Nama : Miranti Nuraini NIM : 21100111120001

Prodi : Teknik Geologi UNDIP

TUGAS FISIKA BAB 26 & 27

BAB 26. Arus, Hambatan, dan Hukum Ohm 26.35 Sebuah pengisi (charger) baterai menyuplai arus 10,0 A untuk mengisi baterai penyimpanan yang memiliki rangkaian terbuka 5,6 V. Jika voltmeter yang dihubungkan antara charger menunjukkan 6,8 V, berapakah hambatan dalam baterai tersebut saat ini? Pembahasan Diketahui :I V Ditanya Jawab = 10,0 A = 5,6 v = 6,8 v

: Hambatan dalam saat pengisian baterai (r) = ? :

Beda potensial terminal atau tegangan jepit ketika menerima arus (saat pengisian) V 6,8 v 1,2 v r r = = = = = 0,12 + Ir

5,6 v + 10,0 A . r 10,0 A . r

Jadi, hambatan dalam baterai tersebut saat ini adalah 0,12 . 2,0

6,0 v A 3,0 A

9,0 v

R B

Gambar 26-5

1

26.36 Tentukan beda potensial antara titik A dan B pada Gambar 26-5, jika R adalah 0,70 . Titik manakah yang berada pada potensial lebih tinggi? Pembahasan Diketahui : Gambar 26-5 I V1 negatifnya) r1 V2 positifnya) r2 Ditanya = 0,70 = ? = 2,0 = + 9,0 v (karena bergerak dari terminal negatif baterai ke terminal = 3,0 A (arus mengalir dari Titik A ke B) = - 6,0 v (karena bergerak dari terminal positif baterai ke terminal

: Beda potensial antara titik A dan B (V)

Titik yang berada pada potensial lebih tinggi = ? Jawab :

Beda potensial antara titik A dan B jika arus mengalir dari Titik A ke B. Beda potensial dari titik A ke B ini searah dengan arah arus, sehingga terjadi penurunan beda potensial. VAB VAB VAB VAB = -V1 Ir1 + V2 Ir2 = -6,0 v (3,0 A . 2,0 ) + 9,0 v (3,0 A . 0,70 ) = -6,0 v 6,0 v + 9,0 v 2,1 v = - 5,1 v

Beda potensial yang lebih tinggi berada di titik A karena arus selalu mengalir dari beda potensial tinggi ke beda potensial rendah, dimana pada Gambar 26-5 arus mengalir dari Titik A ke B. Jadi, beda potensial antara titik A dan B adalah 5,1 v dan beda potensial tertinggi berada di Titik A. 26.37 Ulangi Soal 26.36, jika arus mengalir dengan arah berlawanan dan R = 0,70 . Pembahasan Diketahui : Gambar 26-5 I = 3,0 A (arus mengalir dari Titik B ke A)2

r1 V1 negatifnya) r2 V2 positifnya) Ditanya

= 0,70 = - 9,0 v (karena bergerak dari terminal positif baterai ke terminal = 2,0 = + 6,0 v (karena bergerak dari terminal negatif baterai ke terminal = ?

: Beda potensial antara titik A dan B (V)

Titik yang berada pada potensial lebih tinggi = ? Jawab :

Beda potensial antara titik A dan B jika arus mengalir dari Titik B ke A. Beda potensial dari titik B ke A ini searah dengan arah arus, sehingga terjadi penurunan beda potensial. VBA VBA VBA VBA = = = = - Ir1 V1 Ir2 + V2 - (3,0 A . 0,70 ) 9,0 v (3,0 A . 2,0 ) + 6,0 v -2,1 v 9,0 v 6,0 v + 6,0 v - 11,1 v

Jika arus mengalir dari Titik B ke A, maka beda potensial yang lebih tinggi berada di titik A karena arus selalu mengalir dari beda potensial tinggi ke beda potensial rendah. Jadi, beda potensial antara titik A dan B adalah 11,1 v dan beda potensial tertinggi berada di Titik B.

26.38 Pada Gambar 26-5, berapakah seharusnya besar R jika penurunan potensialdari A ke B adalah 12 V? Pembahasan Diketahui : Gambar 26-5 VAB I V1 negatifnya) r1 = 2,0 = -12 V = 3,0 A (penurunan beda potensial dari A ke B) (arus mengalir dari Titik A ke B)

= - 6,0 v (karena bergerak dari terminal positif baterai ke terminal

3

V2 positifnya) r2 Ditanya Jawab :

= + 9,0 v (karena bergerak dari terminal negatif baterai ke terminal

=

R

: Nilai R (r2) = ?

