Kumpulan Soal Fisika Transformator Ideal Lengkap: Pilihan Ganda, Esai, dan Menjodohkan

A. Pilihan Ganda

1. Ciri utama dari transformator ideal adalah…
   • Efisiensi 100%
   • Tegangan output selalu lebih tinggi dari input
   • Arus output selalu lebih tinggi dari input
   • Memiliki hambatan yang sangat besar
   Jawaban: Efisiensi 100%
   Penjelasan: Transformator ideal diasumsikan tidak memiliki kehilangan energi, sehingga daya input sama dengan daya output, yang berarti efisiensinya 100%.
2. Mengapa daya pada kumparan primer transformator ideal sama dengan daya pada kumparan sekunder?
   • Transformator ideal tidak mengalami kehilangan daya.
   • Jumlah lilitan primer selalu sama dengan lilitan sekunder.
   • Hanya dapat digunakan untuk menurunkan tegangan.
   • Hanya dapat digunakan untuk menaikkan tegangan.
   Jawaban: Transformator ideal tidak mengalami kehilangan daya.
   Penjelasan: Dalam transformator ideal, diasumsikan tidak ada kehilangan energi dalam bentuk panas atau lainnya, sehingga daya input selalu sama dengan daya output.
3. Sebuah transformator ideal memiliki 50 lilitan primer dan 100 lilitan sekunder. Jika tegangan pada kumparan primer adalah 100 V, berapa tegangan pada kumparan sekunder?
   • 50 V
   • 100 V
   • 200 V
   • 400 V
   Jawaban: 200 V
   Penjelasan: Dengan menggunakan rumus Vp/Vs = Np/Ns, kita dapat menghitung: 100/Vs = 50/100, sehingga Vs = (100 × 100) / 50 = 200 V.
4. Sebuah transformator ideal memiliki 100 lilitan primer dan 200 lilitan sekunder. Jika arus pada kumparan primer adalah 2 A, berapa arus pada kumparan sekunder?
   • 0.5 A
   • 1 A
   • 2 A
   • 4 A
   Jawaban: 1 A
   Penjelasan: Untuk transformator ideal, berlaku Is/Ip = Np/Ns. Jadi, Is/2 = 100/200, Is/2 = 1/2, maka Is = 1 A.
5. Jika transformator ideal memiliki 150 lilitan primer dan 300 lilitan sekunder, jenis transformator tersebut adalah…
   • Step-up
   • Step-down
   • Isolasi
   • Autotransformator
   Jawaban: Step-up
   Penjelasan: Karena jumlah lilitan sekunder (300) lebih besar dari lilitan primer (150), transformator ini menaikkan tegangan, sehingga disebut step-up.
6. Untuk transformator ideal jenis step-down, hubungan antara arus dan tegangan primer (Ip, Vp) dengan sekunder (Is, Vs) adalah…
   • Is > Ip dan Vs < Vp
   • Is < Ip dan Vs > Vp
   • Is = Ip dan Vs = Vp
   • Is > Ip dan Vs > Vp
   Jawaban: Is > Ip dan Vs < Vp
   Penjelasan: Transformator step-down menurunkan tegangan (Vs < Vp), dan untuk menjaga daya tetap (Pp = Ps), arus harus meningkat (Is > Ip) karena P = V × I.
7. Komponen transformator yang berfungsi untuk menyalurkan ______ dari kumparan primer ke kumparan sekunder adalah inti besi.
   • Arus listrik
   • Tegangan listrik
   • Fluks magnetik
   • Energi kinetik
   Jawaban: Fluks magnetik
   Penjelasan: Inti besi pada transformator berfungsi untuk mengalirkan fluks magnetik yang dihasilkan oleh kumparan primer menuju kumparan sekunder dengan efisien.
8. Jika sebuah transformator ideal memiliki efisiensi 100%, maka pernyataan yang benar adalah…
   • Daya input selalu sama dengan daya output.
   • Daya input selalu lebih besar dari daya output.
   • Daya input selalu lebih kecil dari daya output.
   • Tidak ada hubungan antara daya input dan daya output.
   Jawaban: Daya input selalu sama dengan daya output.
   Penjelasan: Efisiensi 100% berarti tidak ada kehilangan energi, sehingga daya yang masuk (input) sepenuhnya diubah menjadi daya yang keluar (output).
9. Persamaan yang tepat untuk hubungan tegangan (V) dan jumlah lilitan (N) pada transformator ideal adalah…
   • Vp/Vs = Ns/Np
   • Vp/Vs = Np/Ns
   • Vp × Vs = Np × Ns
   • Vp + Vs = Np + Ns
   Jawaban: Vp/Vs = Np/Ns
   Penjelasan: Ini adalah persamaan dasar hubungan tegangan dan lilitan pada transformator ideal.
10. Persamaan yang tepat untuk hubungan arus (I) dan jumlah lilitan (N) pada transformator ideal adalah…
    • Is/Ip = Ns/Np
    • Is/Ip = Np/Ns
    • Is × Ip = Np × Ns
    • Is + Ip = Np + Ns
