soal fisika rangkaian listrik

Pengantar Rangkaian Listrik

Selamat datang di kumpulan soal fisika rangkaian listrik! Artikel ini dirancang khusus untuk membantu siswa memahami dan menguasai konsep-konsep dasar hingga lanjutan dalam rangkaian listrik. Anda akan menemukan berbagai jenis soal mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan, yang mencakup hukum Ohm, hukum Kirchhoff, rangkaian seri dan paralel, daya listrik, energi listrik, serta konsep hambatan, arus, dan tegangan. Setiap soal telah disusun dengan cermat untuk menguji pemahaman teoritis dan kemampuan aplikasi Anda dalam memecahkan masalah fisika. Di akhir artikel, tersedia kunci jawaban lengkap dengan pembahasan singkat untuk setiap soal pilihan ganda, memastikan Anda dapat belajar secara mandiri dan efektif. Mari uji pemahaman Anda dan tingkatkan kemampuan Anda dalam fisika rangkaian listrik!

I. Soal Pilihan Ganda

Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat (A, B, C, D, atau E)!

Sebuah kawat penghantar memiliki hambatan 20 Ω. Jika kawat tersebut dialiri arus listrik sebesar 0,5 A, berapakah beda potensial pada ujung-ujung kawat tersebut?
A. 10 V
B. 20 V
C. 30 V
D. 40 V
E. 50 V
Resistor R₁ = 4 Ω dan R₂ = 6 Ω dihubungkan secara seri. Berapakah hambatan total rangkaian tersebut?
A. 2 Ω
B. 4 Ω
C. 6 Ω
D. 10 Ω
E. 24 Ω
Tiga buah resistor masing-masing 6 Ω, 3 Ω, dan 2 Ω dihubungkan secara paralel. Berapakah hambatan pengganti rangkaian tersebut?
A. 1 Ω
B. 2 Ω
C. 3 Ω
D. 6 Ω
E. 11 Ω
Hukum yang menyatakan bahwa “jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut” adalah…
A. Hukum Ohm
B. Hukum Kirchhoff I
C. Hukum Kirchhoff II
D. Hukum Coulomb
E. Hukum Lenz
Sebuah lampu memiliki daya 60 W ketika dihubungkan dengan tegangan 220 V. Berapakah arus yang mengalir melalui lampu tersebut?
A. 0,27 A
B. 0,33 A
C. 0,5 A
D. 0,6 A
E. 0,73 A
Sebuah elemen pemanas memiliki hambatan 50 Ω. Jika dihubungkan ke sumber tegangan 100 V, berapakah daya listrik yang dihasilkan?
A. 50 W
B. 100 W
C. 200 W
D. 500 W
E. 2000 W
Energi listrik yang digunakan oleh suatu peralatan listrik berdaya 100 W selama 2 jam adalah…
A. 100 J
B. 200 J
C. 720000 J
D. 72000 J
E. 20000 J
Perhatikan gambar rangkaian di bawah ini. Jika R₁ = 2 Ω, R₂ = 3 Ω, dan R₃ = 5 Ω dihubungkan seri dengan sumber tegangan 20 V, berapakah kuat arus total yang mengalir?
A. 1 A
B. 2 A
C. 3 A
D. 4 A
E. 5 A
Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik adalah…
A. Voltmeter
B. Amperemeter
C. Ohmmeter
D. Galvanometer
E. Osiloskop
Satuan internasional untuk hambatan listrik adalah…
A. Volt
B. Ampere
C. Ohm
D. Watt
E. Joule
Tiga buah baterai masing-masing 1,5 V dihubungkan secara seri. Berapakah tegangan total yang dihasilkan?
A. 1,5 V
B. 3,0 V
C. 4,5 V
D. 6,0 V
E. 7,5 V
Pernyataan yang benar mengenai rangkaian paralel adalah…
A. Kuat arus yang mengalir pada setiap cabang sama
B. Tegangan pada setiap cabang berbeda
C. Hambatan total lebih besar dari hambatan terkecil
D. Tegangan pada setiap cabang sama
E. Jika salah satu komponen rusak, komponen lain ikut mati
Faktor-faktor yang mempengaruhi besar hambatan suatu kawat penghantar adalah…
A. Panjang kawat, luas penampang, dan jenis bahan
B. Panjang kawat, tegangan, dan arus
C. Luas penampang, tegangan, dan daya
D. Jenis bahan, arus, dan waktu
E. Tegangan, arus, dan daya
Sebuah setrika listrik memiliki daya 300 W. Jika digunakan selama 1 jam, berapakah energi listrik yang terpakai dalam kWh?
A. 0,1 kWh
B. 0,3 kWh
C. 1 kWh
D. 3 kWh
E. 300 kWh
Sebuah rangkaian listrik memiliki tegangan 12 V dan hambatan total 4 Ω. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut?
A. 0,33 A
B. 3 A
C. 4 A
D. 12 A
E. 48 A
Dua buah resistor, 10 Ω dan 15 Ω, dihubungkan paralel. Kemudian rangkaian paralel ini dihubungkan seri dengan resistor 5 Ω. Berapakah hambatan total rangkaian?
A. 6 Ω
B. 11 Ω
C. 15 Ω
D. 20 Ω
E. 30 Ω
Arus listrik adalah…
A. Gerakan acak elektron
B. Aliran proton dalam konduktor
C. Aliran muatan listrik positif
D. Aliran muatan listrik negatif
E. Aliran elektron yang teratur
Jika sebuah kawat diganti dengan kawat sejenis yang panjangnya dua kali lipat dan luas penampangnya setengah kali lipat dari semula, maka hambatannya akan menjadi…
A. Setengah kali semula
B. Sama dengan semula
C. Dua kali semula
D. Empat kali semula
E. Delapan kali semula
Berapakah biaya listrik yang harus dibayar jika sebuah lampu 100 W menyala 10 jam/hari selama 30 hari, dengan tarif Rp 1.500,00/kWh?
A. Rp 15.000,00
B. Rp 30.000,00
C. Rp 45.000,00
D. Rp 60.000,00
E. Rp 75.000,00
Sebuah rangkaian memiliki dua resistor R₁ dan R₂ yang disusun seri. Jika R₁ = 5 Ω dan tegangan total rangkaian adalah 15 V dengan arus 1,5 A, berapakah nilai R₂?
A. 5 Ω
B. 6 Ω
C. 7 Ω
D. 8 Ω
E. 10 Ω

