Artikel ini hadir sebagai solusi terbaik Anda! Kami telah merangkum lebih dari 30 contoh soal fisika impedansi, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga mencocokkan, yang dirancang khusus untuk menguji dan memperdalam pemahaman Anda. Setiap soal dilengkapi dengan kunci jawaban dan pembahasan yang jelas, membantu Anda memahami setiap langkah penyelesaiannya. Siapkan diri Anda untuk menguasai impedansi RLC dan tingkatkan nilai fisika Anda! Mari kita mulai petualangan belajar ini!
Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Fisika! 32+ Contoh Soal Impedansi RLC Lengkap dengan Pembahasan Super Mudah!
Pilihan Ganda
1. 1. Apa satuan dari impedansi dalam Sistem Internasional (SI)?
A. Ampere
B. Volt
C. Ohm
D. Farad
2. 2. Komponen apa yang menyebabkan reaktansi induktif (Xʟ) dalam rangkaian AC?
A. Resistor
B. Induktor
C. Kapasitor
D. Dioda
3. 3. Rumus untuk menghitung reaktansi kapasitif (Xᴄ) adalah…
A. Xᴄ = ωL
B. Xᴄ = 1 ÷ (ωC)
C. Xᴄ = R
D. Xᴄ = V ÷ I
4. 4. Dalam rangkaian RLC seri, jika Xʟ > Xᴄ, maka rangkaian bersifat…
A. Resistif
B. Induktif
C. Kapasitif
D. Resonansi
5. 5. Apa yang terjadi pada impedansi rangkaian RLC seri saat terjadi resonansi?
A. Impedansi mencapai nilai maksimum
B. Impedansi mencapai nilai minimum
C. Impedansi menjadi nol
D. Impedansi menjadi tak hingga
6. 6. Sebuah resistor 60 Ω, induktor dengan reaktansi induktif 100 Ω, dan kapasitor dengan reaktansi kapasitif 20 Ω dirangkai seri. Berapakah impedansi total rangkaian tersebut?
A. 60 Ω
B. 80 Ω
C. 100 Ω
D. 120 Ω
7. 7. Faktor daya (power factor) dalam rangkaian AC didefinisikan sebagai…
A. Z ÷ R
B. R ÷ Z
C. Xʟ ÷ Z
D. Xᴄ ÷ Z
8. 8. Jika frekuensi sudut (ω) meningkat, bagaimana pengaruhnya terhadap reaktansi induktif (Xʟ)?
A. Xʟ menurun
B. Xʟ meningkat
C. Xʟ tetap
D. Xʟ menjadi nol
9. 9. Jika frekuensi sudut (ω) meningkat, bagaimana pengaruhnya terhadap reaktansi kapasitif (Xᴄ)?
A. Xᴄ menurun
B. Xᴄ meningkat
C. Xᴄ tetap
D. Xᴄ menjadi tak hingga
10. 10. Pada rangkaian RLC seri, tegangan pada resistor adalah 30 V, pada induktor 80 V, dan pada kapasitor 40 V. Tegangan efektif sumber adalah…
A. 30 V
B. 50 V
C. 70 V
D. 150 V
11. 11. Sudut fase antara tegangan dan arus pada rangkaian RLC seri yang bersifat induktif adalah…
A. Tegangan mendahului arus
B. Arus mendahului tegangan
C. Tegangan dan arus sefase
D. Tegangan dan arus berlawanan fase
12. 12. Sebuah rangkaian seri RL memiliki R = 30 Ω dan Xʟ = 40 Ω. Berapa impedansi rangkaian tersebut?
A. 10 Ω
B. 50 Ω
C. 70 Ω
D. 100 Ω
13. 13. Resonansi pada rangkaian RLC seri terjadi ketika…
A. R = Z
B. Xʟ = Xᴄ
C. R = Xʟ
D. R = Xᴄ
14. 14. Fungsi utama resistor dalam rangkaian AC adalah…
A. Menyimpan energi magnetik
B. Menyimpan energi listrik
C. Menghambat aliran arus tanpa perubahan fase
D. Menghasilkan perbedaan fase
15. 15. Jika sebuah kapasitor dihubungkan ke sumber AC, bagaimana hubungan fase antara arus dan tegangan?
