Bab 5. Arus Listrik - · PDF fileHUKUM OHM DAN TAHANAN Suatu kawat berpenarnpang serba sarna dialiri arus i, seperti pada Gambar 5-1. a ~ b E ~ t Gambar 5-1 Misalkan bedan potensial

ARUS LISTRIK

5.1. ARUS DAN RAPAT ARUS

Arus listrik adalah muatan yang bergerak. Dalam konduktor padat sebagai pem-bawa muatan adalah elektron bebas dan dalam konduktor cair atau elektrolit pem-bawa muatannya adalah ion. Elektron bebas dan ion dalam konduktor bergerak karenapengaruh medan listrik. Dalam bahan isolator, elektron bebas terikat kuat pada masing-masing atom sehingga bahan isolator tidak dapat menghamarkan arus.Kuat arus didefinisikan sebagai :

dQi =- (Amper = A) (5-1)

dt

Dalam persamaan (5-1) dapat dilihat bahwa satuan kuat arus adalah Cs.1. Satuan inidisebut amper.Jadi

lA = 1 Cs.1

119

Rapat arus didefinisikan sebagai :

j = - ataui = jA 11 111111 (5-2)A

disini A adalah luas pemarnpang konduktor sehingga satuan rapat arus j adalah A/m2.Rapat arus sebanding dengan medan listrik yang menimbulkannya, maka

j = cr E (5-3)

Konstanta pembanding cr di sini disebut konduktivitas listrik. Dalam satuan sl, kon-duktivitas cr ini mempunyai satuan siemens per meter (S/m).

5.2. HUKUM OHM DAN TAHANAN

Suatu kawat berpenarnpang serba sarna dialiri arus i, seperti pada Gambar 5-1.

a ~ b

E~

t

Gambar 5-1

Misalkan bedan potensial antara titik a dan b adalah

v =V-V=Vab b a

Kuat medan listrik dalarn kawat haruslahV

E=-t

Rapat arus dalarn logam sesuai dengan persamaan (5-3) dapat ditulis :

V

j = cr E = cr- (5-4)t

120

sehingga kuat arus dari persamaan (5-2) menjadi :A

i = jA = a - V (5-5)tA I

Bila konstantaa - dinyatakandengan-, maka persarnaan (5-5) menjadi :t R

v = i R (5-6)

Persarnaan (5-6) ini dikenal dengan Hukum Ohm danI t t

R = - - = P - (5-7)a A A

Besaran R dalarn persarnaan (5-7) di sini disebut hambatan, tahanan atau Resis-tensi dan mempunyai satuan volt jur arnper (VIA) yang juga disebut ohm (0). Tahanansuatu Resistor besamya bervariasi dari kurang satu ohm hingga berjuta-juta ohm. (Garnbar5-2).

1

Konstanta P = - disebut harnbat jenis atau Resistivitas, mempunyai satuan ohm, mutua

(O.m), besamya tidak sarna untuk setiap bahan konduktor dan merupakan fungsi tem-peratur.

P = Po (1 + aT) (5-8)

121

Color Number Multiplier Tolerance(%)

Black 0 IFirstdigit Brown I 101

Red 2 102Seconddigit Orange 3 IQ3

Yellow 4 lQ4Green 5 lOS

Multiplier Blue 6 lQ6Violet 7 101

Gray 8 108White 9 109Gold 101 5%Silver 102 10%No color 20%

I

Gambar 5-2. Kode Warna Resistor

Dalam persamaan (5-8) di sini, p adalah hambat jenis pada temperatur T, Po pada O"Cdan a adalah koefisien temperatur hambatan.Dengan menggunakan persamaan (5-8), maka persamaan (5-7) dapat juga dinyatakandengan

R =Ro (1 + aT) (5-9)

Beberapa jenis harga p dan a dapat dilihat dalam Tabel 5-1.

