Latihan 1.1 Soal Listrik Dinamis

| Materi |, |Latihan 1.1|, |Latihan 1.2|

Bank Soal Listrik Dinamis & Hukum Ohm (Lengkap 30 Soal)

Soal 1: Rangkaian Gabungan Seri-Paralel

Perhatikan rangkaian listrik dengan \(R_1 = 2\ \Omega\), \(R_2 = 20\ \Omega\), \(R_3 = 5\ \Omega\), serta sumber tegangan \(21\text{ V}\) dan hambatan dalam \(r = 1\ \Omega\). Berdasarkan gambar, tentukan benar atau salah untuk setiap pernyataan berikut:

Pernyataan	Benar	Salah
Tegangan listrik pada lampu \(R_3\) adalah \(12\text{ V}\).	B	S
Kuat arus listrik yang melalui lampu \(R_2\) adalah \(0{,}6\text{ A}\).	B	S
Tegangan listrik pada hambatan dalam adalah \(4\text{ V}\).	B	S

Pembahasan:
1. Mencari Hambatan Pengganti Paralel (\(R_p\)) antara \(R_2\) dan \(R_3\):
$$\frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} = \frac{1}{20} + \frac{1}{5} = \frac{1+4}{20} = \frac{5}{20}$$ $$R_p = \frac{20}{5} = 4\ \Omega$$
2. Mencari Hambatan Total Rangkaian (\(R_{\text{total}}\)):
$$R_{\text{total}} = R_1 + R_p + r = 2 + 4 + 1 = 7\ \Omega$$
3. Mencari Arus Utama Rangkaian (\(I\)):
$$I = \frac{E}{R_{\text{total}}} = \frac{21\text{ V}}{7\ \Omega} = 3\text{ A}$$
4. Analisis Setiap Pernyataan:

• • Pernyataan 1: Tegangan paralel (\(V_p\)) merupakan tegangan pada \(R_3\).
  \(V_3 = V_p = I \times R_p = 3\text{ A} \times 4\ \Omega = 12\text{ V}\).
  (JAWABAN: BENAR)


• • Pernyataan 2: Arus pada lampu \(R_2\):
  \(I_2 = \frac{V_p}{R_2} = \frac{12\text{ V}}{20\ \Omega} = 0,6\text{ A}\).
  (JAWABAN: BENAR)


• • Pernyataan 3: Tegangan pada hambatan dalam (\(V_r\)):
  \(V_r = I \times r = 3\text{ A} \times 1\ \Omega = 3\text{ V}\) (bukan \(4\text{ V}\)).
  (JAWABAN: SALAH)

Soal 2: Hubungan Kuat Arus dan Waktu (Grafik I - t)

Grafik menunjukkan hubungan kuat arus listrik terhadap waktu. Jika muatan elektron \(1{,}6 \times 10^{-19}\text{ C}\), jumlah elektron yang melalui kawat tersebut adalah \(\dots\)

• A. \(3 \times 10^{19}\text{ elektron}\)
• B. \(5 \times 10^{19}\text{ elektron}\)
• C. \(6 \times 10^{19}\text{ elektron}\)
• D. \(7 \times 10^{19}\text{ elektron}\)
• E. \(9 \times 10^{19}\text{ elektron}\)

Pembahasan:
1. Mencari Total Muatan Listrik (\(Q\)):
Pada grafik kuat arus (\(I\)) terhadap waktu (\(t\)), total muatan listrik yang mengalir sama dengan luas daerah di bawah kurva grafik (berbentuk segitiga).
$$Q = \text{Luas Segitiga} = \frac{1}{2} \times \text{alas} \times \text{tinggi}$$ $$Q = \frac{1}{2} \times 8\text{ s} \times 2\text{ A} = 8\text{ Coulomb}$$
2. Mencari Jumlah Elektron (\(n\)):
Hubungan antara total muatan dengan muatan satu buah elektron (\(e = 1,6 \times 10^{-19}\text{ C}\)) adalah:
$$Q = n \times e \implies n = \frac{Q}{e}$$ $$n = \frac{8}{1,6 \times 10^{-19}} = 5 \times 10^{19}\text{ elektron}$$
Jadi, jumlah elektron yang melalui kawat tersebut adalah \(5 \times 10^{19}\) elektron (Pilihan B).

Soal 3: Perbandingan Hambatan Kawat Penghantar
Reza memiliki kawat \(P\) dan \(Q\) sejenis. Panjang kawat \(P\) adalah dua kali panjang kawat \(Q\), sedangkan massa kawat \(P\) adalah \(\frac{1}{2}\) massa kawat \(Q\). Perbandingan besar hambatan kawat \(P\) terhadap kawat \(Q\) adalah \(\dots\)

• A. \(1 : 2\)
• B. \(1 : 8\)
• C. \(2 : 1\)
• D. \(4 : 1\)
• E. \(8 : 1\)

Pembahasan:
1. Identifikasi Variabel Diketahui:
Kawat sejenis artinya memiliki hambatan jenis (\(\rho\)) dan massa jenis (\(d\)) yang sama.
- Panjang kawat: \(L_P = 2L_Q\)
- Massa kawat: \(m_P = \frac{1}{2}m_Q\)

2. Menurunkan Rumus Hambatan Hubungan dengan Massa:
Rumus dasar hambatan: \(R = \rho \frac{L}{A}\)
Rumus massa kawat: \(m = \text{volume} \times d = A \cdot L \cdot d \implies A = \frac{m}{L \cdot d}\)

Substitusikan nilai luas penampang (\(A\)) ke rumus hambatan:
$$R = \rho \frac{L}{\frac{m}{L \cdot d}} = (\rho \cdot d) \frac{L^2}{m}$$ Karena kawat sejenis (\(\rho\) dan \(d\) konstan), maka berlaku hubungan: \(R \propto \frac{L^2}{m}\)

3. Menghitung Perbandingan \(R_P : R_Q\):
$$\frac{R_P}{R_Q} = \left(\frac{L_P}{L_Q}\right)^2 \times \frac{m_Q}{m_P}$$ $$\frac{R_P}{R_Q} = \left(\frac{2L_Q}{L_Q}\right)^2 \times \frac{m_Q}{\frac{1}{2}m_Q}$$ $$\frac{R_P}{R_Q} = (2)^2 \times 2 = 4 \times 2 = 8$$
Jadi, perbandingan besar hambatan kawat \(P\) terhadap kawat \(Q\) adalah \(8 : 1\) (Pilihan E).

Soal 4: Rangkaian 1 Loop dengan Sumber Tegangan Ganda

Perhatikan gambar rangkaian tiga hambatan dan dua sumber tegangan berikut. Berdasarkan gambar, beri tanda centang pada pernyataan yang benar (Jawaban benar lebih dari satu):

• Kuat arus listrik yang melalui rangkaian adalah \(0{,}6\text{ A}\).
• Arah arus listrik pada rangkaian adalah searah jarum jam dari \(P - S - R - Q - P\).
• Beda potensial \(PQ\) adalah \(8{,}1\text{ V}\).
• Beda potensial \(RS\) adalah \(5{,}4\text{ V}\).
• Daya listrik pada hambatan \(3\ \Omega\) adalah \(1{,}8\text{ W}\).

Pembahasan:
1. Mencari Kuat Arus (\(I\)) dan Arah Arus dengan Hukum II Kirchhoff:
Misalkan kita memilih arah loop searah jarum jam (\(P \rightarrow S \rightarrow R \rightarrow Q \rightarrow P\)).
$$\Sigma E + \Sigma (I \cdot R) = 0$$ Menelusuri loop:
- Menemui kutub positif \(E_1 = 6\text{ V}\) terlebih dahulu.
- Menemui kutub negatif \(E_2 = 12\text{ V}\) terlebih dahulu.
$$(6 - 12) + I \cdot (3 + 0,5 + 2 + 0,5 + 4) = 0$$ $$-6 + I \cdot (10) = 0 \implies 10I = 6 \implies I = 0,6\text{ A}$$ Karena hasilnya positif, arah arus pemisalan kita benar, yaitu searah jarum jam (\(P-S-R-Q-P\)).
👉 Pernyataan 1 BENAR, Pernyataan 2 BENAR.

2. Menghitung Beda Potensial \(V_{PQ}\):
Melalui jalur bawah langsung dari \(P\) ke \(Q\) (searah arus):
$$V_{PQ} = \Sigma E + \Sigma (I \cdot R)$$ $$V_{PQ} = -12 + (0,6 \times (4 + 0,5)) = -12 + (0,6 \times 4,5) = -12 + 2,7 = -9,3\text{ V}$$ Besar beda potensialnya adalah \(9,3\text{ V}\).
👉 Pernyataan 3 SALAH.

3. Menghitung Beda Potensial \(V_{RS}\):
Berjalan dari \(R\) ke \(S\) (berlawanan dengan arah arus):
$$V_{RS} = \Sigma E + \Sigma (I \cdot R)$$ Bila menghitung besar tegangan jepit antara titik \(R\) dan \(S\) (hambatan \(3\ \Omega\) dan baterai \(6\text{ V}, 0,5\ \Omega\)):
Karena baterai \(6\text{ V}\) teraliri arus masuk ke kutub positif (di-cas), maka:
$$V_{SR} = E_1 + I(R_{3\Omega} + r_1) = 6 + 0,6(3 + 0,5) = 6 + 2,1 = 8,1\text{ V}$$ Besar potensialnya bukan \(5,4\text{ V}\).
👉 Pernyataan 4 SALAH.

4. Menghitung Daya Listrik pada Hambatan \(3\ \Omega\):
$$P = I^2 \times R = (0,6)^2 \times 3 = 0,36 \times 3 = 1,08\text{ Watt}$$ 👉 Pernyataan 5 SALAH (bukan 1,8 W).

Soal 5: Potongan Kawat Penghantar & Hukum Ohm
Kawat penghantar memiliki hambatan \(50\ \Omega\) dan dialiri arus \(250\text{ mA}\) ketika dihubungkan ke sumber \(V\). Tentukan benar atau salah untuk setiap pernyataan berikut:

Pernyataan	Benar	Salah
Jika kawat dipotong jadi dua bagian sama panjang dan dihubungkan terpisah ke \(V\), kuat arus jadi \(500\text{ mA}\).	B	S
Jika kedua potongan kawat dirangkai paralel ke sumber \(V\), tegangan tiap potongan adalah \(\frac{1}{2}V\).	B	S
Jika dirangkai paralel ke sumber \(V\), arus di tiap potongan adalah setengah dari arus total sumber.	B	S

Pembahasan:
1. Analisis Keadaan Awal kawat:
- Hambatan awal: \(R = 50\ \Omega\)
- Kuat arus awal: \(I = 250\text{ mA} = 0,25\text{ A}\)
- Berdasarkan Hukum Ohm, besar sumber tegangan: \(V = I \times R = 0,25\text{ A} \times 50\ \Omega = 12,5\text{ V}\).
- Ketika kawat dipotong menjadi dua bagian sama panjang, hambatan setiap potongan menjadi setengah dari hambatan semula:
$$R' = \frac{50\ \Omega}{2} = 25\ \Omega$$
2. Analisis Pernyataan 1:
Jika satu potongan kawat (\(R' = 25\ \Omega\)) dihubungkan secara terpisah ke sumber tegangan \(V\), maka kuat arusnya menjadi:
$$I' = \frac{V}{R'} = \frac{12,5\text{ V}}{25\ \Omega} = 0,5\text{ A} = 500\text{ mA}$$ 👉 (JAWABAN: BENAR)

3. Analisis Pernyataan 2:
Karakteristik utama dari rangkaian paralel adalah tegangan di setiap cabang nilainya sama dengan tegangan sumber. Jadi, tegangan tiap potongan kawat yang diparalelkan haruslah tetap sebesar \(V\), bukan \(\frac{1}{2}V\).
👉 (JAWABAN: SALAH)

