Fisikastudycenter.com - Contoh Soal dan Pembahasan Listrik Arus Searah Materi Fisika kelas 1 SMA. Khusus membahas tentang rangkaian listrik tertutup satu loop, dua loop, seri paralel dan campuran. Termasuk daya dan energi listrik.


Soal No. 1
Rangkaian listrik berikut terdiri 3 buah hambatan dan satu buah baterai 24 Volt yang memiliki hambatan dalam 1 Ω. Lihat gambar dibawah dan tentukan:
a) Kuat arus rangkaian
b) Kuat arus pada R1 , R2 dan R3
c) Beda potensial antara titik A dan B
d) Beda potensial antara titik B dan C
e) Beda potensial antara titik C dan D
f) Beda potensial antara titik A dan C
g) Beda potensial antara titik B dan D
h) Beda potensial antara titik A dan D
i) Beda potensial antara ujung -ujung baterai
j) Daya pada hambatan R1
k) Energi listrik yang diserap hambatan R1 dalam 5 menit
l) Daya rangkaian
m) Energi rangkaian dalam 5 menit




Pembahasan

a) Kuat arus rangkaian



b) Kuat arus pada R1 , R2 dan R3
Kuat arus yang melewati hambatan-hambatan yang dirangkai seri adalah sama.



c) Beda potensial antara titik A dan B



d) Beda potensial antara titik B dan C



e) Beda potensial antara titik C dan D



f) Beda potensial antara titik A dan C



g) Beda potensial antara titik B dan D



h) Beda potensial antara titik A dan D



i) Beda potensial antara ujung-ujung baterai



j) Daya pada hambatan R1



k) Energi listrik yang diserap hambatan R1 dalam 5 menit

W = I2Rt = (2,4)2(2) (5x60) = 3456 joule

l) Daya rangkaian

P = I2R = (2,4)2(10) = 57,6 watt

m) Energi rangkaian dalam 5 menit



Soal No. 2
Diberikan sebuah rangkaian listrik seperti gambar berikut



Tentukan :
a) Hambatan pengganti
b) Kuat arus rangkaian
c) Kuat arus yang melalui R4
d) Kuat arus yang melalui R1
e) Kuat arus yang melalui R2
f) Kuat arus yang melalui R3
g) Beda potensial ujung-ujung hambatan R4
h) Beda potensial ujung-ujung R1
i) Beda potensial ujung-ujung R2
j) Daya yang diserap R1

Pembahasan
a) Hambatan pengganti



b) Kuat arus rangkaian



c) Kuat arus yang melalui R4 sama dengan kuat arus rangkaian



d) Kuat arus yang melalui R1



e) Kuat arus yang melalui R2



f) Kuat arus yang melalui R3



g) Beda potensial ujung-ujung hambatan R4

V4 = I4R4 = (1,2)(10) = 12 volt

h) Beda potensial ujung-ujung R1

V1 = I1R1 = (0,6)(20) = 12 volt

i) Beda potensial ujung-ujung R2 sama dengan beda potensial pada ujung R1 karena dirangkai parallel

j) Daya yang diserap R1



Soal No. 3
Diketahui kuat arus yang melalui R4 adalah 7,2 Ampere.



Tentukan nilai tegangan sumber V

Pembahasan
Mencari kuat arus yang melalui hambatan R1 dengan prinsip pembagian arus rangkaian paralel :



Soal No. 4
Dua buah baterai dengan ggl masing-masing 3 volt dan hambatan dalam 0,5 Ω disusun seri.


Hambatan luar R = 1,5 Ω dirangkai seperti gambar. Tentukan besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian!

Pembahasan
Dua buah bateri disusun seri. Ggl total dari bateri dan hambatan dalam penggantinya:
E = 3 v + 3 v = 6 volt
r = 0,5 Ω + 0,5 Ω = 1 Ω

Rangkaian ekivalennya seperti berikut.


Kuat arus yang mengalir pada rangkaian:
I = 6 : (1 +1,5)
I = 6 : 2,5 = 2,4 A

Soal No. 5
Dua buah baterai dengan ggl masing-masing 3 volt dan hambatan dalam 0,5 Ω disusun paralel.


Hambatan luar R = 1,5 Ω dirangkai seperti gambar. Tentukan besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian!

Pembahasan
Dua buah bateri disusun paralel. Ggl total dari baterai identik yang disusun paralel akan sama dengan ggl salah satu baterai:
E = 3 volt

Sementara itu hambatan dalam penggantinya:

1/r = 1/0,5 + 1/0,5
1/r = 2/0,5
r = 0,5 /2 = 0,25 Ω

Rangkaian ekivalennya seperti berikut.