TABEL 5-1Resistivity and temperature coefficients(at 20°C)

Material

ConductorsSilverCopperAluminumTungstenIronPlatinumMercury

Semiconductors*Carbon (graphite)GermaniumSilicon

InsulatorsGlassHard rubber

* Values depend strongly on presence of even slight amounts of impirities

5.3. DAYA DAN ENERGI LISTRIK

Di dalam logam yang berarus listrik, gerak pembawa muatan benumbukan denganatom-atom logam akibat tumbukan, pembawa muatan kehilangan sejumlah energinyasehingga bergerak dengan kecepatan tetap dan atom-atom logam bergetar makin cepatsehingga menimbulkan panas atau kalor. Bila sejumlah muatan dQ bergerak di bawahpengaruhbedan potensialV, muatanini haruslahmendapattambahanenergidU =(dQ)V

122

TemperatureResistivity, p Coefficient, a

(0 - m) (CO)-l-

1.59X 10-8 0.00611.68 x 10-8 0.00682.65 x 10-8 0.004295.6 x 10-8 0.0045

9.71 x 10-8 0.0065110.6 x 10-8 0.00392798 x 10-8 0.0009

(3-60) x 10-5 -0.0005(1-500) x 10-4 -0.05

0.1-60 -0.07

109_10121012_1015

akan tetapi arus i tetap, berarti kecepatan tetap, dan encrgi kincLikpun Lak bcrubah.Energi ini hilang sebagai kalor dan diterima logam dengan daya.

dU dQP = - = v = i V (5-9)

dL dt

Jika arus i dalam amper dan LeganganV dalam volLmaka daya P dalam waLL(w).Karena bedan potensial V = iR, maka pcrsamaan (5-9) menjadi

P = j2 R (5-10)

Persamaan (5-10) ini menyaLakandaya yang hilang aLasdaya disipasi pada kondukLordengan ResisLcnsi R bila dialiri arus lisLriki.Kalor disipasi dalam wakLudLadalah

dQ = j2R dL (5-11)

Kalor disipasi ini disebut Kalor Joule.

CONTOH PENYELESAIAN SOAL

5-1. Suatu arus sebesar 2,5A mengalir dalam kawaLyang menghubungkan kutub-kuLUbbaterai. Setelah 4,0 meniL Liba-tiba arus bcrhenti karena kawaL Lerlcpas. Berapabcsar muatan yang Lelahmengalir ke dalam rangkaian.

Jawab :ilQ = i ilt = (2,5A) (4,0 x 60s) = 600C

5-2. M~sal kamu ingin menghubungkan set stereomu dengan Remote Speaker. Jikasetiap kawat panjangnya harus 20 m, bcrapa diameter kawat tembaga yang harusdipergunakan agar tahanannya lebih kedl dari 0, IOn per kawaL.

Jawab :Dari pcrsamaan (5-7) dan Tabel 5-1 diperoleh

L (1,7 x IO-X)n.m) (20m)A = P - = = 3,4 X 10-6 m2

R (0,10 n)

A = 1td2/4 atau d = V 4A/1t = 2,1 X 10-3 m = 2,1 mm

123

5-3. Variasi tahanan listrik dengan temperatur dapat digunakan untuk membuat peng-ukuran temperatur secara tepat. Untuk hal ini biasanya digunakan logam Platina,karena beban korosi dan titik lelehnya tinggi. Pada O"C,tahanan termometer tahanan

platina adalah 164,2U. Jilil dimasullan dalam lannan khususlahanannya181.4fl.Berapa temperatur larutan.

Jawab :Karena hambat jenis p sebanding dengan tahanan R, dengan menggunakan hargaa dalam Tabel 5.1 diperoleh

R = Ro (1 + aT)atau

R- ~ 187,4Q - 164,2QT= = = 35,9"C

aRo (3,927 x 1O'3/"C)(I64,2Q)

5-4. Muatan dipindahkan dari sebuah bola dengan sebuah kawat. MuaLan pada bolapada setiap saat diberikan dengan persamaan.

Q = 10-3 t21

di sini Q ditahan Coulomb dan t dalam second. Tentukan arus dalam akwaLpadasaaLt = 0 dan L= 5 sec.

