Energi dan Daya Listrik

BAB I
PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Energi listrik merupakan energi yang paling mudah dan paling banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan sehari- hari. Energi listrik juga paling luwes karena mudah diubah menjadi bentuk energi lainnya.

Energi listrik diubah menjadi energi cahaya dan energi kalor dalam lampu pijar, menjadi energi kinetik pada motor listrik, dan menjadi energi kalor dalam setrika dan solder listrik. Bila kita perhatikan jala-jala listrik di rumah, energi listrik banyak digunakan untuk penerangan, memasak, memanaskan air atau makanan, mendinginkan rumah dll.

Karena begitu pentingnya serta banyaknya manfaat dalam penggunaan energi listrik maka kami menyusun makalah tentang energi dan daya listrik. Kami akan membahas satu per satu tentang materi tersebut.

B.   Rumusan Masalah

Adapun materi yang akan dibahas dalam makalah ini, antara lain :

1.     Pengertian Energi Listrik.

2.     Hubungan Energi Listrik dan Kalor.

3.     Penggunaan Energi Listrik.

4.     Daya Listrik.

5.     Pengertian Data yang Tertulis pada Peralatan Listrik

BAB II
PEMBAHASAN

ENERGI DAN DAYA LISTRIK

A.    Pengertian Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh mengalirnya muatan listrik dalam suatu rangkaian tertutup. Sumber-sumber listrik seperti baterai yang dihasilkan oleh perubahan energi kimia dihasilkan energi listrik dan ada energi mekanik menjadi energi listrik, bahkan energi panas (kalor) menjadi energi listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya:

1)      Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika, solder, dan kompor listrik.

2)      Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.

3)      Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.

4)      Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain).

Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka sumber arus akan mengeluarkan energi pada penghantar yang bergantung pada:

1)      Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).

2)      Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).

3)      Waktu atau lamanya arus mengalir (t).

Untuk mengetahui seberapa besar energi yang dibutuhkan oleh suatu alat listrik, maka dapat dipahami konsep berikut;

Pada rangkaian tertutup seperti gambar di atas, 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

Dari persamaan di atas dapat ditulis bahwa : “ Energi listrik yang timbul dalam suatu hambatan yang dialiri arus berbanding lurus dengan hambatan tahan dan berbanding lurus pula dengan waktu pengaliran arus itu dan berbanding lurus dengan kuat arus pangkat dua. ”

Contoh soal :

Sebuah bola lampu dengan spesifikasi 100 W ; 220 V dipasang pada beda potensial 110 V dinyalakan selama 10 menit. Hitung energi listrik yang terpakai pada lampu tersebut ! Dan berapa kalori panas yang timbul pada lampu tersebut ! ( 1 joule = 0,24 kalori )

Penyelesaian :

Diketahui :      V1       = 220 volt

                        P1        = 100 watt

V2       = 110 volt

 T         = 10 menit

Hambatan lampu dianggap konstan,

Ditanya :          P          =…….…?

                        W        =…….…?

Jawab :

R

maka
P₂ =  x P₁

    =  x 100

    = ( 0,5 )² x 100

    = 0,25 x 100

    = 25 watt

W = P . t

     = 25 . (10.60)

     =15.000

     = 15 x 10³ joule

W = 0,24 x 15 x 10³= 3,6 x 10³ joule

B.   Hubungan Energi Listrik dan Kalor

Energi listrik dapat diubah menjadi energi panas, contoh setrika listrik, kompor listrik dll. Kesetaraan antara energi listrik dan kalor / panas dinyatakan sbb :

Dengan,

m = massa zat yang dipanaskan

c = kalor jenis zat yang dipanaskan

∆t = perubahan suhu yang terjadi

t = waktu selama pemanasan

Dalam pemecahan masalah soal hubungan antara energi listrik dan kalor sering ditulis dalam bentuk ;

Q = 0,24 I².R .t

Dengan Q = kalor / panas ( dalam kalori ) Catatan :

1 joule = 0,24 kalori atau

1 kalori = 4,186 joule

V = 1L = 1 dm³ = 10 m³

C.   Penggunaan Energi Listrik

Sebagai sumber tenaga listrik pada umumnya berasal dari bahan bakar fosil ( minyak bumi, gas, batubara ) hingga pada suatu saat kelak akan habis. Oleh karena itu, upaya untuk menghemat penggunaan energi harus dijalankan misalnya dengan cara : Memadamkan listrik pada saat tidak digunakan.

