Pengantar
Daya listrik adalah salah satu konsep fundamental dalam fisika yang sangat relevan dalam kehidupan sehari-hari. Dari menghidupkan lampu hingga mengisi daya ponsel, daya listrik memegang peranan krusial. Memahami bagaimana daya listrik bekerja, rumus-rumus yang terkait, dan cara menghitungnya adalah kunci untuk menguasai topik ini. Artikel ini menyajikan berbagai jenis soal fisika tentang daya listrik, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, esai, hingga menjodohkan, lengkap dengan kunci jawaban dan pembahasan mendetail. Persiapkan diri Anda untuk menguji dan memperdalam pemahaman Anda tentang daya listrik!
I. Soal Pilihan Ganda
- Manakah di antara pernyataan berikut yang paling tepat mendefinisikan daya listrik?
- Jumlah energi listrik yang disimpan dalam suatu rangkaian.
- Laju energi listrik yang diubah menjadi bentuk energi lain per satuan waktu.
- Jumlah muatan listrik yang mengalir melalui suatu konduktor.
- Besarnya gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan listrik.
- Perbandingan antara tegangan dan arus listrik.
- Sebuah setrika listrik memiliki tegangan 220 V dan arus 2 A. Berapa daya listrik setrika tersebut?
- 110 W
- 220 W
- 330 W
- 440 W
- 550 W
- Jika sebuah lampu memiliki hambatan 100 Ω dan dialiri arus 0,5 A, berapa daya listrik lampu tersebut?
- 12,5 W
- 25 W
- 50 W
- 100 W
- 200 W
- Sebuah pemanas air listrik dengan hambatan 50 Ω dihubungkan ke sumber tegangan 200 V. Berapa daya listrik pemanas air tersebut?
- 400 W
- 800 W
- 1000 W
- 1200 W
- 1600 W
- Berapa energi listrik yang digunakan oleh lampu 100 W yang menyala selama 5 jam?
- 0,5 Wh
- 5 Wh
- 50 Wh
- 500 Wh
- 5000 Wh
- Dua lampu memiliki rating 100 W/220 V dan 60 W/220 V. Jika kedua lampu dihubungkan secara paralel ke sumber 220 V, bagaimana perbandingan dayanya?
- 100 : 60
- 60 : 100
- 100 : 160
- 160 : 100
- Tidak dapat dibandingkan.
- Tiga resistor masing-masing 2 Ω, 3 Ω, dan 5 Ω dirangkai seri dan dihubungkan ke sumber tegangan. Jika arus yang mengalir adalah 2 A, berapa daya total yang diserap rangkaian?
- 20 W
- 30 W
- 40 W
- 50 W
- 60 W
- Dua resistor 10 Ω dirangkai paralel dan dihubungkan ke sumber tegangan 10 V. Berapa daya total yang diserap rangkaian?
- 5 W
- 10 W
- 15 W
- 20 W
- 25 W
- Sebuah motor listrik memiliki daya input 500 W dan daya output 400 W. Berapa efisiensi motor listrik tersebut?
- 60%
- 70%
- 75%
- 80%
- 90%
- Sebuah TV 150 W dinyalakan 4 jam sehari. Jika tarif listrik Rp 1.000/kWh, berapa biaya yang harus dibayar untuk TV tersebut dalam 30 hari?
- Rp 1.800
- Rp 18.000
- Rp 180.000
- Rp 1.800.000
- Rp 18.000.000
- Sebuah lampu pijar bertuliskan 40 W/220 V. Apa arti dari tulisan tersebut?
- Lampu akan menyala terang jika dihubungkan dengan tegangan 40 V.
- Lampu akan mengonsumsi daya 40 W jika dihubungkan dengan tegangan 220 V.
- Lampu memiliki hambatan 40 Ω pada tegangan 220 V.
- Lampu menghasilkan energi 40 Joule setiap 220 detik.
- Lampu dapat menahan arus hingga 220 A.
- Sebuah alat listrik 1000 W/220 V. Berapa arus maksimum yang dapat mengalir pada alat tersebut?
- sekitar 2,5 A
- sekitar 3,5 A
- sekitar 4,5 A
- sekitar 5,5 A
- sekitar 6,5 A
- Jika sebuah kawat penghantar memiliki hambatan R, dan daya yang diserap P saat dihubungkan ke tegangan V. Jika panjang kawat diperpanjang dua kali lipat (luas penampang tetap), bagaimana perubahan dayanya?
- Menjadi 2P
- Menjadi P/2
- Menjadi 4P
- Menjadi P/4
- Tidak berubah
- Sebuah lampu beroperasi pada tegangan 110 V dengan daya 50 W. Jika lampu tersebut dihubungkan ke tegangan 220 V, berapa daya yang dihasilkan (asumsikan hambatan lampu tetap)?
