       Bank Soal Berkonteks · Penalaran HOTS
    

Listrik Dinamis dalam Dunia Nyata

Sepuluh persoalan dari rumah, tubuh, kendaraan, dan jaringan listrik — dirancang untuk menguji nalar, bukan hafalan. Baca datanya, olah, lalu putuskan.

10
soal
C3–C6
level kognitif
3
tipe soal

PG Sederhana

Lima opsi, pilih satu jawaban paling tepat.

MCMA

Empat opsi, jawaban benar boleh lebih dari satu.

PG Kompleks

Tiga pernyataan, nilai tiap baris Benar / Salah.

Kerjakan dulu secara mandiri, baru buka Pembahasan di tiap soal untuk mengoreksi dan merefleksi cara berpikirmu.

01 PG Sederhana C4 · Menganalisis Instalasi Rumah

Sebuah stopkontak di dapur dilindungi MCB 6 A pada tegangan jala-jala 220 V. Artinya, total daya yang boleh ditarik dari stopkontak itu terbatas sebelum MCB memutus arus. Perhatikan daftar peralatan berikut:

Peralatan	Daya	Arus (I = P/V)
Setrika	1000 W	4,5 A
Pemanas air	2200 W	10,0 A
Penanak nasi	400 W	1,8 A
Kipas angin	55 W	0,25 A
Lampu LED	20 W	0,09 A

Kombinasi peralatan manakah yang menyebabkan MCB turun (trip) bila dinyalakan bersamaan pada stopkontak itu?

A Setrika + penanak nasi

B Setrika + kipas angin + lampu LED

C Penanak nasi + kipas angin

D Setrika saja

E Penanak nasi + lampu LED + kipas angin

▸ Lihat pembahasan

Jawaban: A

Batas arus MCB = 6 A, sehingga batas daya = V·I = 220 × 6 = 1320 W. Jumlahkan daya tiap kombinasi lalu bandingkan; atau jumlahkan arusnya:

A. 1000 + 400 = 1400 W → I = 6,36 A > 6 A ⇒ TRIP ✓
B. 1000 + 55 + 20 = 1075 W → 4,9 A (aman)
C. 400 + 55 = 455 W → 2,1 A (aman)
D. 1000 W → 4,5 A (aman)
E. 400 + 20 + 55 = 475 W → 2,2 A (aman)

Jebakan opsi B: banyak yang mengira “makin banyak alat yang menyala, makin cepat trip”. Padahal yang menentukan adalah total daya, bukan jumlah alat. Tiga alat pada B justru berdaya kecil.

Refleksi: Apakah kamu menjumlahkan daya, atau tergoda menghitung banyaknya alat? Alat berdaya besar (pemanas, setrika) jauh lebih menentukan.

02 PG Kompleks C5 · Mengevaluasi Filamen Lampu Pijar

Seorang murid mengukur arus yang mengalir pada sebuah lampu pijar untuk berbagai nilai tegangan, lalu menggambar grafiknya. Ia terkejut: grafiknya tidak lurus.

Grafik I terhadap V lampu pijar

Makin besar tegangan, filamen makin panas dan berpijar terang. Nilai setiap pernyataan berikut:

Ingat: sebuah penghantar disebut ohmik bila grafik I–V berupa garis lurus melewati titik asal (R tetap).

P1 Filamen mematuhi Hukum Ohm, sebab arusnya tetap bertambah ketika tegangan bertambah.

P2 Saat menyala terang, hambatan filamen lebih besar daripada saat redup.

P3 Kemiringan garis dari titik asal ke sebuah titik pada kurva bernilai I/V = 1/R, dan kemiringan itu makin kecil saat V membesar.

▸ Lihat pembahasan

P1 = Salah · P2 = Benar · P3 = Benar

P1 (Salah). “Arus bertambah saat tegangan bertambah” belum berarti ohmik. Syarat ohmik adalah hubungan lurus melewati titik asal. Kurva yang melengkung menunjukkan R berubah — filamen tidak ohmik. Inilah konflik kognitifnya.

