Bab 2: Listrik Dinamis

Jawaban benar: C. 360 C Pembahasan: $t=3\text{menit}=3\times 60=180\text{s}$ $Q=I\cdot t=2\text{A}\times 180\text{s}=360\text{C}.$

Jawaban benar: D. 24 W Pembahasan: $P=V\cdot I=12\text{V}\times 2\text{A}=24\text{W}.$

Jawaban benar: B. 0,0425 Ω Pembahasan: $A=2{\text{mm}}^2=2\times 10^{-6}{\text{m}}^2.$ $R=\rho \frac{L}{A}=\frac{1,7\times 10^{-8}\times 5}{2\times 10^{-6}}=\frac{8,5\times 10^{-8}}{2\times 10^{-6}}=4,25\times 10^{-2}\Omega =0,0425\Omega .$

Jawaban benar: B. $1,9\times 10^{21}$ Pembahasan: $t=10\text{menit}=600\text{s}.$ Muatan total $Q=I\cdot t=0,5\times 600=300\text{C}.$ Jumlah elektron $n=\frac{Q}{e}=\frac{300}{1,602\times 10^{-19}}\approx 1,87\times 10^{21}\approx 1,9\times 10^{21}.$

Jawaban benar: B. $1,9\times 10^{21}$ Pembahasan: $t=10\text{menit}=600\text{s}.$ Muatan total $Q=I\cdot t=0,5\times 600=300\text{C}.$ Jumlah elektron $n=\frac{Q}{e}=\frac{300}{1,602\times 10^{-19}}\approx 1,87\times 10^{21}\approx 1,9\times 10^{21}.$

Jawaban benar: E. 21 Ω Pembahasan: Seri: $R_{\text{tot}}=3+6+12=21\Omega .$

Jawaban benar: C. Karena arus listrik didefinisikan berdasarkan gerak muatan positif Pembahasan: Secara konvensi, arah arus listrik ditetapkan dari potensial tinggi ke potensial rendah, searah gerakan muatan positif. Namun dalam kenyataannya, elektron sebagai pembawa muatan negatif bergerak berlawanan arah dengan arus. Konsep ini digunakan agar lebih mudah dalam analisis rangkaian listrik.

Jawaban benar: B. Karena beda potensial dibutuhkan untuk memindahkan muatan listrik Pembahasan: Arus listrik mengalir karena adanya perbedaan potensial antara dua titik. Sumber tegangan seperti baterai menciptakan beda potensial yang “mendorong” elektron bergerak melalui penghantar. Tanpa tegangan, tidak ada gaya pendorong, sehingga arus tidak mengalir dan lampu tidak menyala.

Jawaban benar: B. Agar tidak terjadi lonjakan arus yang dapat merusak komponen Pembahasan: Jika tegangan tidak stabil, arus yang mengalir pada alat elektronik juga berubah-ubah. Lonjakan arus dapat merusak komponen sensitif di dalam alat, terutama pada rangkaian digital. Karena itu, stabilizer digunakan untuk menjaga tegangan agar tetap konstan.

Jawaban benar: B. Karena elektron sulit melewati penghantar yang panjang Pembahasan: Semakin panjang kabel, semakin besar kemungkinan elektron bertumbukan dengan atom di sepanjang penghantar. Tumbukan ini memperlambat aliran elektron, sehingga hambatan meningkat. Hal ini menjelaskan mengapa kabel panjang memerlukan tegangan lebih tinggi untuk menghasilkan arus yang sama.

Jawaban benar: C. Karena tembaga memiliki hambatan jenis kecil dan konduktivitas tinggi Pembahasan: Tembaga mampu menghantarkan arus listrik dengan efisien karena hambatan jenisnya rendah. Dengan hambatan kecil, energi listrik tidak banyak hilang sebagai panas. Selain itu, tembaga kuat, lentur, dan tahan oksidasi.

Jawaban benar: B. Karena voltmeter mengukur beda potensial pada dua titik Pembahasan: Pemasangan paralel memungkinkan voltmeter membandingkan dua titik potensial secara langsung. Voltmeter memiliki hambatan besar agar tidak mengubah arus dalam rangkaian. Dengan cara ini, pengukuran tegangan menjadi akurat tanpa mengganggu sistem listrik.

Jawaban benar: D. Karena amperemeter memiliki hambatan sangat kecil dan harus dipasang seri Pembahasan: Amperemeter dirancang agar memiliki hambatan sangat kecil supaya tidak mengganggu arus rangkaian. Oleh karena itu, alat ini harus dipasang seri agar seluruh arus dapat mengalir melaluinya. Jika dipasang paralel, arus besar dapat merusak alat ukur.

