Contoh Soal Kuat Arus Listrik Kelas 12 Semester 1 dan Jawabannya

tirto.id - Tema mengenai kuat arus listrik menjadi salah satu materi yang terdapat dalam mata pelajaran fisika untuk siswa jenjang SMA kelas 12.

Materi tentang kuat arus listrik ini disampaikan pada bab-bab awal semester 1 yang di dalamnya memuat berbagai pembahasan mulai dari pengertian, satuan, hingga rumus untuk menghitungnya.

Dikutip laman SMAN 1 Maronge, kuat arus listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik yang terdapat pada suatu konduktor tiap satuan waktu.

Kuat arus listrik dilambangkan dengan I, kemudian banyaknya muatan listrik dilambangkan dengan Q, dan waktu dilambangkan dengan t.

Arus listrik itu sendiri diartikan sebagai banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu akibat adanya pergerakan elektron-elektron. Arus listrik selalu bergerak dari kutub positif ke kutub negatif.

Semakin banyak muatan positif yang mengalir dalam selang waktu tertentu, maka akan semakin kuat arus listriknya.

Berdasarkan penjelasan tersebut, kuat arus listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:

I = Q/t atau I = Ne/t

Keterangan:

• I = Kuat arus listrik (Ampere)
• Q = Muatan listrik (Coulomb)
• t = Waktu (second)
• N = Jumlah elektron atau protone
• =Muatan elektron atau proton : 1,6 x 10 pangkat -19 C

Berdasarkan rumus di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa dalam kuat arus sebesar 1 ampere di dalamnya terkandung muatan listrik sebesar 1 coulomb yang mengalir melalui penghantar pada setiap 1 detik.

Di samping itu, seperti tertulis di situs Kemdikbud, ada juga arus bolak-balik yakni arus listrik yang arah dan besarnya selalu berubah terhadap waktu, serta dapat mengalir dalam dua arah.

Secara sistematis, arus listrik bolak balik dapat dirumuskan sebagai berikut:

I(t) = 𝑰𝒎 𝐬𝐢𝐧(𝝎𝒕 + 𝝅/𝟐) dan V(t) = 𝑰𝒎 𝐬𝐢𝐧(𝝎𝒕)

di mana 𝝎 = 2𝝅f

Keterangan:

• I = Kuat arus listrik (Ampere)
• I𝒎 = Kuat arus listrik maksimum (Ampere)
• V = Tegangan listrik (Volt)
• V𝒎 = Tegangan listrik maksimum (Volt)
• t = Waktu (sekon)
• f = Frekuensi (Hz)
• 𝝎 = Frekuensi sudut (rad/s)

Contoh Soal Kuat Arus Listrik Kelas 12 Semester 1 dan Jawabannya

Berikut disajikan beberapa contoh soal mengenai kuat arus listrik kelas 12 semester 1 yang disertai dengan pembahasannya.

1. Kuat arus mengalir dalam rangkaian sebesar 1 A, jika listrik tersebut telah mengalir selama 1 menit, maka hitunglah jumlah muatan yang sudah dipindahkan.

Pembahasan:

Diketahui: I = 1At = 1 menit = 60 detik

Ditanya: Q = ...?

Dijawab:Q = I.tQ = 1 A . 60 detikQ = 60 Coulomb

2. Suatu rangkaian listrik memiliki muatan sebesar 120 Coulomb mengalir pada sebuah kawat penghantar dalam waktu satu jam. Berapa kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut?

Pembahasan :

Diketahui: Q = 120 Ct = 1 jam = 1 x 60 menit = 60 x 60 = 3600 sekon

Ditanya: kuat arus ...?

Dijawab :I = Q/tI = 120/3600I = 0,003

Jadi, besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut yaitu 0.003 A

3. Partikel alfa terdiri atas dua proton dan dua neutron. Berkas partikel alfa yang melaluisebuah celah membawa kuat arus listrik sebesar 4 x 10 pangkat -6 A. Tentukan jumlah partikelalfa yang melalui celah tersebut per detik.

Pembahasan :

Diketahui: I = 4 x 10 pangkat -6 Ae = 2 proton = 2 x 1,6 x 10 pangkat -19 C = 3,2 x10 pangkat -19 C

Ditanya: N/t = ...?

Dijawab: I = Ne/tN/t = I/e N/t = 4 x 10 pangkat -6 / 3,2 x 10 pangkat -19N/t = 1,25 x 10 pangkat 13

Jadi, jumlah partikel alfa yang melewati celah tersebut per detik adalah 1,25 x 10 pangkat 13 partikel.

4. Pada sebuah percobaan rangkaian listrik arus bolak balik diketahui I𝒎 = 60 mA dan sudut fase θ = 30 derajat dari suatu arus AC. Hitunglah kuat arus sesaatnya!

Pembahasan :

Diketahui: I𝒎 = 60 mAfase θ = 30 derajat

Ditanya: arus sesaat ...?

Dijawab: 𝐼 = 𝐼𝑚 sin(𝜔𝑡 + 𝜃)

𝐼= 𝐼𝑚 sin 𝜃

𝐼= 60 sin 30 derajat

𝐼= 60 × 1/2

𝐼 = 30 𝑚𝐴

𝑰 = 𝟑𝟎 × 𝟏𝟎 pangkat −𝟑 𝑨𝒎𝒑𝒆𝒓𝒆

Jadi Arus sesaat yang mengalir pada rangkaian adalah 30 x 10 pangkat -3 Ampere

5. Jika diketahui R = 40 ohm, Vm= 200 volt, dan frekuensi sumber arus (f) = 50 Hz.Tentukan besarnya arus yang melalui R pada saat 1/60 sekon.

Pembahasan:

Diketahui: R = 40 ohm𝑉𝑚 = 200 voltf = 50 Hzt = 1/60 sekon

Ditanya: besar arus yang melalui R pada saat 1/60 sekon ...?

Dijawab:

𝐼𝑚 = 𝑉𝑚/𝑅 = 200/40 = 5 𝑣𝑜𝑙𝑡

𝜔 = 2𝜋. 𝑓 = 2𝜋 . 50 = 100𝜋 𝑟𝑎𝑑/𝑠

Untuk menentukan besar arus yang mengalir melalui R pada saat 𝑡 = 1/60 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 dapat ditulis

𝐼𝑡 = 𝐼𝑚 sin 𝜔.𝑡

𝐼𝑡 = 5 sin (100𝜋.1/60)

𝐼𝑡 = 5 sin ( 5/3𝜋)

𝐼𝑡 = 5 (1/2 √3)

𝐼𝑡 = 5 × 0,866

𝐼𝑡 = 𝟒,𝟑𝟑 𝑨𝒎𝒑𝒆𝒓𝒆

Jadi, besar arus yang mengalir melalui R pada saat 𝑡 = 1/60 sekon adalah 4,33 volt.