Rangkaian Listrik Dinamis : Contoh Soal dan Pembahasannya

Sumber: https://www.youtube.com/watch?v=B8CVOqbKsUs

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

Nonton Video POJOK MATERI : Listrik Dinamis Part 1

Nonton Video POJOK MATERI : Listrik Dinamis Part 2

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

Video Rangkaian Listrik Sederhana

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

Video Rangkaian Listrik Seri da Paralel

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

Baca Juga:

Apa itu Listrik Dinamis dan Apa Saja Contoh dan Rumusnya

Contoh Soal Hukum Coulomb dan Cara Penyelesaiannya

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 

Rangkaian Listrik Terbuka da Tertutup

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 R_total, 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 V_AB telah dihitung tadi (dapat 12 volt), tinggal gabung dengan V_AB dari rumus berikut:

V_AB 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 V_AB bisa langsung diambil V_AB = 6 volt atau kalau dipakai rumus cukup dari

 

V_AB = 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 ASimak video pembelajaran Listrik Dinamis lengkap dengan Contoh Soal dan Pembahasannya!