CONTOH SOAL RANGKAIAN HAMBATAN MENENTUKAN BEDA POTENSIAL

Edutafsi.com - Contoh soal dan pembahasan tentang listrik dinamis, yaitu menentukan beda potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik sederhana. Contoh #1 : Tiga buah hambatan identik dirangkai dan dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan seperti terlihat pada gambar. Jika beda potensial sumber tegangan adalah 120 Volt, maka potensial V_AB = sama dengan .....
A. V_AB = 120 Volt
B. V_AB = 100 Volt
C. V_AB = 80 Volt
D. V_AB = 72 Volt
E. V_AB = 64 Volt

Pembahasan :
Untuk menyelesaikan soal ini, Sobat Tafsi harus memahami kembali konsep arus listrik searah terutama mengenai hukum Ohm dan rangkaian hambatan.

Adapun poin penting yang harus kita pahami dalam penyelesaian ini adalah mengetahui karakteristik dari rangkaian hambatan seri atau paralel.

Seperti biasa, pembahasan akan dimulai dengan pembahasan konsep secara ringkas sebagai pengingat. Tapi kalau Kalian masih ingat konsepnya, bisa diskip ke penyelesaian di bawah.

Konsep Listrik Dinamis

Listrik dinamis membahas mengenai aliran muatan listrik pada suatu penghantar. Arus listrik merupakan aliran muatan listrik positif dari potensial tinggi ke potensial rendah.

#1 Hukum Ohm

Hukum Ohm merupakan suatu hukum yang mencoba menjelaskan hubungan antara beda potensial (tegangan), kuat arus listrik, dan besar hambatan.

Menurut hukum Ohm, kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujungnya dan berbanding terbalik dengan besar hambatan.

I = V/R

Keterangan :
V = beda potensial (Volt)
I = kuat arus (Amepere)
R = besar hambatan (Ohm).

#2 Rangkaian Hambatan

Konsep berikutnya yang perlu dipahami kembali adalah konsep rangkaian hambatan. Hambatan dapat dirangkai secara seri atau secara paralel.

Sobat Tafsi harus memahami bagaimana karaktersitik rangkaian seri dan paralel agar dapat menganalisi dan menyelesaikan soal.

a). Rangkaian Seri

Rangkaian seri artinya hambatan dirangkai secara lurus tanpa cabang. Beberapa karakter pada rangakain seri adalah sebagai berikut:
1). Berfungsi sebagai pembagi tegangan
2). Rs = R₁ + R₂ + .... + Rn
3). I total = I₁ = I₂ = I

b) Rangkaian Paralel

Pada rangkaian paralel, hambatanya dihubungkan secara bersusun sehingga ada cabang. Beberapa karakter rangkaian paralel adalah:
1). Berfungsi sebagai pembagi arus
2). 1/Rp = 1/R₁ + 1/R₂ + .... + 1/Rn
3). V total = V₁ = V₂ = V

Oke, sekarang kita masuk ke penyelesaian. Pertama mari kita tinjau kembali soal dan bentuk rangkaian hambatannya.

Contoh #1 : Tiga buah hambatan identik dirangkai dan dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan seperti terlihat pada gambar. Jika beda potensial sumber tegangan adalah 120 Volt, maka potensial V_AB = sama dengan .....

Pada pembahasan kali ini, kita akan mencoba menyelesaikan soal di atas dengan dua metode, yaitu dengan konsep hukum Ohm dan yang kedua dengan konsep pembagi tegangan.

Cara #1 : Berdasarkan Hukum Ohm dan Sifat rangkaian

Pertama-tama, mari kita analisis jenis rangkaian pada soal. Pada gambar dapat Sobat Tafsi lihat bahwa rangkaiannya merupakan campuran seri dan paralel.

Hambatan ke-2 dan ke-3 yang berada di sebelah kanan dirangkai secara paralel. Kemudian kedua hambatan itu dirangkai secara seri dengan hambatan ke-1.

Langkah #1 : Menentukan Hambatan Total

Tugas pertama kita adalah menentukan berapa hambatan total pada rangakaian tersebut. Pertama, kita bisa tentukan hambatan penganti (Rp) untuk hambatan ke-2 dan ke-3 sehingga dihasilkan rangkaian seperti di bawah ini.

Besar hambatan penganti Rp adalah :
⇒ 1/Rp = 1/R2 + 1/R3
⇒ 1/Rp = 1/R + 1/R
⇒ 1/Rp = 2/R
⇒ Rp = R/2
⇒ Rp = ½R

Hambatan Rp dihubungkan secara seri dengan hambatan ke-1. Besar hambatan pengganti Rs untuk rangkaian tersebut adalah:
⇒ Rs = R1 + Rp
⇒ Rs = R + ½R
⇒ Rs = 3/2 R

Jadi, hambatan total dari rangkaian itu adalah 3/2 R.

Langkah #2 : Menentukan Arus Total

Berikutnya kita tentukan kuat arus yang mengalir melalui rangkaian. Kuat arus total yang mengalir pada rangkaian sama dengan hasil bagi tegangan dengan Rs.

Kuat arus total:
⇒ I = V/Rs
⇒ I = 120 / (3/2 R)
⇒ I = 120 . 2/3. 1/R
⇒ I = 240/3 . 1/R
⇒ I = 80/R Ampere

Langkah #3 : Menentukan Potensial V_AB

Ingat bahwa antara hambatan ke-1 dengan hambatan Rp dihubungkan secara seri. Rangkaian seri berfungsi sebagai pembagi tegangan.

Arus yang mengalir melalui hambatan ke-1 (sepanjang titik A ke titik B) akan sama dengan arus total yaitu sebesar 80/R Ampere.

Dengan demikian, beda potensial antara titik A dan B adalah:
⇒ V_AB = I . R_AB
⇒ V_AB = I . R1
⇒ V_AB = 80/R (R)
⇒ V_AB = 80 V

Jadi, potensial V_AB adalah 80 Volt.

Cara #2 : Konsep Pembagi Tegangan

Dengan cara kedua langkahnya akan lebih singkat karena kita langsung menggunakan rumus pembagi tegangan.

Kenapa memakai rumus pembagi tegangan?

Karena telah dijelaskan di atas, bahwa rangkaia ke-1 dihubungkan secara seri dengan rangkaian pengganti Rp sehingga rangkaiannya berfungsi membagi tegangan.

Adapun rumus pembagi tegangan yang digunakan adalah:

⇒ VAB =	RAB	. V
	RAB + RBC

Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa R_AB = R1 = R dan R_BC = Rp = R/2.

Dengan demikian, kita peroleh:

⇒ VAB =	R	. V
	R + R/2

⇒ VAB =	R	. 120
	3/2 R

⇒ V_AB = 2/3 (120)
⇒ V_AB = 240/3
⇒ V_AB = 80 V

Jadi, potensial V_AB adalah 80 Volt.

Jawaban : C

Baca juga : Kumpulan Soal Listrik Dinamis.

Demikian pembahasan contoh soal tentang listrik dinamis nomor 1 dengan model soal menentukan beda potensial berdasarkan rangkaian sederhana.

Jika pembahasan ini bermanfaat, bantu edutafsi ya untuk share ke teman-teman Kalian melalui tombol share yang ada di bawah halaman ini.

Untuk contoh soal lainnya tentang listrik dinamis dapat Sobat Tafsi lihat di menu contoh soal fisika atau melalui tombol kategori Contoh Listrik dinamis di bawah ini.

Kalau kalian masih bingung atau tidak paham dengan penjelasan di atas boleh share pertanyaan kalian di komentar, kami akan mencoba menjelaskan kembali.