Kami telah menyusun kumpulan soal fisika generator yang komprehensif, mencakup berbagai format: pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga mencocokkan. Setiap soal pilihan ganda dilengkapi dengan pembahasan mendalam, sementara soal isian dan uraian akan menguji pemahaman konseptual Anda. Baik Anda sedang mempersiapkan ulangan harian, ujian semester, atau sekadar ingin memperdalam pengetahuan, latihan soal ini adalah teman belajar terbaik Anda. Mari kita mulai taklukkan fisika generator dan raih nilai terbaik!
Kumpulan Contoh Soal 20+ Soal Fisika Generator Pilihan Ganda, Isian, Uraian & Mencocokkan (Lengkap Jawaban!)
Pilihan Ganda
1. 1. Prinsip kerja utama sebuah generator listrik didasarkan pada fenomena…
A. Efek termoelektrik
B. Induksi elektromagnetik
C. Efek fotolistrik
D. Resonansi magnetik
2. 2. Komponen generator yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik adalah…
A. Stator
B. Rotor
C. Kumparan
D. Semua benar
3. 3. Pernyataan yang benar mengenai generator AC adalah…
A. Menghasilkan arus searah
B. Menggunakan komutator
C. Menghasilkan GGL induksi yang arahnya berubah-ubah
D. Menggunakan cincin belah
4. 4. Sebuah kumparan generator memiliki 200 lilitan dengan luas penampang 0,02 m². Kumparan berputar dalam medan magnet 0,5 T dengan frekuensi 60 Hz. Berapakah GGL induksi maksimum yang dihasilkan? (Gunakan π ≈ 3,14)
A. 1256 V
B. 753,6 V
C. 251,2 V
D. 376,8 V
5. 5. Fungsi komutator pada generator DC adalah…
A. Mengubah energi mekanik menjadi listrik
B. Mengarahkan arus listrik ke sirkuit luar
C. Mengubah arus bolak-balik yang dihasilkan menjadi arus searah
D. Memperkuat medan magnet
6. 6. Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik menyatakan bahwa GGL induksi berbanding lurus dengan…
A. Laju perubahan fluks magnetik
B. Kuat arus listrik
C. Hambatan kawat
D. Suhu kumparan
7. 7. Jika jumlah lilitan kumparan pada generator diperbanyak, maka…
A. GGL induksi yang dihasilkan berkurang
B. GGL induksi yang dihasilkan tetap
C. GGL induksi yang dihasilkan bertambah
D. Frekuensi putaran kumparan berkurang
8. 8. Manakah yang BUKAN merupakan faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi generator?
A. Kecepatan putaran kumparan
B. Kuat medan magnet
C. Luas penampang kumparan
D. Massa kumparan
9. 9. Sebuah generator menghasilkan tegangan puncak 220 V. Jika generator tersebut beroperasi pada frekuensi 50 Hz, berapakah tegangan efektifnya?
A. 220 V
B. 110 V
C. 155,56 V
D. 311,13 V
10. 10. Energi yang diubah menjadi energi listrik oleh generator adalah energi…
A. Kimia
B. Nuklir
C. Mekanik
D. Panas
11. 11. Pernyataan yang paling tepat mengenai cincin seret (slip ring) pada generator adalah…
A. Menghasilkan arus searah
B. Berfungsi sebagai penyearah arus
C. Menghubungkan kumparan dengan sirkuit luar tanpa mengubah polaritas
D. Digunakan pada generator DC
12. 12. Jika arah putaran kumparan pada generator dibalik, maka…
A. Arah GGL induksi yang dihasilkan juga terbalik
B. Besar GGL induksi menjadi dua kali lipat
C. Frekuensi putaran kumparan berkurang
D. Tidak ada perubahan pada GGL induksi
13. 13. Generator AC paling sering digunakan dalam aplikasi…
A. Baterai isi ulang
B. Pembangkit listrik skala besar
C. Motor listrik DC
D. Charger ponsel
14. 14. Sebuah generator memiliki kumparan dengan 150 lilitan. Jika fluks magnetik yang menembus kumparan berubah dari 0,04 Wb menjadi 0,01 Wb dalam waktu 0,05 detik, berapakah GGL induksi rata-rata yang dihasilkan?
