SOAL SAS FISIKA KELAS XII MIPA

STIMULUS 1

Dinamo sepeda merupakan perangkat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Dalam dinamo sepeda, terdapat magnet permanen yang menghasilkan medan magnetik tetap. Pada umumnya, dinamo sepeda menggunakan magnet permanen yang terbuat dari material seperti ferit atau neodimium untuk menghasilkan medan magnetik yang kuat.

Selain magnet permanen, terdapat juga kumparan kawat yang dililitkan di sekitar inti besi. Kumparan kawat ini disebut kumparan induksi (stator). Ketika roda sepeda berputar, magnet permanen (rotor) yang terhubung dengan roda juga berputar. Ketika rotor berputar, fluks magnetik yang dihasilkan oleh magnet permanen dan melewati kumparan kawat mengalami perubahan. Perubahan fluks magnetik ini menginduksi aliran arus listrik di dalam kumparan kawat dan menghasilkan arus listrik.

Misalnya, agar dapat menyalakan lampu, sebuah dinamo sepeda yang terdiri atas 2.000 lilita dihubungkan dengan roda sehingga putaran roda sama dengan putaran poros kumparan. Ketika rou berputar dengan 30 putaran per menit, tegangan listrik yang dihasilkan adalah 12 V.

Dengan demikian, dinamo sepeda memanfaatkan gerakan mekanik roda sepeda untuk menghasilk fluks magnetik yang berubah-ubah, yang kemudian menginduksi aliran arus listrik di dalam kumparan kawat. Arus listrik ini dapat digunakan untuk mengisi daya baterai sepeda atau memberikan tenaga langsung ke perangkat-perangkat elektronik, seperti lampu sepeda.

Berdasarkan stimulus 1 di atas, apakah pernyataan-pernyataan berikut ini benar atau salah? Beri tanda centang (√) pada pernyataan yang benar (jawaban lebih dari satu)!

• Magnet yang digunakan pada dinamo sepeda tersebut berbentuk U atau silinder.

• Dalam dinamo sepeda, terdapat magnet yang berputar untuk membangkitkan Listrik sehingga lampu sepeda dapat menyala.

• Dinamo pada sepeda berfungsi mengubah energi Listrik menjadi energi gerak sesuai dengan hukum Biot-Savart.

• Makin banyak lilitan kawat pada dinamo, makin besar tegangan Listrik yang dihasilkan.

• Magnet yang terbuat dari bahan neodimium dapat menghasilkan medan magnetic yang lemah.

STIMULUS 2

(Bacaan untuk soal nomor 2 - 4)

Peran Transformator dalam Penyebaran Listrik Rumah Tangga

Transformator memainkan peran yang sangat penting dalam penyebaran listrik rumah tangga. Transformator digunakan untuk mentransformasikan tegangan tinggi yang umumnya digunakan dalam sistem tenaga listrik menjadi tegangan listrik yang lebih rendah, aman, dan sesuai untuk penggunaan rumah tangga. Tegangan tinggi digunakan dalam jaringan transmisi listrik untuk mengurangi kerugian daya saat listrik dikirimkan dari pembangkit listrik ke substansi. Peran transformator step-down pada substansi mengubah tegangan tinggi tersebut menjadi tegangan listrik yang lebih rendah sehingga dapat digunakan di rumah tangga, seperti tegangan 220 V atau 110 V.

Selain itu, transformator juga digunakan dalam pembagian daya listrik di rumah tangga. Di dalam rumah, transformator step-down digunakan pada panel listrik utama untuk mengurangi tegangan listrik dari sumber listrik eksternal (misalnya kabel listrik dari jaringan listrik publik) menjadi tegangan listrik yang lebih rendah yang digunakan oleh peralatan rumah tangga seperti ilustrasi berikut.

Berdasarkan stimulus 2, beri tanda centang pada pernyataan-pernyataan yang benar (jawaban lebih dari satu)!

• Transformator step-down yang digunakan pada rangkaian Listrik rumah tangga berfungsi untuk menaikkan tegangan Listrik yang berasal dari sumber jaringan Listrik publik.

• Tegangan Listrik yang digunakan untuk mengoperasikan elektronik di rumah sama besar dengan tegangan Listrik dari sumber jaringan Listrik.

• Salah satu karakteristik dari jenis transformator yang digunakna untuk mengubah tegangan Listrik dalam penyebaran ke rumah tangga adalah memiliki jumlah lilitan primer yang lebih banyak dari pada jumlah lilitan sekundernya.

• Tegangan listrik yang dihasilkan pembangkit listrik akan lebih tinggi dari tegangan listrik di rumah tangga jika tidak ada peran transformator step down.

