Soal dan Jawaban Fisika Listrik dan Magnet 2018

1.       Suatu rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar dibawah dimana R1=6 Ohm, R2=4 Ohm dan R3=2 Ohm.  Sedangkan E1=12 V dan E2=6 V. 

       Dengan hukum II Kirchhoff :

          

a.       Gambarkan arah aliran arusnya !

b.       Hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut!

  Jawaban :

        a.       Aliran arus keluar dimulai dari E1 – B – C – E2 – D – A – E1

        b.       VBC +  VE2 + VDA + VAB – VE1 = 0

 

  I.R2 + 6 + I.R3 + I.R1 – 12 = 0

  I (R2 + R3 + R1) + 6 – 12 = 0

  I (4 +2 + 6) + 6 = 12

  I (12) = 12-6

  I (12) = 6

  I = 6/12

  I = 0.5 Ampere

2.       Bila diketahui rangkaian seperti gambar 2, dimana R1=5 Ohm, R2=3 Ohm, R3=1 Ohm dan R4=0.5 Ohm, E1=4V, E2=2V, maka carilah :

a.       Gambarkan arah aliran loop arusnya !

b.       Hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut!

Jawaban :

      a.       Arah loop ditunjukkan dengan garis warna merah dan hijau pada gambar rangkaian

      b.       Terdapat 2 rangkaian (loop), yaitu Loop 1 dan Loop 2.

Loop 1 dimulai dari keluar dari E1, R4, R1, R3

Loop 2 dimulai dari keluar dari E2, R1, R2

Pada Loop 1, berlaku aliran rumus :

E₁ = I₁(r+R₄+R₃) + I₂.R₁

4 = I₁ (0.5+0.5+1) + I₂.5

4 = 2I₁ + 5I₂

Pada Loop 2, berlaku aliran rumus :

E₂ = I₃.(r+R₃) +  I₂.R₅

2 = I₃.(0.5+3) +  I₂.5

2 = 3.5 I₃ + 5 I₂

Pada Loop 3, berlaku aliran rumus :

E1 – E2 = (r+R₄+R₃)I₁ + (r+R₂)I₃

4-2=(0.5+0.5+1) I₁ +  ­­­­(0.5+3)I₃

2=2I₁ + 3.5I₃

Berlaku I₂ = I₁ + I₃, maka :

Dari loop 1 :

4 = 2I₁ + 5I₂

4=2I₁ + 5(I₁ + I₃)

4=2I₁ + 5I₁ + 5I₃

4=7I₁ + 5I₃

Dari Loop 2 :

2 = 3.5 I₃ + 5 I₂

2=3.5 I₃ + 5 (I₁ + I₃)

2=3.5 I₃ + 5I₁ + 5I₃

2=8.5I₃ + 5I₁

Lakukan eliminasi dari Loop 1 dan Loop 2 tersebut menjadi :

4=   5I₃  + 7I₁  x5

2=8.5I₃ + 5I₁ x7, menjadi :

20 = 25I₃ + 35I₁

14=59.5I₃  35I₁

--------------------  -

6 = -34.5I₃

I₃ = -6/34.5 Ampere, maka I₁ dapat diperoleh dari 4=7I₁ + 5I₃, yaitu :

4=7I₁ + 5*-6/34.5

4=7I₁ – 30/34.5

7I₁ = -4 – 30/34.5

7I₁ = -138/34.5 – 30/34.5

7I₁ = -168/34.5

I₁=(-168/34.5)/7

I₁=-168/241.5 Ampere

Karena I₂ = I₁ + I₃, maka :

I₂ = -168/241.5  - 6/34.5  Ampere

3.       Diketahui terdapat sebuah benda dengan jarak 80 cm dari A.  Muatan listrik pada titik A bernilai 200 µC. Besarnya kontansta adalah 9.10⁹ Nm²/C²

Tentukan besarnya medan listrik di titik A tersebut !

Jawaban :

E=k.q/r²

=9.10⁹ * 200 * 10^-6 / (8.10^-1)²

=9.10⁹ * 2.10² * 10^-6/64.10^-2

=9.10⁹ * 2.10² * 10^-6 * 10²/64

=9.2.10⁷/64

= 18.10⁷/64 N/C