A. 90 V
B. 60 V
C. 30 V
D. 15 V
15. 15. Sikat karbon pada generator berfungsi untuk…
A. Menghasilkan medan magnet
B. Menyediakan kontak listrik antara kumparan yang berputar dan sirkuit luar
C. Menstabilkan putaran rotor
D. Mengatur kecepatan generator
16. 16. Perbedaan mendasar antara generator AC dan DC terletak pada…
A. Sumber energi mekaniknya
B. Komponen untuk menyalurkan arus ke sirkuit luar
C. Jenis bahan kumparan
D. Kuat medan magnet yang digunakan
17. 17. Jika kecepatan sudut putaran kumparan generator dipercepat dua kali lipat, maka GGL induksi maksimum yang dihasilkan akan menjadi…
A. Setengah kali lipat
B. Dua kali lipat
C. Empat kali lipat
D. Tetap
18. 18. Sebuah generator sederhana memiliki kumparan dengan 100 lilitan dan luas 0,1 m². Kumparan berputar dalam medan magnet seragam 0,1 T dengan kecepatan sudut 10 rad/s. Berapakah nilai GGL induksi maksimum yang dihasilkan?
A. 10 V
B. 100 V
C. 1 V
D. 0,1 V
19. 19. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) menggunakan generator untuk menghasilkan listrik. Energi mekanik pada PLTA berasal dari…
A. Uap air
B. Angin
C. Air yang jatuh
D. Pembakaran bahan bakar fosil
20. 20. Kumparan pada generator umumnya terbuat dari bahan konduktor seperti…
A. Besi
B. Tembaga
C. Baja
D. Aluminium
Isian Singkat
1. 1. Perubahan fluks magnetik yang menembus kumparan akan menghasilkan GGL induksi, ini adalah pernyataan dari Hukum _________.
2. 2. Bagian generator yang berputar dan di dalamnya terdapat kumparan disebut _________.
3. 3. Untuk menghasilkan arus searah dari generator, diperlukan komponen yang disebut _________.
4. 4. Satuan dari fluks magnetik adalah _________.
5. 5. Arah arus induksi selalu menentang penyebabnya, ini adalah bunyi Hukum _________.
Uraian
1. 1. Jelaskan prinsip kerja dasar sebuah generator listrik!
2. 2. Sebutkan dan jelaskan perbedaan utama antara generator AC dan generator DC!
3. 3. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi besar GGL induksi maksimum yang dihasilkan oleh sebuah generator? Jelaskan mengapa!
4. 4. Sebuah generator AC memiliki GGL induksi maksimum 300 V pada frekuensi 50 Hz. Berapakah GGL induksi sesaat pada saat sudut fasenya 30°?
5. 5. Jelaskan peran sikat karbon pada generator dan mengapa bahan karbon sering digunakan!
Mencocokkan
1. Pasangkan komponen generator berikut dengan fungsinya:
1. Stator
2. Rotor
3. Sikat karbon
4. Cincin seret (slip ring)
A. Bagian generator yang diam
B. Menyalurkan arus bolak-balik dari kumparan ke sirkuit luar
C. Bagian generator yang berputar
D. Menghubungkan bagian yang berputar dengan sirkuit luar
2. Pasangkan jenis generator dengan karakteristik arusnya:
1. Generator AC
2. Generator DC
A. Menghasilkan arus searah
B. Menghasilkan arus bolak-balik
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. B
Pembahasan: Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, di mana perubahan fluks magnetik melalui kumparan menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi.
2. D
Pembahasan: Semua komponen tersebut (stator, rotor, kumparan) bekerja sama dalam proses konversi energi pada generator. Stator adalah bagian yang diam, rotor bagian yang berputar, dan kumparan adalah tempat GGL induksi dihasilkan.