Jawab :dQ d

Arus i = - = - (10-3 (21)= -2.10-3t2lAdt dt

pada t = 0 -> i = -2.10'3 A = _2mATanda ncgatif berarti arus keluar dari bolapada t = 5 -> i = -2 X 10'3 x 1,10 = 0,09 X 10-6 A = 0,09 n A.

5-5. Diketahui bahwa bila beda potensial antara ujung-ujung dari sebuah tahanan sebesarIOV, arus dalam tahanan itu sebesar 2A.(a). Berapa besar arus bila beda potensial = 20V? lOOV?(b). Berapa beda potensialjika besar arus sarna dengan lOA? O,IOA?(c) Berapa ohm tahanannya.

Jawab :V

(a). i =-R

V IOV->R=-=-=5Q

2A

124

V 20VV = 20V -> i = - = - = 4A

R SO

l00VV = l00V -> i = - = 20A

SO

(b). i = lOA -> V = iR =(lOA)(SO) = SOVi =0,lOA-> V =(1,lOA)(SO) =O.SOV

(e). Tahanan R = SO

S-6. Kawat konduktor tembaga dengan jari-jari O,S Cm, dilapis dengan bahan isolasisehingga jari-jari luamya 1 em. Bahan isolasi ini dilindungi lagi oleh selapis timahhitam. Hitunglah.(a). Tahanan dari bahan isolasi terhadap arus yang keluar seeara Radial, sepanjang

1 km, sepanjang 2 km.(b). Arus yang boeor sepanjang 1 km, jika beda potensial antara konduktor dalam

dengan lapisan luar sebesar l00V.(e) Kerapatan arus pada titik-titik permulaan silinder yang jari-jarinya 0.8 Cm.(d). Arus yang melewati permukaan (e) sepanjang 1 km.

Bandingkan jawaban b dan d.Hambat jenis bahan isolasi diketahui sebesar 1010n.m.

Jawab :

Gambar 5-3

(a) Kabel ini dapat dianggap sebagai 2 buah silinder konsentris dengan jari-jaridalam a = O.S Cm dan jari-jari luar b = 1 em.

12S

Medan listrik pada jarak r dari pusat.

1 V.b

E=- Inbr

a

Untuk P = 1010n.m dan L = 1 kIn = 1000 m,

R = (1010 n.m)

(1,0 Cm)In ,

(0,5 em)

21t.(2000m)= 1,1 x .1()6n

R = (1010n.m) = 0,55 x 106n21t.(2000 m)

(b). Untuk V.b = l00Y, maka arus yang bocor scpanjang 1 kIn,

Yi = ~ _ (lOOY)

. R (1,1 x 106n) = 91 x 10-6A

1 1(c). j = G E = - . -

p r--

bIn-

a

126

Dari persamaan (5-2) dan J--'),j = G E dan i = A.j.

maka

. G V.bI = AGE = 21t rI. - -

r In b-a

ataub b

V.b In- In-a a

R=-= =pG.21tL 21tL

Untuk r = 0,8 On, Rapat arusnya,

j =I (100 V)

(0,8 x lo-2m) . --;-2- = 1,8 X 10-6A/m2

I

(d) i = A.j =2 x r L.J =Untuk panjang L = I kIn.

i = 2x (0,8 x lo-2rn)(1000m)(1,9 x 10-6A/m2)=91 J.1A

Jawaban b dan d harusnya sarna.

5-7. Sebuah elektrode perak berbentuk bola, dengan jari-jari 8 Crn, konsentris denganpelindung metaInya yang juga berbentuk bola dengan jari-jari 10 Cm. Pada ruangdi antaranya terdapat bahan isolasi dengan Resistivitas lQ6U.m.Hitunglah tahanandari isolasi.

Jawab :

E=~r

V.b .- dan J = cr E

bIn-

a

Seperti pada soal nomor 5.b

In-a

R=p2xL

Jika panjang L = 1 m, maka

10In-

8R = R (106Q.m) = 3,55 x 10" Q

2n(lm)

5-8. Sebuah alat pemanas listrik 660 watt, dirancang untuk bckcrja pada 120 V.(a). Berapa besar tahanannya(b). Berapa arus yang ditariknya(c). Berapa besar pembentukan panas, dalam kalori/sec.(d). Kalau voltase turun menjadi IIOV. bcrapakah daya dari alat pcmanas itu ?

