Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Gaya Gerak Listrik: 32+ Soal Fisika GGL Paling Lengkap & Dijamin Lulus!
Pilihan Ganda
1. 1. Apa definisi yang paling tepat untuk Gaya Gerak Listrik (GGL)?
A. Beda potensial antara dua titik dalam rangkaian tertutup.
B. Energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan 1 Coulomb dari satu titik ke titik lain.
C. Energi per satuan muatan yang diberikan oleh sumber untuk menggerakkan muatan melalui rangkaian lengkap.
D. Hambatan total yang dialami oleh arus listrik dalam suatu rangkaian.
2. 2. Satuan SI untuk Gaya Gerak Listrik (GGL) adalah…
A. Ampere (A)
B. Ohm (Ω)
C. Volt (V)
D. Joule (J)
3. 3. Sebuah baterai memiliki GGL 12 V dan hambatan dalam 0,5 Ω. Jika baterai dihubungkan dengan hambatan luar 5,5 Ω, kuat arus yang mengalir dalam rangkaian adalah…
A. 2 A
B. 2,2 A
C. 2,4 A
D. 2,5 A
4. 4. Tegangan jepit pada suatu sumber GGL akan selalu…
A. Sama dengan GGL sumber.
B. Lebih besar dari GGL sumber.
C. Lebih kecil dari GGL sumber jika ada arus mengalir.
D. Tidak bergantung pada hambatan dalam sumber.
5. 5. Faktor-faktor yang memengaruhi besar GGL induksi pada kumparan adalah, KECUALI…
A. Laju perubahan fluks magnetik.
B. Jumlah lilitan kumparan.
C. Hambatan kawat kumparan.
D. Luas penampang kumparan.
6. 6. Hukum yang menyatakan bahwa GGL induksi yang timbul berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik adalah…
A. Hukum Ohm
B. Hukum Kirchhoff
C. Hukum Lenz
D. Hukum Faraday
7. 7. Arah arus induksi yang berlawanan dengan penyebabnya dijelaskan oleh…
A. Hukum Ohm
B. Hukum Kirchhoff
C. Hukum Lenz
D. Hukum Faraday
8. 8. Sebuah kawat penghantar digerakkan memotong medan magnet homogen. GGL induksi akan timbul jika kawat bergerak…
A. Sejajar dengan arah medan magnet.
B. Tegak lurus dengan arah medan magnet.
C. Diam dalam medan magnet.
D. Dengan kecepatan konstan sejajar medan magnet.
9. 9. Sebuah generator AC menghasilkan GGL maksimum 100 V. Jika frekuensi putaran kumparan dipercepat menjadi dua kali semula, GGL maksimum yang dihasilkan akan menjadi…
A. 50 V
B. 100 V
C. 141 V
D. 200 V
10. 10. Sebuah kumparan dengan 200 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dari 0,02 Wb menjadi 0,08 Wb dalam waktu 0,1 detik. Besar GGL induksi yang timbul adalah…
A. 120 V
B. 140 V
C. 160 V
D. 180 V
11. 11. Hambatan dalam suatu sumber GGL menyebabkan…
A. GGL sumber berkurang saat digunakan.
B. Tegangan jepit lebih besar dari GGL.
C. Adanya energi yang hilang dalam bentuk panas di dalam sumber.
D. Kuat arus dalam rangkaian menjadi tak terbatas.
12. 12. Tiga buah baterai masing-masing memiliki GGL 1,5 V dan hambatan dalam 0,1 Ω. Jika ketiga baterai dihubungkan secara seri, GGL total dan hambatan dalam totalnya adalah…
A. GGL_total = 1,5 V, r_total = 0,1 Ω
B. GGL_total = 4,5 V, r_total = 0,1 Ω
C. GGL_total = 4,5 V, r_total = 0,3 Ω
D. GGL_total = 1,5 V, r_total = 0,3 Ω
13. 13. Jika tiga baterai pada soal nomor 12 dihubungkan secara paralel, GGL total dan hambatan dalam totalnya adalah…
A. GGL_total = 1,5 V, r_total = 0,1/3 Ω
B. GGL_total = 4,5 V, r_total = 0,1 Ω
C. GGL_total = 1,5 V, r_total = 0,3 Ω
D. GGL_total = 4,5 V, r_total = 0,3 Ω
14. 14. Sebuah dinamo sepeda menghasilkan GGL induksi ketika roda berputar. Peristiwa ini merupakan aplikasi dari prinsip…