3. C
Pembahasan: Generator AC (Alternating Current) menghasilkan arus bolak-balik, yang berarti arah GGL induksi dan arusnya berubah-ubah secara periodik. Generator AC menggunakan cincin seret (slip ring), bukan komutator atau cincin belah.
4. B
Pembahasan: GGL induksi maksimum (ε_maks) dihitung dengan rumus ε_maks = NBAω, di mana N = 200, B = 0,5 T, A = 0,02 m², dan ω = 2πf = 2 × 3,14 × 60 Hz = 376,8 rad/s. Maka, ε_maks = 200 × 0,5 × 0,02 × 376,8 = 753,6 V.
5. C
Pembahasan: Komutator (cincin belah) pada generator DC berfungsi untuk mengubah GGL induksi bolak-balik yang dihasilkan kumparan menjadi tegangan searah pada sirkuit luar.
6. A
Pembahasan: Hukum Faraday menyatakan bahwa GGL induksi yang timbul pada suatu kumparan berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang melingkupinya (ε = -N dΦ/dt).
7. C
Pembahasan: Berdasarkan rumus GGL induksi (ε = -N dΦ/dt atau ε_maks = NBAω), GGL induksi berbanding lurus dengan jumlah lilitan (N). Jadi, jika N diperbanyak, GGL induksi akan bertambah.
8. D
Pembahasan: Faktor-faktor yang mempengaruhi GGL induksi adalah jumlah lilitan (N), kuat medan magnet (B), luas penampang kumparan (A), dan kecepatan sudut putaran (ω). Massa kumparan tidak secara langsung mempengaruhi besar GGL induksi.
9. C
Pembahasan: Tegangan efektif (V_eff) pada generator AC dihitung dengan rumus V_eff = V_maks ÷ √2. Jadi, V_eff = 220 V ÷ √2 ≈ 220 V ÷ 1,414 ≈ 155,56 V.
10. C
Pembahasan: Generator berfungsi mengubah energi mekanik (misalnya dari turbin air, uap, atau angin) menjadi energi listrik melalui prinsip induksi elektromagnetik.
11. C
Pembahasan: Cincin seret (slip ring) digunakan pada generator AC untuk menghubungkan ujung-ujung kumparan yang berputar dengan sirkuit luar melalui sikat karbon, sehingga arus bolak-balik yang dihasilkan dapat disalurkan.
12. A
Pembahasan: Menurut hukum Lenz, arah GGL induksi selalu sedemikian rupa sehingga menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. Jika arah putaran kumparan dibalik, arah perubahan fluks magnetik juga terbalik, sehingga arah GGL induksi yang dihasilkan juga terbalik.
13. B
Pembahasan: Generator AC ideal untuk pembangkitan dan transmisi listrik skala besar karena tegangan AC dapat dengan mudah dinaikkan atau diturunkan menggunakan transformator, meminimalkan kehilangan daya saat transmisi jarak jauh.
14. A
Pembahasan: GGL induksi rata-rata (ε) dihitung dengan rumus ε = -N (ΔΦ / Δt). ΔΦ = 0,01 Wb – 0,04 Wb = -0,03 Wb. Δt = 0,05 s. Maka, ε = -150 × (-0,03 Wb / 0,05 s) = -150 × (-0,6) = 90 V.
15. B
Pembahasan: Sikat karbon berfungsi sebagai konduktor yang menjaga kontak listrik antara cincin seret (atau komutator) yang berputar dengan sirkuit listrik statis di luar generator, menyalurkan arus yang dihasilkan.
16. B
Pembahasan: Perbedaan utama terletak pada sistem penyearah/penyalur arus. Generator AC menggunakan cincin seret (slip ring) untuk menyalurkan arus bolak-balik, sedangkan generator DC menggunakan komutator (cincin belah) untuk mengubah arus bolak-balik internal menjadi arus searah di sirkuit luar.