• Transformator yang dipasang pada pembangkit listrik rumah tangga memiliki arus primer lebih kecil dari pada arus sekunder.

STIMULUS

Peran Transformator dalam Penyebaran Listrik Rumah Tangga

Transformator memainkan peran yang sangat penting dalam penyebaran listrik rumah tangga. Transformator digunakan untuk mentransformasikan tegangan tinggi yang umumnya digunakan dalam sistem tenaga listrik menjadi tegangan listrik yang lebih rendah, aman, dan sesuai untuk penggunaan rumah tangga. Tegangan tinggi digunakan dalam jaringan transmisi listrik untuk mengurangi kerugian daya saat listrik dikirimkan dari pembangkit listrik ke substansi. Peran transformator step-down pada substansi mengubah tegangan tinggi tersebut menjadi tegangan listrik yang lebih rendah sehingga dapat digunakan di rumah tangga, seperti tegangan 220 V atau 110 V.

Selain itu, transformator juga digunakan dalam pembagian daya listrik di rumah tangga. Di dalam rumah, transformator step-down digunakan pada panel listrik utama untuk mengurangi tegangan listrik dari sumber listrik eksternal (misalnya kabel listrik dari jaringan listrik publik) menjadi tegangan listrik yang lebih rendah yang digunakan oleh peralatan rumah tangga seperti ilustrasi berikut.

Berdasarkan stimulus 2, jika transformator step-down di rumah tangga dapat menurunkan tegangan listrik yang berasal dari jaringan listrik publik menjadi 220 V, tentukan besar tegangan listrik yang dikeluarkan oleh jaringan listrik publik tersebut.

STIMULUS 2

Peran Transformator dalam Penyebaran Listrik Rumah Tangga

Transformator memainkan peran yang sangat penting dalam penyebaran listrik rumah tangga. Transformator digunakan untuk mentransformasikan tegangan tinggi yang umumnya digunakan dalam sistem tenaga listrik menjadi tegangan listrik yang lebih rendah, aman, dan sesuai untuk penggunaan rumah tangga. Tegangan tinggi digunakan dalam jaringan transmisi listrik untuk mengurangi kerugian daya saat listrik dikirimkan dari pembangkit listrik ke substansi. Peran transformator step-down pada substansi mengubah tegangan tinggi tersebut menjadi tegangan listrik yang lebih rendah sehingga dapat digunakan di rumah tangga, seperti tegangan 220 V atau 110 V.

Selain itu, transformator juga digunakan dalam pembagian daya listrik di rumah tangga. Di dalam rumah, transformator step-down digunakan pada panel listrik utama untuk mengurangi tegangan listrik dari sumber listrik eksternal (misalnya kabel listrik dari jaringan listrik publik) menjadi tegangan listrik yang lebih rendah yang digunakan oleh peralatan rumah tangga seperti ilustrasi berikut.

Berdasarkan stimulus 2, apakah pernyataan-pernyataan berikut benar atau salah? Beri tanda centang (√) pada pernyataan yang benar!

• Jika pada transformator step-up mangalir arus listrik primer sebesar 6 A, kuat arus listrik pada kumparan sekundernya adalah 1,5 A.

• Jika transformator step-down di rumah tangga dapat menurunkan tegangan listrik yang berasal dari jaringan listrik publik menjadi 110 V, besar tegangan listrik jaringan listrik publik tersebut sebesar 400 V.

• Jika sumber listrik utama menghasilkan tegangan listrik sebesar 10 kV, transformator step-up akan menaikkan tegangan tersebut menjadi 24 kV dan menyimpannya pada sumber jaringan listrik publik.

STIMULUS 3

(Bacaan untuk soal nomor 5 - 6)

Bagaimana Cara Kerja Generator Arus Bolak-Balik?

Generator arus bolak-balik merupakan perangkat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dalam bentuk arus bolak-balik (AC). Prinsip kerja generator arus bolak-balik didasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik yang ditemukan oleh Michael Faraday. Perangkat ini terdiri atas dua komponen utama, yaitu medan magnetik permanen atau elektromagnet dan kumparan yang berputar. Kumparan tersebut disebut juga sebagai rotor. Kumparan (rotor) ditempatkan di sekitar medan magnetik dan memiliki kemampuan untuk berputar.

