Pembahasan Fisika UN 2015 No. 26

Pembahasan soal Fisika Ujian Nasional 2015 nomor 26 sampai dengan nomor 30 tentang:

gaya magnetik pada kawat sejajar,
induksi elektromagnetik,
efisiensi transformator,
rangkaian listrik hukum II Kirchhoff, serta
induksi magnet pada kawat lurus

Soal No. 26 tentang Gaya Magnetik

Dua kawat sejajar panjangnya masing-masing 1 m dan dialiri arus listrik seperti tampak pada gambar.

Gaya magnetik pada kawat sejajar dengan arah arus yang berlawanan

Berapakah gaya magnetik yang dialami oleh masing-masing kawat? (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Wb.m⁻¹.A⁻¹)

A. 2 × 10⁻⁵ N tolak-menolak
B. 3 × 10⁻⁵ N tolak-menolak
C. 5 × 10⁻⁵ N tolak-menolak
D. 7 × 10⁻⁵ N tarik-menarik
E. 9 × 10⁻⁵ N tarik-menarik

Pembahasan

Kalau diperhatikan opsi jawabannya, kita hanya diminta mencari besar gaya magnetiknya saja, sedangkan arah gaya magnetiknya tidak perlu kita cari. Hal ini karena semua opsi jawaban memberikan nilai yang berbeda.

Besar gaya magnetik antara dua kawat lurus sejajar yang berarus listrik dirumuskan

$Rumus gaya magnetik per satuan panjang pada dua kawat sejajar yang berarus listrik$
$Rumus gaya magnetik pada dua kawat sejajar yang berarus listrik$
$Penghitungan gaya magnetik pada dua kawat sejajar yang berarus listrik$

Jawabannya sudah pasti opsi A. Baiklah, agar pembahasannya lebih panjang, kita tentukan juga arah gaya magnetiknya.

Arah gaya magnetik bisa ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Perhatikan ilustrasi berikut!

Arah medan magnet pada dua kawat sejajar berarus listrik

Misal induksi magnet di titik P yang ditimbulkan oleh kawat 1 adalah B₁ dan yang ditimbulkan oleh kawat 2 adalah B₂. Baik B₁ maupun B₂ menunjukkan arah yang sama sehingga di titik P terjadi gaya tolak-menolak. Akibatnya kedua kawat akan terdorong sehingga melengkung ke luar.

Jadi, besar dan arah gaya magnetik yang dialami oleh masing-masing kawat adalah 2 × 10⁻⁵ N tolak-menolak (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gaya Magnetik.

Soal No. 27 tentang Induksi Elektromagnetik

Sebuah kumparan dengan N lilitan mengalami laju perubahan fluks magnet d Wb/s sehingga timbul GGL induksi sebesar E volt. Jika kumparan mengalami laju perubahan fluks sebesar 9d Wb/s maka perbandingan GGL induksi sebelum dan sesudah diubah adalah ....

A.   1 : 3
B.   1 : 9
C.   3 : 1
D.   9 : 1
E.   9 : 2

Pembahasan

GGL induksi yang timbul pada kumparan adalah

$Rumus GGL , arus, dan tegangan induksi pada kumparan$

Pada kumparan yang sama, GGL induksi hanya sebanding dengan perubahan fluks magnet.

$GGL induksi sebanding dengan perubahan fluks magnet pada kumparan yang sama$

Jika GGL induksi sebelum diubah diberi indeks (1) dan sesudah diubah diberi indeks (2) maka berlaku

$Perbandingan GGL induksi$
= d : 9d
= 1 : 9

Jadi, perbandingan GGL induksi sebelum dan sesudah diubah adalah 1 : 9 (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Induksi Elektromagnetik.

Soal No. 28 tentang Transformator

Hasil percobaan yang dilakukan siswa dengan menggunakan dua transformator yang mempunyai efisiensi 80% adalah berikut ini.

Trafo	N_p	N_s	V_p	V_s	I_p	I_s
1	800	600	240	180	3	P
2	400	Q	220	88	2,5	5

Nilai P dan Q yang benar pada tabel di atas adalah ....

A. I_s = 3,2 A dan N_s = 80 lilitan
B. I_s = 3,2 A dan N_s = 160 lilitan
C. I_s = 6,0 A dan N_s = 160 lilitan
D. I_s = 4,0 A dan N_s = 180 lilitan
E. I_s = 5,0 A dan N_s = 180 lilitan

Pembahasan

Pada transformator, jumlah lilitan berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan kuat arus listrik.

Hubungan jumlah lilit N, tegangan V, dan kuat arus I transformator, trafo

Yang perlu diperhatikan adalah efisiensi transformator. Efisiensi transformator hanya berpengaruh pada kuat arus. Efisiensi 80% berarti arus primer yang terpakai adalah 0,8 I_p.

Tinjau trafo 1.

$Hubungan jumlah lilitan dan kuat arus pada transformator atau trafo$
$\frac{800}{600}=\frac{I_{s}}{0,8\, \cdot \, 3}$
I_s = 3,2

Tinjau trafo 2.

$Hubungan jumlah lilitan dan tegangan pada transformator$
$\frac{400}{N_{s}}=\frac{220}{88}$
N_s = 160

Jadi, nilai P dan Q pada tabel di atas adalah I_s = 3,2 A dan N_s = 160 lilitan (B).

Soal No. 29 tentang Rangkaian Listrik

Perhatikan rangkaian listrik berikut!

Rangkaian listrik hukum II Kirchhoff, penjumlahan tegangan

Beda potensial antara titik a dan b adalah ....

A. 10 volt
B.   8 volt
C.   6 volt
D.   4 volt
E.   2 volt

Pembahasan

Rangkaian listrik tersebut harus diselesaikan dengan hukum Kirchhoff II. Kita tentukan dulu hambatan totalnya.

R_t = 3 Ω + 5 Ω + 2 Ω
    = 10 Ω

Hukum Kirchhoff II menyatakan bahwa jumlah tegangan sebuah loop sama dengan nol.

          ΣV = 0
ΔE − I.R_t = 0
          ΔE = I.R_t
     24 − 4 = I × 10
           20 = 10I
              I = 2

Beda potensial antara titik a dan b adalah

V_ab = I.R_ab
       = 2 × 5
       = 10

Jadi, beda potensial antara titik a dan b adalah 10 volt (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Listrik Dinamis.

Soal No. 30 tentang Induksi Magnet

Perhatikan faktor-faktor berikut!

Luas penampang kawat.
Permeabilitas.
Hambatan dalam kawat.
Arus yang mengaliri kawat.

Faktor-faktor yang memengaruhi induksi magnetik pada suatu kawat penghantar adalah ....

A.   (1) dan (2)
B.   (1) dan (3)
C.   (1) dan (4)
D.   (2) dan (3)
E.   (2) dan (4)

Pembahasan

Induksi magnet pada kawat berarus listrik adalah

$Induksi magnet pada kawat penghantar lurus$

Berdasarkan rumus di atas, yang memengaruhi induksi magnet (B) adalah

permeabilitas (μ_o),
kuat arus listrik (i), dan
jarak titik ke kawat (a)

Jadi, faktor yang memengaruhi induksi magnet pada kawat penghantar adalah pernyataan nomor 2 dan 4 (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Induksi Magnetik.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2015 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.

Saturday 12 December 2015