II. Soal Isian Singkat

Isilah titik-titik di bawah ini dengan jawaban yang tepat!

Hukum Ohm menyatakan bahwa kuat arus listrik berbanding lurus dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan ….
Satuan energi listrik dalam Sistem Internasional adalah ….
Alat untuk mengukur beda potensial listrik adalah ….
Dalam rangkaian seri, jika salah satu komponen dilepas atau rusak, maka ….
Simbol untuk hambatan listrik adalah ….

III. Soal Uraian

Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jelas dan lengkap!

Jelaskan perbedaan mendasar antara rangkaian seri dan rangkaian paralel dalam hal kuat arus dan tegangan!
Tiga buah resistor masing-masing R₁ = 12 Ω, R₂ = 6 Ω, dan R₃ = 4 Ω dihubungkan secara paralel. Jika rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V, hitunglah: a) Hambatan total rangkaian, b) Kuat arus total yang mengalir, dan c) Kuat arus yang mengalir pada masing-masing resistor.
Sebuah alat pemanas listrik memiliki spesifikasi 220 V / 500 W. Hitunglah hambatan dan arus maksimum yang dapat mengalir melalui pemanas tersebut!
Jelaskan bunyi Hukum Kirchhoff I dan berikan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari!
Sebuah lampu pijar bertuliskan 40 W / 220 V. Jika lampu tersebut dipasang pada tegangan 110 V, berapakah daya yang diserap lampu sekarang?

IV. Soal Menjodohkan

Jodohkanlah pernyataan di kolom kiri dengan konsep yang tepat di kolom kanan!

Aliran muatan listrik persatuan waktu
- A. Kuat Arus
Beda potensial listrik
- B. Tegangan
Kemampuan suatu bahan menghambat aliran listrik
- C. Hambatan
Daya listrik
- D. Watt
Energi listrik
- E. Joule

Rangkaian yang kuat arusnya sama di setiap titik
- A. Rangkaian Seri
Rangkaian yang tegangannya sama di setiap cabang
- B. Rangkaian Paralel
Hukum yang berkaitan dengan titik percabangan arus
- C. Hukum Kirchhoff I
Hukum yang berkaitan dengan loop tertutup pada rangkaian
- D. Hukum Kirchhoff II
Hubungan antara V, I, dan R
- E. Hukum Ohm