A. Arus mendahului tegangan 90°
B. Tegangan mendahului arus 90°
C. Arus dan tegangan sefase
D. Arus dan tegangan berlawanan fase
16. 16. Sebuah kumparan dengan induktansi 0,1 H dihubungkan ke sumber AC dengan frekuensi 50 Hz. Berapakah reaktansi induktifnya?
A. 3,14 Ω
B. 31,4 Ω
C. 62,8 Ω
D. 314 Ω
17. 17. Sebuah kapasitor 100 μF dihubungkan ke sumber AC dengan frekuensi 100 Hz. Berapakah reaktansi kapasitifnya?
A. 15,9 Ω
B. 31,8 Ω
C. 63,6 Ω
D. 159 Ω
18. 18. Impedansi adalah nilai yang sangat penting dalam analisis rangkaian AC karena…
A. Menentukan daya yang hilang
B. Menentukan frekuensi resonansi
C. Menentukan hambatan total terhadap aliran arus AC
D. Menentukan tegangan puncak
19. 19. Jika rangkaian RLC seri memiliki R = 10 Ω, Xʟ = 20 Ω, dan Xᴄ = 20 Ω, berapakah impedansinya?
A. 0 Ω
B. 10 Ω
C. 20 Ω
D. 50 Ω
20. 20. Sudut fase (φ) dapat dihitung menggunakan rumus tan φ = …
A. R ÷ (Xʟ – Xᴄ)
B. (Xʟ – Xᴄ) ÷ R
C. (Xʟ + Xᴄ) ÷ R
D. R ÷ (Xʟ + Xᴄ)
Isian Singkat
1. 1. Jika sebuah rangkaian RLC seri memiliki R = 40 Ω, Xʟ = 90 Ω, dan Xᴄ = 60 Ω, berapakah nilai impedansi total rangkaian tersebut?
2. 2. Sebutkan tiga komponen pasif utama dalam rangkaian arus bolak-balik yang mempengaruhi impedansi!
3. 3. Jika impedansi suatu rangkaian adalah 200 Ω dan hambatan murninya 120 Ω, berapakah faktor dayanya?
4. 4. Pada frekuensi berapa sebuah induktor 0,5 H memiliki reaktansi induktif 314 Ω? (Gunakan π = 3,14)
5. 5. Sebuah rangkaian RLC seri beresonansi pada frekuensi 500 Hz. Jika induktansi induktor adalah 0,2 H, berapakah nilai kapasitansi kapasitornya? (Gunakan π² ≈ 10)
Uraian
1. 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan impedansi dalam rangkaian AC dan mengapa konsep ini penting untuk dipelajari!
2. 2. Sebuah rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber tegangan AC dengan V_eff = 200 V dan frekuensi 50 Hz. Diketahui R = 80 Ω, L = 0,8 H, dan C = 20 μF. Hitunglah:
a. Reaktansi induktif (Xʟ)
b. Reaktansi kapasitif (Xᴄ)
c. Impedansi total (Z)
d. Arus efektif rangkaian (I_eff)
3. 3. Jelaskan kondisi dan karakteristik yang terjadi pada rangkaian RLC seri saat mencapai resonansi!
4. 4. Sebuah rangkaian seri terdiri dari resistor 50 Ω dan kapasitor 50 μF. Rangkaian ini dihubungkan ke sumber AC 100 V dengan frekuensi 100/π Hz. Hitunglah impedansi rangkaian dan arus yang mengalir!
5. 5. Bagaimana pengaruh perubahan frekuensi terhadap reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif? Jelaskan mengapa hal ini terjadi!