Jawaban benar: A. Karena tegangan terbagi ke setiap lampu Pembahasan: Dalam rangkaian seri, tegangan dari sumber dibagi ke setiap beban. Setiap lampu hanya mendapat sebagian tegangan total, sehingga cahaya yang dihasilkan menjadi lebih redup. Hal ini tidak terjadi pada rangkaian paralel.

Jawaban benar: C. Karena getaran atom meningkat dan menghambat gerak elektron Pembahasan: Peningkatan suhu membuat atom-atom logam bergetar lebih kuat. Getaran ini mengganggu aliran elektron bebas sehingga menambah hambatan. Oleh karena itu, suhu tinggi dapat menurunkan efisiensi penghantaran listrik.

Jawaban benar: B. Karena LED mengubah energi listrik menjadi cahaya dengan efisien Pembahasan: Lampu pijar mengubah sebagian besar energi listrik menjadi panas, sedangkan LED hampir seluruhnya menjadi cahaya. Efisiensi tinggi LED membuat konsumsi daya lebih rendah untuk tingkat pencahayaan yang sama. Inilah sebabnya LED lebih hemat energi dan tahan lama.

Jawaban benar: B. Tubuh bertindak sebagai penghantar antara potensial tinggi dan rendah Pembahasan: Tubuh manusia mengandung cairan elektrolit yang dapat menghantarkan arus listrik. Saat tersentuh, arus mengalir melalui tubuh dari potensial tinggi ke rendah, menyebabkan kejutan listrik. Karena itu, isolator dan pengaman sangat penting dalam instalasi listrik.

Jawaban benar: C. Karena bahan tersebut memiliki hambatan jenis tinggi sehingga mencegah kebocoran arus Pembahasan: Plastik dan karet adalah isolator yang menghambat aliran elektron. Dengan isolator, arus tetap berada di dalam konduktor logam tanpa merambat keluar. Hal ini menjaga keselamatan pengguna dari bahaya sengatan listrik.

Jawaban benar: B. Karena hambatan alat pemanas lebih besar sehingga energi listrik berubah menjadi panas lebih banyak Pembahasan: Pemanas listrik dirancang memiliki hambatan tinggi agar energi listrik diubah menjadi panas. Kipas justru memiliki hambatan kecil agar energi digunakan untuk memutar motor. Perbedaan fungsi ini memengaruhi bentuk energi yang dihasilkan.

Jawaban benar: C. Agar rugi daya akibat hambatan kabel menjadi kecil Pembahasan: Tegangan tinggi menyebabkan arus yang mengalir lebih kecil untuk daya yang sama. Arus kecil berarti kehilangan energi karena hambatan kabel (rugi daya) juga kecil. Karena itu, PLN menyalurkan listrik dengan tegangan tinggi untuk efisiensi transmisi.

Jawaban benar: B. Karena kabel tebal memiliki hambatan kecil sehingga tidak cepat panas Pembahasan: Kabel berpenampang besar meminimalkan hambatan, sehingga arus besar dapat mengalir tanpa menyebabkan kabel panas berlebihan. Hal ini mencegah kebakaran dan menjaga keamanan alat listrik. Pemilihan ukuran kabel disesuaikan dengan besar arus yang lewat.

Jawaban benar: B. Karena MCB memutus arus ketika arus melebihi batas aman Pembahasan: MCB adalah pengaman otomatis yang memutus aliran listrik ketika arus terlalu besar. Arus berlebih dapat disebabkan oleh banyak alat menyala bersamaan atau korsleting. Fungsi ini melindungi instalasi listrik dari kerusakan dan kebakaran.

Jawaban benar: E. 1,8 A Pembahasan: $R_{\text{eq}}=\frac{10\cdot 20}{10+20}=\frac{200}{30}=6,6667\Omega .$ $I_{\text{tot}}=\frac{V}{R_{\text{eq}}}=\frac{12}{6,6667}=1,8\text{A}.$

Jawaban benar: C. Suhu dinaikkan Pembahasan: Hambatan kawat dipengaruhi oleh panjang kawat, luas penampang, jenis bahan, dan suhu. Jika suhu kawat dinaikkan, atom-atom di dalam kawat akan bergetar lebih kuat sehingga elektron sulit bergerak bebas. Akibatnya, hambatan listrik meningkat. • Jika panjang kawat dipendekkan, hambatan justru berkurang. • Jika luas penampang diperbesar, hambatan juga berkurang. • Jika jenis kawat diganti dengan konduktor yang lebih baik, hambatan menurun. • Tegangan tidak memengaruhi besar hambatan, hanya arus yang berubah sesuai hukum Ohm. Jadi, hambatan kawat bertambah ketika suhu dinaikkan.

Jawaban benar: C. 11,2 Ω Pembahasan: $\Delta T=120-20=100{}^{\circ }\text{C}.$ $R=R_0(1+\alpha \Delta T)=8(1+0,004\times 100)=8(1+0,4)=8\times 1,4=11,2\Omega .$