Kunci Jawaban

I. Kunci Jawaban Pilihan Ganda

A. 10 V
Penjelasan: Menggunakan Hukum Ohm, V = I × R. Jadi, V = 0,5 A × 20 Ω = 10 V.
D. 10 Ω
Penjelasan: Untuk rangkaian seri, hambatan total (R_total) = R₁ + R₂. Jadi, R_total = 4 Ω + 6 Ω = 10 Ω.
A. 1 Ω
Penjelasan: Untuk rangkaian paralel, 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃. Jadi, 1/R_total = 1/6 + 1/3 + 1/2 = (1+2+3)/6 = 6/6 = 1. Maka, R_total = 1 Ω.
B. Hukum Kirchhoff I
Penjelasan: Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus Kirchhoff) secara spesifik menyatakan prinsip kekekalan muatan pada titik percabangan.
A. 0,27 A
Penjelasan: Menggunakan rumus daya P = V × I. Jadi, I = P/V = 60 W / 220 V ≈ 0,27 A.
C. 200 W
Penjelasan: Menggunakan rumus daya P = V²/R. Jadi, P = (100 V)² / 50 Ω = 10000 / 50 = 200 W.
C. 720000 J
Penjelasan: Energi (E) = Daya (P) × Waktu (t). Waktu dalam detik: 2 jam = 2 × 3600 detik = 7200 detik. E = 100 W × 7200 s = 720000 J.
B. 2 A
Penjelasan: Hambatan total seri R_total = R₁ + R₂ + R₃ = 2 + 3 + 5 = 10 Ω. Kuat arus total I = V / R_total = 20 V / 10 Ω = 2 A.
B. Amperemeter
Penjelasan: Amperemeter adalah alat yang dirancang khusus untuk mengukur kuat arus listrik.
C. Ohm
Penjelasan: Satuan internasional untuk hambatan listrik adalah Ohm (Ω).
C. 4,5 V
Penjelasan: Untuk sumber tegangan seri, tegangan total V_total = V₁ + V₂ + V₃ = 1,5 V + 1,5 V + 1,5 V = 4,5 V.
D. Tegangan pada setiap cabang sama
Penjelasan: Pada rangkaian paralel, tegangan (beda potensial) di setiap cabang adalah sama. Kuat arus terbagi, dan hambatan total lebih kecil dari hambatan terkecil.
A. Panjang kawat, luas penampang, dan jenis bahan
Penjelasan: Hambatan (R) suatu kawat penghantar dirumuskan R = ρ × (L/A), di mana ρ adalah hambatan jenis (jenis bahan), L adalah panjang kawat, dan A adalah luas penampang.
B. 0,3 kWh
Penjelasan: Energi (E) = Daya (P) × Waktu (t). P = 300 W = 0,3 kW. Waktu = 1 jam. E = 0,3 kW × 1 jam = 0,3 kWh.
B. 3 A
Penjelasan: Menggunakan Hukum Ohm, I = V / R = 12 V / 4 Ω = 3 A.
B. 11 Ω
Penjelasan: Hambatan paralel R_p = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂) = (10 × 15) / (10 + 15) = 150 / 25 = 6 Ω. Kemudian R_p seri dengan R₃, jadi R_total = R_p + R₃ = 6 Ω + 5 Ω = 11 Ω.
E. Aliran elektron yang teratur
Penjelasan: Arus listrik didefinisikan sebagai aliran muatan listrik (umumnya elektron) yang teratur melalui suatu penghantar.
D. Empat kali semula
Penjelasan: R = ρ × (L/A). Jika L menjadi 2L dan A menjadi 0,5A, maka R’ = ρ × (2L / 0,5A) = ρ × (4L/A) = 4R. Jadi hambatannya menjadi empat kali semula.
C. Rp 45.000,00
Penjelasan: Energi per hari = 100 W × 10 jam = 1000 Wh = 1 kWh. Energi selama 30 hari = 1 kWh/hari × 30 hari = 30 kWh. Biaya = 30 kWh × Rp 1.500,00/kWh = Rp 45.000,00.
A. 5 Ω
Penjelasan: Hambatan total rangkaian R_total = V / I = 15 V / 1,5 A = 10 Ω. Karena R₁ dan R₂ seri, R_total = R₁ + R₂. Jadi, 10 Ω = 5 Ω + R₂. Maka R₂ = 5 Ω.