P2 (Benar). Filamen logam makin panas → hambatannya naik. Bandingkan R = V/I di titik hijau (redup) dan kuning (terang): di titik terang V jauh lebih besar tetapi I hanya sedikit bertambah, jadi V/I lebih besar.

P3 (Benar). Kemiringan tali busur dari titik asal = I/V = 1/R. Karena R membesar saat V naik, maka 1/R (kemiringan) mengecil — sesuai kurva yang makin landai.

Refleksi: Apakah kamu menyamakan “arus naik” dengan “berlaku Hukum Ohm”? Uji selalu dengan bentuk grafiknya, bukan sekadar arah perubahannya.

03 MCMA C5 · Mengevaluasi Baterai Mobil Listrik

Paket baterai sebuah mobil listrik disusun dari sel-sel identik: masing-masing 3,6 V dengan kapasitas 5 Ah. Perancang menyusun 96 sel seri menjadi satu “string”, lalu memasang 4 string secara paralel.

Pilih semua pernyataan yang benar.

A Menyusun 96 sel secara seri membuat tegangan tiap string ≈ 345,6 V.

B Memparalelkan 4 string menaikkan tegangan paket menjadi 4 × 345,6 V.

C Susunan paralel menambah kapasitas muatan menjadi 4 × 5 = 20 Ah, sehingga jangkauan mobil bertambah.

D Bila satu sel dalam sebuah string putus (open), string itu berhenti bekerja, tetapi tiga string paralel lainnya masih dapat mengalirkan arus.

▸ Lihat pembahasan

Jawaban benar: A, C, dan D

A (Benar). Seri → tegangan dijumlah: 96 × 3,6 V = 345,6 V.

B (Salah). Miskonsepsi klasik. Susunan paralel tidak menambah tegangan — tegangan paket tetap ≈ 345,6 V. Yang bertambah adalah arus/kapasitas.

C (Benar). Paralel → kapasitas dijumlah: 4 × 5 Ah = 20 Ah. Muatan tersimpan lebih banyak ⇒ jarak tempuh lebih jauh.

D (Benar). Dalam satu string (seri), satu sel putus memutus seluruh jalur string itu. Namun string lain yang paralel tetap menyediakan jalur — inilah keunggulan redundansi paralel.

Refleksi: Bedakan dengan tegas — seri menumpuk tegangan, paralel menumpuk kapasitas/arus. Tukar keduanya dan seluruh analisis runtuh.

04 PG Sederhana C4 · Menganalisis Burung di Kabel Listrik

Seekor burung hinggap dengan kedua kaki pada kawat tegangan tinggi yang sama — dan sama sekali tidak tersengat. Namun jika seseorang di tanah menyentuh kawat itu, ia bisa tersengat hebat.

Penjelasan yang paling tepat mengapa burung itu aman adalah…

A Kedua kaki burung berada pada titik yang beda potensialnya nyaris nol, sehingga hampir tak ada arus yang melewati tubuhnya.

B Tubuh burung adalah isolator sempurna sehingga listrik tidak dapat melewatinya.

C Arus selalu memilih satu-satunya jalur berhambatan terkecil, yakni kawat tembaga, sehingga tak ada arus sedikit pun masuk ke burung.

D Tegangan kawat terlalu tinggi untuk tubuh sekecil burung, jadi tidak berpengaruh.

E Burung aman karena berat tubuhnya tidak cukup untuk menutup rangkaian.

▸ Lihat pembahasan

Jawaban: A

Arus mengalir bila ada beda potensial. Kedua kaki burung menempel pada kawat yang sama dengan jarak sangat dekat, sehingga beda potensial antar-kaki ≈ 0 → arus lewat tubuh ≈ 0. Manusia tersengat karena menyentuh kawat sambil terhubung ke tanah, menciptakan beda potensial besar.

Mengapa opsi lain menggoda:

B — tubuh burung bukan isolator; ia menghantar, hanya saja tak ada dorongan tegangan.
C — miskonsepsi “arus hanya lewat jalur terkecil”. Arus terbagi ke semua jalur; sedikit tetap bisa lewat burung jika ada ΔV. Kunci sebenarnya: ΔV ≈ 0.
D & E — ukuran/berat tubuh tidak menentukan; yang menentukan beda potensial.