A. Arus listrik menghasilkan medan magnet.
B. Medan magnet menghasilkan gaya pada kawat berarus.
C. Perubahan fluks magnetik menghasilkan GGL.
D. Arus listrik mengalir dalam rangkaian tertutup.
15. 15. Pada rangkaian listrik, jika tegangan jepit sama dengan GGL sumber, ini berarti…
A. Arus listrik yang mengalir sangat besar.
B. Hambatan luar bernilai nol.
C. Tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian.
D. Hambatan dalam sumber sangat besar.
16. 16. Sebuah kumparan dihubungkan dengan galvanometer. Ketika kutub utara magnet dimasukkan ke dalam kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Jika kutub utara magnet dikeluarkan dari kumparan, jarum galvanometer akan menyimpang ke…
A. Kanan
B. Kiri
C. Tidak menyimpang
D. Bergetar di tengah
17. 17. Induktansi diri (L) suatu solenoida berbanding lurus dengan…
A. Panjang solenoida.
B. Luas penampang solenoida.
C. Kuat arus yang mengalir.
D. Laju perubahan arus.
18. 18. Sebuah penghantar panjang 20 cm digerakkan dengan kecepatan 5 m/s tegak lurus terhadap medan magnet homogen 0,4 T. GGL induksi yang timbul pada penghantar adalah…
A. 0,2 V
B. 0,4 V
C. 0,6 V
D. 0,8 V
19. 19. Jika sebuah sumber GGL dihubungkan dengan rangkaian terbuka, maka…
A. Arus mengalir maksimum.
B. Tegangan jepit = 0.
C. Tegangan jepit = GGL sumber.
D. Hambatan dalam tidak berfungsi.
20. 20. Manakah di antara berikut yang BUKAN merupakan sumber GGL?
A. Baterai aki
B. Termokopel
C. Resistor
D. Generator
Isian Singkat
1. 1. Perbedaan utama antara GGL dan tegangan jepit terletak pada keberadaan…
2. 2. Hukum yang menjelaskan bahwa GGL induksi berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik adalah Hukum…
3. 3. Jika sebuah baterai dihubungkan singkat (short circuit), arus yang mengalir akan sangat besar karena hambatan luar menjadi…
4. 4. Satuan induktansi diri adalah…
5. 5. Energi kimia di dalam baterai diubah menjadi energi listrik sebagai…
Uraian
1. 1. Jelaskan perbedaan mendasar antara Gaya Gerak Listrik (GGL) dan tegangan jepit (beda potensial terminal) pada sebuah sumber tegangan! Kapan keduanya bernilai sama?
2. 2. Sebuah kumparan kawat memiliki 500 lilitan dan luas penampang 20 cm². Medan magnet yang menembus kumparan berubah dari 0,1 T menjadi 0,5 T dalam waktu 0,05 detik. Hitunglah besar GGL induksi rata-rata yang timbul pada kumparan!
3. 3. Dua buah sumber GGL, masing-masing ε₁ = 6 V, r₁ = 0,5 Ω dan ε₂ = 4 V, r₂ = 0,3 Ω, dihubungkan secara seri dan dihubungkan dengan hambatan luar R = 3,2 Ω. Hitunglah kuat arus total yang mengalir dalam rangkaian!
4. 4. Jelaskan fenomena GGL induksi diri (self-inductance) pada sebuah induktor dan bagaimana hal tersebut dapat menentang perubahan arus listrik yang melaluinya!
5. 5. Sebuah baterai memiliki GGL 9 V. Ketika dihubungkan dengan hambatan 2 Ω, arus yang mengalir adalah 4 A. Berapa hambatan dalam baterai tersebut?