    Jawaban: Is/Ip = Np/Ns
    Penjelasan: Ini adalah persamaan dasar hubungan arus dan lilitan pada transformator ideal.
11. Prinsip kerja transformator ideal didasarkan pada…
    • Hukum Newton
    • Hukum Ohm
    • Hukum Kirchhoff
    • Hukum Faraday
    Jawaban: Hukum Faraday
    Penjelasan: Prinsip kerja transformator didasarkan pada induksi elektromagnetik yang dijelaskan oleh Hukum Faraday.
12. Rumus untuk menghitung daya listrik (P) yang berlaku pada kumparan primer dan sekunder transformator ideal adalah…
    • P = V + I
    • P = V / I
    • P = V × I
    • P = I² / R
    Jawaban: P = V × I
    Penjelasan: Daya listrik dihitung dengan mengalikan tegangan (V) dan arus (I).
13. Sebuah transformator ideal diberi tegangan primer 200 V dengan arus primer 2 A. Berapa daya output transformator tersebut?
    • 100 W
    • 200 W
    • 400 W
    • 800 W
    Jawaban: 400 W
    Penjelasan: Daya input Pp = Vp × Ip = 200 V × 2 A = 400 W. Karena ini transformator ideal, daya output Ps = Pp = 400 W.
14. Tegangan primer transformator ideal adalah 100 V dan arus primernya 1 A. Jika tegangan sekunder 200 V, berapa arus sekundernya?
    • 0.25 A
    • 0.5 A
    • 1 A
    • 2 A
    Jawaban: 0.5 A
    Penjelasan: Menggunakan Pp = Ps => Vp × Ip = Vs × Is => 100 V × 1 A = 200 V × Is => 100 = 200 × Is => Is = 100/200 = 0.5 A.
15. Meskipun tidak ada transformator yang benar-benar ideal di dunia nyata, konsep transformator ideal penting untuk dipelajari karena membantu kita dalam…
    • Mempermudah perhitungan
    • Membuat transformator lebih murah
    • Mengurangi kehilangan energi
    • Menjelaskan fenomena supranatural
    Jawaban: Mengurangi kehilangan energi
    Penjelasan: Tidak ada transformator yang 100% ideal, selalu ada kehilangan energi. Mempelajari transformator ideal membantu memahami batas kinerja dan faktor-faktor yang menyebabkan kehilangan energi pada transformator nyata.
16. Transformator ideal hanya dapat bekerja dengan baik jika dihubungkan dengan sumber…
    • Tegangan DC
    • Tegangan AC
    • Arus DC
    • Arus AC
    Jawaban: Tegangan AC
    Penjelasan: Transformator bekerja berdasarkan perubahan fluks magnetik, yang hanya bisa terjadi jika sumber tegangan adalah bolak-balik (AC). Jika menggunakan DC, tidak ada perubahan fluks, sehingga tidak ada induksi.
17. Transformator ideal jenis step-down memiliki perbandingan jumlah lilitan primer (Np) terhadap lilitan sekunder (Ns) dengan kondisi…
    • Np/Ns > 1
    • Np/Ns < 1
    • Np/Ns = 1
    • Np = Ns
    Jawaban: Np/Ns > 1
    Penjelasan: Untuk step-down, tegangan output lebih kecil dari input (Vs < Vp), yang berarti Np > Ns, atau Np/Ns > 1.
18. Transformator ideal jenis step-up memiliki perbandingan jumlah lilitan primer (Np) terhadap lilitan sekunder (Ns) dengan kondisi…
    • Np/Ns > 1
    • Np/Ns < 1
    • Np/Ns = 1
    • Np = Ns
    Jawaban: Np/Ns < 1
    Penjelasan: Untuk step-up, tegangan output lebih besar dari input (Vs > Vp), yang berarti Np < Ns, atau Np/Ns < 1.
19. Asumsi ‘ideal’ pada transformator berarti tidak ada…
    • Daya hilang di inti besi dan kumparan
    • Kumparan primer dan sekunder tidak terpisah
    • Tidak ada perubahan tegangan
    • Tidak menggunakan inti besi
    Jawaban: Daya hilang di inti besi dan kumparan
    Penjelasan: Dalam transformator nyata, ada kehilangan energi akibat hambatan kumparan (rugi tembaga) dan efek pada inti besi (rugi histeresis dan arus eddy). Transformator ideal mengabaikan semua ini.
20. Untuk mengurangi kehilangan energi pada transformator nyata, inti besi sering dibuat _______. Namun, dalam transformator ideal, hal ini tidak perlu diperhatikan.
    • Kapasitor
    • Resistor
    • Inti berlapis
    • Dioda
    Jawaban: Inti berlapis
    Penjelasan: Inti berlapis (laminated core) digunakan untuk mengurangi arus eddy (arus pusar) pada inti besi, yang merupakan salah satu penyebab kehilangan energi pada transformator nyata. Pada transformator ideal, masalah ini tidak dianggap ada.

