Energi dan Daya Listrik Dinamis
Contoh soal dan pembahasan ulangan harian energi dan daya listrik, fisika SMA kelas X semester 2. Perhatikan dan pelajari contoh-contoh berikut!
Soal No.1
Sebuah lampu memiliki spesifikasi 18 watt, 150 Volt. Lampu dipasang pada tegangan 150 volt. Tentukan:
a) Energi yang digunakan lampu selama pemakaian 12 jam
b) Hambatan lampu
c) Kuat arus yang mengalir pada lampu
Pembahasan
Data lampu:
Daya P = 18 watt
Tegangan V = 150 voltt
Waktu t = 12 jam = 12 x 3600 sekon = 43200 s
a) Energi yang digunakan lampu selama pemakaian 12 jam
Dari rumus energi listrik jika telah diketahui dayanya (P) dan waktu (t)
W = Pt
W = 18 watt x 432000 s = 777600 joule = 777,6 kilojoule
b) Hambatan lampu
Dari spesifikasi pada lampu dan rumus hambatan hubungannya dengan daya listrik:
Sehingga hambatan lampu adalah
c) Kuat arus yang mengalir pada lampu:
I = V/R
I = 150/1250
I = 0,12 ampere
Soal No. 2
Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 watt, 220 Volt.
Tentukan daya lampu tersebut jika di pasang pada tegangan:
a) 220 volt
b) 110 volt
Pembahasan
a) Saat dipasang pada 220 volt.
Lampu memperoleh tegangan sesuai specifikasinya, jadi dayanya 100 w.
b) Saat dipasang pada 110 volt.
Daya lampu akan berubah, namun hambatan pada lampu tetap. Dari hubungan daya, tegangan dan hambatan lampu pada rumus nomor sebelumnya:
Hambatan saat di 220 v dan saat di 110 v sama:
diperoleh rumusnya
Masukkan datanya:
P1 = 100 w
V1 = 220 V
V2 = 110 V
P2 =……
Soal No.3
Budi memiliki sebuah lampu dengan spesifikasi 27,5 watt, 110 volt. Ia ingin memasang lampu tersebut pada tegangan 210 volt. Agar lampu menyala normal sesuai spesifikasi yang tertera pada lampu, tentukan besar hambatan listrik yang harus ditambahkan pada rangkaian!
Pembahasan
Lampu menyala normal artinya daya lampunya tetap 27,5 watt dan tegangan pada lampu juga tetap 110 volt. Rangkaian harus ditambah dengan sebuah hambatan untuk menyerap kelebihan tegangan yang disediakan.
Hitung dulu kuat arus yang mengalir pada lampu adalah:
Rangkaiannya kira-kira seperti ini
Tegangan yang tadinya 210 volt dari sumber listrik, dipakai oleh hambatan pada lampu yaitu RL sebesar 110 volt, sehingga sisanya adalah (210 − 110) = 100 volt, tegangan ini digunakan oleh hambatan yang ditambahkan yaitu Rs. Sehingga besarnya hambatan Rs adalah
Soal No. 4
Dua buah lampu identik dengan ukuran 2 watt, 1,5 volt dirangkai dengan sebuah baterai 1,5 volt seperti gambar berikut!
a) Daya total kedua lampu
b) Energi yang diserap lampu dalam 1 menit!
Pembahasan
Cara Pertama
Hambatan yang dimiliki masing-masing lampu adalah R = V2/P = 1,52 / 2 = 1,125 Ω. Pada rangkaian di atas lampu dipasang secara paralel, berikut rangkaian ekivalennya
Hambatan total kedua lampu yang disusun paralel
Sehingga hambatan total berikut dayanya:
Energi untuk 1 menit (60 detik)
W = Pt
W = 4(60) = 240 joule
Cara Kedua
Dua daya total dua lampu identik pada tegangan yang sesuai:
Sehingga
P = 2 W + 2 w = 4 W
W = Pt = 4(60) = 240 joule
Rumus Daya total diatas dapatnya dari sini, hambatan masing-masing lampu R1 dan R2
Hasil paralelnya dan dayanya:
Soal No. 5
Dua buah lampu dari 2 watt, 1,5 volt dirangkai dengan sebuah baterai 1,5 volt seperti gambar berikut.
Tentukan daya total dari kedua lampu tersebut!
Pembahasan
Rangkaian ekivalennya seperti gambar berikut.
Daya total pada rangkaian
Dapat rumusnya dari sini
Soal No. 6
Solder listrik digunakan pada tegangan 200 volt mengalirkan arus listrik sebesar 0,25 A. Tentukan energi yang digunakan solder listrik dalam 5 menit!
Pembahasan
W = Vit
W = 200 (0,25) (5×60) = 15 000 joule
Soal No.7
Sebuah alat pemanas air dengan daya P dipasang pada tegangan V memerlukan waktu 10 menit untuk menaikkan suhu air dari 10° menjadi 50°. Jika dua buah pemanas yang sama disusun seri, tentukan waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu air pada jumlah dan selisih suhu yang sama!
Pembahasan
Susunan Seri, daya total seperti contoh di atas akan menjadi 1/2 P, sehingga waktu yang diperlukan menjadi dua kali lebih lama
t = t1 + t2
t = 10 menit + 10 menit = 20 menit
Soal No. 8
Sebuah alat pemanas air dengan daya P dipasang pada tegangan V memerlukan waktu 10 menit untuk menaikkan suhu air dari 10°C menjadi 50°C. Jika dua buah pemanas yang sama disusun paralel, tentukan waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu air pada jumlah dan selisih suhu yang sama!
Pembahasan
Susunan Paralel, daya total seperti contoh di atas menjadi dua kali semula atau 2P, sehingga waktu yang diperlukan menjadi setengahnya saja
t = 5 menit
Soal No. 9
Pemanas air dari 210 watt, digunakan untuk memanaskan 2 liter air. Jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan kalor jenis air 4200 J/kg°C, perkirakan lama waktu yang diperlukan untuk kenaikan suhu air sebesar 36°C!
Pembahasan
Massa air yang dipanaskan
m = ρ V
m = 1000 kg/m3 x (2 x 10−3 m3 )= 2 kg
Waktu yang diperlukan
Pt = mcΔT
(210)t = 2(4200)(36)
t = 1440 sekon = 1440 / 60 = 24 menit
Soal No.10
Perhatikan rangkaian listrik berikut!
Besarnya daya disipasi pada hambatan 6 Ω adalah….
A. 2 watt
B. 4 watt
C. 6 watt
D. 9 watt
E. 12 watt
Pembahasan
Menentukan arus rangkaian dulu, diawali dari hambatan total:
