Contoh Soal dan Pembahasan Listrik Dinamis Kelas 9 SMP

Simak video materi Listrik Dinamis berikut ini yah!

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

Inilah contoh soal dan pembahasan jawaban listrik dinamis arus searah, materi fisika SMP Kelas 9 (IX),tercakup menentukan kuat arus dari muatan dan waktu, menentukan jumlah elektron yang mengalir, hambat jenis kawat, pemasangan ampermeter dan voltmeter pada suatu rangkaian listrik, hukum Ohm, Kirchoff, menentukan hambatan pengganti atau hambatan total untuk rangkaian seri, paralel dan campuran, menentukan daya dan energi listrik, serta menghitung tarif listrik.

Soal No. 1
Dalam waktu dua menit arus listrik sebesar 2 A mengalir sepanjang kawat penghantar. Tentukan:
a) muatan yang berpindah
b) jumlah elektron
 

Pembahasan
Hubungan kuat arus listrik, muatan listrik dan waktu adalah:
I = ^Q / t
Q = I x t

Dengan demikian :
a) Q = I x t
Q = 2 x 120
Q = 240 Coulomb

b) menentukan jumlah elektron dalam muatan
n = ^Q/Q_e
dimana:
n = jumlah elektron

Q_e = muatan satu elektron (1,6 x 10⁻¹⁹ Coulomb)
Q = muatan yang akan dihitung jumlah elektronnya

sehingga:

n = ^Q/Q_e
n = 240 / (1,6 x 10⁻¹⁹)
n = 150 x 10¹⁹
n = 1,5 x 10²¹ buah elektron

Nonton Video POJOK MATERI : Listrik Dinamis Part 1

Nonton Video POJOK MATERI : Listrik Dinamis Part 2

Soal No. 5
Sebuah kawat penghantar memiliki panjang L dan luas penampang A dan memiliki hambatan sebesar 120 Ω. Jika kawat dengan bahan yang sama memiliki panjang 2 L dan luas penampang 3 A, tentukan hambatan kawat kedua ini!

Pembahasan
Rumus untuk menghitung hambatan suatu kawat penghantar adalah:

R = ^ρL/ A

dimana
R = hambatan kawat (Ω)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang kawat (m2)
ρ = hambat jenis kawat

Kawat yang berbahan sama memiliki hambat jenis yang sama, sehingga
R₂ / R₁ = (L₂/A₂₎ / (L₁/A₁)

R₂ = (L₂/L₁) x (A₁/A₂) x R₁
R₂ = (2L/L) x (A/3A) x 120
R₂ = (2/1) x(1/3)
R₂ = (2/3) x 120 = 80 Ω

Soal No. 2
Muatan sebesar 360 C mengalir dalam dua menit dalam suatu rangkaian. Tentukan Kuat arus rangkaian listrik tersebut!

Pembahasan
I = Q/t
I = 360 coulomb / 120 sekon
I = 3 Ampere

Baca juga : 

Apa itu Listrik Dinamis dan Apa Saja Contoh dan Rumusnya

Rumus pada Medan Listrik dan Hukum Coulomb

Sumber Arus dan Sumber Energi Listrik

Soal No. 3
Konversikan satuan berikut:
a) 5 μ C = ........C
b) 100 mC = .........C
c) 5000 nC = .........C

Pembahasan
a) 5 μC = 5 x 10⁻⁶ = 0,000005 C
b) 100 mC = 100 x 10⁻³ = 0,1 C
c) 5000 nC = 5000 x 10⁻⁹ = 5 x 10⁻⁶ = 0,000005 C

Soal No. 4
Konversikan satuan berikut :
a) 5 kΩ = ....... Ω
b) 0,3 kΩ = .....Ω
c) 5 MΩ = .........Ω

Pembahasan
a) 5 kΩ = 5 x 1000 = 5000 Ω
b) 0,3 kΩ = 0,3 x 1000 = 300 Ω
c) 5 MΩ = 5 x 1000000 = 5000000 Ω

Soal No. 6
Sebuah kawat penghantar dengan panjang 10 meter memiliki hambatan sebesar 100 Ω Jika kawat dipotong menjadi 2 bagian yang sama panjang, tentukan hambatan yang dimiliki oleh masing-masing potongan kawat!

Pembahasan
Data dari soal:
L₁ = L
L₂ = 1/2 L
A₁ = A₂
R₁ = 100 Ω
R₂ / R₁ = (L₂/L₁) x R₁

(luas penampang dan hambat jenis kedua kawat adalah sama!!)

R₂ = ( ^{0,5 L} / L) x 100 Ω:
R₂ = 50 Ω (Thanks to nasha atas masukannya,..)

