Selamat datang di kumpulan latihan soal fisika materi listrik dinamis! Listrik dinamis adalah salah satu konsep fundamental dalam fisika yang mempelajari pergerakan muatan listrik, membentuk arus listrik yang kita gunakan sehari-hari. Pemahaman mendalam tentang arus, tegangan, hambatan, hukum Ohm, serta rangkaian seri dan paralel sangat penting bagi siswa SMA dan siapa pun yang tertarik pada bidang kelistrikan. Dalam artikel ini, kami menyajikan berbagai jenis soal, mulai dari pilihan ganda yang menguji pemahaman konsep dasar dan perhitungan sederhana, isian singkat untuk menguji daya ingat istilah, hingga soal uraian yang menantang kemampuan analisis dan penyelesaian masalah kompleks. Tersedia juga soal menjodohkan untuk mengasah pemahaman hubungan antar konsep. Setiap soal dilengkapi dengan kunci jawaban dan pembahasan singkat, membantu Anda mengevaluasi pemahaman dan mengidentifikasi area yang perlu diperbaiki. Latih kemampuan Anda sekarang dan kuasai materi listrik dinamis dengan percaya diri!
Contoh Soal soal fisika materi listrik dinamis
A. Pilihan Ganda
1. Jumlah muatan listrik yang mengalir melalui suatu penampang konduktor setiap satuan waktu disebut…
- Arus listrik
- Tegangan listrik
- Hambatan listrik
- Daya listrik
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Arus listrik (I) didefinisikan sebagai laju aliran muatan listrik (Q) per satuan waktu (t), yaitu I = Q/t.
2. Sebuah kawat penghantar memiliki hambatan 10 Ω. Jika tegangan yang diberikan pada kawat tersebut adalah 20 V, berapakah kuat arus yang mengalir melalui kawat?
- 0,5 A
- 2 A
- 10 A
- 200 A
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Menggunakan Hukum Ohm: I = V/R. Jadi, I = 20 V / 10 Ω = 2 A.
3. Tiga buah resistor masing-masing 2 Ω, 3 Ω, dan 5 Ω dihubungkan secara seri. Berapakah hambatan total rangkaian tersebut?
- 1 Ω
- 5 Ω
- 7 Ω
- 10 Ω
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Untuk rangkaian seri, hambatan total adalah jumlah dari masing-masing hambatan: R_total = R₁ + R₂ + R₃ = 2 Ω + 3 Ω + 5 Ω = 10 Ω.
4. Tiga buah resistor masing-masing 2 Ω, 4 Ω, dan 4 Ω dihubungkan secara paralel. Berapakah hambatan total rangkaian tersebut?
- 1 Ω
- 2 Ω
- 4 Ω
- 10 Ω
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Untuk rangkaian paralel, 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ = 1/2 + 1/4 + 1/4 = 2/4 + 1/4 + 1/4 = 4/4 = 1. Jadi, R_total = 1 Ω.
5. Sebuah lampu pijar memiliki daya 60 W dan dihubungkan ke sumber tegangan 220 V. Berapakah energi listrik yang digunakan lampu tersebut jika menyala selama 5 jam?
- 108 J
- 1080 J
- 1,08 × 10⁶ J
- 1,08 × 10⁷ J
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Energi listrik (W) = Daya (P) × Waktu (t). Waktu harus dalam detik atau jam sesuai satuan daya. W = 60 W × (5 jam × 3600 s/jam) = 60 × 18000 = 1.080.000 J = 1080 kJ. Dalam kWh: W = 60 W × 5 jam = 300 Wh = 0,3 kWh.
6. Daya listrik pada suatu rangkaian dapat dihitung dengan rumus…
- P = V × I
- P = R × I
- P = V / I
- P = V / R
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Daya listrik (P) dapat dihitung dengan P = V × I (tegangan × arus), P = I² × R (arus² × hambatan), atau P = V² / R (tegangan² / hambatan).
7. Faktor-faktor yang memengaruhi besar hambatan suatu kawat penghantar adalah, kecuali…
- Hambatan jenis kawat
- Panjang kawat
- Beda potensial
- Luas penampang kawat
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Hambatan jenis (ρ), panjang kawat (L), dan luas penampang kawat (A) memengaruhi hambatan R = ρ × L / A. Beda potensial (tegangan) tidak memengaruhi hambatan intrinsik kawat.