Kuat arus yang mengalir pada rangkaian:
I = 3 : (0,25 +1,5)
I = 3 : 1,75 = 1,71 A

Soal No. 6
Diberikan sebuah rangkaian yang terdiri dari dua buah loop dengan data sebagai berikut :
E1 = 6 volt
E2 = 9 volt
E3 = 12 volt



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

Langkah-langkah standar :
- menentukan arah arus
- menentukan arah loop
- masukkan hukum kirchoff arus
- masukkan hukum kirchoff tegangan
- menyelesaikan persamaan yang ada

Misalkan arah arus dan arah loop seperti gambar berikut :


Hukum Kirchoff Arus dan Tegangan :



Loop 1

(Persamaan I)

Loop II

(Persamaan II)

Gabungan persamaan I dan II :



b) Beda potensial antara titik B dan C



c) Beda potensial antara titik B dan D



d) Daya pada hambatan R1

Soal No. 7
Perhatikan gambar berikut!

Tiga buah sumber tegangan dan tiga buah hambatan masing-masing Rx = Ry = Rz = 6 Ω.


Tentukan:
a) Tegangan antara titik A dan B
b) Kuat arus yang melalui Ry

Pembahasan
Tipe soal seperti nomor 6, akan digunakan cara yang berbeda. Anggap rangkaian di atas jadi seperti ini:


Jadi dari A ke B ada tiga jalan, lewat kiri, lewat tengah atau lewat kanan.

a) Tegangan antara titik A dan B
Langkah pertama cari total hambatan dalam rangkaian, R1 adalah total hambatan di cabang 1 (kiri), R2 untuk total hambatan cabang 2 (tengah) dan R3 untuk total cabang 3 (kanan).



Setelah ketemu Rtotal, tinggal menentukan tegangan antara titik A dan B



dengan E1 adalah total tegangan sumber di cabang 1, E2 di cabang 2 dan E3 dicabang 3.



b) Kuat arus yang melalui Ry
Tinjau cabang yang tengah saja, karena VAB telah dihitung tadi (dapat 12 volt), tinggal gabung dengan VAB dari rumus berikut:



VAB diisi 12 volt, sehingga:

Soal No. 8
Pada rangkaian listrik sederhana seperti pada gambar!


Besar kuat arus I1 adalah...
A. 0,25 A
B. 0,30 A
C. 0,36 A
D. 0,45 A
E. 0,50 A
UN Fisika 2009 P45 No. 27

Pembahasan
Seperti nomor 7, bedanya ditengah tidak ada baterainya. Lupakan dulu arah panah arus I1 pada soal, disini dianggap ke bawah dulu biar sama kerjanya dengan soal sebelumnya:



Total hambatan:



Beda potensial (tegangan) antara titik E dan B:



Kuat arus I1, lihat cabang kiri saja:



Jika disesuaikan tanda panah pada soal, besar I1 adalah 0,25 A.

Soal No. 9
Diberikan rangkaian listrik seperti gambar berikut!


Kuat arus yang melalui hambatan 2 Ω sebesar....
A. 2 A dari A ke B melalui hambatan 2 Ω
B. 2 A dari B ke A melalui hambatan 2 Ω
C. 3 A dari A ke B melalui hambatan 2 Ω
D. 3 A dari B ke A melalui hambatan 2 Ω
E. 4 A dari A ke B melalui hambatan 2 Ω

Pembahasan
Karena salah satu cabang ada yang memiliki "hanya" sumber tegangan saja (paling kanan, R = 0), maka VAB bisa langsung diambil VAB = 6 volt atau kalau dipakai rumus cukup dari



VAB = 6 + I(0) = 6 volt

Dari cabang paling kiri, untuk menentukan arusnya, misal arusnya I1:



Diperoleh


Jadi besar arusnya 3 A, dari B ke A melalui hambatan 2 Ω.

Soal No. 10
Kuat arus listrik (I) pada rangkaian berikut besarnya....


A. 12/2 A
B. 13/3 A
C. 14/4 A
D. 15/5 A
E. 16/6 A

Pembahasan
Rangkaian diatas merupakan bentuk lain dari susunan tiga resistor yang dirangkai secara paralel. Hambatan penggantinya seperti biasa:



Kuat arusnya:

Soal No. 11
Perhatikan rangkaian di bawah ini



Bila hambatan dalam sumber tegangan masing-masing 0,5 Ω 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
(UN Fisika 2011)

Pembahasan
Rangkaian listrik arus searah /DC sederhana dengan melibatkan beberapa hambatan dalam. Dengan hukum Kirchoff tegangan didapat:

ΣE + ΣIR = 0
9 − 18 + I(2 + 3 + 0,5) = 0
6I = 9
I = 9/6 = 1,5 A

Soal No. 12
Dari gambar rangkaian di samping besar kuat arus rangkaian adalah…..



A. 3 A
B. 4 A
C. 6 A
D. 8 A
E. 12 A
(UN Fisika 2013)

Pembahasan
Total sumber tegangannya 12 volt + 12 volt = 24 volt.
Total hambatannya 2 Ω + 3 Ω + Ω = 8 Ω

Jadi kuat arus rangkaiannya 24 volt : 8 Ω = 3 A

Contoh tentang susunan hambatan listrik dapat dibaca di artikel dengan titel Hambatan Listrik, tentang daya dan energi berjudul Energi dan Daya Listrik Dinamis.