Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Kendala Dan Rangkaian Listrik

Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika ihwal kendala dan rangkaian listrik ini mencakup beberapa subtopik dalam potongan listrik dinamis yaitu berpengaruh arus, aturan Ohm dan hambatan, rangkaian hambatan, jembatan Wheatstone, tegangan jepit, aturan Kirchoff, energi dan daya listrik. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal ihwal kendala dan rangkaian listrik yang sering keluar antara lain mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi resistansi kawat, memilih besar kendala kawat penghantar jikalau panjangnya diubah, mengidentifikasi korelasi 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 pengganti pada rangkaian hambatan, memilih besar hambatan, induktansi, dan kapasitansi menurut diagram fasor, dan memilih perbandingan kendala lampu jikalau daya disipasi sama.

Soal 1
Resistansi kawat jaenteng listrik akan meningkat pada siang hari yang terik, alasannya yaitu ...
(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

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

Pada siang hari, suhu akan cenderung naik sehingga kawat akan memuai (bertambah panjang). Dari rumus di atas sanggup kita lihat bahwa besar kendala berbanding lurus dengan panjang kawat. Jadi, alasannya yaitu 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 yaitu 1 dan 3.

Jawaban : B

Soal 2
Sepotong kawat yang mempunyai panjang 2,5 m dan jari-jari 0,65 mm mempunyai kendala 2Ω. Jika panjang dan jari-jarinya diubah menjadi dua kali tiruanla, 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 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 0^o C yaitu 1,25 ohm dan koefisien temperatur terhadap tahanan kawat yaitu 0,00375/^oC, maka temperatur yang menimbulkan harga tahanan kawat menjadi dua kali lipat yaitu ...
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 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 = 266,6^o C 
⇒ T = 266,6^o + To
⇒ T = 266,6^o +0
⇒ T = 266,6^o C

Jawaban : D

Soal 4
Dua buah kapsitor indentik yang mula-mula belum bermuatan akan dihubungkan dengan baterai 10 V. Jika spesialuntuk salah satunya saja yang dihubungkan dengan baterai 10 V tersebut, energi yang tersimpan dalam kapasitor E. Energi yang akan tersimpan bila kedua kapasitor dihubungkan seri dengan baterai yaitu ...
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

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 yaitu ...
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 potensial 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

Jawaban : C

Soal 6
Sebuah kawat dengan tahanan R direntangkan secara beraturan sehingga panjangnya menjadi dua kali tiruanla, maka besar perubahan tahanannya yaitu ...
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!



Besar dan arah berpengaruh arus pada kendala 5 Ω yaitu ...
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 ibarat pada soal, besar arus pada kendala 5 ohm sanggup dihitung dengan rumus khusus diberikut:

⇒ 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 jadinya positif, maka arah arus dari P ke Q.

Jawaban : D

Soal 8
Untuk mengetahui kendala pengganti rangkaian ini. ohmeter dihubungkan ke ujung rangkaian A dan B.

Besar kendala pengganti rangkaian ini yaitu ...
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 kendala alasannya yaitu kendala yang muncul pada induktor yaitu induksi sedangkan arus yamg dipakai yaitu arus lemah.

Jadi, induktor pada rangkaian di atas sanggup diabaikan sehingga rangkaiannya spesialuntuklah 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 pengganti rangkaian itu yaitu 8 ohm.

Jawaban : A

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika dan Kinetik Gas.

Soal 9
Gambar di bawah ini menawarkan diagram fasor suatu 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 menlampaui arus dengan beda fase 90^o. Makara 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

Jawaban : B

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

Ternyata daya yang terdisipasi pada masing-masing lampu yaitu sama besar. Perbandingan kendala ketiga lampu, R₁ : R₂ : R₃ yaitu ...
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