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisi atau rumus yang tepat di kolom kanan:
1. Impedansi
2. Reaktansi Induktif
3. Reaktansi Kapasitif
4. Resonansi
A. ωL
B. Kondisi Xʟ = Xᴄ
C. Hambatan total rangkaian AC
D. 1 ÷ (ωC)
2. Cocokkan karakteristik rangkaian dengan kondisi sudut fase:
1. Rangkaian Resistif Murni
2. Rangkaian Induktif
3. Rangkaian Kapasitif
4. Rangkaian Resonansi
A. Arus mendahului tegangan 90°
B. Tegangan mendahului arus 90°
C. Tegangan dan arus sefase
D. Tegangan mendahului arus (0° < φ < 90°)
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: Impedansi adalah hambatan total dalam rangkaian AC, sehingga satuannya sama dengan hambatan, yaitu Ohm (Ω).
2. B
Pembahasan: Reaktansi induktif (Xʟ) dihasilkan oleh induktor, yang menentang perubahan arus.
3. B
Pembahasan: Reaktansi kapasitif (Xᴄ) dihitung dengan rumus 1 ÷ (ωC), di mana ω adalah frekuensi sudut dan C adalah kapasitansi.
4. B
Pembahasan: Jika reaktansi induktif lebih besar dari reaktansi kapasitif (Xʟ > Xᴄ), maka rangkaian bersifat induktif.
5. B
Pembahasan: Pada kondisi resonansi, reaktansi induktif (Xʟ) sama dengan reaktansi kapasitif (Xᴄ), sehingga impedansi menjadi minimum (sama dengan R).
6. C
Pembahasan: Z = √[R² + (Xʟ – Xᴄ)²] = √[60² + (100 – 20)²] = √[3600 + 80²] = √[3600 + 6400] = √[10000] = 100 Ω.
7. B
Pembahasan: Faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara hambatan (R) dan impedansi (Z), yaitu R ÷ Z.
8. B
Pembahasan: Xʟ = ωL. Jika ω meningkat, maka Xʟ juga akan meningkat.
9. A
Pembahasan: Xᴄ = 1 ÷ (ωC). Jika ω meningkat, maka Xᴄ akan menurun.
10. B
Pembahasan: V_total = √[V_R² + (V_L – V_C)²] = √[30² + (80 – 40)²] = √[900 + 40²] = √[900 + 1600] = √[2500] = 50 V.
11. A
Pembahasan: Pada rangkaian induktif, tegangan mendahului arus (atau arus tertinggal dari tegangan).
12. B
Pembahasan: Z = √[R² + Xʟ²] = √[30² + 40²] = √[900 + 1600] = √[2500] = 50 Ω.
13. B
Pembahasan: Resonansi terjadi ketika reaktansi induktif (Xʟ) sama dengan reaktansi kapasitif (Xᴄ).
14. C
Pembahasan: Resistor murni menghambat aliran arus dan tidak menyebabkan pergeseran fase antara tegangan dan arus.
15. A
Pembahasan: Pada kapasitor murni, arus mendahului tegangan sebesar 90°.
16. B
Pembahasan: Xʟ = 2πfL = 2 × 3,14 × 50 × 0,1 = 31,4 Ω.
17. A
Pembahasan: Xᴄ = 1 ÷ (2πfC) = 1 ÷ (2 × 3,14 × 100 × 100 × 10⁻⁶) = 1 ÷ (0,0628) ≈ 15,9 Ω.
18. C
Pembahasan: Impedansi adalah ukuran hambatan total yang ditawarkan oleh rangkaian terhadap aliran arus bolak-balik.
19. B
Pembahasan: Karena Xʟ = Xᴄ, maka terjadi resonansi. Z = R = 10 Ω.
20. B
Pembahasan: Sudut fase dihitung dengan tan φ = (Xʟ – Xᴄ) ÷ R.
Isian Singkat
1. 50 Ω
2. Resistor, Induktor, Kapasitor
3. 0,6
4. 100 Hz
5. 0,5 μF
Uraian
1. Impedansi (Z) adalah ukuran total hambatan yang ditawarkan oleh suatu rangkaian terhadap aliran arus bolak-balik (AC). Ini bukan hanya hambatan resistif murni, tetapi juga mencakup efek reaktansi dari induktor dan kapasitor. Konsep ini penting karena memungkinkan kita untuk menghitung arus dalam rangkaian AC, menentukan daya yang diserap, dan menganalisis perilaku rangkaian pada berbagai frekuensi. Impedansi adalah kunci untuk memahami bagaimana komponen-komponen seperti resistor, induktor, dan kapasitor berinteraksi dalam rangkaian AC, dan sangat fundamental dalam desain dan analisis sistem elektronik.
