Soal SBMPTN dan Pembahasan Energi Listrik dan Daya Listrik
Pembahasan soal SBMPTN bidang studi fisika tentang energi dan daya listrik ini meliputi beberapa subtopik dalam bab listrik dinamis yaitu hukum Ohm, energi listrik, daya listrik, hubungan antara energi dan daya listrik, dan hubungan antara sepesifikasi alat listrik dan tegangan terpasang. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal tentang energi dan daya listrik yang sering keluar antara lain menentukan besar daya yang dapat dihasilkan jika kuat arus diketahui, menentukan waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air dengan menggunakan energi listrik, menentukan daya yang dikonsumsi pada pemanasan air menggunakan ketel listrik, menentukan daya masukan pada generator, menentukan intensitas cahaya minimal yang dibutuhkan agar panel surya menghasilkan energi listrik, menentukan biaya yang harus dikeluarkan untuk pemakaian energi listrik di rumah, menentukan kuat arus elemen pada konversi energi listrik menjadi energi mekanik.
Soal 1
A. W/4
B. W/2
C. 2W
E. W
Pembahasan :
Dik : I = 3A, P = W
Daya pada rangkaian DC
⇒ P = I2.R
⇒ P = W
Daya pada rangakain AC
⇒ P = ½ Imax2.R
Perbandingan daya
⇒ PAC = ½ PDC
⇒ PAC = ½W
Soal 2
Sebuah pemanas listrik yang hambatannya 5 ohm menggunakan sumber tegangan 50 V. Pemanas digunakan untuk memanaskan 1 liter air dari 0oC hingga 50oC. Jika 70% kalor yang dihasilkan pemanas diambil air, maka waktu yang diperlukan adalah ...
A. 5 menit
B. 10 menit
C. 15 menit
D. 20 menit
E. 25 menit
Pembahasan :
Dik : R = 5 ohm, V = 50 V, Volume = 1 L → m = 1000 g, ΔT = 50 - 0 = 50oC
Karena kalor dihasilkan dari pemanas yang efisiensinya 70%, maka berlaku :
⇒ Q = 70% W
⇒ Q = 0,7 V.i.t
Waktu yang dibutuhkan:
⇒ Q = 0,7 V.i.t
⇒ m.c.ΔT = 0,7 (V2/R) t
⇒ 1000 (4,2)(50) = 0,7 (502/5) t
⇒ 210.000 = 350t
⇒ t = 600 detik
⇒ t = 10 menit
Soal 3
Ketel listrik mampu mendidihkan 3 liter air dengan suhu awal 20oC selama 10 menit. Jika tegangan yang diberikan 220 V, maka daya yang dikonsumsi adalah (c air = 4,18 J/goC) ...
A. 1342 watt
B. 1672 watt
C. 1834 watt
D. 2100 watt
E. 2455 watt
Pembahasan :
Dik : V = 3 L → m = 3000 g, To = 20oC, t = 10 menit = 600 s
Hubungan perubahan suhu dengan daya listrik
⇒ P.t = m.c.ΔT
⇒ P.t = m.c. (Tdidih - To)
⇒ P(600) = 3000 (4,18) (100 - 20)
⇒ P = 5 (4,18) (80)
⇒ P = 1672 Watt.
Soal 4
Jika sebuah generator dengan daya keluaran P dan tegangan keluaran V dihubungkan ke sebuah pabrik menggunakan kabel yang hambatan totalnya R, daya masukan yang dikirim ke pabrik adalah ...