II. Kunci Jawaban Isian Singkat

hambatan listrik
Joule
Voltmeter
seluruh rangkaian akan terputus/mati
R

III. Kunci Jawaban Uraian

Perbedaan mendasar antara rangkaian seri dan paralel:
- Rangkaian Seri: Kuat arus yang mengalir pada setiap komponen adalah sama. Tegangan pada setiap komponen berbeda (terbagi). Jika salah satu komponen rusak, seluruh rangkaian akan terputus. Hambatan total adalah jumlah dari semua hambatan.
- Rangkaian Paralel: Tegangan (beda potensial) pada setiap cabang/komponen adalah sama. Kuat arus yang mengalir pada setiap cabang berbeda (terbagi). Jika salah satu komponen rusak, komponen lain tetap berfungsi. Hambatan total lebih kecil dari hambatan terkecil.
Perhitungan rangkaian paralel:
Diketahui: R₁ = 12 Ω, R₂ = 6 Ω, R₃ = 4 Ω, V = 12 V.
a) Hambatan total rangkaian (R_p):
1/R_p = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃
1/R_p = 1/12 + 1/6 + 1/4
1/R_p = (1 + 2 + 3) / 12
1/R_p = 6 / 12 = 1/2
R_p = 2 Ω
b) Kuat arus total (I_total):
I_total = V / R_p
I_total = 12 V / 2 Ω
I_total = 6 A

c) Kuat arus pada masing-masing resistor:
(Karena tegangan pada paralel sama, V_R₁ = V_R₂ = V_R₃ = V_total = 12 V)
I₁ = V / R₁ = 12 V / 12 Ω = 1 A
I₂ = V / R₂ = 12 V / 6 Ω = 2 A
I₃ = V / R₃ = 12 V / 4 Ω = 3 A
(Cek: I₁ + I₂ + I₃ = 1 A + 2 A + 3 A = 6 A, sesuai dengan I_total)
Perhitungan hambatan dan arus pemanas listrik:
Diketahui: V = 220 V, P = 500 W.
a) Hambatan (R):
P = V² / R → R = V² / P
R = (220 V)² / 500 W
R = 48400 / 500
R = 96,8 Ω
b) Arus maksimum (I):
P = V × I → I = P / V
I = 500 W / 220 V
I ≈ 2,27 A
Bunyi Hukum Kirchhoff I:
Hukum Kirchhoff I, juga dikenal sebagai Hukum Arus Kirchhoff (KCL), menyatakan bahwa “jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik percabangan (node) dalam suatu rangkaian listrik sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan tersebut.” Ini adalah prinsip kekekalan muatan listrik.
Contoh Penerapan: Pada instalasi listrik rumah tangga, ketika sebuah kabel utama (arus masuk) bercabang untuk menyalakan beberapa lampu dan peralatan elektronik (arus keluar), total arus yang mengalir ke semua peralatan tersebut harus sama dengan arus yang masuk dari kabel utama. Misalnya, jika arus utama 10 A, dan bercabang ke 3 lampu masing-masing 2 A, maka sisa arus 4 A akan mengalir ke peralatan lain yang terhubung ke percabangan tersebut.
Daya lampu pada tegangan berbeda:
Diketahui: Lampu 40 W / 220 V. Dipasang pada V’ = 110 V.
Pertama, hitung hambatan lampu (R) saat beroperasi normal:
P = V² / R → R = V² / P
R = (220 V)² / 40 W
R = 48400 / 40
R = 1210 Ω
Kemudian, hitung daya (P’) lampu saat dipasang pada tegangan 110 V:
P’ = (V’)² / R
P’ = (110 V)² / 1210 Ω
P’ = 12100 / 1210
P’ = 10 W
Jadi, daya yang diserap lampu sekarang adalah 10 W.

IV. Kunci Jawaban Menjodohkan

Aliran muatan listrik persatuan waktu
- A. Kuat Arus
Beda potensial listrik
- B. Tegangan
Kemampuan suatu bahan menghambat aliran listrik
- C. Hambatan
Daya listrik
- D. Watt
Energi listrik
- E. Joule

Rangkaian yang kuat arusnya sama di setiap titik
- A. Rangkaian Seri
Rangkaian yang tegangannya sama di setiap cabang
- B. Rangkaian Paralel
Hukum yang berkaitan dengan titik percabangan arus
- C. Hukum Kirchhoff I
Hukum yang berkaitan dengan loop tertutup pada rangkaian
- D. Hukum Kirchhoff II
Hubungan antara V, I, dan R
- E. Hukum Ohm