Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Kendala Dan Rangkaian Listrik

Posted on

Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika ihwal kendala dan rangkaian listrik ini mencakup sedikit subtopik dalam cuilan listrik dinamis yaitu berpengaruh arus, aturan Ohm dan hambatan, rangkaian hambatan, jembatan Wheatstone, tegangan jepit, aturan Kirchoff, energi dan daya listrik. Dari sedikit soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal ihwal kendala dan rangkaian listrik yang kerap keluar antara lain mengidentifikasi faktor-faktor yang mensugesti resistansi kawat, memilih besar kendala kawat penghantar apabila panjangnya diubah, mengidentifikasi relasi suhu dengan hambatan, memilih energi yang tersimpan pada rangkaian kapasitor, memilih besar tegangan pada rangkaian RLC seri, memilih besar berpengaruh arus menurut aturan Kirchoff, memilih kendala pengmengganti pada rangkaian hambatan, memilih besar hambatan, induktansi, dan kapasitansi menurut diagram fasor, dan memilih perbandingan kendala lampu apabila daya disipasi sama.

Soal 1
Resistansi kawat jaringan listrik akan meningkat pada siang hari yang terik, alasannya ialah …
(1) Kawat menjadi lebih panjang
(2) Arus listrik menurun pada siang hari
(3) Hambat jenis kawat meningkat
(4) Luas penampang kawat membesar

Pembahasan :
Besarnya kendala penghantar sanggup dihitung dengan rumus:

R = ρ L
A

Dengan :
R = kendala (Ω)
ρ = kendala jenis (Ω m)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang kawat (m2)

Pada siang hari, suhu akan cenderung naik sesampai lalu kawat akan memuai (bertambah panjang). Dari rumus di atas sanggup kita lihat bahwa besar kendala berbanding lurus dengan panjang kawat. Jadi, alasannya ialah panjang kawat bertambah panjang, maka hambatannya juga meningkat.

Hubungan kendala jenis dengan suhu:
ρ =  ρo {1 + α(T – To)}
ρ =  ρo {1 + αΔT)

Jika suhu naik sebesar ΔT, maka kendala jenis akan naik sebesar :
⇒ Δρ = ρ – ρo
⇒ Δρ = ρo {1 + αΔT) – ρo
⇒ Δρ = ρo + ρo.αΔT – ρo
⇒ Δρ = αΔT ρo

Jadi, opsi yang benar merupakan 1 dan 3.

Jawaban : B

Soal 2
Sepotong kawat yang terdapat panjang 2,5 m dan jari-jari 0,65 mm memiliki kendala 2Ω. Jika panjang dan jari-jarinya diubah menjadi dua kali semula, maka hambatannya menjadi …
A. 16 Ω
B. 8 Ω
C. 4 Ω
D. 2 Ω
E. 1 Ω

Baca Juga:   Pembahasan Soal Sbmptn Mekanika Dan Aturan Newton

Pembahasan :
Dik : R = 2 ohm, L = 2,5 m, r = 0,65 mm, ρ = ρ’ = ρ

Perbandingan hambatan:

R  = ρ. L/A
R’ ρ’. L’/A’

Karena kendala jenisnya sama, maka:

R  = L.A’
R’ L’.A
R  = L (π.r’2)
R’ L’ (π.r2)
R  = L r’2
R’ L’ r2

Karena r’ = 2r, L’ = 2L, maka:

R  = L.(2r)2
R’ 2L.r2

⇒ R/R’ = 2
⇒ R’ = ½ R
⇒ R’ = ½(2)
⇒ R’ = 1 Ω

Jawaban : E

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb.

Soal 3
Jika tahanan kawat perak pada temperatur 0o C merupakan 1,25 ohm dan koefisien temperatur terhadap tahanan kawat merupakan 0,00375/oC, maka temperatur yang menyebabkan harga tahanan kawat menjadi dua kali lipat merupakan …
A. 200o C
B. 225o C
C. 240o C
D. 266o C
E. 300o C

Pembahasan :
Dik : To = 0o C, Ro = 1,25 ohm, α = 0,00375/oC, Rt = 2Ro

Hubungan kendala dan perubahan suhu
⇒ Rt = Ro (1 + α.ΔT)
⇒ 2 Ro = Ro (1 + α.ΔT)
⇒ 2 = 1 + α.ΔT
⇒ 1 = 0,00375.ΔT
⇒ ΔT = 1/0,00375
⇒ T – To = 266,6o
⇒ T = 266,6o + To
⇒ T = 266,6o +0
⇒ T = 266,6o C