A. P
B. P - ½(P/V)R
C. P - (P/V)R
D. P - ½(P/V)2R
E. P - (P/V)2R
Pembahasan :
Hambatan total kabel akan menyebabkan disipasi daya yang besarnya sebagai berikut:
⇒ P disipasi = I2R
⇒ P disipasi = (P/V)2R
Besarnya daya masukan (Pin) adalah :
⇒ Pin = Pout - P disipasi
⇒ Pin = P - P disipasi
⇒ Pin = P - (P/V)2R
Soal 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 intensitas cahaya minimal yang harus 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 :
Dik : A = 4 cm2 = 4 x 10-4 m2, V = 3V, I = 2 x 10-4 A, η = 20%
Dari rumus efisiensi
⇒ Pin = 3 x 10-3 Watt
Intensitas cahaya:
⇒ I = 7,5 W/m2
Soal 6
Dua alat pemanas listrik apabila digunakan secara sendiri-sendiri akan membutuhkan waktu masing-masing 15 menit dan 10 menit untuk mendidihkan air satu panci. Jika kedua alat tersebut dihubungkan secara seri, dengan sumber ggl yang tetap sama seperti semula, maka waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan 1 panci air adalah ...
A. 15 menit
B. 20 menit
C. 25 menit
D. 30 menit
E. 45 menit
Pembahasan :
Karena mendidihkan jumlah air yang sama maka usaha yang dibutuhkan juga sama. Dengan demikian berlaku: W1 = W2 = Wseri.
Dari W1 = W2 :
⇒ R1 = (t1/t2) R2
⇒ R1 = (15/10) R2
⇒ R1 = 1,5 R2
Dari W2 = Wseri
⇒ tseri = (t2 x 2,5R2)/ R2
⇒ tseri = (10 x 2,5R2)/ R2
⇒ tseri = 25R2/ R2
⇒ tseri = 25 detik.
Soal 7
Jika energi listrik yang diberikan pada elemen dengan hambatan 25 ohm dalam waktu 1 menit sama besarnya dengan energi mekanik yang dilakukan gaya 500 N sepanjang lintasan 10 m, maka besar arus pada elemen tersebut adalah ...
A. 1,3 A
B. 1,8 A
C. 3,3 A
D. 4,3 A
E. 5 A
Pembahasan :
Dik : R = 25 ohm, t = 1 menit = 60 s, F = 500 N, s = 10 m
Konversi energi listrik menjadi energi mekanik:
⇒ E listrik = W
⇒ I2.R.t = F.s
⇒ I2.(25)(60) = 500 (10)
⇒ I2 = 20/6
⇒ I = √3,3
⇒ I = 1,8 A
Soal 8
Sebuah rumah tangga menggunakan 10 lampu 20 watt rata-rata dinyalakan 12 jam dalam satu hari, 1 televisi 60 watt dinyalakan 10 jam per hari dan setrika listrik 300 watt per hari rata-rata 2 jam. Jika 1 kwh berharga Rp 400,- maka besar tagihan yang harus dibayar setiap bulannya adalah ...
A. Rp 23.400,-
B. Rp 36.600,-
C. Rp 43.200,-
D. Rp 52.000,-
E. Rp 64.000,-
Pembahasan :
Langkah pertama kita hitung energi listrik yang dipakai dari masing-masing alat.
Energi pada lampu :
⇒ EL = P.t
⇒ EL = 20 Watt x 12
⇒ EL = 0,02 kW x 12
⇒ EL = 0,24 kWh
Karena ada 10 lampu maka
⇒ EL = 2,4 kWh
Energi pada televisi:
⇒ Et = P.t
⇒ Et = 60 Watt x 10
⇒ Et = 0,06 kW x 10
⇒ Et = 0,6 kWh
Energi pada setrika:
⇒ ES = P.t
⇒ ES = 300 Watt x 2
⇒ ES = 0,3 kW x 2
⇒ ES = 0,6 kWh
Total energi listrik yang dipakai per hari
⇒ E = 2,4 + 0,6 + 0,6
⇒ E = 3,6 kWh
Total energi listrik yang dipakai per bulan
⇒ E = 3,6 kWh x 30
⇒ E = 108 kWh
Biaya yang harus dibayar:
⇒ Tagihan = 108 x Rp 400,-
⇒ Tagihan = Rp 43.200,-
Jadi, biaya yang harus dikeluarkan untuk 1 bulan pemakaian adalah Rp 43.200,-
Soal 1
Diketahui bahwa arus listrik searah (DC) sebesar 3 Ampere yang mengalir melewati suatu filamen pemanas mampu menghasilkan daya listrik padanya sebesar W. Jika digunaan arus bolak-balik (AC) dengan nilai puncak sebesar 3 Ampere juga, maka besar daya listrik yang dapat diabngkitkan pada filamen tersebut adalah ....
