5 Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

5 Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Contoh Soal Arus Listrik DC – Arus listrik adalah banyaknya muatan Q yang mengalir pada suatu permukaan persatuan waktu. Arus Listrik ada dua jenis, yaitu arus AC dan DC. Pada Kesempatan kali ini saya akan berbagi kepada teman-teman tentang contoh soal dan pembahasan Arus Listrik DC.


Pernahkah Anda melakukan percobaan tentang rangkaian listrik, seperti menghubungkan sebuah lampu dengan baterai? Kalian dapat menggunakan hukum ohm dan hukum Kirchoff untuk menghitung besarnya arus ataupun tegangan jika variabel lain diketahui.

5 Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Pada Artikel Sebelumnya Saya Telah Menjelaskan Materi Tentang



Ada Baiknya Anda membuka kedua materi ini terlebih dahulu.

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik DC


Contoh 1 – Soal Arus Listrik DC

Sebuah baterai 12 Volt memiliki hambatan dalam sebesar 0,1 Ohm. Jika sebuah resistor sebesar 5 Ohm dihubungkan dengan baterai tersebut tentukan arus yang mengalis pada rangkaian tersebut?

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Pembahasan:
Diketahui:
r = 0,1 Ohm
R = 5 Ohm
V = 12 Volt
Ditanya : I (arus rangkaian) = ...?

Gunakan Hukum 2 Kirchoff. Pada artikel sebelumnya saya telah membahas mengenai aturan Kirchoff “Penting : Baca Rumus Penting dan Aturan Kirchoff

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Karena arus searah dengan arah Loop maka tegangan pada resistor bernilai negatif V1 = -IR (V1 adalah tegangan pada resistor R) dan V2 = -Ir (V2 adalah tegangan pada resistor beban r). Kemudian, arah tegangan baterai (dari kutub – ke +) searah dengan arah loop, maka Vs = +12 Volt). Sehingga diperoleh:

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Jadi, besarnya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 2,35 A


Contoh 2 – Soal Arus Listrik DC

Dua buah resistor R1 = 6 Ohm dan R2 = 12 Ohm dihubungkan dengan dua buah baterai V1 = 4 Volt dan V2 = 12 Volt. Kemudian dirangkai seperti pada gambar di bawah ini. Tentukan arus yang mengalir pada rangkaian tersebut?

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Pembahasan:
Diketahui:
R1 = 6 Ohm
R2 = 12 Ohm
V1 = 4 Volt
V2 = 12 Volt
Ditanya : I = ....?

Karena rangkaian merupakan rangkaian loop-tunggal atau hanya terdiri dari rangkaian seri maka arus yang mengalir pada rangkaian adalah sama. Maka yang kita hanya menggunakan Hukum 2 Kirchoff.

Langkah 1 : Tentukan arah loop. Di sini saya menggunakan arah loop searah dengan arah arus (atau berlawanan dengan arah jarum jam)

Langkah 2 : Terapkan Hukum 2 Kirchoff “Penting : Baca Rumus Penting dan Aturan Kirchoff

Perhatikan Tegangan Pada Resistor. Karena arah arus searah dengan arah loop maka, tegangan pada resistor R1 bernilai negatif (VR1 = -I.R1) dan begitu pula pada resistor R2 (VR2 = - I.R2).

Perhatikan tegangan pada baterai (Di sini saya menggunakan arah tegangan baterai adalah dari kutub – ke +). Karena tegangan baterai V1 searah dengan arah loop maka V1 = +4 Volt, sedangkan tegangan baterai V2 berlawanan dengan arah loop maka V2 = -12 Volt.

Terapkan Rumus Hukum 2 Kirchoff

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Hasil negatif menandakan bahwa arah arus listrik yang diasumsikan pada rangkaian di atas berlawanan dengan arus sebenarnya. Arah arus sebenarnya adalah searah dengan arah jarum jam, hal ini bisa dilihat pada tegangan V2 > V1. Sehingga arus listrik pada rangkaian tersebut mengalir dari potensial tinggi V2 ke potensial renda V1, bukan sebaliknya.


Contoh 3 – Soal Arus Listrik DC

Sejumlah muatan yang memiliki besar muatan Q = 10 C, mengalir pada sebuah kawat penghantar selama 5 detik. Tentukan besarnya arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar tersebut?

Pembahasan:
Diketahui:
Q = 10 C
t = 5 detik
Ditanya : I = ....?

Gunakan Rumus Hubungan Arus Listrik dan Muatan tiap satuan waktu (Baca Artikel Sebelum : Kuat Arus Listrik)

I = Q/t
I = (10 C)/(5 detik) = 2 A

Jadi, besar arus yang mengalir pada kawat penghantar adalah 2 A.


Contoh 4 – Soal Arus Listrik DC

Tiga buah resistor R1 = 5 Ohm, R2 = 3 Ohm dan R3 = 5 Ohm dihubungkan dengan dua buah baterai V1 = 4 Volt dan V2 = 8 Volt, seperti pada rangkaian di bawah ini. Tentukan i1, i2 dan i3 pada rangkaian tersebut?


Pembahasan:
Diketahui:
R1 = 5 Ohm
R2 = 3 Ohm
R3 = 5 Ohm
V1 = 4 Volt
V2 = 8 Volt
Ditanya : Arus i1, i2 dan i3 pada rangkaian tersebut?