Ketika kumparan (rotor) berputar dalam medan magnetik, terjadi perubahan fluks magnetik melui kumparan tersebut. Perubahan fluks magnetik ini menghasilkan gaya gerak listrik yang dikenal dengan tegangan induksi. Tegangan induksi yang dihasilkan akan menginduksi arus listrik dalam kumparan (ror) dan besar tegangan tersebut dapat ditulis dalam bentuk persamaan, misalnya V = (100 sin 50 V Secara garis besar, prinsip induksi elektromagnetik dan prinsip transformator menjadi dasar cara kerja generator arus bolak-balik.

Berdasarkan stimulus 3, apakah pernyataan-pernyataan berikut benar atau salah? Jodohkanlah pernyataan-pernyataan berikut dengan kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan!

• Benar

• Perubahan fluks magnetik pada generator tersebut menghasilkan gaya gerak listrik yang dapat menginduksikan arus listrik dalam kumparan (rotor).

• Benar

• Medan magnetik pada generator arus bolak-balik dihasilkan dengan menggunakan magnet permanen atau mengalirkan arus listrik melalui kumparan.

• Benar

• Tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator memiliki satuan Faraday.

• Salah

• Arus listrik yang dihasilkan dalam kumparan (rotor) adalah arus bolak-balik (AC), karena kumparan (rotor) berputar sehingga arah dan polaritas arus berubah secara periodik.

• Salah

• Prinsip kerja pada generator sama dengan prinsip kerja pada transformator.

Berdasarkan stimulus 3, jika generator arus bolak-balik tersebut dihubungkan ke ujung-ujung hambatan ideal R = 100 Ω, tentukan besar tegangan listrik maksimum dan kuat arus listrik maksimum yang dihasilkan oleh generator tersebut!

STIMULUS 4

(Bacaan untuk soal nomor 7 - 8)

Proses Terbentuknya Aurora

Aurora merupakan salah satu fenomena alam berupa kilatan cahaya berwarna-warni di langit akibat adanya interaksi antara medan magnetik Bumi dan angin badai Matahari. Sejak berabad-abad yang lalu, aurora muncul dengan kilatan cahaya berwarna biru, kuning, merah, oranye, dan hijau yang berubah-ubah di langit. Terdapat dua jenis aurora, yaitu aurora borealis (cahaya utara) dan aurora australis (cahaya selatan). Aurora borealis dapat ditemukan di sekitar 66,5° sebelah utara garis khatulistiwa, yaitu di daerah Arktik, Swedia, Norwegia, Islandia, Amerika, dan bagian utara Kanada pada bulan September-Oktober. Sementara itu, aurora australis terlihat di sekitar 66,5° sebelah selatan garis khatulistiwa, yaitu di daerah Antartika, Selandia Baru, Australia, Southern Sandwich Island, dan Argentina pada bulan Maret-April.

Aurora dapat terlihat jelas di kutub-kutub Bumi karena medan magnetik Bumi terbesar berada di daerah kutub. Makin jauh suatu daerah dari kutub Bumi, makin lemah medan magnetik Bumi pada daerah tersebut. Akibatnya, aurora makin tidak terlihat. Dengan demikian, medan magnetik Bumi paling lemah terjadi di negara-negara pada garis khatulistiwa karena jauh dari kutub utara dan kutub selatan. Hal inilah yang menjadi alasan mengapa kita tidak dapat melihat aurora di Indonesia.

Proses terjadinya aurora bermula dari adanya angin Matahari yang merupakan aliran partikel- partikel bermuatan berenergi tinggi yang terlepas dari bintik Matahari. Rata-rata kecepatan angin Matahari, yaitu 350 km/s, sehingga dapat mencapai Bumi dalam waktu 3 hari. Energi aliran partikel bermuatan ini sangatlah besar hingga mencapai 6 x 1024 J dalam sekali lontaran. Ketika partikel berenergi tinggi dari Matahari tiba di Bumi, partikel-partikel tersebut akan menyusuri tepi sabuk van Allen dan bergerak menuju kutub Bumi karena adanya medan magnetik Bumi. Partikel-partikel bermuatan tersebut kemudian akan menumbuk atom-atom oksigen atau nitrogen yang ada di atmosfer Bumi.

Akibatnya, terjadilah transfer energi dari partikel bermuatan ke atom oksigen dan nitrogen sehingga elektron-elektron pada atom tereksitasi ke kondisi metastabil, kemudian kembali ke kondisi semula (relaksasi) dengan memancarkan foton. Pancaran foton tersebut menghasilkan cahaya dengan warna tertentu sesuai tingkat energi foton.

Berdasarkan stimulus 3, apakah pernyataan-pernyataan berikut benar atau salah, kategorikanlah pernyataan-pernyataan di bawah ini ke dalam kategori benar atau salah!