A. W/4
Baca Juga
C. 2W
D. 4W
E. W
Pembahasan :
Dik : I = 3A, P = W
Daya pada rangkaian DC
⇒ P = I2.R
⇒ P = W
Daya pada rangakain AC
⇒ P = ½ Imax2.R
Perbandingan daya
| ⇒ | PAC | = | ½ Imax2.R |
| PDC | I2.R |
| ⇒ | PAC | = | ½. 32 |
| PDC | 32 |
⇒ PAC = ½W
Jawaban : B
Soal 2
Sebuah pemanas listrik yang hambatannya 5 ohm menggunakan sumber tegangan 50 V. Pemanas digunakan untuk memanaskan 1 liter air dari 0oC hingga 50oC. Jika 70% kalor yang dihasilkan pemanas diambil air, maka waktu yang diperlukan adalah ...
A. 5 menit
B. 10 menit
C. 15 menit
D. 20 menit
E. 25 menit
Pembahasan :
Dik : R = 5 ohm, V = 50 V, Volume = 1 L → m = 1000 g, ΔT = 50 - 0 = 50oC
Karena kalor dihasilkan dari pemanas yang efisiensinya 70%, maka berlaku :
⇒ Q = 70% W
⇒ Q = 0,7 V.i.t
Waktu yang dibutuhkan:
⇒ Q = 0,7 V.i.t
⇒ m.c.ΔT = 0,7 (V2/R) t
⇒ 1000 (4,2)(50) = 0,7 (502/5) t
⇒ 210.000 = 350t
⇒ t = 600 detik
⇒ t = 10 menit
Jawaban : B
Soal 3
Ketel listrik mampu mendidihkan 3 liter air dengan suhu awal 20oC selama 10 menit. Jika tegangan yang diberikan 220 V, maka daya yang dikonsumsi adalah (c air = 4,18 J/goC) ...
A. 1342 watt
B. 1672 watt
C. 1834 watt
D. 2100 watt
E. 2455 watt
Pembahasan :
Dik : V = 3 L → m = 3000 g, To = 20oC, t = 10 menit = 600 s
Hubungan perubahan suhu dengan daya listrik
⇒ P.t = m.c.ΔT
⇒ P.t = m.c. (Tdidih - To)
⇒ P(600) = 3000 (4,18) (100 - 20)
⇒ P = 5 (4,18) (80)
⇒ P = 1672 Watt.
Jawaban : B
Soal 4
Jika sebuah generator dengan daya keluaran P dan tegangan keluaran V dihubungkan ke sebuah pabrik menggunakan kabel yang hambatan totalnya R, daya masukan yang dikirim ke pabrik adalah ...
A. P
B. P - ½(P/V)R
C. P - (P/V)R
D. P - ½(P/V)2R
E. P - (P/V)2R
Pembahasan :
Hambatan total kabel akan menyebabkan disipasi daya yang besarnya sebagai berikut:
⇒ P disipasi = I2R
⇒ P disipasi = (P/V)2R
Besarnya daya masukan (Pin) adalah :
⇒ Pin = Pout - P disipasi
⇒ Pin = P - P disipasi
⇒ Pin = P - (P/V)2R
Jawaban : E
Soal 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 intensitas cahaya minimal yang harus 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 :
Dik : A = 4 cm2 = 4 x 10-4 m2, V = 3V, I = 2 x 10-4 A, η = 20%
Dari rumus efisiensi
| ⇒ η = | Pout | x 100% |
| Pin |
| ⇒ 20% = | VI | x 100% |
| Pin |
| ⇒ 0,2 = | 3 (2 x 10-4) |
| Pin |
Intensitas cahaya:
| ⇒ I = | Pin |
| A |
| ⇒ I = | 3 x 10-3 |
| 4 x 10-4 |
Jawaban : D
Soal 6
Dua alat pemanas listrik apabila digunakan secara sendiri-sendiri akan membutuhkan waktu masing-masing 15 menit dan 10 menit untuk mendidihkan air satu panci. Jika kedua alat tersebut dihubungkan secara seri, dengan sumber ggl yang tetap sama seperti semula, maka waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan 1 panci air adalah ...