Refleksi: Selalu tanyakan “di antara dua titik mana ada beda potensial?” sebelum menyimpulkan ada-tidaknya arus.

05 PG Kompleks C5 · Mengevaluasi Transmisi Listrik Jarak Jauh

Sebuah pembangkit menyalurkan daya 100 kW melalui kawat yang total hambatannya 4 Ω. Insinyur membandingkan dua pilihan tegangan transmisi:

Tegangan kirim	Arus I = P/V	Rugi daya I²R	% hilang
1.000 V	100 A	40.000 W	40 %
20.000 V	5 A	100 W	0,1 %

Nilai tiap pernyataan berikut (Benar / Salah).

P1 Untuk daya yang sama, menaikkan tegangan transmisi memperkecil arus pada kawat.

P2 Rugi daya di kawat berbanding lurus dengan tegangan transmisi, jadi tegangan tinggi berarti rugi daya lebih besar.

P3 Menaikkan tegangan dari 1 kV ke 20 kV menekan rugi daya dari 40 % menjadi sekitar 0,1 %.

▸ Lihat pembahasan

P1 = Benar · P2 = Salah · P3 = Benar

P1 (Benar). I = P/V. Dengan P tetap, V naik ⇒ I turun. Dari tabel: 100 A → 5 A.

P2 (Salah). Justru sebaliknya. Rugi daya = I²R, dan I = P/V, sehingga rugi daya ∝ 1/V². Tegangan tinggi → arus kecil → rugi daya jauh lebih kecil. Inilah konflik kognitifnya: banyak yang mengira “tegangan tinggi = rugi besar”.

P3 (Benar). 40.000 W dari 100.000 W = 40 %; 100 W dari 100.000 W = 0,1 %. Itulah sebabnya listrik dikirim pada tegangan sangat tinggi (SUTET) lalu diturunkan trafo sebelum masuk rumah.

Refleksi: Perhatikan pangkat pada rumus. Karena rugi bergantung pada I² (bukan V), sedikit menaikkan V memberi penghematan yang besar.

06 MCMA C4 · Menganalisis Lampu Hias Seri

Seuntai lampu hias lama terdiri atas 20 lampu identik yang dirangkai seri dan dihubungkan ke sumber 220 V. Suatu hari seluruh untaian tiba-tiba padam, padahal sakelar menyala.

Pilih semua pernyataan yang benar.

A Ketika semua menyala, tiap lampu memperoleh tegangan sekitar 11 V (220 V ÷ 20).

B Jika filamen satu lampu putus, rangkaian menjadi terbuka dan seluruh lampu padam.

C Bila untaian itu dirangkai paralel, satu lampu putus tidak akan memadamkan lampu lainnya.

D Sebelum putus, arus pada lampu pertama lebih besar daripada lampu ke-20 karena letaknya lebih dekat ke sumber.

▸ Lihat pembahasan

Jawaban benar: A, B, dan C

A (Benar). Pada rangkaian seri, tegangan sumber terbagi rata pada lampu identik: 220 V ÷ 20 = 11 V per lampu.

B (Benar). Satu jalur; satu filamen putus memutus seluruh arus ⇒ semua padam. Inilah kelemahan rangkaian seri.

C (Benar). Pada paralel, tiap lampu punya jalur sendiri; satu putus tak memutus yang lain — sebabnya lampu rumah dipasang paralel.

D (Salah). Miskonsepsi “arus habis terpakai di sepanjang jalur”. Pada rangkaian seri, arus sama besar di setiap titik — lampu ke-1 dan ke-20 dilalui arus identik.

Refleksi: Arus bukan “bahan bakar yang berkurang” saat melewati lampu. Yang berkurang di tiap komponen adalah energi (tegangan), bukan arus.

07 PG Sederhana C5 · Mengevaluasi Resistansi Dalam Baterai

Sebuah baterai senter tampak “lemah” saat menyalakan lampu berdaya besar. Untuk menyelidikinya, murid mengukur tegangan jepit (tegangan pada kutub baterai) untuk berbagai kuat arus, lalu memplot grafiknya:

Grafik tegangan jepit V terhadap arus I berupa garis lurus menurun. Hubungannya: V = ε − I·r dengan ε = GGL dan r = hambatan dalam.