Groups:

(a) BENAR

,

(b) SALAH

• 
• 
• 
• 
• 

STIMULUS 4

Proses Terbentuknya Aurora

Aurora merupakan salah satu fenomena alam berupa kilatan cahaya berwarna-warni di langit akibat adanya interaksi antara medan magnetik Bumi dan angin badai Matahari. Sejak berabad-abad yang lalu, aurora muncul dengan kilatan cahaya berwarna biru, kuning, merah, oranye, dan hijau yang berubah-ubah di langit. Terdapat dua jenis aurora, yaitu aurora borealis (cahaya utara) dan aurora australis (cahaya selatan). Aurora borealis dapat ditemukan di sekitar 66,5° sebelah utara garis khatulistiwa, yaitu di daerah Arktik, Swedia, Norwegia, Islandia, Amerika, dan bagian utara Kanada pada bulan September-Oktober. Sementara itu, aurora australis terlihat di sekitar 66,5° sebelah selatan garis khatulistiwa, yaitu di daerah Antartika, Selandia Baru, Australia, Southern Sandwich Island, dan Argentina pada bulan Maret-April.

Aurora dapat terlihat jelas di kutub-kutub Bumi karena medan magnetik Bumi terbesar berada di daerah kutub. Makin jauh suatu daerah dari kutub Bumi, makin lemah medan magnetik Bumi pada daerah tersebut. Akibatnya, aurora makin tidak terlihat. Dengan demikian, medan magnetik Bumi paling lemah terjadi di negara-negara pada garis khatulistiwa karena jauh dari kutub utara dan kutub selatan. Hal inilah yang menjadi alasan mengapa kita tidak dapat melihat aurora di Indonesia.

Proses terjadinya aurora bermula dari adanya angin Matahari yang merupakan aliran partikel- partikel bermuatan berenergi tinggi yang terlepas dari bintik Matahari. Rata-rata kecepatan angin Matahari, yaitu 350 km/s, sehingga dapat mencapai Bumi dalam waktu 3 hari. Energi aliran partikel bermuatan ini sangatlah besar hingga mencapai 6 x 1024 J dalam sekali lontaran. Ketika partikel berenergi tinggi dari Matahari tiba di Bumi, partikel-partikel tersebut akan menyusuri tepi sabuk van Allen dan bergerak menuju kutub Bumi karena adanya medan magnetik Bumi. Partikel-partikel bermuatan tersebut kemudian akan menumbuk atom-atom oksigen atau nitrogen yang ada di atmosfer Bumi.

Akibatnya, terjadilah transfer energi dari partikel bermuatan ke atom oksigen dan nitrogen sehingga elektron-elektron pada atom tereksitasi ke kondisi metastabil, kemudian kembali ke kondisi semula (relaksasi) dengan memancarkan foton. Pancaran foton tersebut menghasilkan cahaya dengan warna tertentu sesuai tingkat energi foton.

Berdasarkan stimulus 4, pasangkan pernyataan berikut dengan jawaban yang benar.

• Maret – April

• Periode terlihatnya aurora australis di Argentina.

• Eksitasi

• Aurora yang terlihat jelas di daerah kutub utara.

• Swedia

• Salah satu negara yang dapat terlihat aurora borealis.

• Aurora Borealis

• Peristiwa berpindahannya suatu muatan (elektron) dari keadaan stabil ke tingkat energi yang lebih tinggi.

• Aurora Australis

• Aurora yang terlihat jelas di daerah kutub selatan.

STIMULUS 4

Proses Terbentuknya Aurora

Aurora merupakan salah satu fenomena alam berupa kilatan cahaya berwarna-warni di langit akibat adanya interaksi antara medan magnetik Bumi dan angin badai Matahari. Sejak berabad-abad yang lalu, aurora muncul dengan kilatan cahaya berwarna biru, kuning, merah, oranye, dan hijau yang berubah-ubah di langit. Terdapat dua jenis aurora, yaitu aurora borealis (cahaya utara) dan aurora australis (cahaya selatan). Aurora borealis dapat ditemukan di sekitar 66,5° sebelah utara garis khatulistiwa, yaitu di daerah Arktik, Swedia, Norwegia, Islandia, Amerika, dan bagian utara Kanada pada bulan September-Oktober. Sementara itu, aurora australis terlihat di sekitar 66,5° sebelah selatan garis khatulistiwa, yaitu di daerah Antartika, Selandia Baru, Australia, Southern Sandwich Island, dan Argentina pada bulan Maret-April.