127

Jawab :V2

a). P=- ->

R

V2R=-=

P

(120V?

660W

P(b). i = - =

V

660W= 5,5 A

120V

(c) Panas yang terbentukP =0,24 FR =0,24 x (5,5A)2 (21,820) = 158,41 kal/sec.

(d) Jika tahanan dianggap tetap, maka untuk V = 11OV,daya dari alat menjadi,V2 (1IOV)2

P = FR =- = = 554,54WR (21,8.20)

5-9. Sebuah kawat baja yang mempunyai luas penampang 4,5 cm2. Berapa hambatandari 10 Ian dari kawat tersebut ?Bila diketahui p =6,9 x 1O-70.mJawab :

(= 10 Ian = lOx 103mA = 4,5 cm2 = 4,5 x 10-4m2p = 6,0 X 1O-70.m

I 10 X 103

R = P - = 6 X 10-7A 4,5 X 10-4

60= - = 13,3

4,5

R = 13,3 Ohm

5-10. a) Jika diketahui :

P = daya persatuan yolume dari HambaLanp = Hambatan jenisJ = Rapat arus listrikE = Medan listrik

128

Buktikan :E2

P = y.p dan p =p

b) Sebuah Hambatan berbentuk sHinder dengan jari-jari 0,5 em dan panjang 2em dengan p =3,5 x 10-5 ohm m. Berapa rapal arus dan bcda polensial antaraujung-ujung Hambatan jika daya yang timbul 1 Wall ?

Jawab :daya FR

a) p = =Yolume Yol.

I = j A1

R = P ;.-

A

FR

p=-Yol

Yol = 1 : A1

(jA)2 . p A=

1.A

YA2.p.l=

1.A2

=y p lcrbukli

y2/RP ---

Yol.

Y = E. 1

IR=p--

.A

y2p=

R. Yol

=p.I/A.IA

---F

:". lcrbuklip

Yol = IA

-,

129

130

b)

< )

r = 0,5 em = 0,5 x 10-2 mI = 2 x 10-2 m

p = 3,5 X 10-5 Ohm-m.A =1tr.2= 1t(O,5 x 1(02)2

I : 2 X 10-2

R = P - = 3,5 X 10-5A 1t25 X 10-6

=8,913 X 10-3ohm.

P = I Wall

Vol = A.I = 1t(O,5 x 1002)2x 2 X 1002

= 1t25 X 10-6 x 2 X 1002

= 5.1t X 1007m3

= 12 . P . -> J = V PP

= V 1/51txI0-73,5x 10-5

\,---wu

=V~ =

1()6

r

A= 1,35 X 105

7,415

V = i . R= J . A. R= 1,35X 105 . 1t (0,5 X 10-2)2 x 8,913 X 10-3= 1,35 x IUS . 1t . 25 X 10-6 x 8,913 X 10-3= 0,005 Volt.

5-11. Sebuah bola konduktor dengan jari-jari 10 em dihubungkan dengan sebuah kawatyang membawa arus listrik 1.000002 Ampere memasuki bola dan sebuah kawatlain yang membawa arus listrik 1.00000 Ampere ke luar dari bola. Berapa waktuyang dibutuhkan untuk membuat tegangan bola bertambah 1000 Volt.

Jawab :

bola

r = 10 em = 0,1 m

i\ = 1.000002 Ampereiz = 1.00000 Ampere!!.V = 1000 Volt

I qV =--bol.

41t eo r

Jika q berubah maka V berubah sehingga dapat ditulis

1 !!.q!!.V =- -

41teo' r

Persamaandi atas dibagi dengan !!.t

Dalam hal ini i adalah selisih imas\1k(i\) terhadap ike1\111t(iz)

i=I\-2Z= 1,000002 - 1,00000= 0,000002 Ampere

AV i-=9xI09-

!!.t r

131

AV 1 !!.q-- -!!.t 41teo' !!.t

1=-i

41teo'

1000 2 X 20-6-=9xlO

6t 10-'= 18X 104

1000dt = =5,6X 10-3detik.