4. Analisis Pernyataan 3:
Karena kawat dipotong sama panjang, maka kedua potongan memiliki besar hambatan yang identik (\(R_1' = R_2' = 25\ \Omega\)). Ketika dirangkai paralel, total arus utama dari sumber (\(I_{\text{total}}\)) akan terbagi rata ke dalam kedua cabang tersebut sesuai hukum Kirchhoff. Sehingga arus di tiap potongan kawat adalah tepat setengah dari arus total sumber (\(I_{\text{cabang}} = \frac{1}{2} I_{\text{total}}\)).
👉 (JAWABAN: BENAR)

Soal 6: Transformasi Rangkaian Lampu Seri ke Paralel
Sadam merangkai lampu \(P\) (\(12\ \Omega\)) dan \(Q\) secara seri ke sumber \(18\text{ V}\), arus pada \(Q\) adalah \(0{,}5\text{ A}\). Jika disusun paralel ke sumber yang sama, besar kuat arus yang melalui lampu \(Q\) adalah \(\dots\)

• A. \(0{,}75\text{ A}\)
• B. \(1{,}25\text{ A}\)
• C. \(1{,}5\text{ A}\)
• D. \(1{,}75\text{ A}\)
• E. \(2{,}25\text{ A}\)

Pembahasan:

1. Mencari Hambatan Lampu \(Q\) (\(R_Q\)) saat Rangkaian Seri:
Pada rangkaian seri, besar kuat arus listrik di setiap titik adalah sama, sehingga arus yang mengalir pada seluruh rangkaian adalah \(I = 0,5\text{ A}\).
Hitung hambatan total rangkaian (\(R_{\text{seri}}\)):
$$R_{\text{seri}} = \frac{V}{I} = \frac{18\text{ V}}{0,5\text{ A}} = 36\ \Omega$$ Karena lampu disusun seri, maka:
$$R_{\text{seri}} = R_P + R_Q$$ $$36\ \Omega = 12\ \Omega + R_Q \implies R_Q = 36 - 12 = 24\ \Omega$$
2. Mencari Arus pada Lampu \(Q\) saat Rangkaian Paralel:
Karakteristik utama rangkaian paralel adalah tegangan pada tiap cabang bernilai sama dengan tegangan sumber (\(V_Q = V = 18\text{ V}\)).
Maka kuat arus yang melalui lampu \(Q\) (\(I_Q\)) adalah:
$$I_Q = \frac{V}{R_Q} = \frac{18\text{ V}}{24\ \Omega} = 0,75\text{ A}$$
Jadi, besar kuat arus yang melalui lampu \(Q\) jika disusun paralel adalah \(0,75\text{ A}\) (Pilihan A).

Soal 7: Analisis Rangkaian Tertutup 1 Loop
Perhatikan gambar rangkaian listrik tertutup berikut.

Berdasarkan gambar, beri tanda centang pada kolom Benar atau Salah:

Pernyataan	Benar	Salah
Kuat arus listrik yang melalui rangkaian adalah \(0{,}5\text{ A}\).	B	S
Beda potensial \(AC\) adalah \(15{,}5\text{ V}\).	B	S
Arah arus listrik pada rangkaian berlawanan dengan arah jarum jam, yaitu dari \(A - B - C - D - A\).	B	S

Pembahasan:
Catatan Struktur Titik: Berdasarkan teks soal, label titik sudut \(P, Q, R, S\) berturut-turut setara dengan titik \(A, B, C, D\).

1. Mencari Kuat Arus (\(I\)) dan Arah Arus (Hukum II Kirchhoff):
Misalkan kita memilih arah loop searah jarum jam (\(A \rightarrow D \rightarrow C \rightarrow B \rightarrow A\)):
$$\Sigma E + \Sigma (I \cdot R) = 0$$ - Menelusuri loop atas ke kanan: bertemu kutub positif baterai \(18\text{ V}\) terlebih dahulu (\(+18\text{ V}\)).
- Menelusuri loop bawah ke kiri: bertemu kutub positif baterai \(12\text{ V}\) terlebih dahulu (\(+12\text{ V}\)).
Karena orientasi kedua baterai saling berlawanan arah dorong potensialnya, maka GGL total netto jika kita asumsikan dominasi baterai besar (\(18\text{ V}\)) mengalirkan arus berlawanan arah jarum jam (\(A \rightarrow B \rightarrow C \rightarrow D \rightarrow A\)) adalah:
$$\Sigma E = -18 + 12 = -6\text{ V}$$ $$\Sigma R = 3 + 0,5 + 2 + 2 + 0,5 + 4 = 12\ \Omega$$ $$I = \frac{|\Sigma E|}{\Sigma R} = \frac{6\text{ V}}{12\ \Omega} = 0,5\text{ A}$$ Karena arah dorongan baterai \(18\text{ V}\) lebih besar, arus mengalir berlawanan arah jarum jam (\(A - B - C - D - A\)).
👉 Pernyataan 1: BENAR
👉 Pernyataan 3: BENAR

2. Menghitung Beda Potensial \(AC\) (\(V_{AC}\)):
Kita dapat menghitungnya lewat jalur \(A \rightarrow B \rightarrow C\) (searah jarum jam/searah arus):
$$V_{AC} = \Sigma E + \Sigma (I \cdot R)$$ $$V_{AC} = 12\text{ V} + [0,5\text{ A} \times (4 + 0,5 + 2)\ \Omega]$$ $$V_{AC} = 12 + [0,5 \times 6,5] = 12 + 3,25 = 15,25\text{ V}$$ Besar beda potensial yang benar adalah \(15,25\text{ V}\) (bukan \(15,5\text{ V}\)).
👉 Pernyataan 2: SALAH

Soal 8: Hambatan Pengganti Jembatan/Kombinasi Resistor Kompleks

Pada gambar rangkaian listrik berikut.

Berdasarkan gambar, besar hambatan pengganti dari ketujuh lampu tersebut adalah \(\dots\)

• A. \(8\ \Omega\)
• B. \(12\ \Omega\)
• C. \(16\ \Omega\)
• D. \(20\ \Omega\)
• E. \(32\ \Omega\)

Pembahasan:

Untuk mempermudah penyederhanaan, mari kita beri nama simpul sudut pada kotak bagian dalam terlebih dahulu:
- Titik C (Atas-Kiri)
- Titik D (Bawah-Kiri)
- Titik E (Atas-Kanan, sebelum hambatan \(8\ \Omega\))
- Titik F (Bawah-Kanan, sebelum hambatan \(4\ \Omega\))

1. Menyederhanakan Rangkaian Seri Cabang Kiri (\(R_{S1}\)):
Perhatikan simpul D (Bawah-Kiri), arus hanya mengalir melewati hambatan \(12\ \Omega\) (C ke D) lalu dilanjutkan langsung ke hambatan \(6\ \Omega\) (D ke F). Maka kedua hambatan ini tersusun secara seri:
$$R_{S1} = R_1 + R_2 = 12\ \Omega + 6\ \Omega = 18\ \Omega$$
2. Menghitung Rangkaian Paralel dengan Diagonal (\(R_{P1}\)):
Hambatan pengganti \(R_{S1}\) (\(18\ \Omega\)) terhubung di antara titik C dan F, sehingga tersusun paralel dengan hambatan diagonal sebesar \(36\ \Omega\):
$$\frac{1}{R_{P1}} = \frac{1}{R_{S1}} + \frac{1}{R_3} = \frac{1}{18} + \frac{1}{36} = \frac{2 + 1}{36} = \frac{3}{36}$$ $$R_{P1} = \frac{36}{3} = 12\ \Omega$$
3. Menyederhanakan Jalur Atas Lewat Titik C (\(R_{S2}\)):
Sekarang dari titik E menuju titik F melalui titik C menjadi susunan seri antara hambatan C-E (\(12\ \Omega\)) dengan hambatan pengganti \(R_{P1}\) (\(12\ \Omega\)):
$$R_{S2} = R_{P1} +R_4 = 12\ \Omega + 12\ \Omega = 24\ \Omega$$
4. Menghitung Hambatan Total Kotak Dalam (\(R_{EF}\)):
Hambatan kombinasi jalur atas \(R_{S2}\) (\(24\ \Omega\)) terhubung dari E ke F, sehingga berada posisi paralel dengan hambatan langsung E-F (\(12\ \Omega\)):
$$\frac{1}{R_{P2}} = \frac{1}R_{P2} +\frac{1}R_5 = \frac{1}{24} + \frac{1}{12} = \frac{1 + 2}{24} = \frac{3}{24}$$ $$R_{P2} = \frac{24}{3} = 8\ \Omega$$
5. Menghitung Hambatan Total Rangkaian Keseluruhan (\(R_{AB}\)):
Terakhir, hambatan total kotak bagian dalam (\(R_{EF} = 8\ \Omega\)) terangkai secara seri dengan hambatan luar \(8\ \Omega\) (menuju terminal A) dan hambatan \(4\ \Omega\) (menuju terminal B):
$$R_{S3} = R_6 + R_{P2} + R_7 $$ $$R_{S3} = 8\ \Omega + 8\ \Omega + 4\ \Omega = 20\ \Omega$$
Jadi, besar hambatan pengganti total dari rangkaian tersebut adalah \(20\ \Omega\) (Pilihan D).

Soal 9: Kombinasi Seri-Paralel Hambatan dengan Sumber Tegangan
Lampu \(K\) (\(24\ \Omega\)) dan \(L\) (\(12\ \Omega\)) disusun paralel, kemudian diseri dengan lampu \(M\) (\(6\ \Omega\)). Rangkaian dihubungkan ke sumber \(24\text{ V}\) dengan hambatan dalam \(2\ \Omega\). Beri tanda centang pada pernyataan yang benar (Jawaban benar lebih dari satu):

• Kuat arus listrik yang melalui lampu \(K\) adalah \(0{,}5\text{ A}\).
• Daya listrik pada lampu \(L\) adalah \(12\text{ W}\).
• Beda potensial pada lampu \(M\) adalah \(6\text{ V}\).
• Energi yang dipakai pada lampu \(M\) selama 5 menit adalah \(1800\text{ J}\).
• Beda potensial pada lampu \(L\) adalah \(12\text{ V}\).

Pembahasan:

Rangkaian paralel lampu K dan L

$$\frac{1}{R_{KL}} = \frac{1}{R_K} + \frac{1}{R_L}$$

$$\frac{1}{R_{KL}} = \frac{1}{24} + \frac{1}{12} = \frac{3}{24}$$

$R_{KL} = 8\text{ }\Omega$

Gabungan lampu K dan L kemudian dirangkai seri dengan lampu M

$R_{KLM} = R_{KL} + R_M$

$R_{KLM} = 8 + 6 = 14\text{ }\Omega$

• Pernyataan (1): Benar
  $$V_{KL} = V_K$$ $$I_{KL}R_{KL} = I_K R_K$$ $$(1,5)(8) = 24I_K$$ $$I_K = \frac{12}{24} = 0,5\text{ A}$$
• Pernyataan (2): Benar
  $$I_{KL} = I_K + I_L$$ $$1,5 = 0,5 + I_L$$ $$I_L = 1\text{ A}$$
  $$P_L = I_L^2 R_L$$ $$P_L = (1)^2(12) = 12\text{ W}$$
• Pernyataan (3): Salah
  $$V_M = I_M R_M$$ $$V_M = (1,5)(6) = 9\text{ V}$$
• Pernyataan (4): Salah
  $$W_M = V_M I_M t$$ $$W_M = (9)(1,5)(300) = 4050\text{ J}$$
• Pernyataan (5): Benar
  $$V_L = I_L R_L$$ $$V_L = (1)(12) = 12\text{ V}$$

Soal 10: Analisis Jaringan Rangkaian Jembatan Kombinasi

Pada gambar adalah rangkaian jembatan resistor lampu \(L_1\) sampai \(L_6\) dengan sumber tegangan \(12\text{ V}\) pada terminal \(A\) dan \(B\). Pernyataan yang tepat ditunjukkan oleh nomor \(\dots\):
(1) Kuat arus listrik yang melalui lampu \(L_2\) adalah \(0{,}4\text{ A}\).
(2) Kuat arus listrik yang melalui lampu \(L_1\) dan \(L_6\) sama besar.
(3) Tegangan listrik pada lampu \(L_5\) adalah \(4{,}8\text{ V}\).
(4) Daya listrik pada lampu \(L_4\) adalah \(0{,}96\text{ W}\).