Soal No. 7
Ubah satuan berikut:
a) 300 mA = .........A
b) 12 mA = ..........A

Pembahasan
a) 300 mA = 300 : 1000 = 0,3 A
b) 12 mA = 12 : 1000 = 0,012 A

Soal No. 8
Diberikan sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari tiga buah lampu, dua buah saklar dan sebuah sumber arus listrik. Manakah lampu-lampu yang menyala jika:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka



Pembahasan
Arus listrik akan mengalir jika terdapat beban dan rangkaian yang tertutup, sehingga:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
lampu 2 dan 3 menyala, lampu 1 mati
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
semua lampu akan mati
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
semua lampu menyala
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka
semua lampu mati

Soal No. 9
X dan Y adalah dua buah alat ukur listrik yang berbeda. Manakah posisi pemasangan voltmeter dan amperemeter jika yang diukur adalah tegangan pada lampu 3 dan kuat arus pada lampu 3?



Pembahasan
Voltmeter untuk mengukur tegangan antara dua titik, dalam hal ini adalah tegangan pada lampu 3, voltmeter harus dipasang secara paralel dengan beban yang hendak diukur, posisi yang benar adalah X.
Amperemeter untuk mengukur kuat arus yang mengalir melalui suatu beban dalam hal ini adalah lampu 3, ampermeter harus dipasang secara seri dengan alat yang hendak diukur besar kuat arusnya, so, kabelnya dipotong dulu trus sambungin ke kaki Amperemeter, posisi yang benar adalah Y.

Soal No. 10
Perhatikan gambar berikut



Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B jika R₁, R₂ dan R₃ berturut-turut besarnya adalah 5 Ω, 10 Ω dan 15 Ω!

Pembahasan
Rangkaian diatas adalah tersusun seri, sehingga hambatan penggantinya adalah:

R_t = R₁ + R₂ + R₃
= 5 + 10 + 15
= 30 Ω

Soal No. 11
Pada rangkaian berikut jika R₁ = 9 Ω dan hambatan pengganti antara titik AB adalah 6 Ω tentukan besar hambatan R₂ !


Pembahasan
Rangkaian diatas adalah hambatan yang disusun secara paralal. Hambatan total untuk paralel adalah

1/ R_t = 1/R₁ + 1/R₂
1/ 6 = 1/9 + 1/R₂
1/R₂ = 1/6 − 1/9
1/R₂ = 3/18 − 2/18
1/R₂ = 1/18
R₂ = 18 Ohm

Soal No. 12
Dari rangkaian hambatan berikut R₁ = 10 Ω
R₂ = 9 Ω
R₃ = 18 Ω
Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B!



Pembahasan
Rangkaian campuran, selesaikan paralel antara R₂ dan R₃ terlebih dahulu
1/ R_p = 1/R₂ + 1/R₃
1/ R_p = 1/9 + 1/18
1/ R_p = 2/18 + 1/18
1/ R_p = 3/18
R_p = 18/3 = 6 Ω

Hasil ini kemudian diserikan dengan R₁
R_t = 10 + 6 = 16 Ω

Berikut ini adalah sebuah rangkaian listrik sederhana yang terdiri sebuah baterai sebagai sumber tegangan listrik ε dan sebuah beban resistor R.

Jika ε adalah 12 volt dan R adalah 3 Ω tentukan:
a) kuat arus yang mengalir
b) jumlah muatan yang mengalir dalam 1 menit

Pembahasan
a) kuat arus yang mengalir
Untuk rangkaian sederhana seperti di atas cukup gunakan:
I = ε / R
I = 12 / 3
I = 4 A

b) jumlah muatan yang mengalir dalam 1 menit

Q = I x t
Q = 4 A x 60 detik
Q = 240 Coulomb

Soal No. 14
Sebuah rangkaian terdiri dari sebuah sumber tegangan dan sebuah hambatan seperti ditunjukan gambar berikut!



Tentukan:
a) kuat arus I
b) tegangan jepit AB

Pembahasan
a) Berbeda dengan nomor 14, soal ini pada baterai terdapat hambatan dalam yaitu r, sehingga untuk mencari kuat arus rangkaian

I = ε / R + r
I = 12 / (8,5 + 0,5)
I = 12 / 9
I = 4/3 Ampere

b) Tegangan antara titik A dan B bisa ditemukan melalui 2 cara, yaitu
pertama V_AB = I x R = (4/3) x 8,5 = 11,33 volt
kedua V_AB = ε − I x r = 12 − (4/3)x(0,5) = 11,33 volt

Soal No. 15
Sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari sebuah baterai 12 volt, dan tiga buah hambatan masing-masing:
R₁ = 40 Ω
R₂ = 60 Ω
R₃ = 6 Ω



Tentukan:
a) hambatan total pada rangkaian
b) kuat arus rangkaian (I)
c) kuat arus pada hambatan R₁
d) kuat arus pada hambatan R₂
e) apakah I_total, I₁ dan I₂ memenuhi hukum kirchoff arus?

Pembahasan
a) seperti nomor 12, adik akan mendapatkan jawaban R_total= 30 Ω
b) Kuat arus rangkaian
I = 12 volt / 30 Ω
I = 0,4 A
c) kuat arus pada hambatan R₁
I₁ = I_total x (^R₂ / (R₁ + R₂)
I₁ = 0,4 x (⁶⁰ / (40 + 60)
I₁ = 0,4 x (⁶⁰ / (100) = 0,24 A
d) kuat arus pada hambatan R₂ I₂ = I_total x (^R₁ / (R₁ + R₂) I₂ = 0,4 x (⁴⁰ / (40 + 60)
I₂ = 0,4 x (⁴⁰ / (100) = 0,16 A
e) apakah I_total, I₁ dan I₂ memenuhi hukum kirchoff arus?
Menurut hukum kirchoff arus,
ΣI_masuk = ΣI_keluar
Jadi jumlah I₁ dan I₂ harus sama dengan I_total = 0,4 A
I_total = I₁ + I₂
I_total = 0,24 + 0,16 = 0,40 A, sesuai hasil perhitungan point b diatas.

