Rangkaian Arus Bolak [PDF]

Citation preview

Rangkaian Arus Bolak-Balik(RLC) SOAL 1. Soal UN Fisika Tahun 2009 Suatu rangkaian seri R, L, dan C dihubungkan dengan tegangan bolak-balik. Apabila induktansi 1/25π2 H dan kapasitas kapasitor 25 μF, maka resonansi rangkaian terjadi pada frekuensi ..... A. 0,5 kHz B. 1,0 kHz C. 2,0 kHz D. 2,5 kHz E. 7,5 kHz  Sumber: http://fisikastudycenter.com/fis ika-xii-sma/48-listrik-bolakbalik-ac



PEMBAHASAN



2. Soal UN FISIKA Tahun 2011



Pembahasan Data dari soal di atas sebagai berikut: R = 60 Ω XL = 120 Ω XC = 40 Ω Vm = 200 volt Im = .................



Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut 



 



Jika tegangan maksimum sumber arus bolak-balik = 200 V, maka besar kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian adalah.... A. 1,5 A B. 2,0 A C. 3,5 A D. 4,0 A E. 5,0 A



Pembahasan



Frekuensi resonansi untuk rangkaian RLC terjadi saat reaktansi induktif sama besar dengan reaktansi kapasitif, dengan nilai frekuensi :



Jawaban yang benar adalah A



Langkah pertama temukan dulu impedansi rangkaian (Z) 



  Kuat arus maksimumnya adalah 



Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisikaxii-sma/48-listrik-bolak-balik-ac Pembahasan Diketahui :



Resistor(R)=12Ohm Induktor(L)=0,075H Perhatikan diagram rangkaian Kapasitor (C) = 500 µF = 500 x 10-6 F = 5 x 10RLC berikut ini! 4 Farad Tegangan (V) = Vo sin ωt = Vo sin 2πft = 26 sin 200t Ditanya : Kuat arus maksimum dari rangkaian Jawab : Reaktansi induktif (XL) = ωL = (200)(0,075) = Kuat arus maksimum dari rangkaian 15 Ohm adalah.. (1 µF = 10-6 F) Reaktansi kapasitif (XC) = 1 / ωC = 1 / (200)(5 A.1,3 x 10-4) = 1 / (1000 x 10-4) = 1 / 10-1  = 101 = 10 B.1,5A Ohm    C.2,0 Resistor (R) = 12 Ohm D.2,4 Impedansi (Z) : E. 2√2 A 3.Soal UN Fisika SMA 2012/2013



Sumber: https://gurumuda.net/listrikarus-bolak-balik-ac-rangkaian-rlcpembahasan-soal-dan-jawaban-unfisika-smama-2013.htm



Kuat (I) : I = V / Z = 26 Volt / I = 2 I = 2 Jawaban yang benar adalah C.



arus



13 Ohm Volt/Ohm Ampere



4. Soal UN Fisika tahun 2013



Perhatikan gambar rangkaian RLC berikut ini.



Besar impedansi pada rangkaian tersebut adalah.... A. 1600Ω B. 1500 Ω C. 1300 Ω D. 800 Ω E. 600 Ω: Sumber: https://gurumuda.net/listrikarus-bolak-balik-ac-rangkaian-rlcpembahasan-soal-dan-jawaban-unfisika-smama-2013.htm 5. Soal UN Fisika Tahun 2012 Pembahasan Rangkaian R – L – C disusun seperti gambar di samping. Resistif XL = XC



V sefase dengan I



Induktif



Kapasitif



XL > XC



XC > X



V mendahului I



I mendahului V



Grafik gelombang sinus yang dihasilkan -Jawaban A dan E bisa dibuang dulu, jika XL > XC adalah…. karena menggambarkan I sebagai garis lurus.



A .



-Jawaban B bisa dibuang kemudian, karena menunjukkan V sefase dengan I, kelihatan saat 0°, 180° dan 360°, V dan I berada pada satu titik, jadi sefase. Jangan terkecoh dengan garis merahnya V yang terlihat lebih tinggi dari garis birunya I. -Tinggal C dan D. Mana yang V mendahului I? yang C, terlihat saat I nya masih nol, V nya sudah punya nilai sudut tertentu yang lebih besar dari nol, jadi seperti grafik option B, tapi merahnya digeser sedikit ke



sebelah kiri.



Sumber : http://soal-fisika.blogspot.co.id/2015/03/soaldan-pembahasan-materi-fisika.html B .



C .



D .



E .