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisi/konsep di kolom kanan:
1. GGL
2. Hukum Faraday
3. Hukum Lenz
4. Hambatan Dalam
A. Energi per satuan muatan dari sumber.
B. Menentang perubahan fluks magnetik.
C. Menyebabkan hilangnya tegangan pada sumber.
D. GGL induksi sebanding dengan laju perubahan fluks.
2. Cocokkan istilah di kolom kiri dengan satuan yang benar di kolom kanan:
1. GGL
2. Fluks Magnetik
3. Induktansi Diri
4. Kuat Arus
A. Henry (H)
B. Volt (V)
C. Ampere (A)
D. Weber (Wb)
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: GGL adalah energi per satuan muatan yang diberikan oleh sumber (misalnya baterai atau generator) untuk menggerakkan muatan melalui seluruh rangkaian, baik di dalam sumber maupun di luar sumber.
2. C
Pembahasan: GGL adalah energi per satuan muatan (Joule per Coulomb), yang setara dengan Volt.
3. A
Pembahasan: Rumus arus I = GGL / (R_luar + r_dalam) = 12 V / (5,5 Ω + 0,5 Ω) = 12 V / 6 Ω = 2 A.
4. C
Pembahasan: Tegangan jepit (V) = GGL – Ir, di mana Ir adalah tegangan yang hilang pada hambatan dalam. Jika arus (I) mengalir, maka tegangan jepit akan lebih kecil dari GGL.
5. C
Pembahasan: GGL induksi (berdasarkan Hukum Faraday) bergantung pada laju perubahan fluks magnetik (dΦ/dt) dan jumlah lilitan (N). Hambatan kawat kumparan memengaruhi arus yang mengalir, bukan GGL induksi itu sendiri. Luas penampang kumparan memengaruhi fluks magnetik.
6. D
Pembahasan: Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik menyatakan bahwa GGL induksi = -N (dΦ/dt).
7. C
Pembahasan: Hukum Lenz menjelaskan arah GGL induksi dan arus induksi, yang selalu berusaha menentang perubahan fluks magnetik penyebabnya.
8. B
Pembahasan: GGL induksi hanya timbul jika ada perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kawat. Ini terjadi ketika kawat memotong garis-garis medan magnet, yaitu saat bergerak tegak lurus terhadap medan magnet.
9. D
Pembahasan: GGL maksimum (ε_maks) pada generator AC berbanding lurus dengan frekuensi putaran (ω atau f). Jika frekuensi dipercepat dua kali, maka GGL maksimum juga akan menjadi dua kali semula (2 × 100 V = 200 V).
10. A
Pembahasan: ΔΦ = 0,08 – 0,02 = 0,06 Wb. Δt = 0,1 s. GGL induksi = -N (ΔΦ/Δt) = -200 × (0,06 / 0,1) = -200 × 0,6 = -120 V. Besar GGL adalah 120 V.
11. C
Pembahasan: Hambatan dalam (r) menyebabkan sebagian energi listrik yang dihasilkan sumber diubah menjadi energi panas (I²r) di dalam sumber itu sendiri, sehingga tegangan jepit lebih kecil dari GGL.
12. C
Pembahasan: Untuk rangkaian seri, GGL_total = ΣGGL = 3 × 1,5 V = 4,5 V. r_total = Σr = 3 × 0,1 Ω = 0,3 Ω.
13. A
Pembahasan: Untuk rangkaian paralel baterai identik, GGL_total = GGL satu baterai = 1,5 V. 1/r_total = 1/r₁ + 1/r₂ + 1/r₃ = 3/0,1, sehingga r_total = 0,1/3 Ω.
14. C
Pembahasan: Dinamo bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik, di mana putaran roda menyebabkan perubahan fluks magnetik pada kumparan, yang kemudian menghasilkan GGL induksi.
15. C
Pembahasan: Tegangan jepit V = GGL – Ir. Jika V = GGL, maka Ir = 0. Ini berarti tidak ada arus (I=0) yang mengalir dalam rangkaian (rangkaian terbuka).
16. B
Pembahasan: Berdasarkan Hukum Lenz, arah arus induksi akan berlawanan. Jika saat masuk menyimpang ke kanan, maka saat keluar (perubahan fluks berlawanan) akan menyimpang ke kiri.
17. B
Pembahasan: Rumus induktansi diri solenoida L = μ₀N²A/l. Jadi, L berbanding lurus dengan luas penampang (A) dan kuadrat jumlah lilitan (N²), serta berbanding terbalik dengan panjang solenoida (l).