2. Diketahui: V_eff = 200 V, f = 50 Hz, R = 80 Ω, L = 0,8 H, C = 20 μF = 20 × 10⁻⁶ F.
a. Reaktansi induktif (Xʟ):
ω = 2πf = 2 × 3,14 × 50 = 314 rad/s
Xʟ = ωL = 314 × 0,8 = 251,2 Ω
b. Reaktansi kapasitif (Xᴄ):
Xᴄ = 1 ÷ (ωC) = 1 ÷ (314 × 20 × 10⁻⁶) = 1 ÷ (0,00628) ≈ 159,24 Ω
c. Impedansi total (Z):
Z = √[R² + (Xʟ – Xᴄ)²] = √[80² + (251,2 – 159,24)²] = √[6400 + (91,96)²] = √[6400 + 8456,64] = √[14856,64] ≈ 121,89 Ω
d. Arus efektif rangkaian (I_eff):
I_eff = V_eff ÷ Z = 200 ÷ 121,89 ≈ 1,64 A
3. Resonansi pada rangkaian RLC seri terjadi ketika reaktansi induktif (Xʟ) sama dengan reaktansi kapasitif (Xᴄ).
Karakteristiknya adalah:
1. Xʟ = Xᴄ, sehingga impedansi total (Z) menjadi minimum, yaitu Z = R.
2. Arus dalam rangkaian mencapai nilai maksimum karena impedansi minimum (I = V ÷ R).
3. Sudut fase (φ) antara tegangan dan arus adalah 0°, artinya tegangan dan arus sefase.
4. Faktor daya (cos φ) adalah 1, yang menunjukkan transfer daya maksimum dari sumber ke rangkaian.
5. Frekuensi resonansi (f₀) dapat dihitung dengan rumus f₀ = 1 ÷ (2π√[LC]).
4. Diketahui: R = 50 Ω, C = 50 μF = 50 × 10⁻⁶ F, V = 100 V, f = 100/π Hz.
1. Hitung frekuensi sudut (ω):
ω = 2πf = 2π × (100/π) = 200 rad/s
2. Hitung reaktansi kapasitif (Xᴄ):
Xᴄ = 1 ÷ (ωC) = 1 ÷ (200 × 50 × 10⁻⁶) = 1 ÷ (0,01) = 100 Ω
3. Hitung impedansi (Z):
Z = √[R² + Xᴄ²] = √[50² + 100²] = √[2500 + 10000] = √[12500] ≈ 111,8 Ω
4. Hitung arus (I):
I = V ÷ Z = 100 ÷ 111,8 ≈ 0,894 A
5. Pengaruh perubahan frekuensi terhadap reaktansi:
1. **Reaktansi Induktif (Xʟ)**: Xʟ = ωL = 2πfL.
Jika frekuensi (f) meningkat, maka Xʟ akan meningkat secara linear. Ini karena induktor menentang perubahan arus. Semakin cepat frekuensi berubah, semakin besar perubahan medan magnet yang dihasilkan, dan semakin besar gaya gerak listrik (GGL) induksi balik yang menentang perubahan arus tersebut, sehingga hambatannya (reaktansi) meningkat.
2. **Reaktansi Kapasitif (Xᴄ)**: Xᴄ = 1 ÷ (ωC) = 1 ÷ (2πfC).
Jika frekuensi (f) meningkat, maka Xᴄ akan menurun. Ini karena kapasitor menyimpan muatan. Pada frekuensi tinggi, kapasitor memiliki lebih banyak waktu untuk mengisi dan mengosongkan muatan dalam satu siklus, sehingga ia ‘melewatkan’ arus dengan lebih mudah. Dengan kata lain, hambatannya (reaktansi) menurun pada frekuensi tinggi.
Mencocokkan
1. 1-C, 2-A, 3-D, 4-B
2. 1-C, 2-B, 3-A, 4-C