8. Bunyi Hukum Kirchhoff I adalah…
- Jumlah GGL dalam satu loop tertutup sama dengan nol
- Jumlah arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut
- Hambatan total pada rangkaian seri adalah jumlah dari hambatan masing-masing
- Gaya gerak listrik (GGL) adalah energi per satuan muatan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus Kirchhoff) menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut.
9. Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik adalah…
- Amperemeter
- Voltmeter
- Ohmmeter
- Multimeter
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Amperemeter digunakan untuk mengukur kuat arus listrik dan dipasang secara seri dalam rangkaian.
10. Konduktor yang baik adalah bahan yang memiliki…
- Hambatan jenis besar
- Hambatan jenis sedang
- Tidak memiliki hambatan jenis
- Hambatan jenis kecil
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Konduktor yang baik memiliki hambatan jenis yang kecil, yang berarti muatan listrik dapat mengalir dengan mudah.
11. Sebuah elemen memiliki GGL 12 V dan hambatan dalam 0,5 Ω. Jika elemen tersebut dihubungkan dengan hambatan luar 5,5 Ω, berapakah kuat arus yang mengalir dalam rangkaian?
- 1 A
- 1,5 A
- 2 A
- 2,5 A
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Kuat arus (I) = GGL / (R_luar + R_dalam) = 12 V / (5,5 Ω + 0,5 Ω) = 12 V / 6 Ω = 2 A.
12. Pernyataan yang benar mengenai hubungan antara tegangan jepit (V_jepit), GGL (ε), kuat arus (I), dan hambatan dalam (r) adalah…
- V_jepit = ε + I × r
- V_jepit = ε – I × r
- V_jepit = I × r
- V_jepit = ε / I
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Tegangan jepit adalah tegangan yang tersedia di terminal sumber tegangan saat ada arus mengalir, di mana V_jepit = GGL – I × r.
13. Jika dua buah lampu identik dihubungkan secara seri pada suatu sumber tegangan, maka…
- Kuat arus yang mengalir pada kedua lampu sama
- Tegangan pada kedua lampu sama
- Kedua lampu menyala lebih terang daripada dihubungkan paralel
- Daya yang digunakan masing-masing lampu lebih besar
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Pada rangkaian seri, arus yang mengalir melalui setiap komponen adalah sama. Tegangan terbagi dan hambatan total bertambah, sehingga daya yang diserap masing-masing lampu lebih kecil dibandingkan jika paralel atau tunggal.
14. Sebuah setrika listrik bertuliskan 300 W / 220 V. Hambatan setrika tersebut adalah…
- 0,73 Ω
- 1,36 Ω
- 73,3 Ω
- 161,3 Ω
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Menggunakan rumus daya P = V² / R. Maka R = V² / P = (220 V)² / 300 W = 48400 / 300 = 161,33 Ω.
15. Jika panjang suatu kawat penghantar diperpanjang dua kali lipat dan luas penampangnya diperkecil menjadi setengahnya, maka hambatannya akan menjadi…
- Setengah kali semula
- Sama seperti semula
- Dua kali semula
- Empat kali semula
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: R = ρ × L / A. Jika L menjadi 2L dan A menjadi A/2, maka R’ = ρ × (2L) / (A/2) = ρ × 4L / A = 4R. Hambatan menjadi 4 kali lipat.
16. Yang bukan merupakan sumber GGL (Gaya Gerak Listrik) adalah…
- Baterai
- Generator
- Resistor
- Sel surya
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Baterai, generator, dan sel surya adalah sumber GGL karena menghasilkan beda potensial. Resistor adalah komponen yang menghambat aliran arus, bukan menghasilkan GGL.
17. Hukum Kirchhoff II berbunyi…
- Jumlah aljabar perubahan tegangan dalam setiap rangkaian tertutup adalah nol
- Jumlah arus yang masuk ke percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar
- Hambatan suatu kawat berbanding lurus dengan panjangnya
- Gaya gerak listrik (GGL) adalah energi yang diberikan per satuan muatan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Hukum Kirchhoff II (Hukum Tegangan Kirchhoff) menyatakan bahwa dalam setiap rangkaian tertutup (loop), jumlah aljabar perubahan tegangan adalah nol.
18. Sebuah pemanas listrik memiliki hambatan 100 Ω dan dialiri arus 2 A selama 10 menit. Berapakah energi kalor yang dihasilkan?
- 400 J
- 2400 J
- 240.000 J
- 480.000 J
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Energi kalor (W) = I² × R × t. Waktu (t) harus dalam detik: 10 menit = 600 s. W = (2 A)² × 100 Ω × 600 s = 4 × 100 × 600 = 240.000 J = 240 kJ.
19. Pada rangkaian paralel, jika salah satu lampu padam, lampu lain akan…
- Ikut padam
- Tetap menyala
- Menyala lebih terang
- Menyala lebih redup
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Pada rangkaian paralel, setiap komponen memiliki jalur arus yang terpisah. Jika satu lampu padam, jalur arusnya terputus, tetapi jalur arus untuk lampu lain tetap utuh, sehingga lampu lain tetap menyala.
20. Satuan dari hambatan jenis adalah…
- Ohm (Ω)
- Volt (V)
- Ampere (A)
- Ohm meter (Ω m)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Rumus hambatan R = ρ × L / A. Maka ρ = R × A / L. Satuan R adalah Ohm (Ω), A adalah meter² (m²), dan L adalah meter (m). Jadi, satuan ρ adalah Ω × m² / m = Ω × m.
B. Isian Singkat
1. Satuan internasional untuk kuat arus listrik adalah…
Jawaban: Ampere
2. Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan listrik adalah…
Jawaban: Voltmeter
3. Bunyi Hukum Ohm menyatakan bahwa besar kuat arus dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan…
Jawaban: Hambatan
4. Jika sebuah kawat penghantar diperpanjang dua kali lipat, dengan luas penampang dan hambatan jenis tetap, maka hambatannya akan menjadi berapa kali semula?
Jawaban: Dua kali semula
5. Sebuah resistor dengan nilai 4 Ω dialiri arus 3 A. Berapakah tegangan pada resistor tersebut?
Jawaban: 12 V
C. Menjodohkan
1. Jodohkanlah konsep-konsep listrik dinamis berikut dengan definisi yang tepat!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Arus Listrik | Laju aliran muatan listrik |
| Tegangan Listrik | Beda potensial antara dua titik |
| Hambatan Listrik | Perlawanan terhadap aliran arus listrik |
| Daya Listrik | Laju energi listrik yang dikonsumsi atau dihasilkan |
2. Jodohkanlah hukum atau besaran fisika berikut dengan rumus yang sesuai!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Hukum Ohm | V = I × R |
| Daya Listrik (P) | P = V × I |
| Energi Listrik (W) | W = V × I × t |
| Hambatan Kawat | R = ρ × L / A |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan mendasar antara rangkaian seri dan rangkaian paralel dalam konteks listrik dinamis, serta sebutkan masing-masing satu kelebihan dan kekurangan dari kedua jenis rangkaian tersebut!
Perbedaan mendasar:
– Rangkaian Seri: Komponen-komponen dihubungkan secara berurutan, sehingga arus yang mengalir melalui setiap komponen adalah sama. Tegangan total adalah jumlah tegangan pada setiap komponen. Hambatan total adalah jumlah hambatan individu.
– Rangkaian Paralel: Komponen-komponen dihubungkan secara bercabang, sehingga tegangan pada setiap komponen adalah sama. Arus total adalah jumlah arus pada setiap cabang. Kebalikan hambatan total adalah jumlah kebalikan hambatan individu.
Kelebihan dan Kekurangan:
– Rangkaian Seri:
– Kelebihan: Arus yang sama pada setiap komponen, lebih sederhana dalam pemasangan untuk beberapa aplikasi (misal, lampu hias).
– Kekurangan: Jika satu komponen rusak/terputus, seluruh rangkaian akan mati. Penambahan hambatan menyebabkan arus total berkurang.
– Rangkaian Paralel:
– Kelebihan: Jika satu komponen rusak/terputus, komponen lain tetap berfungsi. Tegangan yang sama di setiap cabang, cocok untuk peralatan rumah tangga.