17. B
Pembahasan: Berdasarkan rumus ε_maks = NBAω, GGL induksi maksimum berbanding lurus dengan kecepatan sudut (ω). Jika ω menjadi 2ω, maka ε_maks juga akan menjadi 2 kali lipat.
18. A
Pembahasan: Menggunakan rumus ε_maks = NBAω. N = 100, B = 0,1 T, A = 0,1 m², ω = 10 rad/s. Maka, ε_maks = 100 × 0,1 × 0,1 × 10 = 10 V.
19. C
Pembahasan: Pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), energi potensial air yang jatuh diubah menjadi energi kinetik yang memutar turbin, yang kemudian memutar generator untuk menghasilkan listrik.
20. B
Pembahasan: Kumparan generator terbuat dari bahan konduktor dengan resistansi rendah untuk memaksimalkan aliran arus dan meminimalkan kehilangan energi. Tembaga adalah pilihan yang umum karena konduktivitas listriknya yang tinggi.
Isian Singkat
1. Faraday
2. Rotor
3. Komutator (atau cincin belah)
4. Weber (Wb)
5. Lenz
Uraian
1. Prinsip kerja dasar generator listrik adalah induksi elektromagnetik. Ketika kumparan kawat diputar dalam medan magnet (atau medan magnet diubah di sekitar kumparan), terjadi perubahan fluks magnetik yang menembus kumparan. Perubahan fluks magnetik ini menginduksi gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan, yang kemudian menghasilkan arus listrik.
2. Perbedaan utama antara generator AC dan generator DC terletak pada mekanisme penyaluran arus ke sirkuit luar.
1. Generator AC: Menggunakan dua cincin seret (slip ring) yang terhubung ke ujung-ujung kumparan. Cincin seret ini memungkinkan arus bolak-balik yang dihasilkan kumparan untuk disalurkan langsung ke sirkuit luar.
2. Generator DC: Menggunakan komutator (cincin belah) yang berfungsi sebagai penyearah mekanis. Komutator ini membalik arah sambungan kumparan ke sirkuit luar setiap kali arah arus dalam kumparan berbalik, sehingga arus yang disalurkan ke sirkuit luar selalu searah (DC).
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi maksimum (ε_maks) adalah:
1. Jumlah lilitan kumparan (N): Semakin banyak lilitan, semakin besar perubahan fluks magnetik yang dilingkupi, sehingga GGL induksi semakin besar.
2. Kuat medan magnet (B): Semakin kuat medan magnet, semakin besar fluks magnetik yang berubah, sehingga GGL induksi semakin besar.
3. Luas penampang kumparan (A): Semakin besar luas penampang kumparan, semakin besar area yang dilalui fluks magnetik, sehingga GGL induksi semakin besar.
4. Kecepatan sudut putaran kumparan (ω): Semakin cepat kumparan berputar, semakin cepat pula perubahan fluks magnetik, sehingga GGL induksi semakin besar. Ini juga berarti frekuensi putaran (f) berpengaruh, karena ω = 2πf.
4. GGL induksi sesaat (ε) dihitung dengan rumus ε = ε_maks sin(ωt) atau ε = ε_maks sin(θ), di mana θ adalah sudut fase. Diketahui ε_maks = 300 V dan θ = 30°. Maka, ε = 300 V × sin(30°) = 300 V × 0,5 = 150 V. Jadi, GGL induksi sesaatnya adalah 150 V.
5. Sikat karbon pada generator berfungsi sebagai penghubung listrik antara bagian yang berputar (cincin seret atau komutator) dengan sirkuit listrik statis di luar generator. Sikat ini menyalurkan arus listrik yang dihasilkan kumparan ke beban eksternal. Karbon sering digunakan karena memiliki sifat konduktivitas listrik yang baik, relatif lunak sehingga tidak merusak permukaan cincin, dan memiliki sifat pelumas diri yang mengurangi gesekan dan keausan.
Mencocokkan
1. 1-A, 2-C, 3-D, 4-B
2. 1-B, 2-A