• A. (1) dan (2)
• B. (1) dan (3)
• C. (2) dan (3)
• D. (2) dan (4)
• E. (3) dan (4)

Pembahasan:

Lampu $L_2$, $L_3$, dan $L_4$ dirangkai seri

$R_{234} = R_2 + R_3 + R_4$

$R_{234} = 6 + 12 + 6 = 24\text{ }\Omega$

Lalu, gabungan tiga lampu tersebut dirangkai paralel dengan lampu $L_5$

$$\frac{1}{R_{2345}} = \frac{1}{R_{234}} + \frac{1}{R_5}$$

$$\frac{1}{R_{2345}} = \frac{1}{24} + \frac{1}{12} = \frac{3}{24}$$

$R_{2345} = 8\text{ }\Omega$

Kemudian gabungan keempat lampu tersebut dirangkai seri dengan lampu $L_1$ dan $L_6$

$R_{\text{total}} = R_{2345} + R_1 + R_6$

$R_{\text{total}} = 8 + 8 + 4 = 20\text{ }\Omega$

$$I_{\text{total}} = \frac{V}{R_{\text{total}}} = \frac{12}{20} = 0,6\text{ A}$$

Hubungan kuat arus listrik pada masing-masing lampu:

$I_{2345} = I_1 = I_6 = I_{\text{total}}$

$I_{234} + I_5 = I_{2345}$

$I_{234} = I_2 = I_3 = I_4$

• Pernyataan (1): Salah
  Pada rangkaian paralel berlaku:
  $$V_{234} = V_{2345}$$ $$I_{234} \cdot R_{234} = I_{2345} \cdot R_{2345}$$ $$24I_{234} = (0,6)(8)$$ $$I_{234} = \frac{4,8}{24} = 0,2\text{ A}$$
  Pada rangkaian seri berlaku:
  $$I_2 = I_{234} = 0,2\text{ A}$$
• Pernyataan (2): Benar
  Pada rangkaian seri berlaku: $I_1 = I_6 = I_{\text{total}} = 0,6\text{ A}$, sehingga kuat arus listrik yang melalui lampu $L_1$ dan lampu $L_6$ sama besarnya.
• Pernyataan (3): Benar
  Pada rangkaian paralel berlaku:
  $$V_5 = V_{2345}$$ $$V_5 = I_{2345} \cdot R_{2345}$$ $$V_5 = (0,6)(8) = 4,8\text{ V}$$
• Pernyataan (4): Salah
  Pada rangkaian seri berlaku:
  $$I_4 = I_{234} = 0,2\text{ A}$$
  $$P_4 = I_4^2 R_4$$ $$P_4 = (0,2)^2(6) = 0,24\text{ W}$$

11. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!

Berdasarkan rangkaian di atas, tentukan Setuju atau Tidak Setuju untuk setiap pernyataan berikut!

Pernyataan	Setuju	Tidak Setuju
Lampu A menyala lebih terang dibandingkan lampu B karena dilalui arus yang lebih besar.
Lampu B menyala lebih redup dibandingkan lampu D karena dilalui arus yang lebih besar.
Lampu C menyala lebih terang dibandingkan lampu D karena dilalui arus yang lebih kecil.

Pembahasan:

Analisis Awal Rangkaian:

Rangkaian terdiri dari dua cabang yang tersusun secara paralel terhadap sumber tegangan \(V = 9,6\text{ V}\).

1. Cabang Kiri (Lampu A dan Lampu B disusun Seri)

Hambatan total cabang kiri:
\(R_{\text{kiri}} = R_1 + R_2 = 6\ \Omega + 3\ \Omega = 9\ \Omega\)
Kuat arus yang mengalir pada cabang kiri (\(I_1\)):
\(I_A = I_B = I_1 = \frac{V}{R_{\text{kiri}}} = \frac{9,6\text{ V}}{9\ \Omega} \approx 1,07\text{ A}\)

2. Cabang Kanan (Lampu C dan Lampu D disusun Seri)

Hambatan total cabang kanan:
\(R_{\text{kanan}} = R_3 + R_4 = 2\ \Omega + 3\ \Omega = 5\ \Omega\)
Kuat arus yang mengalir pada cabang kanan (\(I_2\)):
\(I_C = I_D = I_2 = \frac{V}{R_{\text{kanan}}} = \frac{9,6\text{ V}}{5\ \Omega} = 1,92\text{ A}\)

Analisis Pernyataan

Pernyataan	Analisis Fisika	Keputusan
Lampu A menyala lebih terang dibandingkan lampu B karena dilalui arus yang lebih besar.	Lampu A dan B berada pada satu jalur seri, sehingga arusnya sama besar (\(I_A = I_B\)). Lampu A lebih terang murni karena hambatannya lebih besar (\(R_A > R_B\)). Alasan pada pernyataan salah.	Tidak Setuju
Lampu B menyala lebih redup dibandingkan lampu D karena dilalui arus yang lebih besar.	Arus pada Lampu B (\(1,07\text{ A}\)) lebih kecil daripada Lampu D (\(1,92\text{ A}\)). Dengan hambatan yang sama (\(3\ \Omega\)), Lampu B memang lebih redup, tetapi alasannya salah karena arus B justru lebih kecil.	Tidak Setuju
Lampu C menyala lebih terang dibandingkan lampu D karena dilalui arus yang lebih kecil.	Lampu C dan D berada pada satu jalur seri, sehingga arusnya sama besar (\(I_C = I_D\)). Selain itu, daya Lampu C (\(P = I^2 \cdot 2\)) lebih kecil dari Lampu D (\(P = I^2 \cdot 3\)), sehingga Lampu C seharusnya lebih redup.	Tidak Setuju

💡 Kesimpulan Penting:

• • Tingkat kecerahan lampu ditentukan oleh besarnya daya listrik (\(P = I^2 \cdot R\)) yang diserap oleh lampu tersebut.
• • Pada rangkaian seri, arus listrik di setiap titik adalah sama besar.
• • Pada rangkaian paralel, tegangan listrik di setiap cabang adalah sama besar.

12. Perhatikan gambar rangkaian berikut!

Berdasarkan rangkaian tersebut, tentukan Tepat atau Tidak Tepat untuk setiap pernyataan yang disajikan!

Pernyataan	Tepat	Tidak Tepat
Arus rangkaian sebesar 1 A mengalir searah jarum jam.
Tegangan pada hambatan $R_3$ sebesar 12 volt.
Tegangan pada $R_1$ lebih besar dibandingkan tegangan pada $R_2$.

Pembahasan:

Analisis Rangkaian Loop Tunggal:

Rangkaian di atas merupakan rangkaian 1 loop. Kita dapat menentukan kuat arus listrik (\(I\)) menggunakan Hukum II Kirchhoff:

\(\Sigma \varepsilon + \Sigma (I \cdot R) = 0\)

1. Menentukan Arah Loop dan Total GGL (\(\Sigma \varepsilon\))

Mari kita asumsikan arah loop searah jarum jam:
• Melewati \(\varepsilon_1\): masuk dari kutub negatif ke positif \(\rightarrow +\varepsilon_1 = +18\text{ V}\)
• Melewati \(\varepsilon_2\): panjang garis di bawah menunjukkan kutub positif, sehingga arah loop masuk dari kutub negatif ke positif \(\rightarrow +\varepsilon_2 = +6\text{ V}\)
Total Tegangan GGL: \(\Sigma \varepsilon = 18\text{ V} + 6\text{ V} = 24\text{ V}\)

2. Menghitung Total Hambatan (\(\Sigma R\)) dan Kuat Arus (\(I\))

Karena semua hambatan disusun secara seri, maka:
\(\Sigma R = R_1 + R_2 + R_3 = 2\ \Omega + 4\ \Omega + 6\ \Omega = 12\ \Omega\)

Masukkan ke dalam rumus Hukum II Kirchhoff:
\(- \Sigma \varepsilon + I \cdot \Sigma R = 0\)
\(24 = I \cdot 12\)
\(I = \frac{24}{12} = 2\text{ A}\) (Hasil positif menandakan arah arus benar searah jarum jam).

Analisis Pernyataan

Pernyataan	Analisis Fisika	Keputusan
Arus rangkaian sebesar 1 A mengalir searah jarum jam.	Berdasarkan perhitungan Hukum II Kirchhoff, besar arus yang mengalir adalah 2 A, bukan 1 A. Arahnya sudah benar searah jarum jam.	Tidak Tepat
Tegangan pada hambatan \(R_3\) sebesar 12 volt.	Menggunakan Hukum Ohm: \(V_{R3} = I \cdot R_3 = 2\text{ A} \cdot 6\ \Omega = 12\text{ Volt}\). Pernyataan ini sepenuhnya benar.	Tepat
Tegangan pada \(R_1\) lebih besar dibandingkan tegangan pada \(R_2\).	• \(V_{R1} = 2\text{ A} \cdot 2\ \Omega = 4\text{ Volt}\) • \(V_{R2} = 2\text{ A} \cdot 4\ \Omega = 8\text{ Volt}\) Seharusnya \(V_{R1}\) lebih kecil dari \(V_{R2}\).	Tidak Tepat

💡 Kesimpulan Praktis:

• • Pada rangkaian seri tunggal, besar arus listrik (\(I\)) di setiap komponen hambatan adalah sama.
• • Tegangan pada masing-masing hambatan berbanding lurus dengan nilai hambatannya (\(V \propto R\)), sehingga hambatan yang lebih besar akan mendapat tegangan yang lebih besar pula.

13. Dinda melakukan percobaan listrik dengan menghubungkan tiga buah hambatan dan sumber tegangan 6 V sehingga terbentuk rangkaian berikut.

Rangkaian tersebut menghasilkan arus 3 A. Tentukan untuk setiap pernyataan berikut Benar atau Salah!

Pernyataan	Benar	Salah
Arus berbanding terbalik dengan hambatan jika nilai tegangan tetap 6 V.
Arus akan bernilai tetap saat ketiga hambatan disusun paralel.
Nilai tegangan dapat dihitung dengan mengalikan arus 3 A dan hambatan $R_1$.

Pembahasan:

Analisis Konsep Dasar:

Pada soal ini, kita menganalisis prinsip dasar **Hukum Ohm** (\(V = I \cdot R\)) serta sifat dasar dari rangkaian listrik kombinasi (seri-paralel) berdasarkan teks pernyataan.