18 x 104

5-12. Batang logam 2 m, diameter 8mm. Kalau hambatan jenis (resistivitas) logam itu1,76 x 10-8Qm, berapakah hambatan batang itu?

Jawab :L 2m

R =P - =(1,76 X 10-8Q.m) =7 x 1O-4QA 1t(4 X 1O-3m)

5-13. Kawat no. 10 diametemya 2,59 mm. Berapakah panjang kawat aluminium no. 10diperlukan agar mendapatkan kawat berhambatan lQ? Diketahui p-aluminium2,8 x 10-4Qm.

Jawab :Dari rumus R = pL/A, diperoleh

RAL=-=

P

(1Q)(1t)(2,59 x 1O.3mn4. = 188 m

2,8 x lO-8Q.m

5-14. Kawat tembaga no. 24 berdiameter 0,0201 inci. (a) Hitunglah luas penampangkawat itu dinyatakan dalam 'circular mil'. (b) Hitung pula hambatan kawat itusepanjang 100 ft. Resistivitas tembaga diketahui lO,4Q circular ml/ft.

Jawab :Luaslingkaranapabiladinyatakandalam'circularmil' didefinisikansebagaikuadratdiameter lingkaran yang dinyatakandalam 'mil' (1 'mil' = 0,001 inci).(a) Luas dalam 'circular mil' = (20,1 mill =404 circular mils

L 100ft(b) R =P - =(1O,4Q circular miVft) =4,07n

A 404 circular mils

5-15. Hambatan lilitan tembaga pada O"Ctemyata 3,35Q. Berapakah hambatannya padasuhu 50"C? Untuk tembaga a = 4,3 x 1O-3°C'.

Jawab :R = Ro+ aRo(T- TJ = 3,35Q + (4,3 x 1O-3-3°CI)(3,3Sn)(SouC)= 4,07n

132

5-16. Suatu hambatan dikehendaki memiliki resistansi 300 bebas dari pengal11h suhu.

Untuk mencapai ini hambatan aluminium (resistansi ROIpada O°C) <\iserika~ denganhambatan karbon (resistansi pada O°C, R02). Tentukan ROIdan R02''kalau diketahui<XI= 3,9 X 1O-30C-Iuntuk aluminium dan O2 = -0,5 X 1O-30C-1urituk karbon.

Jawab :

Hambatan susunan pada suhu T adalah :

Rl + ~ = [Rol + lRol(T - TJ] + [R02+ 2ROI(T-To)]

= (ROl + R02) + ( IROl + 2R02)(T - TJMaka ada dua syarat yang harus dipenuhi :

ROI + R02 =300 dan R02=26,60

Setelah harga 1 dan 2 2 disubstitusikan, diperoleh :

ROI = 3,410 dan R02 = 26,60

5-17. Berapakah biaya untuk memanaskan air 50 liter dari suhu 40°C menjadi 100°Ckalau 1 kWh harganya 8 sen ?

Jawab :Kalor yang masuk air = (massa) x (kapasitas kalor jenis) x (kenaikan suhu)

= (50 x 103g) X (1 kal/g.°C) X (60°C)= 3 x 106kal

4,184 J 1 kW.h 8 senbiaya = 3( x 106 kal) [ ] [ ] [ I = 28 sen

1 kal 3.6 x 106J 1 kW.h

5-18. Jika arus listrik adalah aliran muatan, mengapa digunakan 2 kabel untuk membawaarus dan bukan kabel tunggal ?

Jawab :Jika digunakan kabel tunggal, muatan secara permanen akan dipindahkan darisumber arus ke tempat pemakaian yang jauh dari kabel. Dalam waktu singkat,banyak sekali muatan yang dipindahkan, sehingga sumber tidak mampu lagimemberikan muatan ke tempat pemakaian. Oleh karena itu kabel tunggal tidakdapat mengalirkan arus secara kontinu. di lain pihak pada 2 kabel muatan dapaldisirkulasikan dari sumber ke pemakaian dan kembali ke sumber. Oleh karena iludapal diperolch aliran enersi yang kontinu.

