Ketika belajar fisika, pasti akan bertemu dengan soal tegangan jepit.

Untuk itu, penting untuk memahami materi ini dengan baik agar dapat mengerjakan soal dengan maksimal.

Tegangan jepit merupakan konsep penting dalam memahami aliran listrik dan membantu dalam menganalisis dan merancang rangkaian listrik.

Mari kita bahas selengkapnya di bawah ini.

Pengertian Tegangan Jepit

Tegangan jepit merupakan beda potensial yang muncul pada kedua kutub sumber tegangan (baterai) ketika dihubungkan dengan hambatan luar.

Selain itu juga dapat diartikan sebagai nilai yang ditunjukkan oleh jarum voltmeter saat elemen memberikan arus listrik dalam rangkaian terbuka.

Tegangan jepit memiliki nilai yang lebih kecil daripada gaya gerak listrik (GGL) baterai.

Hal ini disebabkan oleh adanya hambatan dalam baterai yang menyebabkan sebagian energi listrik diubah menjadi energi panas.

Semakin besar hambatan dalam baterai, semakin kecil pula nilai tegangan jepitnya.

Perbedaan Gaya Gerak Listrik dengan Tegangan Jepit

Gaya gerak listrik (GGL) dan tegangan jepit adalah dua konsep penting dalam memahami aliran listrik.

Meskipun keduanya berkaitan dengan beda potensial, terdapat beberapa perbedaan mendasar di antara keduanya.

1. Definisi

GGL: GGL adalah energi yang diberikan oleh sumber tegangan untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb dari kutub negatif ke kutub positif. GGL diukur dalam satuan volt (V).

Tegangan jepit: Tegangan jepit adalah beda potensial antara dua titik pada suatu rangkaian listrik. Tegangan jepit dapat diukur pada sumber tegangan, komponen rangkaian, atau bahkan di titik mana pun di sepanjang kawat.

2. Sifat

GGL: GGL adalah sifat intrinsik dari sumber tegangan. GGL idealnya tidak terpengaruh oleh arus yang mengalir dalam rangkaian.

Tegangan jepit: Tegangan jepit bersifat ekstrinsik, tergantung pada kedua titik yang diukur dan arus yang mengalir dalam rangkaian. Tegangan jepit dapat terpengaruh oleh hambatan internal sumber tegangan dan hambatan rangkaian.

3. Analogi

GGL: GGL dapat dianalogikan dengan tekanan air dalam pipa. Semakin tinggi tekanan air, semakin besar energi yang diberikan untuk mendorong air.

Tegangan jepit: Tegangan jepit dapat dianalogikan dengan beda ketinggian antara dua titik di tanah. Semakin tinggi beda ketinggian, semakin besar potensial energi yang dimiliki air.

4. Rumus

GGL: GGL dirumuskan sebagai berikut:

GGL = V – Ir

di mana:

• V = Tegangan jepit pada sumber tegangan

• I = Arus yang mengalir dalam rangkaian

• r = Hambatan internal sumber tegangan

Tegangan jepit: Tegangan jepit dirumuskan sebagai berikut:

V = V_A – V_B

di mana:

• V_A = Potensial di titik A
• V_B = Potensial di titik B

Contoh Soal Tegangan Jepit

Berikut ini kumpulan soal tegangan jepit yang bisa Anda pelajari.

1. Diketahui tegangan jepit pada resistor 10 ohm adalah 6 V. Berapakah arus yang mengalir melalui resistor?

Penyelesaian:

• Gunakan Hukum Ohm:

I = V / R

• Substitusikan nilai V dan R:

I = 6 V / 10 ohm = 0,6 A

Jawaban: Arus yang mengalir melalui resistor adalah 0,6 A.

2. Sebuah baterai 12 V dihubungkan dengan rangkaian yang memiliki hambatan total 4 ohm. Berapakah tegangan jepit pada baterai?

Penyelesaian:

• Tegangan jepit pada baterai sama dengan tegangan jepit pada rangkaian.
• Gunakan Hukum Ohm:

V = I * R

• Arus yang mengalir dalam rangkaian:

I = V / R = 12 V / 4 ohm = 3 A

• Tegangan jepit pada baterai:

V = I * R = 3 A * 4 ohm = 12 V

Jawaban: Tegangan jepit pada baterai adalah 12 V.

3. Sebuah rangkaian terdiri dari baterai 9 V, resistor 3 ohm, dan resistor 6 ohm yang dihubungkan secara seri. Berapakah tegangan jepit pada resistor 6 ohm?

Penyelesaian:

• Tegangan jepit pada baterai sama dengan tegangan jepit pada rangkaian.
• Hitung total hambatan:

R_total = R_1 + R_2 = 3 ohm + 6 ohm = 9 ohm

• Gunakan Hukum Ohm untuk mencari arus:

I = V / R = 9 V / 9 ohm = 1 A

• Tegangan jepit pada resistor 6 ohm:

V_R2 = I * R_2 = 1 A * 6 ohm = 6 V

Jawaban: Tegangan jepit pada resistor 6 ohm adalah 6 V.