Aurora dapat terlihat jelas di kutub-kutub Bumi karena medan magnetik Bumi terbesar berada di daerah kutub. Makin jauh suatu daerah dari kutub Bumi, makin lemah medan magnetik Bumi pada daerah tersebut. Akibatnya, aurora makin tidak terlihat. Dengan demikian, medan magnetik Bumi paling lemah terjadi di negara-negara pada garis khatulistiwa karena jauh dari kutub utara dan kutub selatan. Hal inilah yang menjadi alasan mengapa kita tidak dapat melihat aurora di Indonesia.

Proses terjadinya aurora bermula dari adanya angin Matahari yang merupakan aliran partikel- partikel bermuatan berenergi tinggi yang terlepas dari bintik Matahari. Rata-rata kecepatan angin Matahari, yaitu 350 km/s, sehingga dapat mencapai Bumi dalam waktu 3 hari. Energi aliran partikel bermuatan ini sangatlah besar hingga mencapai 6 x 1024 J dalam sekali lontaran. Ketika partikel berenergi tinggi dari Matahari tiba di Bumi, partikel-partikel tersebut akan menyusuri tepi sabuk van Allen dan bergerak menuju kutub Bumi karena adanya medan magnetik Bumi. Partikel-partikel bermuatan tersebut kemudian akan menumbuk atom-atom oksigen atau nitrogen yang ada di atmosfer Bumi.

Akibatnya, terjadilah transfer energi dari partikel bermuatan ke atom oksigen dan nitrogen sehingga elektron-elektron pada atom tereksitasi ke kondisi metastabil, kemudian kembali ke kondisi semula (relaksasi) dengan memancarkan foton. Pancaran foton tersebut menghasilkan cahaya dengan warna tertentu sesuai tingkat energi foton.

Berdasarkan stimulus 4, apakah pernyataan-pernyataan berikut benar atau salah? Jodohkanlah pernyataan-pernyataan berikut dengan kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan!

• Salah

• Gaya Lorentz pada kipas angin tersebut timbul akibat adanya arus listrik (muatan listrik yang bergerak) dalam keadaan magnetik didalamnya.

• Benar

• Makin besar kuat arus listrik yang mengalir pada kipas angin tersebut, gaya Lorentz yang dihasilkan akan makin kecil.

• Benar

• Jenis kawat yang digunakan pada kumparan kipas angin tersebut memengaruhi medan magnetik yang dihasilkan.

• Salah

• Jenis kumparan yang digunakan pada kipas angin adalah solenoid.

• Benar

• Medan magnetik yang dihasilkan oleh kipas angin di

STIMULUS 5

(Bacaan untuk soal nomor 10)

Apa itu Multimeter?

Dalam fisika, multimeter merupakan perangkat pengukur listrik yang serbaguna dan digunakan untuk mengukur berbagai parameter listrik, seperti tegangan listrik, arus listrik, dan resistansi. Gambar berikut menunjukkan sebuah multimeter yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik pada sebuah baterai.

Multimeter yang memiliki skala pengukuran tegangan listrik dapat digunakan untuk mengukur tegangan listrik maksimum dengan mengalihkan pengaturan multimeter ke mode arus bolak-balik (AC) dan membaca nilai puncak pada layar. Tegangan listrik maksimum atau tegangan puncak merupakan nilai maksimum dari tegangan bolak-balik dalam siklus arus bolak-balik.

Multimeter juga dapat mengukur tegangan efektif dengan menggunakan skala pengukuran arus searah (DC) pada mode tegangan dan membaca nilai efektif pada layar. Tegangan efektif merupakan ukuran penting dalam pengukuran tegangan arus bolak-balik (AC) maupun arus searah (DC), karena menggambarkan besaran tegangan listrik yang relevan dalam mengukur daya atau energi listrik.

Berdasarkan stimulus 5, jodohkanlah pernyataan-pernyataan di bawah ini dengan kolom benar atau salah sesuai dengan bacaan!

• Salah

• Tegangan efektif pada multimeter merupakan nilai tegangan bolak-balik yang setara dengan tegangan searah (DC), yang akan menghasilkan daya listrik yang sama pada resistansi yang sama.

• Benar

• Multimeter juga dapat digunakan untuk mengukur parameter lain, seperti frekuensi, kapasitansi, kapasitor, dan daya listrik.

• Salah

• Hasil tegangan listrik yang diukur pada gambar stimulus 5 memiliki Satuan Internasional (SI) weber.

• Benar

• Multimeter hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan bolak-balik (AC).

• Salah

• Hasil pengukuran tegangan baterai secara langsung dengan menggunakan multimeter akan menghasilkan nilai efektif.