Soal dan Pembahasan Energi dan Daya Listrik 3

 Soal 1

Tiga buah lampu pijar yang masing-masing dibuat untuk dipakai pada 15 W dan 12 V dirangkai secara paralel. Ujung-ujung rangkaian itu dihubungkan dengan jepitan sebuah akumulator (aki) dengan ggl 12 V dan hambatan dalam 0,8 Ω. Kuat arus yang melalui akumulator adalah . . . .
A. 3,0 A
B. 2,5 A
C. 2,0 A
D. 1,5 A
E. 1,0 A

Jawab:
Lampu pijar dengan daya P = 15 W dan tegangan V = 12 volt dapat dinyatakan dengan hambatan listrik
R = V²/P = (12 V)²/15 W = 9,6 Ω
Rangkaian pada soal dapat dinyatakan dalam gambar di bawah ini!

 

Hambatan luar total = 3 buah R disusun paralel, sehingga
R_total = R/3 = 9,6 Ω/3 = 3,2 Ω
Kuat arus I adalah
I = ε/(R_total + r) = 12 V/(3,2 Ω + 0,8 Ω) = 3,0 A

Soal 2
Dua buah resistor sama besar terhubung secara seri dengan sebuah baterai sehingga daya total yang terdisipasi adalah 20 watt. Bila kedua resistor tadi dihubungkan secara paralel, maka besar daya total yang terdisipasi (dalam watt) adalah . . . .
A. 30 W
B. 40 W
C. 55 W
D. 65 W
E. 80 W

Jawab: E
Untuk rangkaian 1, daya total P = 20 W, sedangkan tegangan total = V dan hambatan total = R + R = 2R,
Jadi, P₁ = V²/2R = 20 W
V²/R = 40 W
Untuk rangkaian 2,
Daya tiap lampu V²/R
Daya 2 lampu P₂ = 2V²/R
P₂ = 2(40 W) = 80 W

Soal 3
Seutas kawat seragam dibuat dari bahan dengan hambat jenis ρ. Kawat memiliki panjang L dan diameternya d. Ketika arus tetap I lewat melalui kawat, daya yang dibangkitkan dalam kawat adalah . . . .
A. 4IρL/πd 
B. IρL/πd 
C. IρL/4πd
D. 4IρL/πd² 
E. I² (4ρL/πd²)²

Jawab: D
Luas penampang kawat adalah A = ¼πd², hambatan kawat tersebut adalah
R = ρL/A = ρL/(¼πd²) = 4ρL/(πd²)
Maka daya yang dibangkitkan dalam kawat adalah
P = VI = 4ρIL/(πd²)

Soal 4
Jika tegangan PLN berkurang 30%, berapa persenkah pengurangan daya lampu pijar yang sedang menyala?
A. 27%
B. 35%
C. 47%
D. 51%
E. 63%

Jawab:
Daya semula dari lampu pijar yang memiliki hambatan tetap R diberikan oleh:

P₀ = V₀²/R

Jika tegangan PLN berkurang 30% maka tegangan PLN sekarang adalah:
V = 70%V₀ = 0,7V₀
Daya lampu sekarang adalah:
P = V²/R
P = (0,7V₀)²/R
P = 0,49V₀²/R
P = 0,49P₀
P = 49%P₀
Daya sekarang sama dengan 49% daya semula artinya terjadi pengurangan daya sebesar 51%.