Menyesuaikan daya listrik sesuai dengan pemanfaatan cahaya.
Menggunakan alat-alat yang efisiensinya tinggi, yaitu peralatan yang bermutu tinggi.
Pilihlah lampu dengan daya rendah, tetapi memiliki iluminasi (kecerahan) yang sesuai dengan kebutuhan. Memelihara peralatan alat-alat listrik. Peningkatan efisiensi, misalnya melapisi atap dengan isolator panas sehingga mesin pendingin ruangan mempunyai beban yang lebih ringan.

Contoh soal :

Sebuah rumah terpasang listrik PLN sebesar 450 W dengan tegangan 220 V. Jika untuk penerangan penghuninya menggunakan lampu 40 W; 220 V, berapakah jumlah lampu maksimum yang dapat dipasang ?

Penyelesaian :

Diketahui :      P tiap lampu                = 40 W

P sumber listrik           = 450 W

Ditanya : n  =……??

            Jawab :

n =  =

   = 11,25

D.   Daya Listrik

Daya listrik adalah usaha dibagi waktu yang diperlukan untuk melakukan usaha itu, atau energi yang ditimbulkan dibagi oleh waktu yang digunakan. Dapat dituliskan :

P =

P = 

Dengan,

P = daya listrik ………… (joule / detik atau Volt ampere atau watt)

R = hambatan beban …. (Ω atau ohm)

V = beda potensial ……. ( volt )

I = kuat arus …………….. ( ampere )

Dari persamaan di atas dapat dikatakan bahwa : “ Satu watt ( 1W ) adalah energi yang ditimbulkan oleh beda potensial jika dalam satu detik mengalir arus sebesar 1A.” Untuk hambatan listrik yang konstan, besar daya listrik sebanding dengan kuadrat tegangan ataupun kuadrat arus seperti tampak dalam kurva berikut.

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 V₂volt, 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.

Untuk pemakaian energi listrik dalam jumlah besar biasanya satuan energi listrik dinyatakan dalam kilowatt-hour (kWh). Satu kWh adalah energi yang dihasilkan oleh daya 1 kW selama 1 jam.

Alat untuk mengukur energi listrik dinamakan kWh-meter, sedangkan alat untuk mengukur daya listrik dinamakan watt- meter. Selain itu, dapat pula digunakan gabungan dari volt-meter dengan amperemeter yang penunjukkan jarumnya langsung menyatakan ukuran daya listrik,alat ini dinamakan dinamometer.

Arus listrik masuk ke rumah kita melalui kWh meter dan pembatas daya. kWh-meter tersebut mengukur banyaknya energi listrik yang digunakan dalam satuan watt, sedangkan pembatas daya membatasi daya maksimum dengan satuan ampere yang dapat dipergunakan di rumah kita.

Misalkan tegangan listrik di rumah kita 200 volt, maka p yangembatas daya 2 A membatasi daya maksimum 2A x 220 V = 440 W. Jika peralatan listrik yang digunakan melebihi 440 W, maka pembatas daya bekerja ( putus).

E.   Pengertian Data yang Tertulis pada Peralatan Listrik

 Peralatan listrik seperti lampu pijar, setrika listrik, dan pengering rambut disebut elemen listrik karena memiliki elemen yang terbuat dari kumparan kawat logam tipis yang berfungsi sebagai hambatan yang akan menyerap (mendisipasi) energi dalam bentuk kalor ketika dilalui arus.