Beda potensial antara titik A dan B jika arus mengalir dari Titik A ke B. Beda potensial dari titik A ke B ini searah dengan arah arus, sehingga terjadi penurunan beda potensial. VAB -12 v -12 v -12 v = -V1 Ir1 + V2 Ir2 = -6,0 v (3,0 A . 2,0 ) + 9,0 v (3,0 A . R) = -6,0 v 6,0 v + 9,0 v (3,0 A . R) = -3,0 v (3,0 A . R)

3,0 A. R = - 3,0 v + 12 v 3,0 A. R = 9,0 v R R = = 3,0

Jadi, besar R jika penurunan beda potensial dari A ke B adalah 12 v, yaitu 3,0 . 4,0 8,0

A 6,0 V

B

9,0

C

12 V

2,0 A Gambar 26-6

26.39 Untuk rangkaian pada Gambar 26-6, tentukan beda potensial dari (a) A ke B; (b) B ke C; (c) C ke A. Perhatikan bahwa arus yang diberikan adalah 2,0 A.4

Pembahasan Diketahui : Gambar 26-6 I r1 V1 r2 V2 r3 Ditanya = 2,0 A = 4,0 = 6,0 v = 9,0 = 12 v = 8,0 = ? = ? = ? (arah arus dari A ke B)

: Beda potensial (a) A ke B (b) B ke C (c) C ke A

Jawab

:

Beda potensial dari A ke B searah dengan arah arus sehingga terjadi penurunan beda potensial. VAB = - Ir1 + V1 Ir2 V2 Ir3 = - (2,0 A . 4,0 ) + 6,0 v (2,0 A . 9,0 ) 12 v (2,0 A . 8,0 ) = - 8,0 v + 6,0 v 18,0 v 12 v 16,0 v = -48 v Beda potensial dari B ke C berlawanan dengan arah arus sehingga terjadi kenaikan beda potensial. VBC = Ir3 + V2 = (2,0 A . 8,0 ) + 12 v = 16,0 v + 12 v = + 28 v Beda potensial dari C ke A searah dengan arah arus. VCA = - V2 Ir3 + VAB = - 12 v (2,0 A . 8,0 ) + 48 v = - 12 v 16,0 v + 48 v = + 20 v Jadi, beda potensial dari titik (a) A ke C = - 48 v ; (b) B ke C = + 28 v ;5

(c) C ke A = + 20 v .

26.40 Hitunglah hambatan kawat perak sepanjang 180 m yang memiliki luas penampang melintang 0,30 mm2. Hambat jenis perak adalah 1,6 x 10-8 . m. Pembahasan Diketahui : A = 180 m = 0,30 mm2 = 0,30 x 10-6 m2 = ? =1,6 x 10-8 . m

Ditanyakan : Hambatan kawat perak (R) Jawab :

Hambatan R dari sebuah kawat dengan panjang L dan luas penampang A adalah

9,6 Jadi, hambatan kawat perak tersebut adalah 9,6 .

BAB 27. Daya Listrik 27.20 Berapa besar daya yang disebarkan sebuah bola lampu pijar 60 W/120 V ketika dioperasikan pada tegangan 115 V? Abaikan penurunan hambatan lampu akibat penurunan tegangan. Pembahasan Diketahui : P1 V1 V2 = 60 W = 120 V = 115 V

Ditanyakan : Besar daya yang disebarkan sebuah bola lampu pijar pada tegangan 115 V (P2) = ?6

Jawab

:

Hubungan Daya (P) dan Tegangan (V)

Jadi, besar daya yang disebarkan sebuah bola lampu pijar 60 W/120 V ketika dioperasikan pada tegangan 115 V dengan mengabaikan penurunan hambatan lampu akibat penurunan tegangan adalah 55 .

27.21 Sebuah kawat rumah mengalirkan arus 30 A sementara menyebarkan panas tidak lebih dari pada 1,40 W per meter panjang. Berapakah diameter minimum kawat tersebut jika hambatannya adalah 1,68 x 10-8 . m? Pembahasan Diketahui : I P Ditanya Jawab = 30 A = 1,40 W = 1m = 1,68 x 10-8 . m

: Diameter minimum kawat (d) = ? : I2 . R

Hambatan (R) P R R = = = = = 1,56 x 10-3

Hambat jenis atau resivitas ()

7

R 1,56 x 10-3 (1,56 x 10-3 ) A A A r2 r2 r2 r r r Diameter (d) d

=

= 1,68 x 10-8 . m = 1,68 x 10-8 . m2 = = = = = = = = 1,84 x 10-3 m 1,84 mm 3,4 x 10-6 m2 1,08 x 10-5 m2 1,08 x 10-5 m2

= 2 r = 2 . (1,84 mm) = 3,68 mm

Jadi, diameter minimum kawat tersebut 3,7 mm. 27.22 Sebuah pemanas listrik 10,0 beroperasi pada kawat 110 V. Hitunglah laju di mana pemanas tersebut menghasilkan energi termal dalam W dan dalam kal/det. Pembahasan Diketahui : R V Ditanya Jawab = 10,0 = 110 V = ?

