Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Persoalan Dan Rangkaian Listrik

Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika wacana persoalan dan rangkaian listrik ini termasuk beberapa subtopik dalam belahan listrik dinamis yakni besar lengan berkuasa arus , aturan Ohm dan persoalan , rangkaian persoalan , jembatan Wheatstone , tegangan jepit , aturan Kirchoff , energi dan daya listrik. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika , versi soal wacana persoalan dan rangkaian listrik yang sering keluar antara lain mengidentifikasi faktor-faktor yang menghipnotis resistansi kawat , menyeleksi besar persoalan kawat penghantar jika panjangnya diubah , mengidentifikasi korelasi suhu dengan persoalan , menyeleksi energi yang tersimpan pada rangkaian kapasitor , menyeleksi besar tegangan pada rangkaian RLC seri , menyeleksi besar besar lengan berkuasa arus menurut aturan Kirchoff , menyeleksi persoalan pengganti pada rangkaian persoalan , menyeleksi besar persoalan , induktansi , dan kapasitansi menurut diagram fasor , dan menyeleksi perbandingan persoalan lampu jika daya disipasi sama.

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

Pembahasan :
Besarnya persoalan penghantar sanggup dijumlah dengan rumus:

R = ρ	L
	A

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

Pada siang hari , suhu akan condong naik sehingga kawat akan memuai (bertambah panjang). Dari rumus di atas sanggup kita lihat bahwa besar persoalan berbanding lurus dengan panjang kawat. Kaprikornus , alasannya yakni panjang kawat bertambah panjang , maka hambatannya juga meningkat.

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

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

Jadi , pilihan yang benar yakni 1 dan 3.

Soal 2
Sepotong kawat yang mempunyai panjang 2 ,5 m dan jari-jari 0 ,65 mm mempunyai persoalan 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

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 persoalan 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

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

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

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

Hubungan persoalan dan pergantian 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 ,6^o C 
⇒ T = 266 ,6^o + To
⇒ T = 266 ,6^o +0
⇒ T = 266 ,6^o C

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

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

Kapasitansi pengganti

⇒ 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

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 mempunyai potensi antara ujung-ujung L yakni …
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

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

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

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

Beda mempunyai potensi pada ujung-ujung L
⇒ V_C = I_L . X_L
⇒ V_C = V/Z . X_L
⇒ V_C = (100/18). (10)
⇒ V_C = 55 ,6 Volt

Soal 6
Sebuah kawat dengan tahanan R direntangkan secara beraturan sehingga panjangnya menjadi dua kali semula , maka besar pergantian tahanannya yakni …
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

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Induksi Elektromagnetik.

Soal 7
Perhatikan gambar rangkaian listrik di bawah ini!

Besar dan arah besar lengan berkuasa arus pada persoalan 5 Ω yakni …
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 berisikan tiga persoalan , dua loop , dan tiga sumber tegangan menyerupai pada soal , besar arus pada persoalan 5 ohm sanggup dijumlah dengan rumus khusus berikut:

⇒ I =	(ε1 – 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 kesudahannya positif , maka arah arus dari P ke Q.

Soal 8
Untuk mengenali persoalan pengganti rangkaian ini. ohmeter dihubungkan ke ujung rangkaian A dan B.

Besar persoalan pengganti rangkaian ini yakni …
A. 8 ohm
B. 12 ohm
C. 15 ohm
D. 20 ohm
E. 40 ohm

Pembahasan :
Jika diukur hambatannya , induktor pada rangkaian di atas tidak mempunyai persoalan alasannya yakni persoalan yang timbul pada induktor yakni induksi sedangkan arus yamg digunakan yakni arus lemah.

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

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

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

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

Jadi , persoalan pengganti rangkaian itu yakni 8 ohm.

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika dan Kinetik Gas.

Soal 9
Gambar di bawah ini memamerkan diagram fasor sebuah rangkaian arus bolak-balik.

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 90^o. Kaprikornus diagram fasor tersebut ialah diagram fasor untuk rangkaian induktor.

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

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

Soal 10
Tiga buah lmpu dirangkaikan dengan sumber tegangan menyerupai pada gambar.

Ternyata daya yang terdisipasi pada masing-masing lampu yakni sama besar. Perbandingan persoalan ketiga lampu , R₁ : R₂ : R₃ yakni …
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 persoalan pertama
⇒ P₁ = I₁².R₁
⇒ P₁ = (½I)².R₁
⇒ P₁ = ¼I².R₁

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