18. B
Pembahasan: GGL induksi pada penghantar bergerak = B × l × v = 0,4 T × 0,2 m × 5 m/s = 0,4 V.
19. C
Pembahasan: Pada rangkaian terbuka, tidak ada arus yang mengalir (I=0). Sehingga tegangan jepit V = GGL – Ir = GGL – 0 × r = GGL.
20. C
Pembahasan: Resistor adalah komponen pasif yang menghambat aliran arus, bukan menghasilkan GGL. Baterai, termokopel (efek Seebeck), dan generator adalah sumber GGL.
Isian Singkat
1. Hambatan dalam
2. Faraday
3. Nol (atau sangat kecil)
4. Henry (H)
5. GGL
Uraian
1. GGL (ε) adalah energi per satuan muatan yang diberikan oleh sumber untuk menggerakkan muatan melalui seluruh rangkaian (termasuk hambatan dalam). Tegangan jepit (V_jepit) adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber saat arus mengalir melalui rangkaian luar. Perbedaannya terletak pada adanya tegangan yang hilang (Ir) pada hambatan dalam (r) sumber. Secara matematis, V_jepit = ε – Ir.
Keduanya bernilai sama (V_jepit = ε) ketika tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian (I = 0), yaitu saat rangkaian terbuka.
2. Diketahui:
N = 500 lilitan
A = 20 cm² = 20 × 10⁻⁴ m²
B₁ = 0,1 T
B₂ = 0,5 T
Δt = 0,05 s
Perubahan fluks magnetik (ΔΦ) = Δ(B × A) = (B₂ – B₁) × A
ΔΦ = (0,5 T – 0,1 T) × 20 × 10⁻⁴ m²
ΔΦ = 0,4 T × 20 × 10⁻⁴ m² = 8 × 10⁻⁴ Wb
GGL induksi (ε) = -N (ΔΦ / Δt)
ε = -500 × (8 × 10⁻⁴ Wb / 0,05 s)
ε = -500 × (0,0008 / 0,05)
ε = -500 × 0,016
ε = -8 V
Besar GGL induksi rata-rata adalah 8 V.
3. Untuk rangkaian seri:
GGL_total = ε₁ + ε₂ = 6 V + 4 V = 10 V
r_total = r₁ + r₂ = 0,5 Ω + 0,3 Ω = 0,8 Ω
Hambatan total rangkaian = R_luar + r_total = 3,2 Ω + 0,8 Ω = 4 Ω
Kuat arus total (I) = GGL_total / Hambatan_total
I = 10 V / 4 Ω = 2,5 A
Jadi, kuat arus total yang mengalir dalam rangkaian adalah 2,5 A.
4. GGL induksi diri adalah GGL yang timbul dalam suatu kumparan (induktor) itu sendiri karena perubahan arus listrik yang mengalir melaluinya. Ketika arus dalam induktor berubah (bertambah atau berkurang), fluks magnetik yang dihasilkan oleh arus tersebut juga berubah. Perubahan fluks magnetik ini, sesuai Hukum Faraday, akan menginduksi GGL pada kumparan itu sendiri.
Menurut Hukum Lenz, GGL induksi diri ini selalu berusaha menentang perubahan arus yang menyebabkannya. Jika arus bertambah, GGL induksi diri akan berlawanan arah dengan tegangan sumber, berusaha mengurangi kenaikan arus. Jika arus berkurang, GGL induksi diri akan searah dengan tegangan sumber, berusaha mempertahankan arus agar tidak cepat berkurang. Ini menyebabkan induktor bersifat “malas” terhadap perubahan arus.
5. Diketahui:
ε = 9 V
R = 2 Ω
I = 4 A
Rumus tegangan jepit: V_jepit = I × R = 4 A × 2 Ω = 8 V
Rumus GGL: ε = V_jepit + I × r
9 V = 8 V + 4 A × r
1 V = 4 A × r
r = 1 V / 4 A = 0,25 Ω
Jadi, hambatan dalam baterai tersebut adalah 0,25 Ω.
Mencocokkan
1. 1-A, 2-D, 3-B, 4-C
2. 1-B, 2-D, 3-A, 4-C