- 50 W
- 100 W
- 200 W
- 250 W
- 400 W
- Jika hambatan suatu alat listrik diperbesar dua kali lipat, sedangkan tegangan sumber tetap, bagaimana perubahan dayanya?
- Daya menjadi 2 kali lipat
- Daya menjadi 4 kali lipat
- Daya menjadi 1/2 kali lipat
- Daya menjadi 1/4 kali lipat
- Daya tidak berubah
- Manakah dari persamaan berikut yang tidak benar untuk menghitung daya listrik?
- P = V × I
- P = I² × R
- P = V² / R
- P = W / t
- P = I / V
- Satuan daya listrik dalam Sistem Internasional (SI) adalah…
- Joule
- Volt
- Ampere
- Watt
- Ohm
- Faktor-faktor yang memengaruhi besarnya daya listrik pada suatu komponen adalah…
- Massa dan suhu
- Panjang dan luas penampang
- Tegangan, arus, dan hambatan
- Waktu dan jarak
- Kecepatan dan percepatan
- Dua resistor 5 Ω dan 10 Ω dirangkai paralel, lalu dihubungkan ke sumber tegangan 15 V. Berapa daya yang diserap oleh resistor 5 Ω?
- 15 W
- 20 W
- 30 W
- 45 W
- 50 W
- Sebuah baterai memiliki GGL 12 V dan hambatan dalam 1 Ω. Jika baterai dihubungkan ke hambatan luar 5 Ω, berapa daya yang diserap oleh hambatan luar?
- 10 W
- 20 W
- 25 W
- 30 W
- 35 W
II. Soal Isian Singkat
- Satuan internasional daya listrik adalah Watt.
- Rumus daya listrik jika diketahui tegangan (V) dan hambatan (R) adalah P = V² / R.
- Besaran fisika yang diukur dengan satuan Watt adalah Daya listrik.
- Jika tegangan pada suatu alat listrik diperbesar dua kali, sedangkan hambatannya tetap, maka daya yang dihasilkan akan menjadi empat (4) kali lipat.
- Sebuah alat listrik berdaya 150 W digunakan selama 2 jam. Energi listrik yang terpakai adalah 300 Wh.
III. Soal Uraian
- Jelaskan konsep daya listrik dan sebutkan tiga rumus utamanya yang menghubungkan daya dengan tegangan (V), arus (I), dan hambatan (R)!
Daya listrik adalah laju di mana energi listrik diubah menjadi bentuk energi lain (misalnya panas, cahaya, gerak) per satuan waktu. Dengan kata lain, ini adalah seberapa cepat pekerjaan listrik dilakukan.Tiga rumus utamanya adalah:
- P = V × I (Daya = Tegangan × Arus)
- P = I² × R (Daya = Arus kuadrat × Hambatan)
- P = V² / R (Daya = Tegangan kuadrat / Hambatan)
- Sebuah lampu pijar bertuliskan 75 W/220 V. Hitunglah:
- Hambatan listrik lampu tersebut saat beroperasi normal.
- Arus listrik yang mengalir melalui lampu saat beroperasi normal.
Diketahui: P = 75 W, V = 220 V
- Hambatan listrik (R):Menggunakan rumus P = V² / R, maka R = V² / P.R = (220 V)² / 75 W = 48400 / 75 Ω ≈ 645,33 Ω.
- Arus listrik (I):Menggunakan rumus P = V × I, maka I = P / V.I = 75 W / 220 V ≈ 0,34 A.
- Dua buah resistor, R₁ = 15 Ω dan R₂ = 25 Ω, dirangkai seri dan dihubungkan dengan sumber tegangan 40 V. Hitunglah daya total yang diserap oleh rangkaian tersebut!
Diketahui: R₁ = 15 Ω, R₂ = 25 Ω, V_total = 40 VUntuk rangkaian seri:Hambatan total (R_total) = R₁ + R₂ = 15 Ω + 25 Ω = 40 Ω.Daya total (P_total) = V_total² / R_totalP_total = (40 V)² / 40 Ω = 1600 / 40 W = 40 W.
- Sebuah setrika listrik memiliki daya 400 W. Jika setrika tersebut digunakan selama 1,5 jam setiap hari, berapa biaya listrik yang harus dibayar dalam satu bulan (30 hari) jika tarif listrik yang berlaku adalah Rp 1.400/kWh?
