Soal Listrik Dinamis

Soal Listrik Dinamis

1. Soal

Air mengalir masuk melalui A pada suhu $t=15^{\circ }C$ . Kuat anutan tersebut adalah $50 \, g/s$ . Jika R= 10 ohm, arus listrik (tetap) yang melaluinya yakni 10 ampere, dan 1 kalori = 4,2 joule maka suhu t air yang meninggalkan B adalah? UMPTN 2000

(A) $15\, ^{\circ }C$

(B) $19,76\, ^{\circ }C$

(D) $23,3\, ^{\circ }C$

(E) $25,7\, ^{\circ }C$

Pembahasan
Energi Listrik menjadi Energi Kalor

$W=Q$

   $I^{2}R\, t=m\, c\, \Delta T$
$\Delta T=\frac{I^{2}R\, t}{m\, c}$
$T_{2}-T_{1}=\frac{I^{2}R\, t}{m\, c}$
   $T_{2}=\frac{I^{2}R\, t}{m\, c}+T_{1}$
   $T_{2}=\frac{10^{2}.10.1}{5\times 10^{-3}.4200}+15$
   $T_{2}=19,76\, ^{\circ }C$
Jawaban B

2.Soal
Agar sebuah bola lampu listrik 25 volt, 100 watt sanggup bekerja dengan layak dikala dihubungkan dengan sumber DC 125 volt, maka diharapkan pelengkap kendala listrik.
(A) 25 ohm secara seri
(B) 25 ohm secara paralel
(C) 20 ohm secara paralel
(D) 25 ohm secara seri
(E) 20 ohm secara seri dan 25 ohm secara paralel

Pembahasan

Lampu
P = V I

Arus yang mengalir pada rangkaian yakni 4 A
Jika dihubungkan dengan sumber tegangan 125 Volt.
V= I R

Jawaban A
3. Soal
Pada rangkaian percabangan diberikut:

Potensial pada titik A dan pada titik E berturut - turut yakni 20 V dan 30 V, potensial listrik pada titik B, C dan D secara berurutan adalah?
A. 20 V, 27 V, 4 V
B. - 20 V, 27 V, -4 V
C. -20 V, 15 V, -4 V
D. -20 V, 27 V, 4 V
E. 20 V, -27 V -4 V
Pembahasan
Titik AP
$V_{AP}=16\, volt$
$V_{A}- V _{P}=16$
$20- V _{P}=16$
$V _{P}=4\, volt$
Titik EQ
$V _{EQ}=18\, volt$
$V _{E}-V_{Q}=18\, volt$
$30-V_{Q}=18$
$V_{Q}=12\, volt$
Karena titik Q mempunyai potensial lebih tinggi dari titik P, maka arus listrik mengalir dari Q ke P
Titik QP
$V_{QP}=I_{QP}R$
$V_{Q}-V_{P}=I_{QP}R$
$12-4=I_{QP}\times 2$
$I_{QP}=4\, A$

Titik QD
$V_{QD}=I_{QD}R$
$V_{Q}-V_{D}=I_{QD}R$
$12-V_{D}=2\times 8$
$12-V_{D}=16$
$V_{D}=-4\, volt$
Titik PB
$V_{PB}=I_{PB}R$
$V_{P}-V_{B}=I_{PB}R$
$4-V_{B}=8\times 3$
$4-V_{B}=24$
$V_{B}=-20\, volt$
Titik CQ
$I_{CQ}+I_{EQ}=I_{PQ}+I_{QP}$
$I_{CQ}+3=2+4$
$I_{CQ}=3\, A$
Potensial C
$V_{CQ}=I_{CQ}R$
$V_{C}-V_{Q}=I_{CQ}R$
$V_{C}-12=3\times 5$
$V_{C}-12=15$
$V_{C}=27\, volt$
Jawaban B
4. Soal

Sebuah amperemeter mempunyai kendala dalam 0,9 $\Omega$ dan batas ukur maksimum 100 mA. Agar amperemeter sanggup dipakai untuk mengukur arus 1 A maka pada amperemeter perlu dipasang resistor? (SPMB 2006)

