + 10 Ω + 15 Ω
Rs = 50 Ω
b. Beda potensial dari masing-masing ujung hambatan R2.
Untuk menghitung V dari hambatan R2, maka pertama-tama dihitung arus:
I2 = E : Rs
I2 = 5 V : 50 Ω
I2 = 0,1 A
V2 = I2 x R2
V2 = 0,1 A x 10 Ω = 1 V
Jenis arus listrik yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari dibedakan menjadi dua jenis yakni listrik dengan arus dan tegangan listrik searah serta arus dan tegangan bolak-balik. Oleh karena itu penting untuk memahami soal arus listrik beserta pembahasan baik arus searah maupun bolak-balik.
Referensi:
Sumarsono, Joko. 2009. Fisika untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional
Handayani, Sri. 2009. Fisika untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional