Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Soal Fisika Transformator! Latihan Lengkap untuk Nilai Sempurna!
Pilihan Ganda
1. 1. Sebuah transformator ideal memiliki 150 lilitan primer dan 300 lilitan sekunder. Jika tegangan pada kumparan primer adalah 120 V, berapakah tegangan pada kumparan sekunder?
A. 60 V
B. 120 V
C. 240 V
D. 360 V
2. 2. Transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan disebut transformator…
A. Step-down
B. Ideal
C. Step-up
D. Non-ideal
3. 3. Perbandingan lilitan primer dan sekunder sebuah transformator adalah 4 : 1. Jika kuat arus primer adalah 0,5 A, berapakah kuat arus sekunder (dianggap ideal)?
A. 0,125 A
B. 0,5 A
C. 2,0 A
D. 4,0 A
4. 4. Sebuah transformator memiliki efisiensi 80%. Jika daya masukan (primer) adalah 100 W, berapakah daya keluaran (sekunder) transformator tersebut?
A. 20 W
B. 80 W
C. 100 W
D. 125 W
5. 5. Pernyataan yang benar tentang transformator ideal adalah…
A. Daya primer lebih besar dari daya sekunder.
B. Daya primer sama dengan daya sekunder.
C. Tidak ada energi yang hilang.
D. Pilihan B dan C benar.
6. 6. Inti besi pada transformator berlapis-lapis dan terisolasi bertujuan untuk…
A. Mengurangi arus Eddy (arus pusar).
B. Meningkatkan efisiensi.
C. Mengurangi panas yang timbul.
D. Semua pilihan benar.
7. 7. Sebuah transformator dihubungkan ke sumber tegangan 220 V. Jika jumlah lilitan primer 500 dan lilitan sekunder 100, berapakah tegangan sekunder?
A. 44 V
B. 110 V
C. 220 V
D. 440 V
8. 8. Jika sebuah transformator step-down memiliki perbandingan lilitan primer dan sekunder 10:1, dan tegangan primer 200 V, berapakah tegangan sekunder?
A. 20 V
B. 200 V
C. 2000 V
D. 20000 V
9. 9. Sebuah transformator memiliki efisiensi 75%. Jika daya sekunder yang dihasilkan adalah 60 W, berapakah daya primer yang dibutuhkan?
A. 45 W
B. 60 W
C. 80 W
D. 100 W
10. 10. Pada transformator step-up, hubungan antara arus primer (Ip) dan arus sekunder (Is) adalah…
A. Ip > Is
B. Ip < Is
C. Ip = Is
D. Tidak dapat ditentukan
11. 11. Fungsi utama transformator adalah…
A. Mengubah tegangan AC menjadi DC.
B. Mengubah arus DC menjadi AC.
C. Mengubah besar tegangan AC.
D. Menyimpan energi listrik.
12. 12. Jika sebuah transformator memiliki 1000 lilitan primer dan 200 lilitan sekunder, serta dialiri arus primer 0,2 A, berapakah arus sekunder (ideal)?
A. 0,04 A
B. 0,2 A
C. 1,0 A
D. 2,0 A
13. 13. Kehilangan energi pada transformator yang disebabkan oleh resistansi kawat kumparan disebut…
A. Kehilangan histeresis
B. Kehilangan arus Eddy
C. Kehilangan panas (rugi tembaga)
D. Kehilangan fluks magnet
14. 14. Sebuah transformator step-up memiliki tegangan primer 10 V dan tegangan sekunder 200 V. Jika jumlah lilitan primer 50, berapakah jumlah lilitan sekunder?
A. 250
B. 500
C. 1000
D. 2000
15. 15. Perhatikan ciri-ciri transformator berikut:
1. Np > Ns
2. Vp > Vs
3. Ip < Is
4. Menaikkan tegangan
Ciri-ciri transformator step-down ditunjukkan oleh nomor…
A. 1 dan 2
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 3 dan 4
16. 16. Jika sebuah transformator memiliki perbandingan lilitan primer dan sekunder 1:5, dan arus primer 10 A, berapakah arus sekunder (ideal)?
A. 2 A
B. 10 A
C. 20 A
D. 50 A
17. 17. Mengapa transformator hanya dapat bekerja pada arus bolak-balik (AC)?
A. Karena AC memiliki frekuensi yang dapat diubah.
B. Karena AC dapat menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah.
C. Karena DC tidak dapat mengalir melalui kumparan.
D. Karena transformator dirancang khusus untuk AC.
18. 18. Sebuah transformator memiliki 600 lilitan primer dan 150 lilitan sekunder. Jika arus primer 0,5 A, berapakah arus sekunder (ideal)?
A. 0,125 A
B. 0,5 A
C. 2,0 A
D. 2,5 A
19. 19. Jika sebuah transformator memiliki efisiensi 90% dan daya keluaran 180 W, berapakah daya yang hilang?
A. 18 W
B. 20 W
C. 90 W
D. 180 W
20. 20. Faktor-faktor yang menyebabkan kehilangan energi pada transformator non-ideal adalah, kecuali…
A. Rugi histeresis
B. Rugi arus Eddy
C. Rugi tembaga
D. Rugi daya reaktif
Isian Singkat
1. 1. Apa nama komponen transformator yang berfungsi sebagai jalur fluks magnetik?
2. 2. Jika Np < Ns, maka transformator tersebut adalah jenis transformator...
3. 3. Rumus efisiensi transformator adalah η = (…… / Daya Primer) × 100%.
4. 4. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi…
5. 5. Jika sebuah transformator ideal memiliki tegangan primer 100 V dan sekunder 50 V, serta arus primer 2 A, berapakah arus sekunder?
Uraian
1. 1. Jelaskan perbedaan mendasar antara transformator step-up dan transformator step-down, beserta contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari!
2. 2. Sebuah transformator memiliki 800 lilitan primer dan 200 lilitan sekunder. Transformator ini dihubungkan ke sumber tegangan 240 V dan menghasilkan arus sekunder 3 A. Hitunglah: a) Tegangan sekunder, b) Arus primer (dianggap ideal), c) Efisiensi transformator jika daya primer yang terukur adalah 750 W!
3. 3. Sebutkan dan jelaskan tiga jenis kehilangan energi (rugi-rugi) yang terjadi pada transformator non-ideal!
4. 4. Sebuah transformator ideal memiliki lilitan primer 1200 dan lilitan sekunder 300. Jika transformator dihubungkan ke tegangan 240 V, berapa daya sekunder yang dihasilkan jika arus primer adalah 0,5 A?
5. 5. Mengapa inti besi pada transformator dibuat berlapis-lapis dan terisolasi satu sama lain, bukan berupa inti besi padat?
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah berikut dengan deskripsinya:
1. Transformator Step-up
2. Transformator Step-down
2. Cocokkan rumus berikut dengan besaran fisika yang diwakilinya (untuk transformator ideal):
1. Vp/Vs
2. Is/Ip
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: Untuk transformator ideal, berlaku hubungan Vp/Vs = Np/Ns. Maka, 120/Vs = 150/300. 120/Vs = 1/2. Vs = 120 × 2 = 240 V.
2. C
Pembahasan: Transformator step-up adalah transformator yang memiliki jumlah lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer (Ns > Np), sehingga menaikkan tegangan.
3. C
Pembahasan: Untuk transformator ideal, berlaku hubungan Np/Ns = Is/Ip. Maka, 4/1 = Is/0,5. Is = 4 × 0,5 = 2,0 A.
4. B
Pembahasan: Efisiensi (η) = (Ps/Pp) × 100%. Maka, 80% = (Ps/100 W) × 100%. 0,8 = Ps/100. Ps = 0,8 × 100 = 80 W.
5. D
Pembahasan: Transformator ideal berarti tidak ada energi yang hilang selama proses transformasi, sehingga daya masukan (primer) sama dengan daya keluaran (sekunder). Efisiensinya 100%.
6. D
Pembahasan: Pelapisan inti besi (laminasi) dan isolasi antar lapisan bertujuan untuk mengurangi arus Eddy yang dapat menyebabkan kehilangan energi (panas) dan menurunkan efisiensi transformator. Jadi semua pilihan benar.
7. A
Pembahasan: Vp/Vs = Np/Ns. 220/Vs = 500/100. 220/Vs = 5. Vs = 220/5 = 44 V.
8. A
Pembahasan: Np/Ns = Vp/Vs. 10/1 = 200/Vs. 10 Vs = 200. Vs = 200/10 = 20 V.
9. C
Pembahasan: η = (Ps/Pp) × 100%. 75% = (60 W/Pp) × 100%. 0,75 = 60/Pp. Pp = 60/0,75 = 80 W.
10. A
Pembahasan: Transformator step-up menaikkan tegangan (Vs > Vp), sehingga untuk menjaga daya (P = V × I), arusnya harus diturunkan (Is < Ip). Jadi, Ip > Is.
11. C
Pembahasan: Fungsi utama transformator adalah untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC).
12. C
Pembahasan: Np/Ns = Is/Ip. 1000/200 = Is/0,2. 5 = Is/0,2. Is = 5 × 0,2 = 1,0 A.
13. C
Pembahasan: Kehilangan panas atau rugi tembaga terjadi karena adanya hambatan pada kawat kumparan, sehingga sebagian energi listrik berubah menjadi energi panas (I²R).
14. C
Pembahasan: Vp/Vs = Np/Ns. 10/200 = 50/Ns. 1/20 = 50/Ns. Ns = 50 × 20 = 1000 lilitan.
15. A
Pembahasan: Transformator step-down memiliki Np > Ns (lilitan primer lebih banyak dari sekunder) dan Vp > Vs (menurunkan tegangan). Karena daya kira-kira sama (Pp ≈ Ps), maka jika tegangan turun, arus harus naik (Ip < Is).
16. A
Pembahasan: Np/Ns = Is/Ip. 1/5 = Is/10. Is = 10/5 = 2 A.
17. B
Pembahasan: Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang memerlukan perubahan fluks magnetik. Arus bolak-balik (AC) secara alami menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah, memungkinkan terjadinya induksi pada kumparan sekunder. Arus searah (DC) menghasilkan medan magnet yang konstan, sehingga tidak ada perubahan fluks dan induksi tidak terjadi.
18. C
Pembahasan: Np/Ns = Is/Ip. 600/150 = Is/0,5. 4 = Is/0,5. Is = 4 × 0,5 = 2,0 A.
19. B
Pembahasan: η = (Ps/Pp) × 100%. 90% = (180 W/Pp) × 100%. 0,9 = 180/Pp. Pp = 180/0,9 = 200 W. Daya yang hilang = Pp – Ps = 200 W – 180 W = 20 W.
20. D
Pembahasan: Rugi daya reaktif bukan merupakan kehilangan energi pada transformator, melainkan bagian dari daya total pada rangkaian AC yang tidak melakukan kerja nyata. Kehilangan energi utama pada transformator non-ideal meliputi rugi histeresis, rugi arus Eddy, dan rugi tembaga.
Isian Singkat
1. Inti Besi
2. Step-up
3. Daya Sekunder
4. Elektromagnetik
5. 4 A
Uraian
1. Transformator step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan, memiliki jumlah lilitan sekunder (Ns) lebih banyak daripada lilitan primer (Np), dan arus sekunder lebih kecil dari arus primer (Is < Ip). Contoh aplikasinya adalah pada pembangkit listrik untuk menaikkan tegangan sebelum ditransmisikan jarak jauh. Transformator step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan, memiliki jumlah lilitan sekunder (Ns) lebih sedikit daripada lilitan primer (Np), dan arus sekunder lebih besar dari arus primer (Is > Ip). Contoh aplikasinya adalah pada adaptor charger handphone atau peralatan elektronik rumah tangga untuk menurunkan tegangan listrik PLN menjadi tegangan yang sesuai dengan perangkat.
2. a) Tegangan sekunder (Vs): Vp/Vs = Np/Ns → 240/Vs = 800/200 → 240/Vs = 4 → Vs = 240/4 = 60 V.
b) Arus primer (Ip) ideal: Np/Ns = Is/Ip → 800/200 = 3/Ip → 4 = 3/Ip → Ip = 3/4 = 0,75 A.
c) Efisiensi (η): Daya sekunder (Ps) = Vs × Is = 60 V × 3 A = 180 W. Daya primer (Pp) = 750 W (dari soal). η = (Ps/Pp) × 100% = (180 W / 750 W) × 100% = 0,24 × 100% = 24%.
3. Tiga jenis kehilangan energi pada transformator non-ideal adalah:
1. Rugi Tembaga (Rugi I²R): Terjadi karena resistansi (hambatan) pada kumparan primer dan sekunder. Ketika arus listrik mengalir melalui kawat kumparan, sebagian energi listrik akan diubah menjadi energi panas (sesuai rumus P = I²R).
2. Rugi Arus Eddy (Arus Pusar): Terjadi pada inti besi transformator. Medan magnet yang berubah-ubah menginduksi arus listrik kecil (arus Eddy) di dalam inti besi itu sendiri. Arus Eddy ini menghasilkan panas dan mengurangi efisiensi. Untuk menguranginya, inti besi dibuat berlapis-lapis dan terisolasi (laminasi).
3. Rugi Histeresis: Terjadi akibat siklus magnetisasi dan demagnetisasi inti besi secara berulang saat dialiri arus AC. Energi dibutuhkan untuk mengubah arah magnetisasi inti, yang sebagian kecil hilang sebagai panas.
4. Untuk transformator ideal, Daya Primer (Pp) = Daya Sekunder (Ps).
Daya Primer (Pp) = Vp × Ip = 240 V × 0,5 A = 120 W.
Maka, Daya Sekunder (Ps) = 120 W.
5. Inti besi pada transformator dibuat berlapis-lapis (laminasi) dan terisolasi satu sama lain untuk mengurangi rugi-rugi energi akibat arus Eddy (arus pusar). Jika inti besi berupa padat, arus Eddy yang terinduksi akan sangat besar, menyebabkan inti menjadi sangat panas dan efisiensi transformator menurun drastis. Dengan melaminasi inti, resistansi terhadap aliran arus Eddy meningkat secara signifikan, sehingga arus Eddy menjadi sangat kecil dan kerugian energi dapat diminimalisir.
Mencocokkan
1. 1. Menaikkan tegangan, Ns > Np
2. Menurunkan tegangan, Np > Ns
2. 1. Np/Ns
2. Np/Ns