Dari grafik, nilai GGL (ε) dan hambatan dalam (r) baterai adalah…

A ε = 1,5 V dan r = 0,2 Ω

B ε = 1,1 V dan r = 0,2 Ω

C ε = 1,5 V dan r = 0,75 Ω

D ε = 1,5 V dan r = 0,55 Ω

E ε = 1,3 V dan r = 0,10 Ω

▸ Lihat pembahasan

Jawaban: A

Langkah 1 — GGL. Saat I = 0 (tak ada arus, tak ada rugi di dalam), V = ε. Dari grafik, titik potong sumbu-V = 1,5 V ⇒ ε = 1,5 V.

Langkah 2 — hambatan dalam. r = −kemiringan = (ε − V)/I = (1,5 − 1,1)/2,0 = 0,4/2,0 = 0,2 Ω.

Jebakan:

B — mengira tegangan saat berbeban (1,1 V) sebagai GGL. GGL dibaca saat I = 0.
C — memakai r = V/I = 1,5/2,0. Itu keliru; r berasal dari kemiringan, bukan titik tunggal.
D — memakai 1,1/2,0. Sama kelirunya.

Refleksi: Inilah alasan baterai “drop” saat beban berat — makin besar I, makin besar rugi I·r di dalam, sehingga tegangan jepit turun.

08 PG Kompleks C4 · Menganalisis Sensor Suhu Mesin (Termistor)

Sensor suhu pada mesin mobil memakai termistor NTC — hambatannya turun ketika suhu naik. Termistor diberi tegangan tetap 5 V, dan arus yang mengalir dibaca komputer mobil sebagai isyarat suhu. Data kalibrasinya:

Suhu mesin	Hambatan termistor	Arus (I = V/R)
20 °C (dingin)	2500 Ω	2,0 mA
50 °C	800 Ω	6,25 mA
90 °C (panas kerja)	200 Ω	25 mA

Nilai tiap pernyataan berikut (Benar / Salah).

P1 Ketika mesin memanas dari 20 °C ke 90 °C, hambatan termistor turun drastis.

P2 Pada tegangan tetap 5 V, arus yang terbaca komputer bertambah saat mesin memanas.

P3 Karena mengikuti I = V/R, termistor ini tergolong penghantar ohmik.

▸ Lihat pembahasan

P1 = Benar · P2 = Benar · P3 = Salah

P1 (Benar). NTC = Negative Temperature Coefficient. Dari tabel: 2500 Ω → 200 Ω saat suhu naik.

P2 (Benar). I = V/R pada V tetap: R mengecil ⇒ I membesar. 2,0 mA → 25 mA. Perubahan arus inilah yang “dibaca” sebagai suhu.

P3 (Salah). Konflik kognitif. Meski kita memakai rumus I = V/R untuk tiap titik, penghantar ohmik mensyaratkan R tetap (grafik I–V lurus melewati titik asal pada suhu tetap). Hambatan termistor berubah-ubah ⇒ tidak ohmik.

Refleksi: “Bisa dihitung dengan V/R” tidak sama dengan “ohmik”. Rumus V/R mendefinisikan R di satu keadaan; ohmik menuntut R itu konstan.

09 MCMA C5 · Mengevaluasi Panel Surya Portabel

Seorang pendaki membawa panel surya kecil. Tiap panel bertegangan 6 V dan mampu memberi arus hingga 2 A di bawah matahari penuh. Ia ingin mengisi aki 12 V.

Pilih semua pernyataan yang benar.

A Dua panel disusun seri menghasilkan 12 V, cukup untuk mengisi aki 12 V.

B Dua panel disusun paralel menghasilkan 12 V.

C Dua panel paralel tetap 6 V, tetapi mampu memberi arus hingga 4 A.

D Empat panel — dua seri lalu diparalelkan dengan dua seri lain — memberi 12 V dengan arus hingga 4 A, mengisi aki lebih cepat.

▸ Lihat pembahasan

Jawaban benar: A, C, dan D

A (Benar). Seri menjumlah tegangan: 6 + 6 = 12 V. Cocok untuk aki 12 V.