Hukum 1 Kirchoff
Dengan Menggunakan Hukum 1 Kirchoff, maka diperoleh

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Perhatikan titik “e”. Arus i3 merupakan arus yang masuk pada titik e sedangkan i1 dan i2 adalah arus yang keluar. Maka kita dapatkan

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)


Hukum 2 Kirchoff

Langkah 1 : setelah ditentukan arah arus, maka selanjutnya adalah menentukan arah loop. Rangkaian di atas terdiri dari dua loop, yaitu loop 1 (rangkaian abefa) dan loop 2 (rangkaian bcdeb). Arah loop yang saya gunakan adalah searah dengan jarum jam.

Langkah 2 : Terapkan Hukum 2 Kirchoff
Hukum Kedua Kirchoff menyatakan bahwa jumlah tegangan dalam satu loop tertutup adalah sama dengan nol. Kemudian dengan menggunakan aturan Hukum Kirchoff, maka kita dapatkan “Baca Aturan Hukum Kirchoff”

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Loop 1 (rangkaian abefa)
Arah loop yang kita pilih adalah searah dengan jarum jam.
Karena arah arus i1 searah dengan arah loop, maka tegangan pada R3 bernilai negatif (VR3 = -i1 . R3) dan tegangan baterai V2 = +8 V. sedangkan arah arus i2 berlawanan arah dengan arah loop, maka tegangan pada R2 bernilai positif (VR2 = i2 . R2). Sehingga diperoleh

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Loop 2 (rangkaian bcdeb).
Arah loop yang kita pilih adalah searah dengan jarum jam.
Karena arah arus i2 dan i3 searah dengan arah loop, maka tegangan pada R2 bernilai negatif (VR2 = -i2 . R2) dan tegangan pada R1 bernilai negatif (VR1 = -i3 . R1). Kemudian, arah tegangan baterai V1 (dari kutub – ke +) searah dengan loop, maka V1 = +4 V. Sehingga diperoleh

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Langkah 3 : Substitusikan persamaan (1) ke persamaan (3), maka diperoleh

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Langkah 4 : Eliminasi i1 pada persamaan (2) dan (4) untuk mendapatkan nilai arus i2

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Hasil arus i2 bernilai negatif, ini menandakan bahwa arus yang diasumsikan pada rangkaian berlawanan arah dengan arus yang sebenarnya. Jadi, besar arus i2 adalah 0,364 A. Namun dalam perhitungan tanda negatif tetap diikutkan.

Langkah 5 : Substitusi persamaan i2 ke persamaan (2) untuk mendapatkan nilai arus i1

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Langkah terakhir : Substitusikan nilai i1 dan i2 pada persamaan 1 untuk mendapatkan nilai i3 - (untuk perhitungan nilai negatif pada i2 tetap digunakan)

i3 = i1 + i2 ; 
i3 = 1,38 A + (-0,364 A)
i3 = 1,02 A

Jadi, besar arus i1, i2 dan i3 berturut-turut adalah 1,38 A, 0,364 A dan 1,02 A.


Contoh 5 – Soal Arus Listrik

Sebuah rangkaian terdiri dari rangkaian seri dan paralel dihubungkan dengan baterai 12 V seperti pada gambar di bawah ini. Jika ketiga resistor identik dan memiliki besar masing-masing 8 Ohm. tentukan besar arus total serta arus yang mengalir pada resistor R1 dan R2 tersebut?

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Pembahasan:
Diketahui:
Resistor Identik – R1 = R2 = R3 = 8 Ohm.
Vs = 12 Volt
Ditanya : Tentukan besar arus total serta arus yang mengalir pada resistor R1 dan R2 tersebut?

#Menentukan Besar Arus Total
Langkah 1 : paralelkan terlebih dahulu R1 dan R2 dan diberi nama dengan Rp

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Setelah diparalelkan, maka kita dapatkan rangkaian pengganti Rp sebagai berikut

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik Searah (DC)

Langkah 2 : Serikan Resistor Rp dan R3 dan diberi nama Rs
Rs = Rp + R3
Rs = 4 Ohm + 8 Ohm
Rs = 12 Ohm

Langkah terakhir : Gunakan Hukum Ohm untuk mencari besar arus total yang diberi nama (Is)

Vs = Is Rs
Is = Vs / Rs
Is = (12 Volt) / (12 Ohm)
Is = 1 Ampere

Jadi, arus total rangkaian adalah 1 Ampere


#Menentukan Arus Pada Resistor R1 dan R2
Langkah Pertama : Untuk menentukan Arus Pada R1 dan R2, terlebih dahulu kita mencari berapa besar tegangan pada resistor R1 dan R2. Karena R1 dan R2 tersusun secara paralel, maka tegangan pada kedua resistor sama dengan besar tegangan pada resistor Rp dan diberi nama Vp. Kemudian terlihat bahwa resistor Rp dan R3 tersusun seri maka arus yang mengalir pada kedua resistor sama dengan arus total, yaitu 1 Ampere

Vp = Is . Rp
Vp = (1 A) (4 Ohm)
Vp = 4 Volt

R1 dan R2 paralel, maka V1 = V2 = Vp = 4 Volt

Arus pada Resistor R1 diberi nama (i1) 
V1 = i1 . R1
i1 = V1 / R1
i1 = (4 Volt) / (8 Ohm)
i1 = 0,5 A

Arus pada Resistor R2 diberi nama (i2) 
V2 = i2 . R2
i2 = V2 / R2
i2 = (4 Volt) / (8 Ohm)
i2 = 0,5 A

Jadi, besar arus listrik yang mengalir pada resistor R1 dan R2 sama, yaitu 0,5 A. Hal ini karena resistor R1 dan R2 identik atau sama besar, sehingga arus yang masuk akan dibagi 2.


Terima Kasih Telah Berkunjung dan Selamat Belajar
Buka Komentar

No comments

Silahkan berkomentar dengan baik dan sesuai judul artikel serta NO "SPAM"