6. Soal UN Fisika Tahun 2008 Rangkaian RLC seri dirangkai sebagai berikut



Bila saklar S ditutup,beda potensial antara titik A dan B adalah.. a. 8v b. 10v c. 24v d. 48v e. 96v Sumber: http://untukkusaja.blogspot.co.id/2015/03/pembahasan -soal-rangkaian-rlc.html



7. Soal Fisika UN Tahun 2009 Perhatikan gambar berikut ni



Nilai arus efektif dalam rangkain tersebut adalah... a. 0,05/2A b. 0,5/2A c. 0,01A d. 0,1A e. 1A Sumber: http://untukkusaja.blogspot.co.id/2015/03/pembahasan -soal-rangkaian-rlc.html



8.UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013 Pembahasan Perhatikan gambar rangkaian RLC berikut! Apabila impedansi rangkaian Diketahui : 250 Ω, maka hambatan resistor (R) adalah Z = 250 Ω



C = 8  F = 8 x 10-6 F L = 0,8 H A. 50 Ω B. 200 Ω C. 400 Ω D. 600 Ω E. 800 Ω Sumber : https://gurumuda.net/pembahasan-soalun-fisika-smama-2014-rangkaianrlc.htm/amp



V = 200 Volt ω = 500 rad/s Ditanya : Hambatan resistor (R) Jawab :



Rumus impedansi total rangkaian :



Jawaban yang benar adalah B. 9. Soal UN Fisika Tahun 2016 Perhatikan rangkaian berikut!



Grafik hubungan V dan I yang benar adalah ...



Pembahasan Rangkaian di atas adalah rangkaian induktor sehingga bersifat induktif. Pada rangkaian yang bersifat induktif, fase tegangan mendahului fase arus listrik sebesar 90° (saat arus = 0, tegangan sudah mencapai maksimum). Untuk mengetahui grafik mana yang menunjukkan fase tegangan mendahului arus, perhatikanlah sumber vertikalnya. Perhatikan grafik opsi A berikut!



Pada grafik opsi A, saat kuat arus masih bernilai nol, tegangan sudah mencapai nilai maksimum. Artinya, fase tegangan mendahului fase arus sebesar 90°.



Grafik opsi E juga menunjukkan fase tegangan mendahului fase arus, tetapi tidak 90° karena tegangan belum mencapai maksimum. Jadi, grafik hubungan V dan I yang benar adalah opsi (A).



Sumber: https://kakajaz.blogspot.co.id/2017/01/p embahasan-fisika-un-2016-no-3135.html?m=1 10.



Sumber: http://www.edutafsi.com/2015/04/pemba hasan-soal-un-rangkaian-seri-rlc.html? m=1



VMN=96VOLT (C) Dik : R = 2 ohm, L = 2,5 m, r = 0,65 mm, ρ = ρ’



11. (SBMPTN 2013) Sepotong kawat yang memiliki panjang 2,5 m dan jari-jari 0,65 mm mempunyai hambatan 2Ω. Jika panjang dan jarijarinya diubah menjadi dua kali semula, maka hambatannya menjadi … A. 16 Ω B. 8 Ω C. 4 Ω D. 2 Ω E. 1 Ω http://kumpulinsoal.com/pembahasansoal-sbmptn-fisika-hambatan-danrangkaian-listrik/



=ρ Karena hambatan jenisnya sama, maka:



R R  ⇒ ’ = R R  ⇒ ’ = R R  ⇒ ’ =



L.A ’ L’. A L (π.r’2) L’ (π.r2) L r’2 L’ r2



Karena r’ = 2r, L’ = 2L, maka:



R R  ⇒ ’ =



L. (2r)2 2L.r2



⇒ R/R’ = 2 ⇒ R’ = ½ R ⇒ R’ = ½(2) ⇒ R’ = 1 Ω 12. (SBMPTN 2013) 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 http://kumpulinsoal.com/pembahasansoal-sbmptn-fisika-hambatan-danrangkaian-listrik/



Induktansi ⇒ XL = ω.L ⇒ XL = 2πf.L ⇒ XL = 2(3,14)(60). (26,5 x 10-3) ⇒ XL = 9,985 ⇒ XL = 10 ohm Kapasitansi ⇒ XC = 1/ω.C ⇒ XC = 1/2πf.C ⇒ XC = 1/{2(3,14)(60). (106 x 10-6)} ⇒ XC = 25,03 ⇒ XC = 25 ohm Hambatan total atau Impedansi: ⇒ Z2 = R2 + (XL – XC)2  ⇒ Z2 = 102 + (10 – 25)2 ⇒ Z2 = 100 + 225  ⇒ Z2 = 325 ⇒ Z = 18,02 ⇒ Z = 18 ohm



Beda potensial pada ujung-ujung L ⇒ VC = IL . XL  ⇒ VC = V/Z . XL ⇒ VC = (100/18). (10) ⇒ VC = 55,6 Volt



13. (SBMPTN 2017) Sumber arus bolak balik memiliki amplitudo tegangan 200 V dan frekuensi sudut 25 Hz mengalir melalui hambatan R = 200 Ω dan kapasitor C = 100/π μF yang disusun seri. Kuat arus yang melalui kapasitor tersebut adalah …. A.   1/4 √2 A B.   1/2 √2 A C.   √2 A D.   2√2 A E.   5√2 A Sumber: https://kakajaz.blogspot.co.id/2017/09/p embahasan-fisika-21-25-tkd-sainteksbmptn-2017.html



Pembahasan Kita tentukan dulu nilai hambatan kapasitor yang dikenal dengan istilah reaktansi kapasitif (XC).



