SOAL SOAL FISIKA DASAR

 

KONSTNTA JOULE

1. Jelaskan proses perubahan Energi yang terjadi pada percobaan Konstanta Joule ini?

2. Bagaimana prinsip bekerjanya Kalorimeter Listrik seperti yang terlihat pada gambar 1 ?

3. Carilah satuan, dimensi dari : Energi listrik, Energi kalor, Kalor jenis dan Konstanta Joule ?

4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan “ Tara kalor mekanik “ dan “Tara kalor listrik”?

Jawaban

1. Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi, sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Prinsip kerja kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada kumparan kawat penghantar yang dimasukkan ke dalam air. Pada waktu bergerak pada kawat penghantar (akibat perbedaan potensial) pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi. Akibatnya, pembawa muatan berumbukan dengan kecepatan konstanta yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi, yaitu energi kalor/panas.

2. Energi listrik yang disimpan pada power supply mengalir ke arah amperemeter, diteruskan ke Rg / Catu Daya (berfungsi untuk membuang arus lebih / membatasi arus yang masuk ke vlotmeter), diteruskan kembali ke voltmeter dan diterjemahkan arus yang masuk ke dalam voltmeter, lalu kembali lagi ke power supply, siklus terulang kembali sampai energi di dalam power supply tidak ada energinya lagi, maka siklus akan berhenti dan tidak bekerja.

3. a. Energi listrik, Satuan Joule, Dimensi ML²T^-2

b. Energi kalor, satuan kalori/joule, Dimensi ML²T^-2

c. kalor Jenis, kalori/joule. Dimensi L²T²θ^-1

d. Konstanta Joule, satuan Joule. Dimensi ML²T^-2

4. – Tara kalor listrik adalah perbandingan antara energi listrik yang diberikan terhadap panas yang dihasilkan.

– Tara kalor mekanik adalah kesetaraan antara satuan energi mekanik dengan energi panas (kalor).

\
 KAPISATOR

1. Jelaskan proses yang terjadi pada saat sebuah kapasitor dialiri sumber tegangan DC, gambarkan grafik antara tegangan dan waktu pada proses tersebut ?
2. Jelaskan beberapa kegunaan kapasitor dalam rangkaian listrik dan kapasitor jenis apa yang dipergunakan dalam rangkaian tersebut ?
3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan energi potensial dan rapat energi pada sebuah kapasitor. Tuliskan runmus beserta satuannya ?
4. Jika diketahui rumus : V_c-V_co.e^-t/RC, bagaimanakah cara menentukan nilai konstanta waktu dari rumus tersebut ?

Jawab
 

1. – Saat arus DC diberikan pada suatu kapasitor yang tak termuati maka kapasiotr tersebut akan menyimpan energi listrik tersebut, sebaiknya jika pada kapasitor tersebut sudah menyimpan energi (kapasitornya termuati) maka akan ada loop tertutup pada rangkaian tersebut dan energi yang tersimpan pada kapasitor tersebut berusaha membuang energinya. Proses akan berakhir apabila saat proses pengisian daya tampung kapasitor sudah maksimal atau pada proses pembuangan energinya sudah habis.

–          Grafik

Pada saat pembuangan energi

V_co= V mula-mula, tegangan pada saat t=0

RC= konstanta waktu

musthopz

Pada saat pengisian energi

musthopz

2. Kapasitor digunakan untuk menyimpan tenaga atau muatan listrik selain itu. Kapasitor dapat digunakan untuk :

–          Meredam bunga api (menggunakan kapasitor keramik)

–          Meratakan denyut arus listrik (menggunakan kapasitor elektrolit)

–          Mencari gelombang radio (menggunakan kapasitor variabel)

–          Menempatkan frekuensi (menggunakan kapasitor trimmeter

3. –   Energi potensial disini didefinisikan sebagai usaha yang diperlakukan untuk mengisi  muatan ke dalam kapasitor

–          Rapat energi didefinisikan sebagai energi persatuan volume

Rumus yang digunakan :

_w  = ¹/_{2 o}E²

Dimana :

_w  = Rapat energi (J/m³)

_o    = Permivitas Vakum Udara 8,85×10^-12(C²/Nm²)

E     = Kuat Medan Listrik (N/C)

V     = Volume (m³)

4. –   Konstanta waktu adalah hasil perkalian dari resistor/hambatan (R) dengan kapasitas kapasitor (C).

–          Cara untuk menentukan nilai konstanta dari rumus diatas adalah :

musthopz

Dimana :                 = Konstanta Waktu

R = Resistor / Hambatan

C = Kapasitas Kapasitor

Soal

1. Jelaskan apa bedanya tegangan DC dengan AC ? dan bagaimana cara mengubah sumber AC menjadi DC atau sebaliknya dari DC menjadi AC ?

2. Jelaskan karakteristik dan fungsi dari; resistor, induktor, kapasitor ?

3. Apa yang dimaksud dengan; reaktansi kapasitif, reaktansi induktif, impedansi dan frekuensi resonansi ?

4. Apa yang terjadi bila pada percobaan rangkaian RLC harga : XL > XC, XL

Jawab

1. – AC merupakan singkatan dari Alternative Current. Arus AC adalah arus listrik yang nilainya berubah terhadap satuan waktu. Arus ini dapat pula disebut dengan arus bolak-balik.

– DC merupakan singkatan dari Direct Current. Arus DC adalah arus listrik yang nilainya tetap atau konstan terhadap satuan waktu. arus ini dapat pula disebut dengan arus searah.

Perbedaan :

1) Dapat dilihat dari bentuk gelombangnya. bentuk gelombang ini dapat diteliti dengan menggunakan osiloscope. Osiloscope adalah alat yang digunakan untuk melihat gelombang sinus yang ditimbulkan tenaga AC dan DC.