B. Isian Singkat

1. Apa yang dimaksud dengan transformator ideal?
   Jawaban: Transformator ideal adalah transformator yang diasumsikan memiliki efisiensi 100%, artinya tidak ada kehilangan energi dalam proses perubahan tegangan dan arus. Daya input sepenuhnya sama dengan daya output.
2. Tuliskan rumus hubungan daya pada transformator ideal.
   Jawaban: Pp = Ps (Daya primer sama dengan daya sekunder). Atau, Vp × Ip = Vs × Is (Tegangan primer dikali arus primer sama dengan tegangan sekunder dikali arus sekunder).
3. Bagaimana hubungan antara jumlah lilitan kumparan primer (Np) dan sekunder (Ns) menentukan jenis transformator ideal (step-up atau step-down)?
   Jawaban: Jika Np > Ns, maka transformator tersebut adalah step-down (menurunkan tegangan dan menaikkan arus). Jika Ns > Np, maka transformator tersebut adalah step-up (menaikkan tegangan dan menurunkan arus).
4. Mengapa transformator ideal tidak berfungsi jika dihubungkan dengan sumber tegangan DC?
   Jawaban: Karena transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang memerlukan perubahan fluks magnetik. Tegangan DC tidak menghasilkan perubahan fluks magnetik yang berkelanjutan, sehingga tidak ada GGL induksi pada kumparan sekunder.
5. Berapakah efisiensi transformator ideal dan apa artinya?
   Jawaban: Efisiensi transformator ideal adalah 100%. Ini berarti semua energi listrik yang masuk melalui kumparan primer akan keluar melalui kumparan sekunder tanpa ada yang hilang.