– Kekurangan: Membutuhkan lebih banyak kabel/jalur. Arus total yang ditarik dari sumber bisa sangat besar jika banyak komponen dihubungkan, berpotensi membebani sumber daya.
2. Perhatikan rangkaian berikut: Resistor R₁ = 6 Ω dan R₂ = 3 Ω dihubungkan secara paralel. Hasil paralel ini kemudian dihubungkan secara seri dengan resistor R₃ = 4 Ω. Hitunglah hambatan total rangkaian tersebut!
Langkah 1: Hitung hambatan paralel R_p untuk R₁ dan R₂.
1/R_p = 1/R₁ + 1/R₂
1/R_p = 1/6 Ω + 1/3 Ω
1/R_p = 1/6 Ω + 2/6 Ω
1/R_p = 3/6 Ω
1/R_p = 1/2 Ω
R_p = 2 Ω
Langkah 2: Hitung hambatan total R_total dengan menghubungkan R_p secara seri dengan R₃.
R_total = R_p + R₃
R_total = 2 Ω + 4 Ω
R_total = 6 Ω
Jadi, hambatan total rangkaian tersebut adalah 6 Ω.
3. Sebuah lampu bertuliskan 100 W / 220 V. Hitunglah: a) Kuat arus yang mengalir pada lampu saat beroperasi normal. b) Hambatan lampu tersebut.
Diketahui: Daya (P) = 100 W, Tegangan (V) = 220 V.
a) Kuat arus (I) yang mengalir pada lampu:
Menggunakan rumus P = V × I
I = P / V
I = 100 W / 220 V
I ≈ 0,45 A
b) Hambatan (R) lampu tersebut:
Menggunakan rumus P = V² / R, maka R = V² / P
R = (220 V)² / 100 W
R = 48400 / 100
R = 484 Ω
Jadi, kuat arus yang mengalir adalah sekitar 0,45 A dan hambatan lampu adalah 484 Ω.
4. Jelaskan prinsip kerja dan fungsi dari sekering (fuse) dalam rangkaian listrik!
Prinsip kerja sekering didasarkan pada efek Joule, yaitu panas yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui suatu konduktor. Sekering memiliki kawat halus yang terbuat dari bahan dengan titik leleh rendah (misalnya timah atau paduan timah). Ketika arus listrik yang mengalir melebihi batas aman yang ditentukan, kawat halus ini akan memanas hingga mencapai titik lelehnya dan putus.
Fungsi utama sekering adalah sebagai pengaman atau pengaman arus lebih (overcurrent protection) dalam suatu rangkaian listrik. Ketika terjadi korsleting (hubung singkat) atau beban berlebih yang menyebabkan arus melonjak drastis, sekering akan putus dan secara otomatis memutuskan aliran listrik ke rangkaian tersebut. Hal ini mencegah kerusakan pada peralatan elektronik, kebakaran akibat panas berlebih pada kabel, dan risiko sengatan listrik, sehingga melindungi baik peralatan maupun pengguna.
5. Sebuah kulkas memiliki daya 150 W dan digunakan rata-rata 24 jam sehari. Jika tarif listrik adalah Rp1.400,00 per kWh, berapakah biaya listrik untuk kulkas tersebut dalam satu bulan (30 hari)?
Langkah 1: Hitung total energi yang digunakan kulkas dalam sehari.
Energi per hari (W_hari) = Daya (P) × Waktu (t)
W_hari = 150 W × 24 jam = 3600 Wh
Langkah 2: Konversi energi per hari ke kWh.
W_hari = 3600 Wh / 1000 = 3,6 kWh
Langkah 3: Hitung total energi yang digunakan dalam satu bulan (30 hari).
W_bulan = W_hari × Jumlah hari
W_bulan = 3,6 kWh/hari × 30 hari = 108 kWh
Langkah 4: Hitung biaya listrik dalam satu bulan.
Biaya = W_bulan × Tarif per kWh
Biaya = 108 kWh × Rp1.400,00/kWh
Biaya = Rp151.200,00
Jadi, biaya listrik untuk kulkas tersebut dalam satu bulan adalah Rp151.200,00.