Diketahui: P = 400 W, Waktu penggunaan = 1,5 jam/hari, Tarif = Rp 1.400/kWh, Bulan = 30 hari.Energi yang digunakan per hari = P × t = 400 W × 1,5 jam = 600 Wh = 0,6 kWh.Energi yang digunakan per bulan = 0,6 kWh/hari × 30 hari = 18 kWh.Biaya listrik per bulan = Energi per bulan × Tarif = 18 kWh × Rp 1.400/kWh = Rp 25.200.
- Jelaskan perbedaan mendasar dalam perhitungan daya listrik total pada rangkaian seri dan rangkaian paralel untuk dua buah resistor yang identik!
Untuk dua buah resistor identik (R) yang dihubungkan ke sumber tegangan yang sama (V):
- Rangkaian Seri:Hambatan total R_seri = R + R = 2R.Daya total P_seri = V² / R_seri = V² / (2R).Daya pada masing-masing resistor adalah P_individu_seri = (I_seri)² × R = (V / (2R))² × R = V² / (4R).Jadi, daya total lebih kecil karena hambatan total meningkat.
- Rangkaian Paralel:Hambatan total R_paralel = (R × R) / (R + R) = R² / (2R) = R/2.Daya total P_paralel = V² / R_paralel = V² / (R/2) = 2V² / R.Daya pada masing-masing resistor adalah P_individu_paralel = V² / R.Jadi, daya total lebih besar karena hambatan total menurun, dan setiap resistor menerima tegangan penuh V.Secara umum, daya total pada rangkaian paralel akan lebih besar daripada rangkaian seri untuk komponen yang sama jika dihubungkan ke sumber tegangan yang sama.
IV. Soal Menjodohkan
Jodohkan pernyataan di kolom kiri dengan konsep atau rumus yang tepat di kolom kanan.
-
Pernyataan: Laju energi listrik yang diubah per satuan waktu.
Pilihan: Daya listrik
-
Pernyataan: Rumus daya listrik yang melibatkan arus dan hambatan.
Pilihan: P = I²R
Kunci Jawaban dan Pembahasan
I. Soal Pilihan Ganda
- Jawaban: B
Pembahasan: Daya listrik didefinisikan sebagai laju di mana energi listrik diubah (atau dikonsumsi) per satuan waktu. - Jawaban: D
Pembahasan: Menggunakan rumus P = V × I. P = 220 V × 2 A = 440 W. - Jawaban: B
Pembahasan: Menggunakan rumus P = I² × R. P = (0,5 A)² × 100 Ω = 0,25 × 100 W = 25 W. - Jawaban: B
Pembahasan: Menggunakan rumus P = V² / R. P = (200 V)² / 50 Ω = 40000 / 50 W = 800 W. - Jawaban: D
Pembahasan: Energi (W) = Daya (P) × Waktu (t). W = 100 W × 5 jam = 500 Wh. - Jawaban: A
Pembahasan: Dalam rangkaian paralel, tegangan pada setiap lampu sama (220 V). Daya yang tertulis adalah daya nominal pada tegangan tersebut. Jadi perbandingannya tetap 100:60. - Jawaban: C
Pembahasan: Hambatan total seri R_total = 2 + 3 + 5 = 10 Ω. Daya total P_total = I² × R_total = (2 A)² × 10 Ω = 4 × 10 W = 40 W. - Jawaban: D
Pembahasan: Hambatan paralel R_p = (10 × 10) / (10 + 10) = 100 / 20 = 5 Ω. Daya total P_total = V² / R_p = (10 V)² / 5 Ω = 100 / 5 W = 20 W. - Jawaban: D
Pembahasan: Efisiensi = (Daya output / Daya input) × 100%. Efisiensi = (400 W / 500 W) × 100% = 0,8 × 100% = 80%. - Jawaban: B
Pembahasan: Energi per hari = 150 W × 4 jam = 600 Wh = 0,6 kWh. Energi per bulan = 0,6 kWh/hari × 30 hari = 18 kWh. Biaya = 18 kWh × Rp 1.000/kWh = Rp 18.000. - Jawaban: B
Pembahasan: Rating 40 W/220 V berarti lampu akan mengonsumsi daya 40 W jika dihubungkan dengan tegangan 220 V. - Jawaban: C
Pembahasan: Menggunakan rumus P = V × I, maka I = P / V. I = 1000 W / 220 V ≈ 4,54 A. Pilihan terdekat adalah C. - Jawaban: B
Pembahasan: Hambatan kawat R berbanding lurus dengan panjangnya (R = ρL/A). Jika panjang kawat diperpanjang dua kali, R menjadi 2R. Karena P = V²/R dan V tetap, maka P akan menjadi P’ = V² / (2R) = (1/2) × (V²/R) = P/2. - Jawaban: C