B (Salah). Paralel tidak menambah tegangan — tetap 6 V. Ini tak cukup untuk aki 12 V.

C (Benar). Paralel menjumlah arus: 2 + 2 = 4 A, pada tegangan tetap 6 V.

D (Benar). Gabungan seri-paralel: tiap pasang seri = 12 V; dua pasang diparalel ⇒ tegangan tetap 12 V, arus 2 + 2 = 4 A. Arus lebih besar ⇒ pengisian lebih cepat.

Refleksi: Untuk memenuhi tegangan target, pakai seri; untuk menambah arus/kecepatan isi, tambah cabang paralel. Perancang nyata menggabungkan keduanya.

10 PG Sederhana C6 · Mencipta/Merancang Memilih Kabel Instalasi Surya

Sebuah instalasi surya rumahan bekerja pada 48 V dan menyalurkan arus 8 A ke rumah melalui kabel tembaga. Agar peralatan bekerja baik, penurunan tegangan di kabel harus ≤ 5% dari 48 V, yaitu ≤ 2,4 V. Berikut pilihan kabel (makin tebal, makin mahal):

Penampang kabel	Hambatan total	Drop V = I·R	Biaya
1,5 mm²	0,90 Ω	7,2 V	termurah
2,5 mm²	0,54 Ω	4,3 V	murah
4 mm²	0,34 Ω	2,7 V	mahal
6 mm²	0,22 Ω	1,8 V	termahal

Kabel manakah yang paling tepat dipilih — memenuhi syarat penurunan tegangan sekaligus sehemat mungkin?

A 1,5 mm² — karena paling murah.

B 2,5 mm² — cukup tebal dan masih murah.

C 4 mm² — drop-nya sudah mendekati batas, jadi diterima.

D 6 mm² — satu-satunya yang membuat drop ≤ 2,4 V, sekaligus paling hemat di antara yang memenuhi syarat.

E Tidak ada kabel yang memenuhi syarat.

▸ Lihat pembahasan

Jawaban: D

Syarat: drop = I·R ≤ 2,4 V. Bandingkan kolom drop pada tabel:

1,5 mm² → 7,2 V — gagal
2,5 mm² → 4,3 V — gagal
4 mm² → 2,7 V — gagal (masih di atas 2,4 V)
6 mm² → 1,8 V ✓ — memenuhi

Hanya 6 mm² yang lolos, sehingga sekaligus menjadi pilihan paling hemat di antara yang memenuhi syarat.

Jebakan opsi C: 2,7 V “terasa dekat” dengan 2,4 V, tetapi tetap melebihi batas. Merancang menuntut ketegasan pada kriteria, bukan pembulatan yang menguntungkan.

Refleksi: Keputusan rekayasa selalu menimbang dua hal — memenuhi syarat teknis dan efisien biaya. Kabel lebih tebal memang lebih mahal, tetapi kabel yang gagal syarat justru merugikan.

Kunci Ringkas

No	Tipe	Level	Kunci	Miskonsepsi yang diuji
01	PG Sederhana	C4	A	Jumlah alat ≠ total daya
02	PG Kompleks	C5	S · B · B	“Arus naik” dikira ohmik
03	MCMA	C5	A · C · D	Paralel dikira menaikkan tegangan
04	PG Sederhana	C4	A	“Arus hanya jalur terkecil” / tubuh isolator
05	PG Kompleks	C5	B · S · B	Rugi daya dikira ∝ V (padahal ∝ I²)
06	MCMA	C4	A · B · C	Arus dikira “berkurang” sepanjang seri
07	PG Sederhana	C5	A	r dari titik tunggal, bukan kemiringan
08	PG Kompleks	C4	B · B · S	“Bisa dihitung V/R” dikira ohmik
09	MCMA	C5	A · C · D	Paralel dikira menaikkan tegangan
10	PG Sederhana	C6	D	“Mendekati batas” dianggap lolos

Bank Soal Listrik Dinamis · Fisika SMA Kelas XII — soal kontekstual berbasis penalaran, konflik kognitif, dan multi-representasi.