4. Sebuah voltmeter dihubungkan paralel dengan resistor 4 ohm dalam suatu rangkaian. Voltmeter menunjukkan bacaan 8 V. Berapakah arus yang mengalir melalui resistor?

Penyelesaian:

• Tegangan jepit pada resistor sama dengan tegangan jepit yang ditunjukkan voltmeter.
• Gunakan Hukum Ohm:

I = V / R

• Substitusikan nilai V dan R:

I = 8 V / 4 ohm = 2 A

Jawaban: Arus yang mengalir melalui resistor adalah 2 A.

5. Dua baterai 12 V dihubungkan secara paralel. Berapakah tegangan jepit pada kedua baterai?

Penyelesaian:

• Tegangan jepit pada baterai yang dihubungkan secara paralel adalah sama.
• Tegangan jepit pada baterai sama dengan tegangan jepit pada rangkaian.

Jawaban: Tegangan jepit pada kedua baterai adalah 12 V.

6. Sebuah baterai 9 V dihubungkan dengan rangkaian yang memiliki hambatan internal 1 ohm. Berapakah tegangan jepit pada kutub baterai?

Penyelesaian:

• Gunakan rumus GGL:

GGL = V – Ir

• GGL baterai sama dengan 9 V.
• Arus yang mengalir dalam rangkaian:

I = GGL / R = 9 V / (1 ohm + 4 ohm) = 1,8 A

• Tegangan jepit pada kutub baterai:

V = GGL + Ir = 9 V + (1,8 A * 1 ohm) = 10,8 V

Jawaban: Tegangan jepit pada kutub baterai adalah 10,8 V.

7. Sebuah resistor 10 ohm dihubungkan dengan sumber tegangan yang memiliki tegangan jepit 20 V. Berapakah daya yang dihamburkan oleh resistor?

Penyelesaian:

• Gunakan rumus daya:

P = VI

• Arus yang mengalir dalam rangkaian:

I = V / R = 20 V / 10 ohm = 2 A

• Daya yang dihamburkan oleh resistor:

P = VI = 20 V * 2 A = 40 W

Jawaban: Daya yang dihamburkan oleh resistor adalah 40 W.

8. Sebuah baterai 12 V dihubungkan dengan rangkaian yang memiliki hambatan total 4 ohm. Berapakah energi yang dissipated dalam resistor selama 1 menit?

Penyelesaian:

• Gunakan rumus energi:

E = Pt

• Daya yang dihamburkan oleh resistor:

P = VI = 12 V * (12 V / 4 ohm) = 36 W

• Energi yang dissipated dalam resistor selama 1 menit:

E = Pt = 36 W * 60 s = 2160 J

Jawaban: Energi yang dissipated dalam resistor selama 1 menit adalah 2160 J.

9. Sebuah rangkaian terdiri dari baterai 9 V, resistor 3 ohm, dan resistor 6 ohm yang dihubungkan secara paralel. Berapakah arus yang mengalir melalui baterai?

Penyelesaian:

• Hitung total hambatan:

1/R_total = 1/R_1 + 1/R_2 = 1/3 ohm + 1/6 ohm = 1/2 ohm

R_total = 2 ohm

• Gunakan Hukum Ohm:

I = V / R = 9 V / 2 ohm = 4,5 A

Jawaban: Arus yang mengalir melalui baterai adalah 4,5 A.

10. Sebuah rangkaian terdiri dari baterai 6 V, resistor 2 ohm, dan resistor 3 ohm yang dihubungkan secara paralel. Berapakah tegangan jepit pada resistor 3 ohm?

Penyelesaian:

• Tegangan jepit pada baterai sama dengan tegangan jepit pada rangkaian.
• Tegangan jepit pada resistor 2 ohm dan resistor 3 ohm sama.
• Gunakan Hukum Ohm untuk mencari arus yang mengalir melalui resistor 2 ohm:

I_2 = V / R = 6 V / 2 ohm = 3 A

• Arus total yang mengalir melalui baterai adalah:

I_total = I_1 + I_2 = 3 A + 3 A = 6 A

• Gunakan Hukum Ohm untuk mencari tegangan jepit pada resistor 3 ohm:

V_3 = I_3 * R = 6 A * 3 ohm = 18 V

Jawaban: Tegangan jepit pada resistor 3 ohm adalah 18 V.

Kesimpulan

Dari pembahasan di atas, tegangan jepit berbeda dengan gaya gerak listrik (GGL).

Tegangan jepit dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Ohm, yaitu V = I * R, di mana V adalah tegangan jepit, I adalah arus yang mengalir, dan R adalah hambatan rangkaian.

Pelajari contoh soal tegangan jepit di atas agar lebih mudah dalam memahami materi ini.