Selanjutnya kita tentukan hambatan total yang rangkaian yang dalam arus bolak balik dikenal dengan istilah impedansi (Z).



Karena resistor dan kapasitor tersusun seri maka kuat arus yang melalui kapasitor sama dengan kuat arus yang melalui resistor. Kuat arus tersebut merupakan kuat arus rangkaian yang dirumuskan:



Jadi, kuat arus yang melalui kapasitor tersebut adalah 1/2 √2 A (B).



14. (UN 2014) Perhatikan rangkaian R-L-C seri berikut ini!



Dengan demikian, kita sudah dapat menentukan beda potensial pada induktor dengan menggunakan rumus:  Beda potensial ujung-ujung induktor adalah ....



VL = I . XL      = 2 × 150      = 300



A.   100 V B.   200 V C.   300 V D.   350 V E.   400 V https://kakajaz.blogspot.co.id/2015/10/p embahasan-fisika-un-2014-no-3135.html



Soal No 15 Gambar berikut ini menunjukkan kawat separuh lingkaran dapat diputar di dalam medan magnet homogen yang arahnya keluar bidang gambar. Kawat di rangkai dengan hambatan PO.



Hal yang terjadi ketika kawat diputar adalah …. (1) arah medan magnet mempengaruhi arus (2) tidak timbul arus listrik dalam rangkaian karena medan magnet homogen (3) di dalam rangkaian timbul arus bolak balik (4) fluks magnet tidak berubah karena medan magnet homogen Pembahasan : (1) benar, arah medan magnet mempengaruhi arah arus (2) salah, timbul arus di dalam rangkaian



(3) benar, timbul arus bolak-balik (4) salah, fluks magnet berubah Jawaban : B



Soal No. 16 Sebuah balok bermassa 2,0 kg meluncur di atas bidang horisontal kasar dengan laju awal 5,0 m/s. Balok berhenti setelah meluncur selama 2 s. Pernyataan di bawah ini yang benar adalah (1) balok mengalami perlambatan sebesar 2,5 m/s 2 (2) besarnya gaya gesek kinetik yang dialami balok adalah 5 N (3) koefisien gesek kinetik antara balok dan bidang adalah 0,25 (4) laju balok satu detik sebelum berhenti adalah 2,5 m/s Pembahasan : Perlambatan balok :



vt0a=vo+at=5+a⋅2=–2,5m/s2 Gaya gesek :



F=m⋅a=5N=2⋅2,5 Koefisien gesek :



F=m⋅a=5N=2⋅2,5 Laju balok satu detik sebelum berhenti :



vt=vo+at=5+(−2,5)⋅1=2,5m/s Pernyataan (1), (2), (3), dan (4) benar. Jawaban : E



Soal No. 17 Suatu gelombang digambarkan oleh sebuah fungsi gelombang sebagai berikut: y(x,t) = 0,4 sin [5π(t+x)] dengan y dan x dalam meter, t dalam sekon. Maka pernyataan yang benar adalah …. (1) periode gelombang 0,4 sekon (2) cepat rambat gelombang 1 m/s ke arah x negatif (3) frekuensi gelombang 2,5 Hz (4) panjang gelombang 4 cm



Pembahasan : Persamaan gelombang :



y(x,t)=0,4sin[5π(t+x)]=0,4sin[5πt+5πx] Periode gelombang :



5πT=2πT=2π5π=0,4s Panjang gelombang :



5πλ=2πλ=2π5π=0,4m=40cm Cepat rambat gelombang :



v=λTv=1m/s=0,40,4 negatif karena ke + Frekuensi gelombang :



f=1T=10,4=2,5Hz Pernyataan (1), (2), dan (3) benar Jawaban : A



Soal No. 18 Tinggi maksimum sebuah bola yang dilempar vertikal ke atas lebih besar dari pada jika dilempar ke atas membentuk sudut tertentu terhadap horizontal dengan kecepatan awal yang sama. SEBAB Energi kinetik suatu benda yang melakukan gerak parabola bernilai minimum di titik tertingginya. Pembahasan : Pernyataan Benar, Alasan benar, keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat. Jawaban : A Soal No. 19 Kawat berarus listrik yang sejajar dengan medan magnet tidak mengalami gaya magnet. SEBAB



Gaya magnet hanya dialami oleh kawat berarus listrik yang tegak lurus medan magnet. Pembahasan : Pernyataan Benar, alasan salah. Jawaban : C