Soal No. 16
Sebuah lampu dipasang pada tegangan 220 volt dan menghasilkan kuat arus listrik sebesar 0,25 A. Tentukan :
a) daya lampu
b) energi yang digunakan lampu dalam 12 jam

Pembahasan
Rumus daya listrik:
P = V x I
a) daya lampu
P = V x I = 220 x 0,25 = 55 watt

b) energi dalam 12 jam = 12 x 60 x 60 detik = 43200 detik
W = P x t = 55 x 43200 = 2376000 Joule

Soal No. 17
Budi membeli lampu bertuliskan 220 volt, 100 watt, perkirakan hambatan yang dimiliki lampu tersebut!

Pembahasan
Mencari hambatan dari daya lampu yang diketahui:
P = V²/ R
R = V²/ P
R = 220² / 100
R = 484 Ω

Soal No. 18
Anto membeli lampu dengan spesifikasi 220 volt, 100 watt. Jika lampu dipasang Anto pada tegangan 110 volt, berapakah daya lampu saat menyala?

Pembahasan
Hambatan lampu saat dipasang pada tegangan 220 volt maupun 110 adalah tetap
R₂ = R₁
V2²/ P2 = V1²/ P1
P2 = (V1/V2)² x P1
P2 = (110/220) ² x 100 = 1/4 x 100 watt = 25 watt

Soal No. 19
Pemanas air dengan spesifikasi 200 watt digunakan untuk memasak air bersuhu 30°C sebanyak 0,5 kg. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C tentukan berapa lama waktu yang diperlukan hingga air mencapai suhu 100°C !

Pembahasan
Energi listrik diubah menjadi kalor untuk memanaskan air
Data soal:
P = 200 watt
Δ T = 100 − 30 = 70 °C
m = 0,5 kg
c = 4200 J/kg°C
t = ..........

P x t = m x c x ΔT
200 x t = 0,5 x 4200 x 70
t = 147000 / 200
t = 735 detik
t = 735 / 60 menit = 12,25 menit

Soal No. 20
Sebuah rumah memasang 5 lampu 20 watt dan menyala 12 jam sehari, 2 lampu 60 watt menyala 5 jam sehari, sebuah kulkas 125 watt menyala 24 jam sehari, pesawat TV 200 watt menyala 6 jam sehari dan sebuah setrika listrik 250 watt yang dipakai 2 jam sehari. Jika tarif listrik adalah Rp 750 / kwh, perkirakan biaya listrik rumah tersebut dalam satu hari, satu minggu (7 hari) dan satu bulan (30 hari)!

Pembahasan
Cara menghitung tarif listrik :
Pola:
(watt alat)x(jumlah alat)x(lama pemakaian)

Lampu → 20 watt x 5 x 12 jam = 1200 wh
Lampu → 60 watt x 2 x 5 jam = 600 wh
Kulkas → 125 watt x 1 x 24 jam = 3000 wh
TV 200 → watt x 1 x 6 jam = 1200 wh
Setrika → 250 watt x `1 x 2 jam = 500 wh
---------------------------------------- +
Energi dipakai dalam sehari = 6500 wh = 6,5 kwh
Tarif listrik dalam satu hari = Rp 750 x 6,5 = Rp 4875
Tarif listrik dalam satu minggu = Rp 4875 x 7 = Rp 34125
Tarif listrik dalam satu bulan = Rp 4875 x 30 = 146250

Baca Juga :

Karakteristik Rangkaian Listrik Seri

Karakteristik Rangkaian Listrik Paralel

Rumus Hukum Kirchoff I dan II

Soal No. 21
Perhatikan gambar rangkaian listrik di samping ini!
Jika R₁ = R₂ = 10 Ω
R₃ = R₄ = 8 Ω



Berapakah besarnya kuat arus (I) yang mengalir?
A. 0,5 A
B. 2 A
C. 36 A
D. 288 A
(Dari Soal UN IPA 2008/2009)

Pembahasan
Tentukan hambatan pengganti atau hambatan totalnya terlebih dulu:
R₁ dan R₂ susunan seri, tinggal dijumlahkan saja
R₁₂ = 10 + 10 = 20 Ω

R3 dan R4 susunan paralel, pakai seper-seper terus dibalik:
¹/_R34 = ¹/₈ + ¹/₈ = ²/₈
R₃₄ = ⁸/₂ = 4 Ω

R₁₂ dan R₃₄ lantas diseri lagi biar jadi R_total
R_total = 20 + 4 = 24 Ω

Terakhir menghitung arus rangkaian:
I = ^V/_R = ¹²/₂₄ = 0,5 A