A. 15 menit
B. 20 menit
C. 25 menit
D. 30 menit
E. 45 menit
Pembahasan :
Karena mendidihkan jumlah air yang sama maka usaha yang dibutuhkan juga sama. Dengan demikian berlaku: W1 = W2 = Wseri.
Dari W1 = W2 :
| ⇒ | V2.t1 | = | V2.t2 |
| R1 | R2 |
| ⇒ | t1 | = | t2 |
| R1 | R2 |
⇒ R1 = (15/10) R2
⇒ R1 = 1,5 R2
Dari W2 = Wseri
| ⇒ | V2.t2 | = | V2.tseri |
| R2 | R1 + R2 |
| ⇒ | t2 | = | tseri |
| R2 | 1,5R2 + R2 |
⇒ tseri = (10 x 2,5R2)/ R2
⇒ tseri = 25R2/ R2
⇒ tseri = 25 detik.
Jawaban : C
Soal 7
Jika energi listrik yang diberikan pada elemen dengan hambatan 25 ohm dalam waktu 1 menit sama besarnya dengan energi mekanik yang dilakukan gaya 500 N sepanjang lintasan 10 m, maka besar arus pada elemen tersebut adalah ...
A. 1,3 A
B. 1,8 A
C. 3,3 A
D. 4,3 A
E. 5 A
Pembahasan :
Dik : R = 25 ohm, t = 1 menit = 60 s, F = 500 N, s = 10 m
Konversi energi listrik menjadi energi mekanik:
⇒ E listrik = W
⇒ I2.R.t = F.s
⇒ I2.(25)(60) = 500 (10)
⇒ I2 = 20/6
⇒ I = √3,3
⇒ I = 1,8 A
Jawaban : B
Soal 8
Sebuah rumah tangga menggunakan 10 lampu 20 watt rata-rata dinyalakan 12 jam dalam satu hari, 1 televisi 60 watt dinyalakan 10 jam per hari dan setrika listrik 300 watt per hari rata-rata 2 jam. Jika 1 kwh berharga Rp 400,- maka besar tagihan yang harus dibayar setiap bulannya adalah ...
A. Rp 23.400,-
B. Rp 36.600,-
C. Rp 43.200,-
D. Rp 52.000,-
E. Rp 64.000,-
Pembahasan :
Langkah pertama kita hitung energi listrik yang dipakai dari masing-masing alat.
Energi pada lampu :
⇒ EL = P.t
⇒ EL = 20 Watt x 12
⇒ EL = 0,02 kW x 12
⇒ EL = 0,24 kWh
Karena ada 10 lampu maka
⇒ EL = 2,4 kWh
Energi pada televisi:
⇒ Et = P.t
⇒ Et = 60 Watt x 10
⇒ Et = 0,06 kW x 10
⇒ Et = 0,6 kWh
Energi pada setrika:
⇒ ES = P.t
⇒ ES = 300 Watt x 2
⇒ ES = 0,3 kW x 2
⇒ ES = 0,6 kWh
Total energi listrik yang dipakai per hari
⇒ E = 2,4 + 0,6 + 0,6
⇒ E = 3,6 kWh
Total energi listrik yang dipakai per bulan
⇒ E = 3,6 kWh x 30
⇒ E = 108 kWh
Biaya yang harus dibayar:
⇒ Tagihan = 108 x Rp 400,-
⇒ Tagihan = Rp 43.200,-
Jadi, biaya yang harus dikeluarkan untuk 1 bulan pemakaian adalah Rp 43.200,-
Jawaban : C