5-19. Zat padat manakah yang merupakan pcnghantar yang baik, dan manakah yangmerupakan isolator yang baik 7. Bagaimanakah sifatnya dalam menghantarkanpanas.

133

Jawab :Semua logam adalah penghantar yang baik. Seluruh non logam adalah isolatoryang baik, misalnya : gelas, kayu, plastik, karet.Umumnya zat padat yang merupakan penghantar listrik yang baik, juga meru-pakan penghantar panas yang baik. Dan zat padat isolator listrik, juga merupakanisolator panas yang baik. Logam adalah penghantar panas dan listrik yang baik,karena keduanya dibawa oleh elektron yang bergerak bebas.

5-20. Suatu kabel dilalui arus IA. Berapa banyak elektron yang lewal tiap detik ?

Jawab :

Besamya muatan elektron I = 1,6 X 1O-19C,dengan demikian arus IA = IC/detik.mengalirkan elektron sebanyak :

Ic/det= 6,3 x 1018elektron/detik

1,6 x 1O-19C.elektron

5-21. Pemanggang roti 120V mempunyai tahanan 12.0. Berapakah besamya "fuse"minimum yang dipergunakan ?

Jawab :arus pada pemanggangroti : V 120V

1=-=-= lOAR 12.0

Jadi besamya "fuse" yang harus dipergunakan lOA.

5-22. Pemanas 120V memakai arus 25A. Berapakah tahanannya ?

Jawab :V 120V

R=-=I 25A

= 4,8.0

5-23. Berapakahtahanan kawat tembaga yang berdiamcter0,5 mm dan panjang20 m.Resistiviti tembaga 1,7 x 10-8 .om.

Jawab :Luas penampang A = 1t r2, dimana r = 2,5 x 10-4m.

I 1,7 x 10-8.Q-m x 20mdengan demikian R = P - =

A 1t (2,5 X 10-4 m)2

= I,73!1

134

5-24. Kawat tembaga mempunyai tahanan IOQ pada 20"C.a) Berapakah tahanannya pada suhu 80'C ?b) Berapakah tahanannya pada suhu O"C?

Koefisien temperatur tahanan tembaga O,OO4fC.

Jawab :a) R = IOQ dan T = 60"C. Dengan demikian perubahan tahanan adalah ~R = a.R

~T = O,OO4/"Cx IOQx 60°C= 2,4Q.Jadi tahanan pada suhu 80"C adalah : (10 + 2,4) = 12,4Q.

b) Disini ~T = -20°C, jadi~R = aR ~T = O,OO4/oCx IOQ x (-20"C) = -O,8Q.

Jadi tahanan pada 0" adalah : R + ~ R = 9,2 Q.

5-25. Termometer tahanan mempergunakan tahanan harganya berubah-ubah karena suhu.Jika tahanan elemen platinum adalah 5Q pada suhu 20"C dan 16Q bila dimasuk-kan dalam tungku, tentukan temperatur tungku.Harga untuk platinum adalah O,OO36/"C.

Jawab :Disini R = 5Q dan ~R = 16Q - 5Q = IIQ.Jika ~R = aR ~T

~R~T = - =

R

11Q= 611°C.

O,0036I'Cx5Q.

Jadi ternperatur tungku adalah T + ~T = 20"C+ 611 °C= 631°C

5-26. Arus yang lewat tahanan 50Q adalah 2A.Berapakah daya yang didisipasi sebagai panas ?

Jawab :P = pR = (2A)2 x 50Q = 200 W.

5-27. Pemanas 2 kw dihubungkan pada sumber 240V yang mempunyai rangkaian pemutusarus lOA. Apakah rangkaian ini akan membuka bila pemanas dihidupkan ?

Jawab :Arus yang ditarik oleh pemanas adalah :

P 2000W I1=-= =8-A

V 240V 3

Jika arus lebih keeil dari lOA, rangkaian pemutus tidak akan terbuka.

