Soal dan Jawaban Fisika LIstrik dan Magnet - Kelas A - 2017

1. Bila suatu medan listrik bermuatan q seperti diilustrasikan pada gambar 1.

Gambar 1. Benda Bermuatan

Maka tentukan besarnya medan listrik di titik A yang berjarak 50 cm dari pusat medan q.  Besarnya muatan listrik adalah 100 µC. Besarnya kontansta adalah 9.10⁹ Nm²/C².

Jawaban :

E = k*q/r²

= 9.10⁹*(100*10^-6)/(5*10^-1)²

=  9.10³*(100)/(25*10^-2)

= 9.10³*(100)*10²/(25)

= 9*(100)*10⁵/(25)

= 9*4*10⁵ N/C

= 36.10⁵ N/C

2. Pada sebuah rangkaian elektronik, terdapat beberapa komponen terpasang, antara lain R₁, R₂, R₃, V₁ dan V₂ dengan besaran nilai seperti terlihat pada gambar.

Gambar 2. Rangkaian tertutup

Ditanyakan, berapakah besarnya arus yang melewati di R3 dan besarnya Tegangan pada R3 ?
Diketahui :

R1 = 20Ω
R2 = 10Ω
R3 = 40Ω
V1 = 20V
V2 = 10V

Berapakah arus yang melewati resistor R3 ?

Penyelesaian :

Di dalam rangkaian tersebut, terdapat 3 percabangan, 2 titik, dan 2 loop bebas (independent).

Gunakan Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus Kirchhoff) untuk persamaan pada titik A dan titik B

Titik A : I₁ + I₂ = I₃
Titik B : I3 = I1 + I2

Gunakan Hukum Kirchhoff II (Hukum Tegangan Kirchhoff) untuk Loop 1, Loop 2 dan Loop 3.

Loop 1 : 20 = R1 x I1 + R3 x I3 = 20I₁ + 40I3
Loop 2 : 10 = R2 x I2 + R3 x I3 = 10I2 + 40I3 Loop 3 : 20 – 10 = 20I₁ – 10I₂

Seperti yang dikatakan sebelumnya bahwa I₃ adalah hasil dari penjumlahan I₁ dan I₂, maka persamaannya dapat dibuat seperti dibawah ini :

Persamaan 1 : 20 = 20I₁ + 40(I₁ + I₂)  =  60I₁ + 40I₂
Persamaan 2 : 10 = 10I₂ + 40(I₁ + I₂)  =  40I₁ + 50I₂

Jadi saat ini kita memiliki 2 persamaan, dari persamaan tersebut kita mendapatkan nilai I1 dan I2 sebagai berikut :

Persamaan 1 : 20 = 20I₁ + 40(I₁ + I₂)  =  60I₁ + 40I₂
Persamaan 2 : 10 = 10I₂ + 40(I₁ + I₂)  =  40I₁ + 50I₂

Dengan menggunakan metode eliminasi, lakukan eliminasi salah satu variabel (I1 atau I2). Kita akan hilangkan I2-nya.

20=60I₁+40I₂  x 50

10=40I₁+50I₂  x 40
1000=3000I₁+2000I₂
  400=1600I₁+2000I₂
---------------------------  -
  600=1400I₁ 

I₁ = 600/1400 Ampere = 6/14 Ampere

Subtitusikan I₁ ini kedalam salah satu persamaan (20=60I₁+40I₂  atau 10=40I₁+50I₂  ). Misalkan kita ambil 10=40I₁+50I₂, maka :

10=40I₁+50I₂ 

10=40I₁+50*6/14

10=40I₁+300/14

10-(300/14)= 40I₁

(140/14)-(300/14)= 40I₁
-160/300=40I1

I₁=(-160/14)/40

I₁=(-160/560) Ampere

I₁=(-16/56) Ampere

I₁ = -0.143 Ampere

I₂ = +0.429 Ampere

Seperti yang diketahui bahwa I₃ = I₁ + I₂

Maka arus listrik yang mengalir pada R₃ adalah :

I₃ = (-16/56) + (6/14)

I₃ = (-224/784) + (336/784)

I₃ = -(112/784) Ampere

Sedangkan Tegangan yang melewati R₃ adalah :

V = I₃ * R₃

(-112/784) x 40 = -4480/784 Volt

3. Pada listrik AC dikenal adanya Phase/Fasa, yaitu banyaknya jalur positif yang terpasang. Misalnya 2 (dua) rumah berinstalasi listrik 1 Fasa dan 3 Fasa dengan tegangan 220 Volt dengan setiap fasa terpasang MCB sebesar 5 ampere.

Berapakah kapasistas Daya terpasang pada masing-masing rumah ?

Berapakah jumlah jalur yang bermuatan positif ?

Jawaban :

Kalau W = I.E, yaitu daya merupakan perkalian dari besarnya arus dengan besarnya tegangan. Maka dayanya untuk masing-masing rumah adalah :

Rumah dengan 1 Fase = 5 * 220 = 1000 Watt
Rumah dengan 3 fase = (5 * 220) * 3 = 3000 Watt

Jumlah jalur positif pada :
Rumah dengan 1 fase = 1 jalur
Rumah dengan 3 fase = 3 jalur