Energi dan Daya Listrik

1. Energi Listrik

Tentunya kalian pernah menggunakan seterika listrik bukan?. Seterika listrik yang kita gunakan mengasilkan panas. Panas yang dihasilkan sterika tersebut berasal dari energi listrik. Ketika kita menyalakan senter, maka terjadi perubahan enegi kimia menjadi energi listrik dan cahaya. Untuk mengetahui seberapa besar energi yang dibutuhkan oleh suatu alat listrik, maka dapat dipahami konsep berikut;

Pada rangkaian tertutup seperti gambar di samping, arus listrik I mengalir melalui hambatan R. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah. Arus listrik tersebut tidak lain adalah gerakn muatan listrik yang melalui rangkaian tersebut. Besarnya muatan listrik yang mengalir pada rangkaian adalah Q = I . t

Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh mengalirnya muatan listrik dalam suatu rangkaian listrik tertutup. Energi listrik yang diberikan oleh suatu sumber dc bertegangan V (Volt) yang mencatu arus I (ampere) selama selang waktu t (sekon) dinyatakan oleh,

W = V l t

Karena V = I R

atau

maka energi listrik W dapat juga dinyatakan oleh :

W = I² R t

Atau

Dengan W adalah energi listrik dalam Joule (J).

Energi listrik W dapat dirubah menjadi energi kalor Q dari sebuah pemanas air listrik. Jika efisiensi alat dianggap 100%, maka berlaku hubungan.

Jika efisiensi elemen pemanas tidak 100% maka berlaku

Percobaan Joule

Besar energi listrik yang berubah menjadi kalor itu telah diselidiki oleh James Prescott Joule (1914-1889). Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan dalam waktu t detik ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik berbanding lurus dengan:

a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)

b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)

c. Waktu selama arus mengalir (t).

Hubungan ini dikenal sebagai hukum Joule. Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24 kalori. Jadi kalor yang terjadi pada penghantar karena arus listrik adalah :

Q = 0,24 V i t kalori

2. Daya Listrik

Daya listrik. Daya listrik baterai V yang mencatu arus I melalui resistor (hambatan) R dinyatakan oleh :

Atau

Arus listrik I yang mengalir melalui resistor R akan menyebabkan daya yang dikirim baterai hilang dalam bentuk panas ini disebut daya disipasi, dan dirumuskan oleh

Atau

Jika elemen listrik dengan V₁ volt, P₁ diberi tegangan V₂ volt, maka karena hambatan listrik elemen tetap diperoleh besar daya disipasinya adalah:

Untuk mengukur energi listrik yang digunakan dalam pemakaian sehari-hari oleh pelanggan listrik, PLN mengukurnya dengan satuan kWh (kilowatt-hour).

1 kWh = (1 kW) x (1 jam)

= (1000 W) x (3600 s)

1 kWh = 3,6 x 106 J

Jika pada alat listrik (lampu) tertera data (label) yang tertulis pada lampu adalah 60W/220V. Ini berarti daya listrik yang dipakai oleh alat tersebut tepat 100 watt jika tegangan yang diberikan pada alat itu tepat 220 volt. Daya listrik didefinisikan sebagai energi per satuan waktu, yaitu dalam hal ini adalah sebesar 60 Joule per satu detik.

3. Listrik AC dan DC

Listrik AC

§ Tegangan ac: tegangan yang arus listriknya berupa arus ac

§ Arus ac: arus listrik yang arahnya senantiasa berbalik secara teratur (periodik)

§ bentuk grafik tegangan ac pada osiloskop (mengukur tegangan maksimum) berupa sinusoida karena tegangan maksimum ac berubah naik turun secara periodik

§ listrik ac banyak digunakan pada peralatan listrik rumah tangga yang disuplai oleh PLN.

§ listrik ac memberikan lebih banyak keuntungan daripada listrik dc, diantaranya:

1. tegangan ac dapat diperbesar atau diperkecil secara efisien oleh sebuah trafo.

2. motor ac berharga lebih murah dan lebih sederhana konstruksinya daripada motor dc. Switchgear (saklar, pemutus daya) untuk sistem ac lebih sederhana daripada sistem dc.

Listrik DC

§ Tegangan dc: tegangan yang arus listriknya berupa arus dc

§ Arus dc adalah arus listrik yang arahnya selalu mengalir dalam satu arah

§ Listrik dc dapat dihasilkan oleh aki, baterai, dan dynamo dc. Salah satu keuntungan dc atas ac adalah sumber arusnya (aki dan baterai) yang mudah dibawa kemana mana.

§ Banyak digunakan pada motor listrik yang digunakan untuk mengatur kecepatan seperti pada jam weker, kalkulator, dan juga digunakan pada pengisian aki mobil.

Contoh soal

1. Sebuah keluarga menyewa listrik PLN sebesar 450 Watt dengan tegangan 110 Volt. Jika untuk penerangan keluarga itu menggunakan lampu 100 W, 220 Volt, maka jumlah lampu maksimum yang dapat dipasang adalah . . . . .

Penyelesaian:

Tegangan spesifikasi lampu adalah V₁ = 220 V, daya P₁ = 100 W, tegangan kerja adalah: V₂ = 110 V

Daya total: P_t = 450 Watt, Sehingga jumlah maksimum lampu yang dapat dipasang adalah

WARM-UP 4

1. Nico menggunakan listrik PLN 900 Watt/ 220 Volt dirumahnya. Suatu hari Nico membeli kulkas merek terbaru. Selain itu di rumah Nico sudah banyak terdapat barang-barang elektronik seperti lampu-lampu penerang, tv, radio, Rice Cooker dan komputer. Pada malam hari saat memasak, sambil menunggu nasinya matang Nico menonton TV sedangkan ayahnya mengerjakan tugas kantor dengan menggunakan komputer. Namun, setelah beberapa saat, rumah Nico menjadi gelap karena saklar kWh meternya Jeplet (menuju angka nol). menurut Anda mengapa saklar kWh meteranya Jeplet (menuju angka nol)? Apa yang menyebabkan hal ini bisa terjadi? Jelaskan!

2. Apa yang sebenarnya anda bayar, jika dilihat dari nota rekening listrik bulan lalu? Bagaimanakah cara menghitung, hingga anda harus membayar sejumlah itu? Jelaskan!

3. Carilah informasi tentang listrik AC dan listrik DC dengan kelompokmu melalui buku-buku, internet, maupun media yang lainnya! Kemudian jelaskan apa yang anda temukan!

PUZZEL

1. Sebuah alat pemanas yang memiliki hambatan tetap dan daya 500 W, saat bekerja memerlukan 2 A. Alat tersebut bekerja 10 jam/hari. Jika tarif listrik Rp. 200,-/kWh, maka berapakah biaya yang harus dikeluarkan setiap hari untuk alat tersebut?

2. - Kalkulator

- Lampu Pijar

- Mobil

- Transformator

Rendy diminta untuk mendaftar beberapa peralatan elektronik yang dapat bekerja jika diberi sumber tegangan DC. Dari beberapa alat berikut, yang manakah yang harus masuk dalam daftar yang dibuat oleh Rendy? Jelaskan jawaban anda!

3. Sebuah solder listrik pada tegangan 125 volt memerlukan arus 1 ampere, dan dipakai dalam kegiatan praktikum selama seperempat jam. Kepala solder terbuat dari tembaga dengan massa 20 gram dan kalor jenis c = 0,9 kal/gram⁰C. Jika hanya 20% energi listrik yang dipakai untuk menaikkan suhu alat itu, berapakah kenaikan suhu yang dapat dicapai?