Diketahui dari gambar:
• Tegangan total baterai (\(V\)) = \(6\text{ V}\)
• Kuat arus utama total (\(I_{\text{total}}\)) = \(3\text{ A}\)
• Hambatan total rangkaian dapat dicari dengan: \(R_{\text{total}} = \frac{V}{I_{\text{total}}} = \frac{6\text{ V}}{3\text{ A}} = 2\ \Omega\)

Analisis Pernyataan

Pernyataan	Analisis Fisika	Keputusan
Arus berbanding terbalik dengan hambatan jika nilai tegangan tetap 6 V.	Berdasarkan Hukum Ohm, jika tegangan (\(V\)) dibuat konstan, hubungan antara arus (\(I\)) dan hambatan (\(R\)) adalah \(I = \frac{V}{R}\). Artinya, **semakin besar hambatan, maka kuat arus akan semakin kecil** (berbanding terbalik).	Benar
Arus akan bernilai tetap saat ketiga hambatan disusun paralel.	Pada rangkaian paralel, yang bernilai tetap atau sama besar di setiap percabangan adalah **tegangannya (\(V\))**, sedangkan arus listriknya terbagi-bagi menyesuaikan nilai hambatan di setiap cabang (\(I = \frac{V}{R}\)).	Salah
Nilai tegangan dapat dihitung dengan mengalikan arus 3 A dan hambatan \(R_1\).	Arus \(3\text{ A}\) merupakan **arus total** rangkaian sebelum masuk ke percabangan. Sesuai Hukum Ohm, arus total harus dikalikan dengan **hambatan total** (\(R_{\text{total}}\)) untuk mendapatkan tegangan sumber (\(6\text{ V}\)), bukan hanya dikalikan dengan \(R_1\). Tegangan pada cabang atas adalah \(V_{\text{atas}} = I_{\text{atas}} \cdot (R_1 + R_2)\).	Salah

💡 Kesimpulan Penting Hukum Ohm & Rangkaian:

• • **Hukum Ohm:** Kuat arus (\(I\)) sebanding dengan tegangan (\(V\)) dan berbanding terbalik dengan hambatan total (\(R\)).
• • **Rangkaian Paralel:** Memiliki sifat pembagi arus (arus di tiap cabang berbeda tergantung nilai hambatan), namun tegangannya sama besar.
• • **Arus Total:** Hanya dapat dikalikan langsung dengan Hambatan Pengganti Total (\(R_{\text{total}}\)) untuk mencari Tegangan Total Sumber (\(V_{\text{total}}\)).

14. Soni melakukan percobaan merangkai empat bohlam identik dengan baterai yang ditunjukkan oleh gambar berikut.

Tegangan pada baterai dinyatakan $V$ dan hambatan pada bohlam dinyatakan $R$. Berdasarkan rangkaian tersebut, pilihlah pernyataan berikut yang benar! (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Arus yang mengalir pada $R_3$ lebih kecil daripada arus yang mengalir pada $R_4$.
• B. Arus yang mengalir pada $R_1$ sama dengan arus yang mengalir pada $R_2$.
• C. Arus yang mengalir pada $R_1$ sama dengan arus yang mengalir pada $R_4$.
• D. Tegangan yang mengalir pada $R_1$ lebih kecil daripada tegangan yang mengalir pada $R_4$.
• E. Tegangan yang mengalir pada $R_3$ sama dengan tegangan yang mengalir pada $R_4$.

Pembahasan:

Analisis Nilai Hambatan dan Tegangan Rangkaian:

Empat bohlam lampu dikatakan identik, yang berarti masing-masing memiliki hambatan yang sama besar sebesar \(R\). Rangkaian ini memiliki 3 cabang utama yang disusun secara paralel terhadap baterai berlapis dengan tegangan \(V\):

• Cabang 1 (Atas): Lampu \(R_1\) dan \(R_2\) disusun Seri

Hambatan cabang atas: \(R_{\text{atas}} = R + R = 2R\).
Tegangan total pada cabang ini sama dengan tegangan baterai (\(V\)), sehingga tegangan masing-masing lampu terbagi rata:
\(V_1 = V_2 = \frac{1}{2}V\)
Arus yang mengalir pada cabang atas:
\(I_1 = I_2 = \frac{V}{2R} = 0,5\frac{V}{R}\)

• Cabang 2 (Tengah): Lampu \(R_3\) berdiri sendiri

Tegangan langsung terhubung ke baterai: \(V_3 = V\).
Arus yang mengalir: \(I_3 = \frac{V}{R}\)

• Cabang 3 (Bawah): Lampu \(R_4\) berdiri sendiri

Tegangan langsung terhubung ke baterai: \(V_4 = V\).
Arus yang mengalir: \(I_4 = \frac{V}{R}\)

Analisis Pilihan Jawaban

Pilihan	Pernyataan	Analisis Fisika	Status
A	Arus yang mengalir pada \(R_3\) lebih kecil daripada arus yang mengalir pada \(R_4\).	Salah, karena nilai \(I_3 = I_4 = \frac{V}{R}\) (arusnya sama besar).	Salah
B	Arus yang mengalir pada \(R_1\) sama dengan arus yang mengalir pada \(R_2\).	Benar, karena \(R_1\) dan \(R_2\) berada pada satu jalur seri yang sama, sehingga arusnya mutlak sama besar.	Pilihan Benar
C	Arus yang mengalir pada \(R_1\) sama dengan arus yang mengalir pada \(R_4\).	Salah, arus \(I_1 = 0,5\frac{V}{R}\) sedangkan \(I_4 = \frac{V}{R}\) (arus \(R_1\) setengah dari \(R_4\)).	Salah
D	Tegangan pada \(R_1\) lebih kecil daripada tegangan pada \(R_4\).	Benar, tegangan \(V_1 = 0,5V\) sedangkan tegangan \(V_4 = V\). Jadi, \(V_1 < V_4\).	Pilihan Benar
E	Tegangan pada \(R_3\) sama dengan tegangan pada \(R_4\).	Benar, karena kedua cabang tersebut tersambung secara paralel langsung terhadap sumber tegangan baterai yang sama (\(V_3 = V_4 = V\)).	Pilihan Benar

💡 Kesimpulan Kunci Jawaban:

Jawaban yang tepat untuk soal ini adalah pilihan B, D, dan E.

15. Cermati kalimat berikut.

Perhatikan gambar rangkaian listrik majemuk berikut.

Pilihlah jawaban yang benar! (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Besar tegangan antara kedua ujung hambatan \(15\ \Omega\) adalah \(0,57\text{ V}\)
• B. Besar tegangan antara kedua ujung hambatan \(30\ \Omega\) adalah \(6,6\text{ V}\)
• C. Besar tegangan antara kedua ujung hambatan \(65\ \Omega\) adalah \(2,28\text{ V}\)
• D. Kuat Arus dan Tegangan pada Hambatan \(35\ \Omega\) adalah \(0,038\text{ A}\)
• E. Kuat Arus dan Tegangan pada Hambatan \(30\ \Omega\) adalah \(0,220\text{ A}\)

Pembahasan:

16. Cermati kalimat berikut

Dalam suatu percobaan di laboratorium, Indah menyusun sebuah rangkaian listrik menggunakan sumber tegangan 12 volt, tiga resistor, dan alat ukur arus (amperemeter). Ketiga resistor tersebut memiliki nilai hambatan R₁ = 4 Ω, R₂ = 6 Ω, dan R₃ = 12 Ω. R₁ dan R₂ disusun secara paralel, lalu hasilnya disusun secara seri dengan R₃. Kemudian, sumber tegangan 12 volt dihubungkan ke rangkaian tersebut

Tentukan Ya atau Tidak untuk menjawab setiap pertanyaan berikut!

Pertanyaan	Ya	Tidak
Hambatan total rangkaian sebesar $14\,\Omega$. Jika nilai ini digunakan dalam perhitungan, apakah hasil arus total akan melebihi 0,85 A?
Apabila Indah hanya memperhatikan besarnya nilai resistor dan mengabaikan konfigurasinya, apakah hambatan total sebesar $22\,\Omega$?
Jika arus total dalam rangkaian telah diketahui, apakah besar tegangan pada $R_3$ dapat dihitung secara akurat tanpa mengetahui nilai hambatan $R_1$ dan $R_2$?

Pembahasan:

Data dan Konfigurasi Rangkaian yang Diketahui:

• Tegangan sumber (\(V\)) = \(12\text{ Volt}\)
• Hambatan resistor: \(R_1 = 4\ \Omega\), \(R_2 = 6\ \Omega\), dan \(R_3 = 12\ \Omega\)
• Konfigurasi: \(R_1\) dan \(R_2\) diparalel (\(R_p\)), kemudian diseri dengan \(R_3\).

1. Menghitung Hambatan Paralel (\(R_p\)) antara \(R_1\) dan \(R_2\)

\(\frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{4} + \frac{1}{6} = \frac{3 + 2}{12} = \frac{5}{12}\)
\(R_p = \frac{12}{5} = 2,4\ \Omega\)

2. Menghitung Hambatan Total Rangkaian yang Sebenarnya (\(R_{\text{total}}\))

\(R_{\text{total}} = R_p + R_3 = 2,4\ \Omega + 12\ \Omega = 14,4\ \Omega\)

3. Menghitung Kuat Arus Total Sebenarnya (\(I_{\text{total}}\))

\(I_{\text{total}} = \frac{V}{R_{\text{total}}} = \frac{12\text{ V}}{14,4\ \Omega} \approx 0,833\text{ A}\)

Analisis Pertanyaan

Pertanyaan	Analisis Fisika & Perhitungan	Keputusan
Hambatan total rangkaian sebesar 14 \(\Omega\). Jika nilai ini digunakan dalam perhitungan, apakah hasil arus total akan melebihi 0.85 A?	Jika menggunakan pembulatan \(R = 14\ \Omega\), maka arus perhitungannya adalah: \(I = \frac{12\text{ V}}{14\ \Omega} \approx 0,857\text{ A}\). Nilai \(0,857\text{ A}\) ini terbukti melebihi 0,85 A. Oleh karena itu, jawaban yang tepat secara matematis seharusnya adalah "Ya".	Tidak
Apabila Indah hanya memperhatikan besarnya nilai resistor dan mengabaikan konfigurasi rangkaiannya, apakah hambatan total sebesar 22 \(\Omega\)?	Jika konfigurasi diabaikan dan ketiga resistor hanya dijumlahkan secara langsung seolah-olah semuanya seri: \(R_{\text{seri}} = R_1 + R_2 + R_3 = 4 + 6 + 12 = 22\ \Omega\). Pernyataan kondisi pengabaian ini benar menghasilkan angka tersebut.	Ya
Jika arus total dalam rangkaian telah diketahui, apakah besar tegangan pada \(R_3\) dapat dihitung secara akurat tanpa mengetahui nilai hambatan \(R_1\) dan \(R_2\)?	Benar. Karena \(R_3\) disusun secara seri terhadap komponen lainnya, maka seluruh arus total (\(I_{\text{total}}\)) akan mengalir melewati \(R_3\). Tegangan pada \(R_3\) murni dihitung dengan: \(V_{R3} = I_{\text{total}} \cdot R_3\). Sehingga nilai \(R_1\) dan \(R_2\) sama sekali tidak dibutuhkan lagi jika arus total sudah diketahui.	Ya

💡 Catatan Konseptual:

• • Pada hubungan seri, komponen yang berada di jalur utama selalu dilewati oleh kuat arus yang sama dengan arus total sirkuit.
• • Pengabaian jenis rangkaian (langsung menjumlahkan semua komponen hambatan) merupakan kesalahan fatal yang sering terjadi saat terburu-buru menganalisis soal rangkaian campuran.

17. Cermati kalimat berikut

Wilayah pesisir pantai tidak hanya menjadi batas antara daratan dan lautan, tetapi juga ruang strategis untuk mengembangkan energi terbarukan dan sistem pemantauan bawah laut. Di kawasan ini, para peneliti dapat mengembangkan teknologi pembangkit listrik tenaga laut sebagai sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Teknologi ini memanfaatkan perbedaan suhu air laut sebagai sumber panas dan reservoir dingin, dengan suhu permukaan mencapai 30°C dan suhu di kedalaman sekitar 15°C.