135

5-28. Motor starter suatu mobil membutuhkan daya I kw bila dipergunakan memutarmesin. Berapakah arus yang diambil dari baterei 12V ?

Jawab :Disini P = I kw = lOOOW = LV, sehingga :

P lOOOWI = - = = 83,3A.

V 12V

5-29. Baterei 12V diisi arus 20A selama I Jam.

a) Berapakah daya yang dibutuhkan untuk pengisian tersebul ?b) Berapakah enersi yang diberikan dalam proses ini ?

Jawab :a) P = I V =20A x 12V = 240 Wattb) W = Pt = 240W x 3600 detik = 8,64 x 105 joule.

5-30. Baterei 12V sualu mobil mempunyai kapasilas 80A-jam, yang berarti dapalmenyediakan arus 80A selama I jam, arus 40A selama 2 jam, dan selerusnya.a) Berapakah enersi yang tersimpan dalam baterei ?b) Jika lampu mobil membutuhkan daya 60W, berapa lama usia balerei, bila

mesin dimatikan ?

Jawab :a) Di sini besamya muatan adalah :

q = 80A-jam x 3600 detik/jam = 2,88 x 105A-detik.=2,88 X 105Coulomb

Jadi enersi yang diberikan baterei adalah :W =qV =2,88 x IOSCx 12V

=3,46 x I()6J.

b) Lama usia batereiW 3,46 x l()6J

t = - = = 5,77 x I()4SP 60W

136

SOAL-SOAL TAMBAHAN

5-31. Lengkungan pada pipa memperlambat aliran air yang melewatinya. apakah leng-kung~ pada' kabel juga menaikkan tahanan listriknya ?

5-32. Berapa banyak elektron mengalir pada filameri lampu 75W - l20v, setiap detik-nya ?

5-33. Tentukan arus yang mengalir pada tahanan 2000 bila beda tegangannya 40V?

5-34. Pemanas air mempergunakan arus lOA dari sumber 240V.Berapakah tahanannya ?

5-35. Tahanan suatu kawat besi ber.diameter0,4 mm dan panjang 3 m adalah O,6n.Berapakah resistiviti besi ?

5-36. Tentukan tahanan kabel aluminium panjang 8m dan diameter 0,1 mm.Resistiviti aluminium adalah 2,6 x 10-80 om.

5-37. Berapa panjang kabel tembaga berdiameter O,4.mm dan tahanannya lOZ.Resistiviti tembaga 1,7 x IQ-80-m.

5-38. Koefisien suhu tahan karbon adalah -0,OOO6/"C.Jika resistansi tahanan karbon10000 pada O"C,tentukan resistansinya pada 120"C.

5-39. Kabel besi mempunyai resistansi 0,200 pada 20"C dan resistansi 0,30n pada110"C. Tentukan koefisien temperatur resistansi kabel besi ?

5-40. Berapa tahanan seterika listrik 750W, 120v ?

5-41. Berapa banyak daya yang dihasilkan motor listrik yang mempergunakan arus 4Abila dioperasikan pada 240V ?

5-42. Berapakah arus dalam lampu looW bila dioperasikan 120v ?

5-43. Baterei penyimpan 32V mempunyai kapasitas HY'J.Berapa lama baterei dapatmemberikan arus 5A ?

5-44. Baterei mobil 12v dipergunakan pada motor staner 1,5 kW paling selama 10menit.a) Berapakah seharusnya kapasitas minimum baterei (dalam A-jam).b) Berapa banyak enersi tersimpan dalam baterei ?

137

5-45. Berapa jumlah elektron per detik melintasi penampang kaat yang dilalui arus0,7A?

5-46. Sumber elektron (electron gun) dalam pesawat TV mengeluarkan elektron. Arusyang ditimbulkan adalah 1,0 X lO-sA. Berapakah jumlah elektron yang setiapdetiknya mengenai layar TV ? Berapa muatan yang mengenai layar dalam satumenit ?

5-47. Alat bakar roti bekeIja pada 120V dan memiliki hambatan 8Q. Berapakah arus didalamnya ?