Peralatan listrik tersebut didesain sehingga mempunyai spesifikasi tertentu, misalnya 100 W ; 220 V. Spesifikasi ini dituliskan pada peralatan listrik sehingga langsung terlihat oleh si pemakai. Jika tertulis 100 W; 220 V, ini berarti: “ Daya listrik yang dipakai oleh alat tersebut tepat 100 W jika tegangan yang diberikan kepada alat itu tepat 220 V. “ Tentu saja daya yang dipakai oleh alat itu akan lebih kecil dari 220 V. Pada umumnya, hambatan peralatan listrik dianggap konstan sehingga dayanya sebanding dengan kuadrat tegangan sesuai dengan hubungan Dengan,

P 1 = daya tertulis pada spesifikasi peralatan

V 2 = tegangan sesungguhnya yang diberikan kepada peralatan

V 1 = tegangan tertulis pada spesifikasi peralatan

P 2 = daya sesungguhnya yang diserap peralatan

Untuk mendesain spesifikasi peralatan, salah satu parameter yang ditentukan adalah hambatannya. Dengan demikian, di dalam rangkaian listrik peralatan diwakili oleh hambatannya yang dapat ditentukan dari hubungan Dengan,

R = hambatan pengganti peralatan listrik

V = tegangan tertulis pada spesifikasi peralatan

P = daya tertulis pada spesifikasi peralatan

Contoh soal :

Sebuah keluarga menyewa listrik PLN sebesar 500 W dengan tegangan 110 V. Jika untuk penerangan keluarga itu menggunakan lampu 100 W ; 220 V, tentukanlah jumlah lampu maksimum yang dapat dipasang !

Penyelesaian :

Jika lampu 100 W ; 220 V diberi tegangan yang lebih kecil (110 V), maka daya sesungguhnya menjadi lebih kecil, yaitu :

Diketahui :      P₁         = 100 W

                        V_{1          =}  220 V

                        V₂        = 110 V

Ditanya :         P₂  =…….??

                        n    =…….??

Jawab :

P₂ =  x P₁

    =  x 100 W

     = (0,5)² x 100 W

     = 0,25 x 100 W

     = 250 W

Banyaknya lampu yang dapat dipasang (n) jika daya PLN sebesar 500 W adalah :

n =

  =

   = 20 buah

Jadi, jumlah lampu maksimum yang dapat dipasang adalah 20 buah.

BAB III

PENUTUP

A.   Kesimpulan

1.      Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh mengalirnya muatan listrik dalam suatu rangkaian tertutup. Energi listrik dapat diubah menjadi berbagai bentuk energi yang lain.

Rumus : W = V. Q atau W = V . I . t

2.      Hubungan Energi Listrik dan Kalo

Energi listrik dapat diubah menjadi energi panas, hubungan antara energi listrik dan kalor sering ditulis dalam bentuk ;

Q = 0,24 I².R .t

3.      Penggunaan Energi Listrik

Sebagai sumber tenaga listrik pada umumnya berasal dari bahan bakar fosil ( minyak bumi, gas, batubara ). Perhitungan penggunaan energy listrik dapat menggunakan persamaan :

n =  =

4.      Daya Listrik

Daya listrik adalah usaha dibagi waktu yang diperlukan untuk melakukan usaha itu, atau energi yang ditimbulkan dibagi oleh waktu yang digunakan.

            Rumus :             Atau    

B.     Saran

Kami selaku penyusun menyadari masih jauh dari sempurna dan tentunya banyak sekali kekurangan dalam pembuatan makalah ini. Hal ini disebabkan karena masih terbatasnya kemampuan kami.

Oleh karena itu, kami selaku pembuat makalah ini sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Kami juga mengharapkan makalah ini sangat bermanfaat untuk kami khususnya dan pembaca pada umumnya.

DAFTAR PUSTAKA

Foster, Bob. 2004. Fisika SMA Jilid 1B untuk Kelas X. Jakarta : Erlangga

http://hannypoeh.wordpress.com/2011/12/17/energi-dan-daya-listrik/

Tim MGMP Fisika SMA / MA.2007. Fisika untuk SMA / MA XB. Jakarta :

Multi Grafi KA

Wariyono, Sukis. 2008. Panduan Belajar IPA Terpadu untuk Kelas IX SMP / MTS.

Surakarta: CV. Putra Nugraha