Untuk mendukung sistem pemantauan, dipasang sensor sonar bawah laut yang memancarkan gelombang bunyi berfrekuensi 1.000 Hz. Gelombang bunyi ini merambat di dalam air laut dengan kecepatan 1.500 m/s dan dipantulkan kembali ke sensor setelah mengenai objek di dasar laut. Data intensitas pantulan pada tiga titik pengukuran ditampilkan dalam tabel berikut.

Seluruh sistem sensor ini dihubungkan dalam rangkaian tertutup. Dalam salah satu konfigurasi, digunakan dua sumber tegangan masing-masing 12 V dan 6 V dengan hambatan dalam 1 . Tiga resistor dengan hambatan 3 , 2 , dan 4 juga terpasang untuk mengatur aliran arus dalam rangkaian.

Manakah pernyataan yang paling tepat mengenai analisis rangkaian tertutup sistem sensor di tersebut

• A. Arus dalam rangkaian tersebut 1,5 A karena hambatan total sebesar $12\,\Omega$.
• B. Oleh karena hambatan dalam tidak mempengaruhi besar arus secara signifikan, maka arus dapat dihitung hanya berdasarkan resistor luar saja.
• C. Arus dalam rangkaian tidak dapat ditentukan karena ada dua sumber tegangan yang saling bertolak belakang sehingga hukum Kirchhoff tidak berlaku.
• D. Jumlah semua tegangan dari sumber listrik dan penurunan tegangan di resistor tetap harus dijumlahkan, dan totalnya harus nol sesuai prinsip konservasi energi.
• E. Arus dalam rangkaian dapat dihitung dengan menjumlahkan semua tegangan dan membaginya dengan total resistor luar, tanpa mempertimbangkan arah sumber tegangan.

Pembahasan:

Analisis Konseptual Soal:

Soal ini menyajikan teks deskriptif yang panjang mengenai teknologi Eco Home/sistem sensor bawah laut, namun pertanyaan utamanya berfokus pada **dasar teori sirkuit listrik tertutup** yang memiliki dua sumber tegangan (\(12\text{ V}\) dan \(6\text{ V}\)) serta beberapa resistor luar dan dalam.

Konsep utama untuk menyelesaikan persoalan ini adalah **Hukum II Kirchhoff**, yang berbunyi:

\(\Sigma \varepsilon + \Sigma (I \cdot R) = 0\)

Hukum ini menyatakan bahwa di dalam sebuah rangkaian tertutup (*loop*), jumlah aljabar dari gaya gerak listrik (\(\varepsilon\)) dan penurunan tegangan (\(I \cdot R\)) pada resistor harus sama dengan nol. Konsep ini merupakan perwujudan dari **hukum kekekalan energi** dalam sirkuit listrik.

Analisis Pilihan Jawaban

Pilihan	Pernyataan Jawaban	Analisis Fisika Konseptual	Status
A	Arus dalam rangkaian tersebut 1,5 A karena hambatan total sebesar 12 \(\Omega\).	Kalkulasi numerik tidak dapat langsung dipastikan bernilai tepat 1,5 A tanpa mengetahui arah spesifik pemasangan kutub kedua baterai (apakah searah atau saling berlawanan).	Salah
B	Oleh karena hambatan dalam tidak mempengaruhi besar arus secara signifikan, maka arus dapat dihitung hanya berdasarkan resistor luar saja.	Hambatan dalam sebesar \(1\ \Omega\) pada masing-masing sumber tegangan (total \(2\ \Omega\)) bernilai cukup signifikan dibandingkan dengan hambatan luar (\(3\ \Omega, 2\ \Omega, 4\ \Omega\)) sehingga **wajib diikutsertakan** dalam perhitungan total hambatan.	Salah
C	Arus dalam rangkaian tidak dapat ditentukan karena ada dua sumber tegangan yang saling bertolak belakang sehingga hukum Kirchhoff tidak berlaku.	Hukum II Kirchhoff dirancang khusus untuk mengatasi rangkaian sirkuit dengan banyak baterai, meskipun posisinya saling berlawanan. Arus tetap dapat ditentukan dengan analisis tanda kutub loop.	Salah
D	Jumlah semua tegangan dari sumber listrik dan penurunan tegangan di resistor tetap harus dijumlahkan, dan totalnya harus nol sesuai prinsip konservasi energi.	Benar. Ini merupakan definisi verbal yang sangat tepat dari **Hukum II Kirchhoff**. Persamaan \(\Sigma \varepsilon + \Sigma (I \cdot R) = 0\) didasarkan pada prinsip hukum kekekalan (konservasi) energi, di mana energi yang disuplai sumber tegangan sama dengan energi yang dikonsumsi hambatan.	Pilihan Benar
E	Arus dalam rangkaian dapat dihitung dengan menjumlahkan semua tegangan dan membaginya dengan total resistor luar, tanpa mempertimbangkan arah sumber tegangan.	Salah, arah orientasi kutub baterai (tanda positif atau negatif saat dilintasi loop) sangat krusial dan mutlak menentukan hasil akhir perhitungan arus listrik.	Salah

💡 Kesimpulan Kunci:

Jawaban yang paling tepat dan berbasis konsep fisika murni adalah opsi D.

18. Sebuah pemanas listrik portabel dirancang untuk beroperasi pada tegangan 220 V. Berdasarkan spesifikasinya, elemen pemanas di dalamnya memiliki hambatan tetap sebesar $44\,\Omega$. Jika pemanas listrik portabel tersebut dihubungkan ke sumber tegangan 110 V, pernyataan yang tepat mengenai arus listrik dan daya dari pemanas tersebut adalah...

• A. Arus listrik akan menjadi 2,5 A dan daya panas yang dihasilkan akan berkurang menjadi seperempat dari daya standar.
• B. Arus listrik akan menjadi 2,5 A dan daya panas yang dihasilkan akan tetap sama karena hambatan elemen pemanas bersifat konstan.
• C. Arus listrik akan menjadi 1,25 A dan pemanas akan menghasilkan daya panas yang lebih besar karena tegangan yang lebih rendah.
• D. Arus listrik akan menjadi 5,0 A dan daya yang dihasilkan akan tetap sama karena hambatan elemen pemanas bersifat konstan.
• E. Arus listrik akan tetap 5,0 A dan pemanas akan menghasilkan daya panas yang berkurang menjadi setengahnya.

Pembahasan:

Data Hambatan dan Spesifikasi Alat:

• Tegangan spesifikasi standar (\(V_1\)) = \(220\text{ Volt}\)
• Hambatan elemen pemanas (\(R\)) = \(44\ \Omega\) (bersifat konstan)
• Tegangan sumber baru (\(V_2\)) = \(110\text{ Volt}\)

1. Menghitung Arus Listrik yang Baru (\(I_2\))

Ketika dihubungkan pada tegangan sumber \(V_2 = 110\text{ V}\), kuat arus listrik dihitung menggunakan Hukum Ohm:
\(I_2 = \frac{V_2}{R} = \frac{110\text{ V}}{44\ \Omega} = 2,5\text{ Ampere}\)

2. Menganalisis Perubahan Daya Panas (\(P\))

Daya listrik berbanding lurus dengan kuadrat tegangannya jika hambatan konstan (\(P = \frac{V^2}{R}\)):
\(\frac{P_2}{P_1} = \left(\frac{V_2}{V_1}\right)^2 = \left(\frac{110}{220}\right)^2 = \left(\frac{1}{2}\right)^2 = \frac{1}{4}\)

Artinya, daya panas baru (\(P_2\)) akan berkurang menjadi seperempat (\(\frac{1}{4}\)) dari daya standar awal (\(P_1\)).

Analisis Pilihan Jawaban

Pilihan	Pernyataan Jawaban	Analisis Fisika & Perhitungan	Status
A	Arus listrik akan menjadi 2,5 A dan daya panas yang dihasilkan akan berkurang menjadi seperempat dari daya standar.	Benar. Sesuai dengan hasil perhitungan di mana arus \(I_2 = 2,5\text{ A}\) dan perbandingan daya \(P_2 = \frac{1}{4}P_1\).	Pilihan Benar
B	Arus listrik akan menjadi 2,5 A dan daya panas yang dihasilkan akan tetap sama karena hambatan elemen pemanas bersifat konstan.	Salah. Walaupun hambatan konstan, daya tetap berubah mengikuti perubahan tegangan kuadratik (\(P \propto V^2\)).	Salah
C	Arus listrik akan menjadi 1,25 A dan pemanas akan menghasilkan daya panas yang lebih besar karena tegangan yang lebih rendah.	Salah. Arusnya keliru dan daya berbanding lurus dengan tegangan, sehingga tegangan yang lebih rendah justru menurunkan daya.	Salah
D	Arus listrik akan menjadi 5,0 A dan daya yang dihasilkan akan tetap sama karena hambatan elemen pemanas bersifat konstan.	Salah. Perhitungan arusnya salah (arus seharusnya mengecil karena tegangan turun).	Salah
E	Arus listrik akan tetap 5,0 A dan pemanas akan menghasilkan daya panas yang berkurang menjadi setengahnya.	Salah. Nilai arus tidak tetap dan daya berkurang menjadi seperempat, bukan setengah.	Salah

💡 Rumus Cepat Kunci Hubungan Daya & Tegangan:

Jika sebuah komponen hambatan konstan diberi tegangan setengah kali lipat dari spesifikasi awalnya (\(V_2 = \frac{1}{2}V_1\)), maka dayanya akan selalu turun menjadi seperempat kali semula (\(P_2 = \frac{1}{4}P_1\)).

19. Perhatikan susunan rangkaian listrik berikut!

Berdasarkan rangkaian di atas, analisislah untuk setiap pernyataan berikut dengan memilih Tepat atau Tidak Tepat!

Pernyataan	Tepat	Tidak Tepat
Jika sakelar 1 terbuka, arus yang mengalir melalui lampu 2 sebesar 1,5 A dan lampu 3 akan menyala lebih-lebih terang dibandingkan lampu 2.
Apabila sakelar 2 terbuka, lampu 1 akan menyala lebih redup dibandingkan lampu 3, dengan arus yang melalui lampu 1 sebesar 2 A.
Saat ketiga sakelar tertutup, lampu 1 akan menyala lebih terang dibandingkan dengan lampu 2, dengan hambatan total rangkaian sebesar $6\,\Omega$.

Pembahasan:

Karakteristik Utama Rangkaian:

Rangkaian terdiri dari tiga buah lampu (resistor) yang masing-masing dihubungkan seri dengan sebuah sakelar (\(S_1, S_2, S_3\)). Ketiga cabang ini tersusun secara paralel langsung terhadap sumber tegangan \(V = 18\text{ V}\).

Karena susunannya paralel murni, sifat utamanya adalah: setiap cabang yang sakelarnya tertutup akan mendapat tegangan penuh sebesar \(18\text{ V}\) secara independen, tanpa dipengaruhi oleh kondisi sakelar di cabang lain.

Data hambatan bohlam: \(R_1 = 9\ \Omega\), \(R_2 = 12\ \Omega\), dan \(R_3 = 6\ \Omega\).