5-48. Berapa besarkah beda potensial diperlukan untuk membangkitkan arus 3A melaluihambatan 28Q ?

5-49. Tentukan beda potensial antara kedua ujung kawat dengan hambatan 5n kalaudiketahui bahwa setiap menit muatan no.c melaluinya.

5-50. Batang terbuat dari tembaga yang dilalui arus 1200A menunjukkan adanya bedapotensial 1.2 mV pada panjang 24 em. Hitunglah hambatan setiap meter baLang.

5-51. Ampere meter dihubungkan seri dengan resistor yang tidak dikcLahui hambatan-nya. Sebuah voltmeter dihubungkan dengan kedua ujung resistor. Kalau ampere-meter menunjuk 1,2A dan voltmeter 18V, hitunglah nilai resisLansi hambaLantersebut.

5-52. PLN memasang 2 kawat tembaga masing-masing sepanjang 100 n dari tiang listrikke dalam rumah. Kalau kawat itu memiliki hambatan 0.100 ohm setiap 1000 fl.berapakah penurunan potensial teIjadi antara kedua ujung kawat kalau dibebaniarus 120A ?

5-53. 2 buah kawat, berbentuk sHinder masing-masing sarna panjang dan dari bahanyang sama, kawat yang pertama (A) padat dengan diameter 1 mm, sedangkankawat yang kedua (B) mempunyai lubang di dalamnya dengan diameer luas 2 mmdan diameter lubangg I mm Tentukan perbandingan Hambatan kedua kawat Lerse-but!

5-54. Arus yang melalui suatu kawat berubah dengan wakLu menuruL pcrsamaan : i = 4+2t2

i dalam Ampere dan t dalam detik.Pertanyaan :

a) Dalam selang WJktu 5 sId 10 detik, berapakah muatan yang melalui penam-pang kawat.

b) Berapa arus tetap yang dapat mengangkut muatan yang sarna dalam waktuyang sama ?

138

5-55. Diketahui Arus dalam kawat berubah dengan waktu menurut persamaan : i = 20sin 377ti dalam Ampere dan t dalam detik serta 377 t dalam radial.Pertanyaan :a) Berapa muatan yang melalui penampang kawat dalam selang waktu 0 sid

1/120 detik.b) Berapa arus tetap yang dapat mengangkut muatan yang sarna dalam selang

waktu di atas.

5-56. Alat pemanas lOa bekerja pada jaringan llOV. Berapakah laju energi yang timbuldi dalamnya ?Nyatakan dalam t dan kaUs.

5-57. Mesin listrik, yang diketahui efisiensinya 95%, memakai 20A pada llOY. Berapapk-kah dihasilkan mesin ? Berapa watt-kah hilang dalam bentuk kalor? Berapakalori panas dihasilkan setiap detik ? Jika mesin dihidupkan selama 3 jam, berapaenergi yang terpakai ? Nyatakan dalam MJ dan kWh.

5-58. Pada kompor terbaca 1600W/120Y. Berapa besar arus mengalir dalam komporkalau dihubungkan dengan sumber 120Y ?

5-59. Pada lampu pijar dapat dibaca : 40W/120Y. Berapa hambatannya kaJau diopera-sikan pada sumber 120Y ?

5-60. Dalam suatu laboratorium dihasilkan pembuatan 'petir' pada 10 MY yang ternyatamengandung energi 0,125 MWs. Berapakah muatan (dalam coulomb) yang meng-alir/meloncat pada saat petir itu terjadi ?

5-61. Suatu konduktor dihubungkan dengan sumber l00Y dan arus yang mengalirinyaialah 1,5A. Hhunglah jumlah muatan yang berlaku dalam waktu satu menit, usahayang diperlukan untuk ini, dan daya yang harus dikeluarkan untuk memanaskankonduktor tersebut, dengan memisalkan seluruh energi listrik diubah menjadi kalor.

5-62. Mesin listrik memakai 15A kalau dihubungkan dengan jaringan 11OY.Tentukan :a) daya masukb) biaya yang diperlukan untuk mengoperasikan mesin selama 8 jam. Harga

listrik : 10 sen setiap kWh.

139