Jawaban : D

Soal 4
Dua buah kapsitor indentik yang mula-mula belum bermuatan akan dihubungkan dengan baterai 10 V. Jika hanya salah satunya saja yang dihubungkan dengan baterai 10 V tersebut, energi yang tersimpan dalam kapasitor E. Energi yang akan tersimpan jikalau kedua kapasitor dihubungkan seri dengan baterai merupakan …
A. ¼E
B. ½E
C. E
D. 2E
E. 4E

Pembahasan :
Dik : C1 = C2 = C, E1 = E, V = 10V

Kapasitansi pengmengganti

⇒ Cs = C1. C2
C1 + C2
⇒ Cs = C2 
2C

⇒ Cs = ½C

Perbandingan energi:

Es  = ½Cs.V2
E1 ½C.V2
Es  = ½C.V2
E C.V2

⇒ Es/E = ½
⇒ Es = ½E

Jawaban : B

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.

Soal 5
Suatu rangkaian seri RLC dipasang pada tegangan listrik bolak-balik yang nilai efektifnya 100 V dan frekuensinya 60 Hz. Jika R = 10 ohm, L = 26,5 mH, dan C = 106 μF maka beda potensial antara ujung-ujung L merupakan …
A. 5,56 V
B. 100 V
C. 55,6 V
D. 556 V
E. 60 V

Pembahasan :
Dik : Veff = 100 V, f = 60 Hz, R = 10 ohm, L = 26,5 x 10-3 H, dan C = 106 x 10-6 F

Baca Juga:   Model Soal Sbmptn Fisika Perihal Suhu & Kalor

Induktansi
⇒ XL = ω.L
⇒ XL = 2πf.L
⇒ XL = 2(3,14)(60). (26,5 x 10-3)
⇒ XL = 9,985
⇒ XL = 10 ohm

Kapasitansi
⇒ XC = 1/ω.C
⇒ XC = 1/2πf.C
⇒ XC = 1/{2(3,14)(60). (106 x 10-6)}
⇒ XC = 25,03
⇒ XC = 25 ohm

Hambatan total atau Impedansi:
⇒ Z2 = R2 + (XL – XC)2
⇒ Z2 = 102 + (10 – 25)2
⇒ Z2 = 100 + 225
⇒ Z2 = 325
⇒ Z = 18,02
⇒ Z = 18 ohm

Beda potensial pada ujung-ujung L
⇒ VC = IL . XL
⇒ VC = V/Z . XL
⇒ VC = (100/18). (10)
⇒ VC = 55,6 Volt

Jawaban : C

Soal 6
Sebuah kawat dengan tahanan R direntangkan secara beraturan sesampai lalu panjangnya menjadi dua kali semula, maka besar perubahan tahanannya merupakan …
A. ¼R
B. ½R
C. R
D. 2R
E. 3R

Pembahasan :
Dik : L’ = 2L

Perbandingan hambatan:

R  = ρ. L/A
R’ ρ’. L’/A’
R  = L
R’ 2L

⇒ R = ½R’
⇒ R’ = 2R

Perubahan hambatan:
⇒ R = R’ – R
⇒ R = 2R – R
⇒ R = R

Jawaban : C

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Induksi Elektromagnetik.

Soal 7
Perhatikan gambar rangkaian listrik di bawah ini!

Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika ihwal kendala dan rangkaian listrik ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Hambatan dan Rangkaian Listrik

Besar dan arah berpengaruh arus pada kendala 5 Ω merupakan …
A. 0,5 A dari Q ke P
B. 0,67 A dari P ke Q
C. 0,67 A dari Q ke P
D. 0,75 A dari P ke Q
E. 0,75 A dari Q ke P

Pembahasan :
Dik : ε1 = 10 V, ε2 = 5 V, ε3 = 15 V,  R1 = 10 Ω, R2 = 5 Ω, R3 = 10 Ω

Untuk rangkaian yang terdiri dari tiga hambatan, dua loop, dan tiga sumber tegangan menyerupai pada soal, besar arus pada kendala 5 ohm sanggup dihitung dengan rumus khusus berikut:

⇒ I = 1 – ε2)R3 + (ε3 – ε2)R1
R1.R2 + R1.R3 +  R2.R3
⇒ I = (10 – 5)10 + (15 – 5)10
10(5) + 10(10) + 5(10)

⇒ I = 150/200
⇒ I = 0,75 A

Karena besar arus karenanya positif, maka arah arus dari P ke Q.