C. Uraian

1. Jelaskan perbedaan mendasar antara transformator ideal dan transformator nyata dari segi efisiensi dan bagaimana hal tersebut memengaruhi perhitungan daya. Berikan contoh perhitungan daya input dan daya output untuk transformator ideal dan transformator nyata.
   Pembahasan:
   Transformator ideal diasumsikan tidak memiliki kehilangan energi sama sekali. Jelaskan tiga jenis kehilangan energi utama yang terjadi pada transformator nyata dan mengapa kehilangan ini tidak terjadi pada transformator ideal.
2. Uraikan prinsip kerja transformator ideal secara lengkap, mulai dari saat kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC hingga dihasilkan tegangan pada kumparan sekunder. Sertakan konsep-konsep kunci seperti induksi elektromagnetik, fluks magnetik, dan efisiensi 100%.
   Pembahasan:
   Ketika sebuah transformator ideal dihubungkan ke sumber tegangan AC, arus bolak-balik mengalir melalui kumparan primer, menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah di inti besi. Fluks ini kemudian menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) pada kumparan sekunder sesuai Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik. Karena inti besi yang ideal, semua fluks dari primer terhubung sempurna ke sekunder, sehingga tidak ada kehilangan fluks. Perbandingan jumlah lilitan kumparan primer (Np) dan sekunder (Ns) menentukan perbandingan tegangan (Vp/Vs = Np/Ns) dan perbandingan arus (Is/Ip = Np/Ns). Karena efisiensi 100%, daya input sama dengan daya output (Pp = Ps).
3. Bandinkan transformator step-up dan step-down pada kondisi ideal. Jelaskan bagaimana perbedaan jumlah lilitan kumparan memengaruhi tegangan dan arus output relatif terhadap input. Berikan contoh penggunaan masing-masing jenis transformator dalam sistem kelistrikan sehari-hari.
   Pembahasan:
   Untuk transformator step-up, jumlah lilitan sekunder lebih banyak dari primer (Ns > Np), sehingga tegangan output (Vs) lebih besar dari tegangan input (Vp). Sebaliknya, untuk transformator step-down, jumlah lilitan sekunder lebih sedikit dari primer (Ns < Np), sehingga tegangan output (Vs) lebih kecil dari tegangan input (Vp). Meskipun demikian, karena daya pada transformator ideal adalah konstan (Pp = Ps), transformator step-up akan menurunkan arus (Is < Ip) dan transformator step-down akan meningkatkan arus (Is > Ip). Transformator step-up digunakan untuk menaikkan tegangan pada transmisi listrik jarak jauh untuk mengurangi kehilangan daya, sedangkan step-down digunakan di dekat konsumen untuk menurunkan tegangan agar aman dan sesuai kebutuhan.
4. Sebuah transformator ideal memiliki kumparan primer dengan 500 lilitan dan kumparan sekunder dengan 2000 lilitan. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan 100 V yang mengalirkan arus sebesar 2 A. Hitunglah: a) Jenis transformator ini, b) Tegangan pada kumparan sekunder (Vs), c) Arus pada kumparan sekunder (Is), d) Daya input (Pp), e) Daya output (Ps), dan f) Efisiensi transformator (η).
   Pembahasan:
   Diberikan Np = 500 lilitan, Ns = 2000 lilitan, Vp = 100 V, Ip = 2 A.a. Jenis transformator: Karena Ns (2000) > Np (500), ini adalah transformator step-up.b. Tegangan sekunder (Vs): Vp/Vs = Np/Ns => 100/Vs = 500/2000 => 100/Vs = 1/4 => Vs = 400 V.c. Arus sekunder (Is): Is/Ip = Np/Ns => Is/2 = 500/2000 => Is/2 = 1/4 => Is = 0.5 A.d. Daya input (Pp): Pp = Vp × Ip = 100 V × 2 A = 200 W.e. Daya output (Ps): Ps = Vs × Is = 400 V × 0.5 A = 200 W.f. Efisiensi (η): η = (Ps/Pp) × 100% = (200/200) × 100% = 100%.
5. Dalam konteks transmisi energi listrik, mengapa konsep transformator ideal sangat penting untuk dipelajari, meskipun pada kenyataannya tidak ada transformator yang benar-benar ideal? Jelaskan bagaimana pemahaman transformator ideal menjadi dasar untuk memahami dan mengatasi masalah efisiensi pada transformator nyata, serta langkah-langkah untuk meningkatkan efisiensi transformator nyata.
   Pembahasan:
   Meskipun transformator ideal memiliki efisiensi 100% dan tidak ada kehilangan daya, dalam kondisi nyata selalu ada kehilangan energi. Kehilangan utama meliputi:1. Kehilangan histeresis: Energi hilang karena siklus magnetisasi dan demagnetisasi inti besi.2. Kehilangan arus eddy (arus pusar): Arus induksi yang mengalir di inti besi, menghasilkan panas.3. Kehilangan resistansi (rugi tembaga): Energi hilang sebagai panas di kumparan primer dan sekunder karena resistansi kawat (I²R).Transformator ideal mengabaikan semua kehilangan ini. Untuk meningkatkan efisiensi transformator nyata, digunakan inti berlapis (untuk mengurangi arus eddy), bahan inti dengan histeresis rendah, dan kawat kumparan dengan resistansi rendah. Ini penting agar energi listrik dapat ditransmisikan dan didistribusikan dengan kerugian seminimal mungkin.

D. Menjodohkan