: Energi termal dalam W dan kal/det (P) :

Energi termal yang timbul per detik, sama dengan daya yang hilang. P P P P = = = = = 1210 W 1210 . 0,239 kal/det = = 1,21 kW 289,19 kal/det8

Jadi, energi termal yang timbul dalam pemanas listrik tersebut adalah 1,21 kW atau 290 kal/det.

27.23 Sebuah motor listrik, yang memiliki efisiensi 95 persen, menggunakan arus 20 A pada 110 V. Berapakah output motor tersebut dalam tenaga kuda? Berapa watt energi termal yang hilang? Berapa kalori energi termal yang dihasilkan per detik? Jika motor tersebut beroperasi selama 3,0 jam, berapa besar energi dalam MJ dan kW.jam, yang disebarkan? Pembahasan Diketahui : Efisiensi I V t Ditanya = = = = 95 % 20 A 110 V 3 jam = ? = ? = ? = ?

: Output motor tersebut dalam tenaga kuda Energi termal yang hilang Energi termal yang dihasilkan per detik Enegi yang disebarkan selama 3 jam

Jawab

:

Output motor dalam tenaga kuda Input daya Efisiensi 95 % = I . V = 20 A . 110 V = 2200 W = (2,2 kW) . (1,34 hp/kW) = 2,95 hp = = = 2,8 hp

Output daya = 2,95 hp x Energi termal yang hilang

Energi termal yang timbul (P) = V . I = 20 A . 110 V = 2200 W = 2,2 kW Efisiensi = 95 %, maka energi termal yang hilang = 5 % Energi termal yang hilang = 5% . P = x 2,2 kW = 0,11 kW

Energi termal yang dihasilkan per detik Energi termal yang dihasilkan per detik, sama dengan daya yang hilang. P = V . I = 20 A . 110 V = 2200 W = (2200 . 0,239) kal/det = 525,8 kal/det

Efisiensi = 95 %, maka daya yang hilang = 5 % dari daya yang masuk.9

Energi termal yang dihasilkan per detik = 5% . P = Enegi yang disebarkan selama 3 jam P = V . I = 20 A . 110 V = 2200 W = 2,2 kW

x 525,8 kal/det = 26,29 kal/det

W = P . t = 2,2 kW . 3 jam = 6,6 kW.jam = (6,6).(3,6) MJ = 23,76 MJ Jadi, Output motor tersebut dalam tenaga kuda Energi termal yang hilang Energi termal yang dihasilkan per detik Enegi yang disebarkan selama 3 jam = 2,8 hp = 0,11 kW = 26 kal/det = 24 MJ = 6,6 kW.jam

27.24 Sebuah crane listrik menggunakan arus 8,0 A pada 150 V untuk menaikkan beban dengan massa 450 kg dengan laju 7,0 m/menit. Tentukan efisiensi sistem tersebut. Pembahasan Diketahui : I V m v g Ditanya Jawab Input daya = 8,0 A = 150 V = 450 kg = 7,0 m/menit = = 9,81 m/s2 = ? = 0,12 m/det

: Efisiensi sistem : =

I. V = 8,0 A . 150 V = 1200 W = (1,2 kW) . (1,34 hp/kW) = 1,6 hp

Output daya = F . v = (450 kg . 9,81 m/s2) . 0,12 m/det = 4414,5 N . 0,12 m/det = 529,74 J/det = (529,74 J/det) . Efisiensi = = = 44 % 0,71 hp

Jadi, efisiensi sistem tersebut adalah 44%.

27.25 Berapakah seharusnya hambatan sebuah kumparan pemanas yang akan digunakan untuk menaikkan temperatur air dengan massa 500 g dari 28oC ke titik didih dalam waktu 2,010

menit, dengan mengansumsikan bahwa 25% dari panas tersebut hilang? Pemanas tersebut beroperasi pada 110 V. Pembahasan Diketahui : m T1 T2 t = 500 gr = 0,5 kg = 28oC = 100oC = 2,0 menit = 120 det

Panas hilang = 25 % V c Ditanya Jawab W = Q = = 110 V = 1000 kal/kg.oC = 4180 J/ kg.oC = ?

: Hambatan kumparan pemanas (R) : m . c . T = (0,5 kg) . (4180 J/ kg.oC) . (T2-T1)

= (0,5 kg) . (4180 J/ kg.oC). (100oC -28oC) = (0,5 kg) . (4180 J/ kg.oC) . (72oC) = 150480 J Karena diasumsikan panas yang hilang 25%, maka energi termal yang timbul dalam kumparan 75 %. W W = 75% . P . t = 75 % . .t . 120 det . 120 det)

150480 J = 75 % . 150480 J = 75% . R R R R = = = = 7,2 (

11

Jadi, besar hambatan sebuah kumparan pemanas yang akan digunakan untuk menaikkan temperatur air tersebut adalah 7,2 .

12