Pembahasan: Hambatan lampu (R) dianggap tetap. P = V²/R. Jika V menjadi 2V, maka P’ = (2V)²/R = 4V²/R = 4P. Jadi daya menjadi 4 × 50 W = 200 W. - Jawaban: C
Pembahasan: Menggunakan rumus P = V²/R. Jika R menjadi 2R dan V tetap, maka P’ = V² / (2R) = (1/2) × (V²/R) = P/2. Daya menjadi 1/2 kali lipat. - Jawaban: E
Pembahasan: P = I / V adalah rumus yang salah. P = V/I adalah hambatan (R). - Jawaban: D
Pembahasan: Satuan SI untuk daya adalah Watt (W), yang setara dengan Joule per detik (J/s). - Jawaban: C
Pembahasan: Daya listrik dipengaruhi oleh tegangan (V), arus (I), dan hambatan (R) sesuai rumus P=VI, P=I²R, atau P=V²/R. - Jawaban: D
Pembahasan: Dalam rangkaian paralel, tegangan pada setiap resistor sama dengan tegangan sumber, yaitu 15 V. Daya pada resistor 5 Ω adalah P = V² / R = (15 V)² / 5 Ω = 225 / 5 W = 45 W. - Jawaban: B
Pembahasan: Arus total I = GGL / (R_dalam + R_luar) = 12 V / (1 Ω + 5 Ω) = 12 V / 6 Ω = 2 A. Daya yang diserap hambatan luar P_luar = I² × R_luar = (2 A)² × 5 Ω = 4 × 5 W = 20 W.
II. Soal Isian Singkat
- Watt
- V² / R
- Daya listrik
- Empat (4)
- 300 Wh
III. Soal Uraian
- Daya listrik adalah laju di mana energi listrik diubah menjadi bentuk energi lain (misalnya panas, cahaya, gerak) per satuan waktu. Dengan kata lain, ini adalah seberapa cepat pekerjaan listrik dilakukan.Tiga rumus utamanya adalah:
- P = V × I (Daya = Tegangan × Arus)
- P = I² × R (Daya = Arus kuadrat × Hambatan)
- P = V² / R (Daya = Tegangan kuadrat / Hambatan)
- Diketahui: P = 75 W, V = 220 V
- Hambatan listrik (R):Menggunakan rumus P = V² / R, maka R = V² / P.R = (220 V)² / 75 W = 48400 / 75 Ω ≈ 645,33 Ω.
- Arus listrik (I):Menggunakan rumus P = V × I, maka I = P / V.I = 75 W / 220 V ≈ 0,34 A.
- Diketahui: R₁ = 15 Ω, R₂ = 25 Ω, V_total = 40 VUntuk rangkaian seri:Hambatan total (R_total) = R₁ + R₂ = 15 Ω + 25 Ω = 40 Ω.Daya total (P_total) = V_total² / R_totalP_total = (40 V)² / 40 Ω = 1600 / 40 W = 40 W.
- Diketahui: P = 400 W, Waktu penggunaan = 1,5 jam/hari, Tarif = Rp 1.400/kWh, Bulan = 30 hari.Energi yang digunakan per hari = P × t = 400 W × 1,5 jam = 600 Wh = 0,6 kWh.Energi yang digunakan per bulan = 0,6 kWh/hari × 30 hari = 18 kWh.Biaya listrik per bulan = Energi per bulan × Tarif = 18 kWh × Rp 1.400/kWh = Rp 25.200.
- Untuk dua buah resistor identik (R) yang dihubungkan ke sumber tegangan yang sama (V):
- Rangkaian Seri:Hambatan total R_seri = R + R = 2R.Daya total P_seri = V² / R_seri = V² / (2R).Daya pada masing-masing resistor adalah P_individu_seri = (I_seri)² × R = (V / (2R))² × R = V² / (4R).Jadi, daya total lebih kecil karena hambatan total meningkat.
- Rangkaian Paralel:Hambatan total R_paralel = (R × R) / (R + R) = R² / (2R) = R/2.Daya total P_paralel = V² / R_paralel = V² / (R/2) = 2V² / R.Daya pada masing-masing resistor adalah P_individu_paralel = V² / R.Jadi, daya total lebih besar karena hambatan total menurun, dan setiap resistor menerima tegangan penuh V.Secara umum, daya total pada rangkaian paralel akan lebih besar daripada rangkaian seri untuk komponen yang sama jika dihubungkan ke sumber tegangan yang sama.
IV. Soal Menjodohkan
- Laju energi listrik yang diubah per satuan waktu = Daya listrik
- Rumus daya listrik yang melibatkan arus dan hambatan = P = I²R