Jawaban : D

Soal 8
Untuk mengetahui kendala pengmengganti rangkaian ini. ohmeter dihubungkan ke ujung rangkaian A dan B.
Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika ihwal kendala dan rangkaian listrik ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Hambatan dan Rangkaian Listrik
Besar kendala pengmengganti rangkaian ini merupakan …
A. 8 ohm
B. 12 ohm
C. 15 ohm
D. 20 ohm
E. 40 ohm

Pembahasan :
Jika diukur hambatannya, induktor pada rangkaian di atas tak terdapat kendala alasannya ialah kendala yang muncul pada induktor merupakan induksi lagikan arus yamg dipakai merupakan arus lemah.

Baca Juga:   Pembahasan Soal Sbmptn Gerak Lurus Berubah Beraturan

Jadi, induktor pada rangkaian di atas sanggup diabaikan sesampai lalu rangkaiannya hanyalah berupa rangkaian hambatan.

Hambatan 10 Ω diparalelkan dengan kendala 10 Ω
⇒ 1/Rp = 1/10 + 1/10
⇒ 1/Rp = 2/10
⇒ Rp = 10/2
⇒ Rp = 5 ohm

Hambatan Rp diserikan dengan kendala 5 Ω
⇒ Rs = Rp + 5
⇒ Rs = 5 + 5
⇒ Rs = 10 ohm

Hambatan Rs diparalelkan dengan kendala 40 Ω
⇒ 1/Rt = 1/10 + 1/40
⇒ 1/Rt = 5/40
⇒ Rt = 40/5
⇒ Rt = 8 ohm

Jadi, kendala pengmengganti rangkaian itu merupakan 8 ohm.

Jawaban : A

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika dan Kinetik Gas.

Soal 9
Gambar di bawah ini mengatakan diagram fasor suatu rangkaian arus bolak-balik.
Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika ihwal kendala dan rangkaian listrik ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Hambatan dan Rangkaian Listrik
Jika frekuensi arus bolak-balik tersebut 50 Hz, maka …
A. Hambatannya 120/π mΩ
B. Induktansinya 240/π  mH
C. Kapasitansinya 120/π mF
D. Kapasitansinya 120 mF
E. Induktansinya 120 mH

Pembahasan :
Dik : I = 500 mA = 0,5 A, V = 12 volt, f = 50 Hz

Dari diagram fasor di atas sanggup kita lihat bahwa tegangan mendahului arus dengan beda fase 90o. Kaprikornus diagram fasor tersebut merupakan diagram fasor untuk rangkaian induktor.

Pada rangakain induktor berlaku:
⇒ XL = V/I
⇒ XL =12/0,5
⇒ XL = 24 ohm

Besar induktansi:
⇒ XL = 24
⇒ ω.L = 24
⇒ 2π.f.L = 24
⇒ 2π (50) L = 24
⇒ L = 24/100π
⇒ L = 0,24/π H
⇒ L = 240/π mH

Jawaban : B

Soal 10
Tiga buah lmpu dirangkaikan dengan sumber tegangan menyerupai pada gambar.
Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika ihwal kendala dan rangkaian listrik ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Hambatan dan Rangkaian Listrik
Ternyata daya yang terdisipasi pada masing-masing lampu merupakan sama besar. Perbandingan kendala ketiga lampu, R1 : R2 : R3 merupakan …
A. 1 : 1 : 4
B. 1 : 1 : 2
C. 1 : 1: 1
D. 1 : 1 : ½
E. 1 : 1 : ¼

Pembahasan :
Dik : P1 : P2 : P3

Daya pada kendala pertama
⇒ P1 = I12.R1
⇒ P1 = (½I)2.R1
⇒ P1 = ¼ I2.R1

Daya pada kendala kedua
⇒ P2 = I22.R2
⇒ P2 = (½I)2.R2
⇒ P2 = ¼ I2.R2
Daya pada kendala ketiga
⇒ P3 = I32.R3
⇒ P3 = (I)2.R3
⇒ P3 = I2.R3
Karena dayanya sama, maka perbandingan hambatan:
⇒ R1 : R2 : R3 = P/¼ I2 : P/¼ I2 : P/I2
⇒ R1 : R2 : R3 = 4 : 4 : 1
⇒ R1 : R2 : R3 = 1 : 1 : ¼

Jawaban : E