A. 0,1 $\Omega$ secara seri
B. 0,1 $\Omega$ secara paralel
C. 0,1 $\Omega$ secara seri dan paralel
D. 1 $\Omega$ secara seri
E. 1 $\Omega$ secara paralel
Pembahasan
Untuk meningkatkan pembacaan amperemeter diharapkan kendala paralel (cabang)

Hambatan amperemeter 0,9 ohm
Batas ukur usang 100 mA= 0,1 A
Batas ukur gres 1 A
$n=\frac{I_{baru}}{I_{lama}}$
$n=\frac{1}{0,1}=10$
maka kendala cabang
$R_{cabang}=\frac{R_{A}}{n-1}$ $R_{cabang}=\frac{0,9}{10-1}=0,1\, \Omega$
Jawaban B
5. Soal
Sebuah galvanometer yang hambatannya 50 ohm akan mengalami simpangan maksimum jikalau dilalui arus 0,01 A. Agar sanggup dipakai untuk mengukur tegangan sampai 100 V, maka harus dipasang (UMPTN 1990)
A. kendala muka sebesar 9950 ohm
B. kendala muka sebesar 5000 ohm
C. kendala cabang sebesar 9950 ohm
D. kendala cabang sebesar 5000 ohm
E. kendala muka dan hamabatan cabang masing - masing sebesar 2500 ohm
Pembahasan
Untuk meningkatkan pembacaan galvanometer ibarat dengan voltmeter perlu dimenambahkan kendala seri/muka (shunt)
hambatan galvanometer 50 ohm
$V_{lama}=IR=0,01\times 50=0,5\, volt$
$V_{baru}=100\, volt$
$n=\frac{V_{baru}}{V_{lama}}$
$n=\frac{100}{0,5}=200$
Hambatan seri
$R_{seri}=R_{V}(n-1)$
$R_{seri}=50(200-1)=9950\, ohm$
Jawaban A
6. Soal

Di sebuah rumah terpasang dua buah bola lampu masing - masing tertulis 60 watt, 120 volt, dan 40 watt, 120 volt. Jika kedua bola lampu tersebut dihubungkan seri pada tegangan 120 volt. Berapakah jumlah daya pada kedua bola lampu tersebut? (SNMPTN 2011)

A. 36 watt
B. 30 watt
C. 24 watt
D. 18 watt
E. 12 watt
Pembahasan
Jika ada dua buah lampu di tinjau dari daya (P) disusun seri maka P total:

$P_{total}=\frac{P_{1}\times P_{2}}{P_{1}+P_{2}}$
$P_{total}=\frac{60\times 40}{60+40}$
$P_{total}=\frac{60\times 40}{100}$
$P_{total}=24\, watt$
Jawaban C
7. Soal

Dua alat pemanas listrik apabila dipergunakan secara sendiri - sendiri akan membutuhkan waktu masing - masing 15 dan 10 menit untuk mendidihkan air satu panci. Apabila keduanya dihubungkan secara seri, dengan sumber ggl yang tetap sama ibarat tiruanla, maka air satu panci akan mendidih dalam waktu .... menit (UMPTN 1993)

A. 15
B. 20
C. 25
D. 30
E. 45
Pembahasan
Energi listrik = energi kalor

$W=Q$
$\frac{V^{2}}{R}t=mc\Delta T$
$R=\frac{V^{2}t}{mc\Delta T}$
R sebanding dengan t
Semakin besar nilai R maka semakin usang waktu untuk mendidih. sebab arus yang mengalir lebih kecil.
Untuk kendala susunan seri

$R_{s}=R_{1}+R_{2}$
maka:

$t_{s}=t_{1}+t_{2}$
$t_{s}=15+10=25\, \, menit$
Jawaban A
8. Soal

Sebuah pemanas listrik yang hmabatannya 5 $\Omega$ menggunakan sumber tegangan 50 V. Pemanas dipakai untuk memanaskan 1 liter air $0^{\circ }C$ hingga $50^{\circ }C$ . Jika 70 % kalor yang dihasilkan pemanas diambil air, maka waktu yang diharapkan yakni (UMPTN 2000)

