ENERGI DAN DAYA LISTRIK: SOAL DAN PEMBAHASAN

Nomor 1
Dua buah konduktor listrik dengan bahan dan panjang sama tetapi dengan perbandingan luas 1 : 2, dirangkai secara paralel. Jika diberikan beda potensial pada kombinasi ini, maka perbandingan daya yang dihasilkan oleh dua konduktor adalah...
A. P1 : P2 = 1 : 2
B. P1 : P2 = 1 : 4
C. P1 : P2 = 2 : 1
D. P1 : P2 = 4 : 1
E. P1 : P2 = 1 : 3

Pembahasan
Hambatan pada kawat konduktor adalah R = ρL/A maka R sebanding 1/A
Konduktor dirangkai paralel berarti V sama, bila P = V²/R maka P sebanding 1/R
P1 : P2 = R2 : R1 = A1 : A2 = 1 : 2
Jawaban: A

Nomor 2
Alat pemanas celup digunakan untuk mendidihkan sejumlah air. Ketentuan alat tersebut adalah 200 W dan 220 V. Jika alat tersebut dipasang pada tegangan 110 V dan digunakan untuk mendidihkan sejumlah air yang sama maka waktu yang diperlukan adalah...
A. 2 kali lebih lama
B. 3 kali lebih lama
C. 4 kali lebih lama
D. 5 kali lebih lama
E. 6 kali lebih lama

Pembahasan
W = P . t = (V²/R) t atau t = (WR) / V² sehingga t sebanding dengan 1/V²
t2 : t1 = V1² : V2²
t2 = (220/110)² . t1 = 4t1
Jadi waktunya 4 kali lebih lama
Jawaban: C

Nomor 3
Ketel listrik mampu mendidihkan 3 liter air dengan suhu awal 20 ^oC selama 10 menit. Jika tegangan yang diberikan 220 V, maka daya yang dikonsumsikan adalah...
A. 1342 watt
B. 1672 watt
C. 1834 watt
D. 2100 watt
E. 2455 watt

Pembahasan
Volume air = 3 L maka massa air 3 kg
Air mendidih berarti suhunya 100 ^oC
Pada peristiwa ini terjadi perubahan energi listrik menjadi kalor:
Wlistrik = Q
P . t = m c Δt
P (10 . 60) = 3 . 4200 . (100 - 20)
P = 1680 watt
atau harga terdekat 1672 watt
Jawaban: B

Nomor 4
Piranti pembuang panas yang biasa digunakan dalam rangkaian elektronika sebaiknya memiliki ciri-ciri...

1. koefisien muai panjangnya tinggi
2. luas penampang besar
3. hambatan jenisnya tinggi
4. konduktivitas kalornya tinggi

Pembahasan

• Piranti pembuang panas dalam rangkaian elektronika sebaiknya:
• terbuat dari bahan yang mudah menghantarkan atau memindahkan kalor, atau bahan dengan konduktivitas tinggi.
• Didesain dapat membuang panas secepat-cepatnya, yaitu dengan cara memperbesar luas permukaan bahan.

Jawaban: 2 dan 4

Nomor 5
Sebuah kalkulator yang menggunakan panel surya 4 cm x 1 cm bekerja pada tegangan 3 volt dan arus 0,2 mA. Jika panel surya mengubah 20% energi cahaya menjadi energi listrik maka cahaya minimal yang diterima panel surya adalah...
A. 2,5 W/m²
B. 4,0 W/m²
C. 5,0 W/m²
D. 7,5 W/m²
E 12,5 W/m²

Pembahasan
I = P/A
P = I . A = I (4 . 10^-2 x 1 . 10^-2) = 4 . 10^-4 I
Pada peristiwa ini sebagian energi cahaya diubah menjadi energi listrik
ε Pcahaya = Plistrik
20% . 4 . 10^-4 I = V i
0,2 . 4 . 10^-4 I = 3 (0,2 . 10^-3)
I = 7,5 W/m²
Jawaban: D

Nomor 6
Panel surya 5 cm x 1 cm digunakan pada sebuah kalkulator yang bekerja pada tegangan 3 volt dan arus 0,2 mA. Jika panel surya mengubah 25% energi cahaya menjadi energi listrik maka intensitas cahaya minimal yang harus diterima panel surya adalah...
A. 0,2 W/m²
B. 4,8 W/m²
C. 5,6 W/m²
D. 7,5 W/m²
E. 12,5 W/m²

Pembahasan
I = P/A
P = I . A = I (5 . 10^-2 x 1 . 10^-2) = 5 . 10^-4 I
Pada peristiwa ini sebagian energi cahaya diubah menjadi energi listrik
ε Pcahaya = Plistrik
25% . 5 . 10^-4 I = V i
0,2 . 5 . 10^-4 I = 3 (0,2 . 10^-3)
I = 4,8 W/m²
Jawaban: B

Nomor 7
Sebuah pompa air 220 V, 0,5 A dapat mengalirkan air dengan kecepatan 2 m/s pada pipa berdiameter 4 cm. Jika pompa digunakan untuk mengisi penuh bak air berukuran 100 cm x 100 cm x 50,24 cm, maka energi listrik yang dibutuhkan adalah...
A. 5 kJ
B. 11 kJ
C. 15 kJ
D. 22 kJ
E. 33 kJ

Pembahasan
A = luas penampang pipa = 1/4 πd² = 12,56 . 10^-4 m².
Debit air yang melalui pipa (Q) : A v = Volume / t sehingga:
t = Volume / A . v = 1 x 1 x 0,5024 / 12,56 . 10^-4 (2) = 200 s
Energi yang diperlukan untuk mengisi air hingga penuh adalah:
W = P . t = V i t = 220 . 0,5 . 200 = 22 kJ
Jawaban: D