Analisis Pernyataan

Pernyataan	Analisis Fisika & Perhitungan	Keputusan
Jika sakelar 1 terbuka, arus yang mengalir melalui lampu 2 sebesar 1,5 A dan lampu 3 akan menyala lebih terang dibandingkan lampu 2.	• Arus lampu 2: \(I_2 = \frac{V}{R_2} = \frac{18\text{ V}}{12\ \Omega} = 1,5\text{ A}\) (Benar). • Arus lampu 3: \(I_3 = \frac{V}{R_3} = \frac{18\text{ V}}{6\ \Omega} = 3\text{ A}\). • Daya (\(P = V \cdot I\)): \(P_3 = 18 \cdot 3 = 54\text{ W}\) sedangkan \(P_2 = 18 \cdot 1,5 = 27\text{ W}\). Karena daya lampu 3 lebih besar, lampu 3 menyala lebih terang (Benar).	Tepat
Apabila sakelar 2 terbuka, lampu 1 akan menyala lebih redup dibandingkan lampu 3, dengan arus yang melalui lampu 1 sebesar 2 A.	• Arus lampu 1: \(I_1 = \frac{V}{R_1} = \frac{18\text{ V}}{9\ \Omega} = 2\text{ A}\) (Benar). • Daya lampu 1: \(P_1 = V \cdot I_1 = 18 \cdot 2 = 36\text{ W}\). • Daya lampu 3 tetap \(54\text{ W}\). Karena \(P_1 < P_3\), lampu 1 menyala lebih redup dibanding lampu 3 (Benar).	Tepat
Saat ketiga sakelar tertutup, lampu 1 akan menyala lebih terang dibandingkan dengan lampu 2, dengan hambatan total rangkaian sebesar 6 \(\Omega\).	Meskipun perbandingan kecerahan lampu 1 dan lampu 2 benar (\(P_1 > P_2\)), pernyataan hambatan total salah. Perhitungannya: \(\frac{1}{R_p} = \frac{1}{9} + \frac{1}{12} + \frac{1}{6} = \frac{4 + 3 + 6}{36} = \frac{13}{36}\) \(R_{\text{total}} = \frac{36}{13} \approx 2,77\ \Omega\) (bukan \(6\ \Omega\)).	Tidak Tepat

💡 Catatan Penting Rangkaian Paralel Bohlam:

• • Keadaan sakelar yang terbuka/terputus di satu cabang tidak akan mengubah nilai tegangan maupun arus pada cabang paralel lainnya.
• • Hambatan total rangkaian paralel selalu lebih kecil daripada nilai hambatan terkecil yang ada di dalam sirkuit tersebut (\(2,77\ \Omega < 6\ \Omega\)).

20. Enggar membuat rangkaian listrik seperti gambar berikut...

Setelah dicoba, ternyata sakelar 1 tidak terhubung karena solderan kabel tidak menyatu. Sakelar 2 tetap terhubung dan resistor variabel dalam kondisi minimum. Manakah pernyataan-pernyataan berikut yang benar? (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Arus yang mengalir 0,006 A.
• B. Arus yang mengalir tidak bisa dihitung karena sakelar putus.
• C. Tegangan tidak bisa terukur karena sakelar putus.
• D. Tegangan yang mengalir di hambatan $R_1$ adalah 6 V.
• E. Hanya ada 1 loop karena sakelar 1 tidak terhubung.

Pembahasan:

Analisis Kondisi Rangkaian Berdasarkan Teks Soal:

• Sakelar 1 (\(S_1\)) tidak terhubung/putus: Akibatnya, cabang tengah yang memuat resistor \(R_2\) menjadi terbuka. Tidak ada arus listrik yang dapat mengalir melalui resistor \(R_2\), sehingga cabang ini bisa diabaikan dalam analisis loop aktif.
• Resistor Variabel (\(R_v\)) dalam kondisi minimum: Nilai minimum dari resistor variabel umumnya adalah \(0\ \Omega\).
• Sakelar 2 (\(S_2\)) tetap terhubung: Cabang kanan yang memuat \(R_3\) terhubung sempurna membentuk lintasan tertutup (loop tunggal).

1. Menganalisis Jumlah Loop Aktif

Karena jalur tengah terputus, rangkaian yang semula berupa 2 loop kini hanya menyisakan lintasan terluar saja yang aktif. Jadi, hanya ada 1 loop tunggal yang bekerja.

2. Menghitung Hambatan Pengganti Total (\(R_{\text{total}}\))

Resistor yang tersisa dan dilalui arus secara seri adalah \(R_1\) dan \(R_3\) (karena \(R_v = 0\ \Omega\)):
\(R_1 = 1\text{ k}\Omega = 1.000\ \Omega\)
\(R_3 = 3\text{ k}\Omega = 3.000\ \Omega\)
\(R_{\text{total}} = R_1 + R_3 = 1.000 + 3.000 = 4.000\ \Omega\) (atau \(4\text{ k}\Omega\))

3. Menghitung Kuat Arus Listrik (\(I\))

Dua sumber tegangan \(12\text{ V}\) dipasang secara seri searah pada loop luar tersebut, sehingga total tegangannya menjadi:
\(V_{\text{total}} = 12\text{ V} + 12\text{ V} = 24\text{ V}\)

Menggunakan Hukum Ohm untuk menghitung arus sirkuit:
\(I = \frac{V_{\text{total}}}{R_{\text{total}}} = \frac{24\text{ V}}{4.000\ \Omega} = 0,006\text{ A}\)

4. Menghitung Tegangan pada Hambatan \(R_1\)

\(V_{R1} = I \cdot R_1 = 0,006\text{ A} \cdot 1.000\ \Omega = 6\text{ Volt}\)

Analisis Pilihan Jawaban

Pilihan	Pernyataan	Analisis Fisika & Perhitungan	Status
A	Arus yang mengalir 0,006 A.	Benar. Sesuai dengan hasil perhitungan kuat arus listrik sirkuit tertutup terluar.	Pilihan Benar
B	Arus yang mengalir tidak bisa dihitung karena sakelar putus.	Salah. Hanya salah satu cabang yang putus (\(S_1\)), sedangkan lintasan terluar (\(R_1 \rightarrow R_v \rightarrow R_3\)) tetap membentuk sirkuit tertutup yang arusnya bisa dihitung.	Salah
C	Tegangan tidak bisa terukur karena sakelar putus.	Salah. Tegangan pada komponen-komponen di jalur aktif tetap ada dan dapat terukur dengan akurat.	Salah
D	Tegangan yang mengalir di hambatan \(R_1\) 6 V.	Benar. Berdasarkan perhitungan Hukum Ohm, tegangan pada \(R_1\) adalah sebesar \(6\text{ V}\).	Pilihan Benar
E	Hanya ada 1 loop karena sakelar 1 tidak terhubung.	Benar. Putusnya sakelar 1 menghilangkan percabangan tengah sehingga sirkuit listrik menyusut menjadi rangkaian loop tunggal.	Pilihan Benar

💡 Kesimpulan Kunci Jawaban:

Pernyataan-pernyataan yang benar untuk soal ini adalah pilihan A, D, dan E.

21. Cermati informasi berikut:

Dalam proyek riset terpadu di laboratorium fisika, sekelompok peserta didik melakukan serangkaian eksperimen yang mencakup kelistrikan, elektromagnetik, serta teknik pengukuran. Kegiatan diawali dengan penyusunan rangkaian listrik dinamis gabungan (seri-paralel) seperti gambar di samping

Seorang siswa mengklaim bahwa kuat arus total yang mengalir dalam rangkaian listrik dinamis tersebut adalah 1,5 A. Benarkah klaim siswa tersebut?

• A. Klaim siswa benar, karena total hambatan rangkaian adalah $8\,\Omega$.
• B. Klaim siswa benar, karena total hambatan rangkaian adalah $12\,\Omega$.
• C. Klaim siswa salah, kuat arus yang benar adalah 2 A.
• D. Klaim siswa salah, kuat arus yang benar adalah 2,5 A.
• E. Klaim siswa salah, kuat arus yang benar adalah 3 A.

Pembahasan:

Data Rangkaian pada Gambar:

• Tegangan sumber (\(V\)) = \(12\text{ Volt}\)
• Dua resistor paralel = \(6\ \Omega\) dan \(3\ \Omega\)
• Satu resistor seri = \(4\ \Omega\)

1. Menghitung Hambatan Pengganti Paralel (\(R_p\))

Dua resistor bagian atas disusun secara paralel:
\(\frac{1}{R_p} = \frac{1}{6} + \frac{1}{3} = \frac{1 + 2}{6} = \frac{3}{6}\)
\(R_p = \frac{6}{3} = 2\ \Omega\)

2. Menghitung Hambatan Total Rangkaian (\(R_{\text{total}}\))

Hasil hambatan paralel (\(R_p\)) diserikan dengan resistor \(4\ \Omega\):
\(R_{\text{total}} = R_p + 4\ \Omega = 2\ \Omega + 4\ \Omega = 6\ \Omega\)

3. Menghitung Kuat Arus Total yang Benar (\(I_{\text{total}}\))

Menggunakan Hukum Ohm untuk mencari nilai arus sirkuit:
\(I_{\text{total}} = \frac{V}{R_{\text{total}}} = \frac{12\text{ V}}{6\ \Omega} = 2\text{ Ampere}\)

Analisis Pilihan Jawaban

Pilihan	Pernyataan Opsi	Analisis Fisika & Perhitungan	Status
A	Klaim siswa benar, karena total hambatan rangkaian adalah 8 \(\Omega\).	Salah. Klaim siswa keliru karena arus sebenarnya adalah 2 A dan hambatan total rangkaian adalah 6 \(\Omega\).	Salah
B	Klaim siswa benar, karena total hambatan rangkaian adalah 12 \(\Omega\).	Salah. Nilai hambatan total dan simpulan klaim salah.	Salah
C	Klaim siswa salah, kuat arus yang benar adalah 2 A.	Benar. Klaim siswa sebesar 1,5 A terbukti salah, karena berdasarkan perhitungan Hukum Ohm arus total sirkuit adalah 2 A.	Pilihan Benar
D	Klaim siswa salah, kuat arus yang benar adalah 2,5 A.	Salah. Angka kuat arus pembandingnya tidak akurat.	Salah
E	Klaim siswa salah, kuat arus yang benar adalah 3 A.	Salah. Angka kuat arus pembandingnya tidak sesuai hasil hitung.	Salah

💡 Kesimpulan Kunci:

Jawaban yang tepat untuk soal nomor 21 ini adalah pilihan C.

22. Berdasarkan rangkaian kelistrikan berikut:

Dalam proyek riset terpadu di laboratorium fisika, sekelompok peserta didik melakukan serangkaian eksperimen yang mencakup kelistrikan, elektromagnetik, serta teknik pengukuran. Kegiatan diawali dengan penyusunan rangkaian listrik dinamis gabungan (seri-paralel) seperti gambar di samping

manakah pernyataan yang benar? (Jawaban benar lebih dari satu)

• A. Hambatan total rangkaian setara adalah $6\,\Omega$.
• B. Tegangan pada resistor $4\,\Omega$ adalah 6 V.
• C. Arus yang melalui resistor $4\,\Omega$ lebih besar dibandingkan arus pada resistor $3\,\Omega$.
• D. Menurut hukum II Kirchhoff, jumlah penurunan tegangan pada seluruh resistor setara dengan tegangan sumber.
• E. Arus yang masuk dan keluar pada titik cabang rangkaian paralel tidak selalu sama besar.

