Contoh Soal Arus Listrik dan Beda Potensial

Contoh Soal Arus Listrik dan Beda Potensial - Pada musim penghujan, seringkali terjadi hujan deras yang disertai angin dan petir. Hari ini langit tampak mendung dan gelap, sepertinya akan turun hujan. Kresna dan Arjuna bergegas pulang ke rumah. Lalu tampak kilatan cahaya dari langit yang menyentuh bumi dan, "dddyyyyyaaaaaaarrrrrr.....", suara petir menggelegar. Kresna dan Arjuna pun terkejut mendengarnya. Titik-titik air pun jatuh dari langit dengan lebatnya. Mereka terpaksa berteduh di dalam perpustakaan sambil bercakap-cakap.

        Petir adalah fenomena alam yang diakibatkan oleh perbedaan potensial antara awan dan bumi. Awan mengandung energi listrik karena di dalamnya terdapat muatan-muatan listrik. Apa kalian tahu apa itu beda potensial? Sebelum belajar lebih lanjut tentang potensial listrik, kalian harus memahami materi tentang listrik dinamis dan arus listrik. Ayo, simak ulasan berikut.
        Listrik merupakan salah satu bentuk energi. Listrik yang selalu bergerak setiap saat disebut listrik dinamis. Muatan listrik negatif---elektron bebas---di dalam kawat penghantar memiliki arah gerak yang berlawanan dengan arus listrik. Pergerakan muatan ini didorong oleh medan listrik yang bergerak secara berlawanan terhadap muatan negatif. Tidak hanya muatan negatif yang bergerak, tetapi muatan positif pun bergerak searah dengan arus listrik. Benda yang memiliki muatan positif lebih banyak dinilai memiliki potensial yang lebih tinggi. Jika kedua benda yang berbeda potensial ini dihubungkan dengan sebuah kawat penghantar, maka akan timbul arus listrik, seperti pada petir. Adapun mekanisme munculnya arus listrik, akan ditunjukkan oleh gambar berikut.

Dengan demikian, arus listrik didefinisikan sebagai muatan yang mengalir dalam selang waktu tertentu melalui sebuah penampang atau dapat dirumuskan sebagai berikut.

$I=\frac{Q}{t}$

        Satuan Internasional arus listrik adalah ampere (A) dimana satu ampere setara dengan satu Coloumb/ sekon (C/s). Satu ampere didefinisikan sebagai kuat arus tetap yang dialirkan melalui dua buah kawat yang sangat panjang dengan ketebalan yang dapat diabaikan, dimana dua buah kawat ini diletakkan sejajar sejauh 1 meter pada ruang vakum sehingga menghasilkan gaya sebesar 2×10-7 N setiap meter kawat. 
        Lalu pernahkah terpikir oleh kalian bahwa pada sel saraf manusia juga terjadi arus listrik meskipun hanya berorde mikro? Sel saraf menghantarkan impuls yang terdiri dari ion-ion dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh yang lain. Namun, perlu dipahami bahwa mekanisme permbatan impuls listrik dalam suatu sel saraf sangat jauh berbeda dengan konduksi listrik pada penghantar logam.
        Tentunya, untuk memindahkan elektron dari satu ujung kawat penghantar ke ujung lain karena adanya perbedaan potensial memerlukan energi bukan? Energi ini disebut sebagai beda potensial listrik atau tegangan. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

$V=\frac{W}{Q}$

Keterangan:
V = beda potensial listrik atau tegangan (V);
W = energi (J); dan
Q = besar muatan (C).

Contoh Soal

Sumber energi listrik sebesar 180 kJ akan dipasang dalam sebuah instalasi sehingga menghasilkan beda potensial sebesar 20 V. Berapakah kuat arus yang dapat dialirkan dalam waktu 0,25 jam?
Penyelesaian
Diketahui:
W = 180 kJ = 180.000 J
V = 20 V
t = $\frac{1}{4}$ jam = 15 menit = 900 s
Ditanyakan: I?
Jawab:

$Q=\frac{W}{V}$

$I=\frac{Q}{t}$

$I=\frac{\frac{W}{V}}{t}=\frac{W}{Vt}$

$I=\frac{210.000}{\left(20\right)\left(900\right)}$

$I=10$A

Jadi, kuat arus yang dialirkan sebesar 10 A.

S1

Pernyataan yang tepat tentang arus listrik adalah ....

S2

Arus sebesar 16 A mengalir dalam sebuah kawat penghantar selama 2 s. Banyaknya muatan elektron yang mengalir dalam kawat penghantar tersebut adalah ....

S3

Ketel pemanas air dengan tegangan 12 V dialiri arus 7 A untuk menghangatkan susu selama 5 menit. Jika pemanas tersebut hanya menggunakan 90% energi yang dihasilkan, maka energi yang dibutuhkan untuk menghangatkan susu adalah ....

S4

Baterai dengan tegangan 1,5 V dipasangkan pada jam dinding. Baterai tersebut menghasilkan energi gerak jarum jam sebesar 10 J. Energi yang dihasilkan berkurang setiap 0,5 J setiap bulannya. Muatan yang berkurang pada pemakaian bulan ke-7 adalah .... (asumsikan tegangan baterai konstan selama pemakaian)

S5

Lampu neon dihubungkan dengan sumber listrik sehingga muatan elektron sebanyak satu trilyun bergerak melalui sebuah penghantar. Jika lampu neon tersebut menyala dalam waktu 2 milisekon, maka arus yang mengalir pada lampu neon tersebut adalah ....

S6

Salah satu kondisi yang dapat menyebabkan timbulnya arus listrik, yaitu ....

S7

Sebuah lampu senter menghasilkan cahaya sebesar 4,95 J dan $\frac{1}{4}$ kalori berupa panas. Bila muatan elektron yang mengalir dalam rangkaian lampu senter sebesar 2 C, maka lampu senter tersebut harus dipasang baterai ... sebanyak ... buah.

S8

Muatan sebanyak 4 C bergerak melalui elemen kawat pemanas pada rice cooker dan membutuhkan arus sebesar 20 A dari sumber tegangan AC. Rice cooker tersebut dapat menyala dalam waktu ... sekon.

S9

Trafo A dengan tegangan 220 V mampu menghasilkan 2,5 kali energi trafo B. Padahal trafo A memiliki tegangan yang sama dengan trafo B. Hubungan yang tepat antara trafo A dan B adalah ....

S10

Pak Johan memasang lampu jalan dengan spesifikasi 100 W/ 220 V. Lampu tersebut menyala mulai pukul 17.00 hingga pkl 04.30. Bila lampu tersebut mena

Share this post