Bank Soal Fisika SMA Daya dan Energi Listrik

Diketahui:

Tegangan baterai $V$ = 220 V

Gambar rangkaian:

Spesifikasi lampu:

Daya lampu A sebelum dirangkai $P_{\text{A}}$ = 18 W

Tegangan lampu A $V_{\text{A}}$ = 220 V

Daya lampu B sebelum dirangkai $P_{\text{B}}$ = 36 W

Tegangan lampu B $V_{\text{B}}$ = 220 V

Ditanya:

Pernyataan yang benar?

Dijawab:

Daya merupakan energi persatuan waktu dan dirumuskan dengan persamaan berikut.

$P=\frac{W}{t}=V\ I=I^2R=\frac{V^2}{R}$

Untuk menentukan besar daya lampu setelah dirangkai, maka harus menentukan besar hambatan masing-masing lampu melalui persamaan daya seperti berikut.

$P=\frac{V^2}{R}\ \rightarrow\ R=\frac{V^2}{P}$

Maka hambatan masing-masing lampu adalah:

Lampu A

$R_{\text{A}}=\frac{V_{\text{A}}^2}{P_{\text{A}}}$

$R_{\text{A}}=\frac{\left(220\right)^2}{18}$

Lampu B

$R_{\text{B}}=\frac{V_{\text{B}}^2}{P_{\text{B}}}$

$R_{\text{B}}=\frac{\left(220\right)^2}{36}$

Menentukan arus yang mengalir pada rangkaian.

Sesuai dengan hukum Ohm maka berlaku:

$V_{\text{total}}=IR_{\text{total}}$

Karena lampu dirangkai seri, maka $R_{\text{total}}$ merupakan penjumlahan dari hambatan dari setiap lampu. Sehingga:

$V_{\text{total}}=I\left(R_{\text{A}}+R_{\text{B}}\right)$

$I=\frac{V_{\text{total}}}{\left(R_{\text{A}}+R_{\text{B}}\right)}$

$I=\frac{220}{\left(\frac{\left(220\right)^2}{18}+\frac{\left(220\right)^2}{36}\right)}$

$I=\frac{1}{220\left(\frac{2}{36}+\frac{1}{36}\right)}$

$I=\frac{1}{220\left(\frac{3}{36}\right)}$

$I=\frac{1}{\frac{660}{36}}$

$I=\frac{36}{660}$

$I=\frac{3}{55}$

Menentukan daya masing-masing lampu.

Lampu A

$P_{\text{A}}'=I^2R_{\text{A}}$

$P_{\text{A}}'=\left(\frac{3}{55}\right)^2\left(\frac{220^2}{18}\right)$

$P_{\text{A}}'=\left(\frac{9}{3.025}\right)\left(\frac{48.400}{18}\right)$

$P_{\text{A}}'=\frac{24.200}{3.025}$

$P_{\text{A}}'=8$ W

Lampu B

$P_{\text{B}}'=I^2R_{\text{B}}$

$P_{\text{B}}'=\left(\frac{3}{55}\right)^2\left(\frac{220^2}{36}\right)$

$P_{\text{B}}'=\left(\frac{9}{3.025}\right)\left(\frac{48.400}{36}\right)$

$P_{\text{B}}'=\frac{12.100}{3.025}$

$P_{\text{B}}'=4$ W

Menghitung jumlah daya kedua lampu setelah dirangkai.

$P_{\text{total}}=P_{\text{A}}'+P_{\text{B}}'$

$P_{\text{total}}=8+4$

$P_{\text{total}}=12$ W

Jadi, pernyataan yang benar tentang daya lampu A dan B setelah dirangkai adalah jumlah daya lampu A dan B adalah 12 W.