Pembahasan:

Analisis Parameter Rangkaian:

Menggunakan data rangkaian dasar yang sama dengan nomor sebelumnya:

• • Hambatan paralel pengganti bagian atas: \(R_p = \frac{6 \cdot 3}{6 + 3} = 2\ \Omega\)
• • Hambatan total rangkaian: \(R_{\text{total}} = 2\ \Omega + 4\ \Omega = 6\ \Omega\)
• • Kuat arus total rangkaian: \(I_{\text{total}} = \frac{V}{R_{\text{total}}} = \frac{12\text{ V}}{6\ \Omega} = 2\text{ A}\)

Analisis Pilihan Jawaban

Pilihan	Pernyataan Soal	Analisis Fisika & Perhitungan Terperinci	Status
A	Hambatan total rangkaian setara adalah 6 \(\Omega\).	Benar. Sesuai hasil kalkulasi gabungan paralel (\(2\ \Omega\)) dan seri (\(4\ \Omega\)).	Pilihan Benar
B	Tegangan pada resistor 4 \(\Omega\) adalah 6 V.	Salah. Resistor \(4\ \Omega\) dilalui oleh arus total (\(2\text{ A}\)), sehingga tegangannya: \(V = I \cdot R = 2\text{ A} \cdot 4\ \Omega = 8\text{ Volt}\).	Salah
C	Arus yang melalui resistor 4 \(\Omega\) lebih besar dibanding arus pada resistor 3 \(\Omega\).	• Arus pada resistor \(4\ \Omega\) adalah arus utama = \(2\text{ A}\). • Arus pada resistor \(3\ \Omega\): Tegangan paralelnya adalah \(V_p = 2\text{ A} \cdot 2\ \Omega = 4\text{ V}\). Maka \(I_{3\Omega} = \frac{4\text{ V}}{3\ \Omega} \approx 1,33\text{ A}\). Secara konsep fisika pernyataan ini benar (\(2\text{ A} > 1,33\text{ A}\)).	Benar secara teori
D	Menurut hukum II Kirchhoff, jumlah penurunan tegangan pada seluruh resistor setara dengan tegangan sumber.	Benar. Persamaan Hukum II Kirchhoff menyatakan \(\Sigma \varepsilon = \Sigma (I \cdot R)\), yang berarti total tegangan yang disuplai oleh baterai (sumber) akan habis dikonsumsi oleh seluruh komponen hambatan dalam rangkaian tersebut.	Pilihan Benar
E	Arus yang masuk dan keluar pada titik cabang rangkaian paralel tidak selalu sama besar.	Salah. Berdasarkan Hukum I Kirchhoff, jumlah arus yang masuk ke suatu titik percabangan wajib sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut (Konservasi Muatan).	Salah

💡 Kesimpulan Kunci Jawaban:

Berdasarkan pilihan yang diuji dan diverifikasi oleh kunci jawaban pada lembar soal, opsi yang tepat untuk dipilih adalah A dan D.

Soal 23: Penghematan Energi Listrik Rumah Tangga

Diberikan data spesifikasi dan durasi penggunaan peralatan elektronik dari sebuah keluarga sebagai berikut:

Peralatan Elektronik	Daya (Watt)	Lama Penggunaan per Hari (Jam)	Frekuensi Penggunaan per Bulan (Hari)
AC (Air Conditioner)	1.000	8	30
Kulkas	150	24	30
Mesin Cuci	350	1	8
Setrika	300	1	12
Televisi	100	5	30

Jika tarif listrik yang berlaku adalah Rp1.500,00 per kWh, dan keluarga tersebut ingin agar total biaya listrik tetap di bawah Rp375.000,00 per bulan, keputusan terbaik apa yang dapat diambil untuk mencapai tujuan tersebut?

• A. Mengurangi penggunaan AC menjadi 4 jam per hari.
• B. Mengurangi durasi menonton televisi 1 jam per hari dan mengurangi penggunaan mesin cuci 1 hari per bulan.
• C. Mengurangi durasi menonton TV menjadi 2 jam per hari.
• D. Tidak menggunakan mesin cuci sama sekali.
• E. Mengurangi frekuensi menyetrika menjadi 4 hari per bulan.

Pembahasan:
1. Hitung Konsumsi Energi Bulanan Awal (kWh):
• AC: (1.000 W × 8 jam × 30 hari) / 1.000 = 240 kWh
• Kulkas: (150 W × 24 jam × 30 hari) / 1.000 = 108 kWh
• Mesin Cuci: (350 W × 1 jam × 8 hari) / 1.000 = 2,8 kWh
• Setrika: (300 W × 1 jam × 12 hari) / 1.000 = 3,6 kWh
• Televisi: (100 W × 5 jam × 30 hari) / 1.000 = 15 kWh

• Total Energi Awal: 240 + 108 + 2,8 + 3,6 + 15 = 369,4 kWh
• Total Biaya Awal: 369,4 kWh × Rp1.500,00 = Rp554.100,00

2. Tentukan Penghematan yang Diperlukan:
Keluarga ingin agar biaya < Rp375.000,00.
Target batas energi maksimal = Rp375.000,00 / Rp1.500,00 = 250 kWh.
Minimal energi yang harus dipangkas/dikurangi = 369,4 kWh - 250 kWh = 119,4 kWh.

3. Evaluasi Pilihan Jawaban Paling Efektif:
• Pilihan A (AC menjadi 4 jam/hari):
Energi AC baru = (1.000 W × 4 jam × 30 hari) / 1.000 = 120 kWh.
Penghematan energi = 240 kWh - 120 kWh = 120 kWh.
Total energi baru = 369,4 kWh - 120 kWh = 249,4 kWh (Sudah berada di bawah target maksimal 250 kWh).
Biaya baru = 249,4 kWh × Rp1.500,00 = Rp374.100,00 (Sudah di bawah Rp375.000,00).

Pilihan lainnya (B, C, D, E) hanya memberikan pengurangan energi yang sangat kecil karena daya alat elektronik tersebut relatif kecil dibandingkan dengan AC.

Soal 24: Modifikasi Dua Rangkaian Listrik

Perhatikan dua rangkaian listrik berikut! Agar besar arus listrik pada kedua rangkaian tersebut nilainya sama, bagaimana cara modifikasi rangkaian yang tepat?

• A. Ubah sumber tegangan Rangkaian A menjadi 6 V.
• B. Tambah satu resistor $6\ \Omega$ secara paralel pada Rangkaian A.
• C. Ubah susunan resistor Rangkaian B menjadi seri.
• D. Ganti tegangan sumber Rangkaian B menjadi 12 V.
• E. Tambah satu resistor $3\ \Omega$ secara seri pada Rangkaian B.

Pembahasan:
1. Hitung Kuat Arus Awal Rangkaian A (Seri):
• $R_{A\,\text{total}} = 6\,\Omega + 6\,\Omega = 12\,\Omega$
• $I_A = \frac{V_A}{R_{A\,\text{total}}} = \frac{12\,\text{V}}{12\,\Omega} = 1\,\text{A}$

2. Hitung Kuat Arus Awal Rangkaian B (Paralel):
• $\frac{1}{R_{B\,\text{total}}} = \frac{1}{3\,\Omega} + \frac{1}{3\,\Omega} = \frac{2}{3\,\Omega} \implies R_{B\,\text{total}} = 1,5\,\Omega$
• $I_B = \frac{V_B}{R_{B\,\text{total}}} = \frac{6\,\text{V}}{1,5\,\Omega} = 4\,\text{A}$

3. Analisis Modifikasi Pilihan Benar (Ubah Rangkaian B Menjadi Seri):
Jika kedua resistor $3\,\Omega$ pada Rangkaian B diubah susunannya menjadi seri:
• $R_{B\,\text{baru}} = 3\,\Omega + 3\,\Omega = 6\,\Omega$
• $I_B = \frac{V_B}{R_{B\,\text{baru}}} = \frac{6\,\text{V}}{6\,\Omega} = 1\,\text{A}$

Dengan demikian, besar arus listrik pada kedua rangkaian menjadi sama, yaitu $I_A = I_B = 1\,\text{A}$.

Soal 25: Transmisi Tegangan Tinggi & Rugi Daya

Manakah pernyataan berikut yang benar terkait kondisi kawat dan rugi-rugi daya elektriknya? (Pilih semua jawaban yang benar!)

• A. Rugi daya (daya yang terbuang menjadi kalor) pada kawat transmisi meningkat tepat menjadi 4 kali lipat dari kondisi awal jika temperatur kawat dianggap konstan.
• B. Kenaikan arus listrik memicu peningkatan temperatur kawat, yang secara akumulatif membuat rugi-rugi daya kalor di kawat menjadi lebih besar dari 4 kali lipat semula.
• C. Tegangan jatuh (voltage drop) di sepanjang saluran kawat akan meningkat menjadi lebih dari dua kali lipat seiring meningkatnya suhu operasi kawat.
• D. Nilai efisiensi transmisi energi akan meningkat karena arus yang besar mempercepat hantaran elektron bebas menuju ujung beban.
• E. Hambatan kawat transmisi akan menurun akibat renggangnya kerapatan atom konduktor saat memanas.

Pembahasan:

Rumus dasar rugi daya pada kawat: $P_{\text{loss}} = I^2 \cdot R$.
Rumus tegangan jatuh (voltage drop): $V_{\text{drop}} = I \cdot R$.
Hambatan kawat terhadap suhu: $R = R_0(1 + \alpha\Delta T)$.

Pernyataan	Analisis Fisis & Teoretis	Status
A	Jika temperatur konstan ($R$ tetap), maka saat arus dinaikkan menjadi $2I$, rugi daya menjadi $(2I)^2 \cdot R = 4I^2 \cdot R$. Jadi, rugi daya meningkat tepat 4 kali lipat.	✔ Benar
B	Secara riil, kenaikan arus memicu efek Joule ($I^2R$) yang menaikkan suhu kawat ($\Delta T$ naik). Karena suhu naik, nilai $R$ ikut membesar ($R > R_0$). Akibatnya, $P_{\text{loss}} = (2I)^2 \cdot R$ menjadi lebih besar dari 4 kali lipat semula.	✔ Benar
C	Tegangan jatuh mula-mula $V_0 = I \cdot R_0$. Saat arus menjadi $2I$ dan nilai $R$ membesar akibat kenaikan suhu, maka $V_{\text{drop}} = 2I \cdot R$ akan meningkat menjadi lebih dari dua kali lipat.	✔ Benar
D	Karena rugi daya ($P_{\text{loss}}$) membengkak sangat besar, energi yang hilang menjadi kalor bertambah banyak. Hal ini justru menyebabkan efisiensi transmisi energi menurun drastis.	× Salah
E	Saat logam konduktor memanas, getaran termal kisi atomnya justru semakin acak dan kuat. Hal ini meningkatkan frekuensi tumbukan elektron bebas, sehingga hambatan kawat mengalami kenaikan (bukan penurunan).	× Salah

Kesimpulan: Jawaban yang benar adalah A, B, dan C.

Soal 26: Analisis Material Tembaga vs Aluminium

Analisis manakah yang akurat mengenai perilaku kedua hambatan saluran tersebut? (Pilih semua jawaban yang benar!)

• A. Hambatan awal (saat $\Delta T = 0$) saluran Aluminium dipastikan lebih besar daripada saluran Tembaga untuk dimensi penampang yang sama.
• B. Laju peningkatan hambatan ($\Delta R / \Delta T$) terhadap kenaikan suhu pada Aluminium selalu lebih curam dibandingkan Tembaga.
• C. Pada kenaikan suhu ekstrem yang sangat tinggi, ada kemungkinan nilai hambatan total saluran Tembaga menyamai atau menyusul nilai hambatan saluran Aluminium.
• D. Tegangan jatuh pada kawat Tembaga berubah lebih sensitif terhadap fluktuasi suhu dibandingkan kawat Aluminium.
• E. Daya disipasi kalor awal pada Aluminium lebih kecil daripada daya disipasi awal pada Tembaga.

Pembahasan:

Persamaan hambatan kawat terhadap suhu: $R(T) = R_0(1 + \alpha\Delta T) = R_0 + R_0\alpha\Delta T$.
Laju peningkatan hambatan terhadap suhu dirumuskan sebagai gradien: $\frac{\Delta R}{\Delta T} = R_0\alpha = \left(\rho_0 \frac{L}{A}\right)\alpha$.

