Pembahasan Fisika UN 2014 No. 31

Pembahasan soal Fisika UN 2014 nomor 31 sampai dengan nomor 35 tentang:

induksi magnet,
gaya magnet pada kawat sejajar,
induksi elektromagnetik,
transformator, dan
rangkaian R-L-C seri.

Soal No. 31 tentang Induksi Magnet

Gambar berikut ini yang menunjukkan arah induksi magnet yang benar akibat kawat penghantar berarus I adalah ....

Arah Induksi Magnet yang ditimbulkan oleh kawat beraris listrik

Pembahasan

Arah induksi magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan.

Kaidah Tangan Kanan Ampere untuk menentukaan arah induksi magnet

Ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I) sedangkan keempat jari yang digenggam menunjukkan arah induksi magnet (B).

Dengan menerapkan kaidah tangan kanan pada tiap opsi jawaban, diperoleh arah induksi magnet yang paling benar adalah opsi (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Induksi Magnetik.

Soal No. 32 tentang Gaya Magnet pada Kawat Sejajar

Dua kawat sejajar L dan M terpisah 2 cm satu sama lain (lihat gambar).

Pada kawat M dialiri arus 4 A dan kedua kawat mengalami gaya tolak-menolak per satuan panjang sebesar 6 × 10^-5 N/m. Besar dan arah kuat arus pada kawat L adalah .... (μ_o = 4π × 10^-7 Wb.A^-1.m^-1)

A.   1,2 A searah dengan arus pada kawat M
B.   1,2 A berlawanan arah dengan arus pada kawat M
C.   1,5 A searah dengan arus pada kawat M
D.   1,5 A berlawanan arah dengan arus pada kawat M
E.   2,4 A searah dengan arus pada kawat M

Pembahasan

Dua kawat sejajar yang dialiri listrik akan tarik-menarik bila dialiri arus yang searah dan akan tolak-menolak bila dialiri arus yang berlawanan.

Dengan demikian, arah arus pada kawat L berlawanan arah dengan arah arus pada kawat M.

Sedangkan besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak per satuan panjang dinyatakan sebagai:

$Gaya per satuan panjang pada dua kawat sejajar berarus listrik, gaya magnet$
$6\cdot 10^{-5}=\frac{4\pi \cdot 10^{-7}\cdot I_{1}\cdot 4}{2\pi \cdot 2\cdot 10^{-2}}$
I₁ = 1,5

Jadi, besar dan arah arus kuat arus pada kawat L adalah 1,5 A berlawanan arah dengan arus pada kawat M (D).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gaya Magnetik.

Soal No. 33 tentang Induksi Elektromagnetik

Di antara faktor-faktor berikut:

jumlah lilitan kumparan,
laju perubahan fluks magnet,
arah medan magnet.

Yang memengaruhi GGL induksi pada kumparan adalah ....

A.   (1) dan (3)
B.   (1) dan (2)
C.   (2) saja
D.   (2) dan (3)
E. (3) saja

Pembahasan

Untuk mengetahui faktor yang memengaruhi GGL induksi pada kumparan, perhatikan rumus berikut ini!

$Rumus Dasar GGL induksi, arus induksi, perubahan fluks magnet$

Dari rumus tersebut, kita mengetahui bahwa yang memengaruhi GGL induksi pada kumparan hanya dua, yaitu:

jumlah lilitan kumparan (N) dan
perubahan fluks magnet (dΦ/dt).

Adapun tanda negatif (−) hanya menyatakan bahwa arah GGL induksi yang dihasilkan mempunyai arah yang menentang perubahan magnet, sebagaimana yang dinyatakan dalam hukum Lenz.

Jadi, yang memengaruhi GGL induksi pada kumparan adalah pernyataan nomor 1 dan 2 (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Induksi Elektromagnetik.

Soal No. 34 tentang Transformator

Sebuah trafo ideal kumparan primernya dihubungkan dengan sumber tegangan sedangkan kumparan sekundernya dihubungkan dengan lampu seperti ditunjukkan oleh gambar berikut.

Transformator untuk mengubah tegangan, step up, step down

Lampu akan semakin terang jika ....

A.   jumlah lilitan sekunder ditambah
B.   tegangan primer dikurangi
C.   jumlah lilitan sekunder dikurangi
D.   tegangan sekunder diperbesar
E.   jumlah lilitan primer dikurangi

Pembahasan

Lampu akan menyala semakin terang jika arus sekunder yang dihasilkan semakin besar. Perhatikan persamaan yang berlaku pada transformator ideal berikut ini!

$Persamaan Transformator Ideal, perbandingan arus, tegangan, dan jumlah lilitan pada trafo$

Berdasarkan persamaan tersebut, arus sekunder sebanding dengan jumlah lilitan dan tegangan primer serta berbanding terbalik dengan jumlah lilitan dan tegangan sekunder. Artinya, untuk memperbesar arus sekunder, yang harus dilakukan adalah:

memperbesar jumlah lilitan primer,
memperbesar tegangan primer,
memperkecil jumlah lilitan sekunder, atau
memperkecil tegangan sekunder.

Jadi, lampu akan menyala semakin terang jika jumlah lilitan sekunder dikurangi (C).

Soal No. 35 tentang Rangkaian R-L-C Seri

Perhatikan rangkaian R-L-C seri berikut ini!

Rangkaian Seri R-L-C pada tegangan bolak balik

Beda potensial ujung-ujung induktor adalah ....

A.   100 V
B.   200 V
C.   300 V
D.   350 V
E.   400 V

Pembahasan

Kita tentukan dulu nilai impedansinya (Z). Sebenarnya nilai Z sudah bisa ditebak tanpa menghitung.

Coba perhatikan! Nilai R = 40 Ω dan X_L − X_C = 30 Ω. Dapat dipastikan nilai Z = 50 Ω. Ingat triple Pythagoras 3, 4, 5!

Ok, kita pura-pura tidak tahu. Kita kerjakan menurut rumus yang berlaku.

$Rumus Impedansi Rangkaian R-L-C seri$
$Z=\sqrt{40^{2}+\left ( 150-120 \right )^{2}}=\sqrt{40^{2}+\left ( 30 \right )^{2}}=50$

Karena rangkaian R-L-C tersebut adalah rangkaian seri, arus yang melalui R, L, atau C adalah sama, yaitu arus yang berasal dari sumber. Arus yang berasal dari sumber merupakan arus total sehingga kita gunakan tegangan total dan hambatan total (impedansi) untuk menentukan kuat arusnya.

$Rumus Arus pada Rangkaian R-L-C$

Dengan demikian, kita sudah dapat menentukan beda potensial pada induktor dengan menggunakan rumus:

V_L = I . X_L
= 2 × 150
= 300

Jadi, beda potensial antara ujung-ujung induktor adalah 300 V (C).

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2014 selengkapnya.

No. 01 - 05					No. 21 - 25
No. 06 - 10					No. 26 - 30
No. 11 - 15					No. 31 - 35
No. 16 - 20					No. 36 - 40

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.

Monday, 26 October 2015