2) Dapat dilihat dari metode penggunaannya. arus AC memiliki besar dan arah yang berubah-ubah secara bolak-balik. maksudnya kutub arus ini selalu berubah-ubah dari positif ke negatif dan juga sebaliknya.

Cara mengubah AC – DC

Tegangan 220 volt AC langsung disearahkan, dengan dioda yang dirangkai merupakan jembatan, kemudian diratakan dengan kapasitor dan hasilnya berupa tegangan DC 310 Volt dilewatkan ke trafoferite dan transistor power, kemudian ada rangkaian yang me on-off transistornya dengan jeda tertentu sehingga kumparan sekunder trafoferitenya dirancang menghasilkan tegangan pulsa di serahkan menjadi tegangan DC.

Cara mengubah DC – AC

Untuk menghasilkan tegangan AC adalah dengan cara mengatur keterlambatan sudut penyalaan saklar pada tiap lengan inverter sehingga mampu menghasilkan level tegangan keluaran positif dan negatif yang berulang dengan frekuensi tertentu.

2. – Karakteristik resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat diboroskan. karakteristik lain termasuk koefisien suhu, daerah listrik dan induktansi. fungsinya :

1) menghambat arus listrik

2) pembagi tegangan

3) Pengatur volume

4) Pengatur kecepatan motor

5) dll. tergantung desain komponen

– karakteristik induktor adalah komponen elektronika pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan yang dapat membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan di karenakan hukum induksi faraday. Fungsinya :

Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk melawan fluktuasi arus yang melewatinya.

– Karakteristik kapasitor adalah struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan diellektrik, bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas, dan lain-lain. Fungsinya :

Menyimpan energi atau muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik

3. – Reaktansi kapasitif : hambatan semu pada kapasitor jika dihubungkan dengan arus bolak-balik.

musthopz

– Reaktansi Induktif : Hambatan semu pada induktor jika dibuhungkan dengan arus bolak-balik.

musthopz

-Impedansi: hambatan total dari resistor, induktor dan kapasitor yang dihubungkan pada tegangan bolak-balik.

musthopz

– frekuensi resonansi terjadi jika pada rangkaian terjadi.

musthopz

4. XL > XC Rangkaian Induktif

XL < XC Rangkaian Kapasitif

XL = XC Rangkaian Resistif / Resonansi

Dengan Fasor :

XL berada pada sumbu y+

XC berada pada sumbu y-

R berada pada sumbu x+

Musthopz

Soal KALORIMETER
1. Jelaskan apa bedanya kalor dengan suhu ?
2. Jelaskan pengertian dari kalor, kalor jenis, kapasitas kalor, kalor fusi (laten) dan kalor penguapan ?
3. Kalor yang dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain dengan 3 cara yang berbeda. Jelaskan cara-cara perpindahan kalor tersebut, lengkap dengan rumus, satuan, dimensi dan berikan contohnya dalam kehidupan sehari – hari ?
4. Zat dapat berubah wujud jadi : melebur, membeku, menguap, mengembun, dan menyublim. Coba jelaskan apa yang dimaksud dengan istilah tersebut ?

Jawab
1. Kalor : Energi panas yang dimiliki suatu benda dan satuannya joule atau kalori
Suhu : Panas dinginnya suatu benda. Suhu biasa disebut temperatur

2. Kalor : Salah satu bentuk energi yang dapat berpindah karena perbedaan suhu
Kalor jenis : Kapasitas kalor tiap satuan massa
Kapasitas kalor : Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda satu satuan suhu
Kalor penguapan : Kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 mol zat cair pada titik didihnya dari fasa cair ke fasa gas
Kalor Laten : kalor terpendam, kalor tersembunyi, kalor yang tersimpan dalam satuan zat untuk mengubah wujud dari suatu benda ke bentuk lain

3. Konduksi : Perpindahan kalor melalui suatu benda tanpa disertai perpindahan pertikel benda tersebut
H = K.A.(DT/L)
H = Jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
DT/L = Gradien termperatur
K = koefisien konduksi
A = Luas penampang (m2)
L = Panjang benda (m)
Contoh : Besi yang ujungnya dipanaskan, maka pada ujung lainnya akan terasa panas juga

Konveksi : Perpindahan kalor yang disertai partikel-partikel benda
H = K.A.DT
H = Jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
K = Koefisien konveksi
A = Luas penampang (m2)
DT = Kenaikan suhu (⁰K)
Contoh : Terjadinya angin darat dan angin laut

Radiasi : Perpindahan kalor yang tidak memerlukan media perantara untuk merambat
W = e.s.T4
W = intensitas / energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu
S = konstanta Blotzman : 5,672 x 10 – 8 watt/cm2 ⁰K4
e = emisivitas ( 0 < e < 1) T = Suhu Mutlak (⁰K)
Contoh : Sinar matahari yang sampai ke bumi

4. Melebur : Peristiwa perubahan dari benda padat ke cair
Contoh : Es dipanaskan menjadi air
Membeku : Perubahan dari zat cair ke zat padat
Contoh : Air yang didinginkan akan melebur menjadi es batu (Freezer)
Menguap : Peristiwa perubahan dari zat cair ke zat gas
Contoh : Pakaian yang basah setelah dijemur menjadi kering
Mengembun: Penggabungan kembali partikel-partikel zat yang berada dalam wujud gas menjadi zat cair
Contoh : Gelas uang berisi es pada bagian dinding, bagian luarnya terdapat titik air
Menyublim: Peristiwa perubahan wujud zat padat menjadi zat gas atau sebaliknya
Contoh : Kapur barus