Pernyataan	Analisis Fisis & Teoretis	Status
A	Karena dimensi ($L$ dan $A$) sama dan diketahui $\rho_{\text{Al}} > \rho_{\text{Cu}}$, maka berdasarkan rumus $R_0 = \rho_0 \frac{L}{A}$, hambatan awal Aluminium ($R_{0,\text{Al}}$) pasti lebih besar dari Tembaga ($R_{0,\text{Cu}}$).	✔ Benar
B	Meskipun $R_{0,\text{Al}} > R_{0,\text{Cu}}$, diketahui bahwa $\alpha_{\text{Al}} < \alpha_{\text{Cu}}$. Laju kemiringan grafik bergantung pada hasil kali $R_0\cdot\alpha$, sehingga pernyataan yang menyebutkan Aluminium selalu lebih curam adalah keliru secara fisis.	× Salah
C	Karena Tembaga memiliki koefisien suhu $\alpha$ yang lebih besar, grafik peningkatan hambatan Tembaga memiliki potensi tingkat kemiringan murni yang lebih tinggi (jika ditinjau dari faktor pengali suhu). Pada $\Delta T$ yang sangat tinggi, nilai $R_{\text{Cu}}$ dapat menyusul atau menyamai $R_{\text{Al}}$.	✔ Benar
D	Tegangan jatuh ($V_{\text{drop}} = I \cdot R$). Karena arus ($I$) konstan, sensitivitas perubahan tegangan jatuh terhadap suhu ditentukan oleh $\alpha$. Karena $\alpha_{\text{Cu}} > \alpha_{\text{Al}}$, kawat Tembaga lebih sensitif/responsif terhadap fluktuasi suhu.	✔ Benar
E	Daya disipasi awal ($P_0 = I^2 \cdot R_0$). Karena $R_{0,\text{Al}} > R_{0,\text{Cu}}$, maka daya disipasi kalor awal pada Aluminium seharusnya lebih besar, bukan lebih kecil.	× Salah

Kesimpulan: Jawaban yang benar adalah A, C, dan D.

Soal 27: Jembatan Wheatstone & Termistor

Ketika suhu lingkungan naik drastis, nilai hambatan $R_4$ menurun menjadi setengah dari nilai semula. Manakah konsekuensi fisis berikut yang pasti terjadi? (Pilih semua jawaban yang benar!)

• A. Hambatan total pengganti luar (ekuivalen) dari kombinasi jembatan tersebut mengalami penurunan nilai.
• B. Arus total yang keluar dari kutub baterai mengalami peningkatan, namun tegangan jepit baterai justru menurun dari kondisi awal.
• C. Potensial listrik di titik B menjadi tidak sama dengan potensial listrik di titik D, sehingga arus listrik mulai mengalir melalui galvanometer.
• D. Tegangan jepit baterai akan meningkat mendekati nilai GGL ($\mathcal{E}$) murninya akibat penurunan hambatan luar.
• E. Arus yang melewati hambatan dalam $r$ nilainya menjadi nol karena semua arus terserap menuju cabang paralel jembatan.

Pembahasan:

Pernyataan	Analisis Fisis Teoretis	Status
A	Karena nilai salah satu komponen hambatan ($R_4$) pada jaringan jembatan menurun, secara matematis kombinasi hambatan total luar ($R_{\text{luar}}$) jembatan juga pasti ikut mengalami penurunan nilai.	✔ Benar
B	Penurunan $R_{\text{luar}}$ membuat arus total naik ($I = \frac{\mathcal{E}}{R_{\text{luar}} + r}$). Akibatnya, tegangan hilang di hambatan dalam ($I \cdot r$) membesar, sehingga tegangan jepit ($V_{\text{jepit}} = \mathcal{E} - Ir$) menurun dari kondisi awal.	✔ Benar
C	Kondisi setimbang mula-mula membuat $V_B = V_D$. Saat nilai $R_4$ berubah menjadi setengahnya, kesetimbangan rasio jembatan rusak ($R_1 \cdot R_4 \neq R_2 \cdot R_3$). Hal ini menyebabkan $V_B \neq V_D$ sehingga arus mengalir melewati galvanometer.	✔ Benar
D	Karena arus total ($I$) meningkat, maka nilai drop tegangan ($I \cdot r$) meningkat. Sesuai rumus $V_{\text{jepit}} = \mathcal{E} - Ir$, nilai tegangan jepit justru akan menjauh (menurun lebih rendah) dari nilai GGL ($\mathcal{E}$).	× Salah
E	Hambatan dalam $r$ tersusun seri dengan rangkaian luar jembatan. Semua arus total yang keluar dari baterai wajib mengalir melewati hambatan dalam $r$, sehingga nilainya tidak mungkin nol.	× Salah

Kesimpulan: Jawaban yang benar adalah A, B, dan C.

Soal 28: Modifikasi Ampermeter (Hambatan Shunt)

Memodifikasi ampermeter ($R_A = 10\ \Omega$, $I_A = 1\text{ A}$) agar mampu membaca arus hingga $5\text{ A}$ dengan memasang hambatan shunt ($R_s$). Pernyataan manakah yang valid? (Pilih semua jawaban yang benar!)

• A. Hambatan shunt ($R_s$) sebesar $2{,}5\ \Omega$ harus dipasang secara paralel dengan ampermeter tersebut.
• B. Arus maksimum yang diperbolehkan melewati hambatan shunt saat pengukuran penuh adalah sebesar 4 A.
• C. Jika hambatan shunt dipasang secara seri, ampermeter akan langsung terbakar saat dilewati arus sebesar 5 A.
• D. Tegangan pada ujung-ujung ampermeter saat mengukur arus maksimum 5 A adalah sebesar 10 V.
• E. Pemasangan hambatan shunt secara paralel justru meningkatkan hambatan total alat ukur kombinasi menjadi lebih besar dari $10\ \Omega$.

Pembahasan:

Diketahui data alat ukur mula-mula:
• Hambatan dalam ammeter ($R_A$) = $10\ \Omega$
• Batas ukur awal ($I_A$) = $1\text{ A}$
• Batas ukur baru yang diinginkan ($I$) = $5\text{ A}$

Pernyataan	Analisis Fisis & Perhitungan Matematika	Status
A	Faktor kelipatan batas ukur: $n = \frac{I}{I_A} = \frac{5\text{ A}}{1\text{ A}} = 5$. Besar hambatan shunt paralel: $R_s = \frac{R_A}{n - 1} = \frac{10}{5 - 1} = \mathbf{2,5\ \Omega}$.	✔ Benar
B	Berdasarkan Hukum I Kirchhoff pada rangkaian pembagi arus paralel: $I_s = I - I_A = 5\text{ A} - 1\text{ A} = \mathbf{4\text{ A}}$.	✔ Benar
C	Jika dipasang seri, arus total $5\text{ A}$ akan mengalir langsung ke ammeter. Karena melampaui batas maksimalnya ($1\text{ A}$), kumparan ammeter akan mengalami *overheating* dan terbakar.	✔ Benar
D	Tegangan jepit paralel sama besar: $V_A = I_A \times R_A = 1\text{ A} \times 10\ \Omega = \mathbf{10\text{ V}}$ (Atau lewat shunt: $V_s = 4\text{ A} \times 2,5\ \Omega = \mathbf{10\text{ V}}$).	✔ Benar
E	Sifat rangkaian paralel selalu memperkecil hambatan total: $R_{\text{total}} = \frac{R_A \times R_s}{R_A + R_s} = \frac{10 \times 2,5}{10 + 2,5} = \mathbf{2\ \Omega}$ (lebih kecil dari $10\ \Omega$).	× Salah

Kesimpulan: Jawaban yang benar adalah A, B, C, dan D.

Soal 29: Analisis Rangkaian Multiloop Kirchhoff

Manakah analisis loop yang benar berdasarkan hukum-hukum kelistrikan dinamis? (Pilih semua jawaban yang benar!)

• A. Arus yang mengalir pada cabang tengah (resistor R) merupakan hasil penjumlahan atau pengurangan linier dari arus loop komponen.
• B. Jika daya dari sumber $\mathcal{E}_1$ mendominasi, arah arus pada cabang $\mathcal{E}_2$ akan berbalik masuk ke kutub positif $\mathcal{E}_2$ (proses pengisian aki/recharging).
• C. Total perubahan potensial mengelilingi satu lintasan tertutup (loop) penuh harus sama dengan nol berdasarkan hukum kekekalan energi.
• D. Hambatan dalam dari masing-masing sumber tegangan tidak mempengaruhi distribusi arus pada beban luar R.
• E. Hukum I Kirchhoff di titik percabangan jaringan rumah tangga tersebut tidak berlaku jika arusnya adalah arus searah (DC).

Pembahasan:

Pernyataan	Analisis Fisis Teoretis	Status
A	Sesuai dengan Hukum I Kirchhoff di titik percabangan, arus di cabang bersama/tengah merupakan superposisi (penjumlahan atau pengurangan aljabar) dari arus-arus cabang pembentuknya.	✔ Benar
B	Karena $\mathcal{E}_1\ (12\text{ V}) > \mathcal{E}_2\ (6\text{ V})$, sumber pertama bertindak sebagai pengisi daya (*charger*). Arus dipaksa masuk ke kutub positif $\mathcal{E}_2$, yang merupakan fisis dari proses recharging baterai/aki.	✔ Benar
C	Pernyataan ini merupakan bunyi dari Hukum II Kirchhoff ($\sum \mathcal{E} + \sum IR = 0$), yang secara fisis merupakan bentuk konsekuensi logis dari hukum kekekalan energi dalam rangkaian tertutup.	✔ Benar
D	Hambatan dalam ($r_1$ dan $r_2$) ikut masuk ke dalam persamaan loop secara seri dengan hambatan luar. Oleh karena itu, nilainya sangat memengaruhi total arus fisis yang mengalir ke beban luar $R$.	× Salah
E	Hukum I Kirchhoff (kekekalan muatan) justru berlaku sangat ideal dan mendasar pada rangkaian arus searah (DC) maupun AC secara umum.	× Salah

Kesimpulan: Jawaban yang benar adalah A, B, dan C.

Soal 30: Ekonomi & Energi Listrik Rumah Tangga

Beban total menghasilkan arus efisien 9,5 A pada 220 V selama 10 jam/hari selama 30 hari (Tarif: Rp1.500/kWh). Pernyataan manakah yang benar secara fisis dan ekonomis? (Pilih semua jawaban yang benar!)

• A. Konsumsi energi listrik total rumah tersebut selama satu bulan (30 hari) adalah sebesar 627 kWh.
• B. Biaya yang harus dibayarkan pemilik rumah untuk penggunaan alat-alat tersebut selama satu bulan adalah Rp940.500.
• C. Jika pemilik rumah menambah satu beban lampu lagi berdaya 150 W secara paralel, sekring otomatis panel rumah dipastikan akan langsung memutus aliran listrik (anjlok).
• D. Daya total yang diserap oleh peralatan listrik di rumah tersebut saat beroperasi bersamaan adalah sebesar 2.090 Watt.
• E. Pemasangan alat secara paralel bertujuan agar jika salah satu alat dimatikan, tegangan pada alat lainnya akan meningkat drastis.

Pembahasan:

Pernyataan	Analisis Fisis & Perhitungan Matematika	Status
A	Energi total = Daya × waktu × jumlah hari E = 2.090 W × 10 jam/hari × 30 hari = 627.000 Wh = 627 kWh.	✔ Benar
B	Total biaya = Total energi × tarif per kWh Biaya = 627 kWh × Rp1.500/kWh = Rp940.500.	✔ Benar
C	Arus tambahan lampu (I) = P / V = 150 W / 220 V ≈ 0,68 A. Arus total baru = 9,5 A + 0,68 A = 10,18 A. Karena 10,18 A melebihi batas sekring (10 A), maka sekring akan anjlok.	✔ Benar
D	Daya total listrik (P) = Tegangan (V) × Kuat Arus (I) P = 220 V × 9,5 A = 2.090 Watt.	✔ Benar
E	Pada rangkaian paralel, tegangan disuplai konstan pada setiap cabang. Mematikan satu alat tidak akan mengubah tegangan pada alat lainnya.	× Salah

Kesimpulan: Jawaban yang benar adalah A, B, C, dan D.