A. 5 menit
B. 10 menit
C. 15 menit
D. 20 menit
E. 25 menit
Pembahasan
Diketahui
R = 5 $\Omega$
V = 50 V
m = 1 liter air = 1 kg air

$\Delta T=50^{\circ }C$
$\eta$ = 70 % = 0,7
Karena efisiensi pemanas listrik tidak 100 % maka:
$Q=\eta W$

$mc\Delta T=\eta \frac{V^{2}}{R}t$
$1\times 4200\times 50=0,7\times \frac{50^{2}}{5}\times t$
$t=600\, \, s$
$t=10\, \, menit$
Jawaban B
9. Soal
Perhatikan gambar!

Seorang siswa membuat alat ukur suhu dengan memakai sensor yang mempunyai nilai kendala berubah terhadap suhu. Sensor tersebut bertuliskan $5^{\circ }C/V$ dan dipasang pada rangkaian jembatan wheatstone dengan nilai $R_{1}=2R_{2}$ , $R_{s}$ (variabel resistor) = 0 $\Omega$ - 100 $\Omega$ serta sumber tegangan 15 V. Jika tegangan titi ab 0 V dan nilai $R_{s}$ = 10 $\Omega$ , maka suhu yang terukur adalah? (SIMAK UI 2011)

A. 25 $^{\circ }C$
B. 50 $^{\circ }C$
C. 75 $^{\circ }C$
D. 10 $^{\circ }C$
E. 125 $^{\circ }C$
Pembahasan

Karena Vab = 0 volt, maka rangkaian membentuk Jembatan Wheatstone
maka:
$R_{1}\times R_{sensor}=R_{2}\times R_{s}$
$(2R_{2})\times R_{sensor}=R_{2}\times 10$
$R_{sensor}=5\, \Omega$
Nilai tegangan sensor

$\frac{V_{sensor}=IR_{sensor}\, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, }{V_{total}=I(R_{s}+R_{sensor})}$
$\frac{V_{sensor}}{V_{total}}=\frac{R_{sensor}}{R_{s}+R_{sensor}}$
$\frac{V_{sensor}}{15}=\frac{5}{10+5}$
$V_{sensor}=5\, volt$
kenaikan suhu $5^{\circ }C$ tiap 1 volt, maka kenaikan suhunya

$\Delta T=5\, volt\times 5^{\circ }C/volt=25^{\circ }C$
Jawaban A

10. Soal

Ketika sebuah gulungan kawat pemanas didiberi beda potensial 100 V ternyata sanggup menaikkan suhu 1 kg air sebesar 10 $^{\circ }C$ dalam waktu 100 sekon. Besar kenaikan suhu 2 kg air yang dipanskan dengan gulungan kawat tadi bila didiberi beda potensial 200 V dalam 50 sekon adalah? (UM UGM 2016)

A. 5 $^{\circ }C$
B. 10 $^{\circ }C$
C. 15 $^{\circ }C$
D. 20 $^{\circ }C$
E. 25 $^{\circ }C$
Pembahasan

Keadaan 1

$V_{1}=100\, volt$
$m_{1}=1\, kg$
$\Delta T_{1}=10\, ^{\circ }C$
$t_{1}=100\, s$

Keadaan 2

$V_{2}=200\, volt$
$m_{2}=2\,kg$
$t_{2}=50\,s$
Kenaikan suhu keadaan kedua $\Delta T_{2}?$

$W=Q$
$\frac{V^{2}}{R}t=mc\Delta T$
$\frac{\frac{V_{1}^{2}}{R_{1}}t_{1}}{\frac{V_{2}^{2}}{R_{2}}t_{2}}=\frac{m_{1}c_{1}\Delta T_{1}}{m_{2}c_{2}\Delta T_{2}}$
$\frac{V_{1}^{2}t_{1}}{V_{2}^{2}t_{2}}=\frac{m_{1}\Delta T_{1}}{m_{2}\Delta T_{2}}$

$\frac{(100)^{2}(100)}{(200)^{2}(50)}=\frac{(1)(10)}{(2)\Delta T_{2}}$

$\Delta T_{2}=10^{\circ }C$
Jawaban B