BAB 10. ENERGI DAN DAYA LISTRIK A. ENERGI LISTRIK
Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi lain. Setrika merupakan alat listrik yang memiliki hambatan, jika digunakan memerlukan tegangan, arus listrik, dan waktu penggunaan. Hambatan, tegangan, kuat arus, dan waktu itulah yang mempengaruhi besar energi listrik.
Besar energi dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut.
W
=
V × I ×t
dengan: W = besar energi listrik (joule)
V = besar tegangan listrik (volt)
I = besar kuat arus listrik (ampere)
t = selang waktu (sekon)
berdasarkan rumus di atas maka besar energi listrik bergantung pada tegangan listrik, kuat arus listrik, dan waktu listrik mengalir.
Karena menurut Ohm V = I.R, maka persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi:
W
=
I
2. R . t
=
V
2
R
t
Satuan listrik yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah kWh (kilowatt hour). Dalam hal ini: 1 kWh = 1 kilo × 1 watt × 1 jam
= 1.000 × 1 watt × 3.600 sekon = 3.600.000 watt sekon
= 3,6 × 106 joule Contoh soal:
Alat listrik hambatannya 600 Ohm digunakan selama 20 menit. Jika energi listrik yang digunakan 7.200 joule, berapakah tegangan pada alat tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui: R = 100Ω , t = 20 menit = 1.200 sekon , W = 7.200 joule Ditanyakan: V ?
Jawab:
W
=
V
2
R
t
, makaV
2=
W × R
t
V
2=
7200
×
600
1200
=
3600
V
=
√
3600
=
60
V
B. DAYA LISTRIK
Daya listrik adalah jumlah energi yang digunakan tiap detik. Daya merupakan kecepatan perubahan bentuk energi listrik ke bentuk energi lainnya. Besar daya listrik dirumuskan:
P
=
W
t
Karena W = V.I.t, maka persamaan daya listrik dapat ditulis sebagai berikut.
P
=
V . I
Adapun menurut hukum Ohm V = I.R, sehingga persamaan daya dapat juga ditulis:
P
=
I
2. R
=
V
2
R
dengan: P = daya listrik satuan watt (W)
I = kuat arus listrik satuan ampere (A)
V = tegangan listrik satuan volt (V)
R = hambatan listrik satuan ohm (Ω)
Satuan daya listrik dalam SI adalah watt (W). untuk daya listrik yang besar menggunakan satuan kilowatt (kW) atau megawatt (MW), dimana:
1 kW = 1.000 watt = 103 watt dan 1 MW = 1.000.000 watt = 106 watt. Contoh soal:
Pada alat listrik yang hambatannya 600 ohm mengalir arus listrik 250 mA. Berapakah daya alat itu? Penyelesaian:
Diketahui: R = 600Ω , I = 250 mA = 0,25 A Ditanyakan: P ?
Jawab: P = I2 × R
P = 0,252 × 600
1. Daya Listrik Pada Suatu Alat Listrik
Jika kamu membeli lampu yang bertuliskan 60W/220V artinya lampu akan menyala dengan baik jika dipasang pada tegangan 220 volt dan selama 1 detik banyaknya energi listrik yang diubah menjadi energi cahaya 60 joule. Adakalanya alat listrik tidak mencantumkan daya listriknya, melainkan kuat arus dan tegangan. Misalnya motor listrik bertuliskan 220V – 0,5 A, artinya motor akan bekerja dengan baik jika dipasang pada tegangan 220 volt dan akan mengalir arus listrik 0,5 ampere.
2. Penggunaan Satuan kWh (kilowatt jam)
Alat untuk mengukur energi listrik yang digunakan dalam rumah tangga disebut kWh meter. Alat itu terdiri atas sebuah motor yang kecepatan berputarnya bergantung pada daya alat listrik yang digunakan dan waktu penggunaannya. Angka yang ditunjukkan merupakan integrasi besaran daya dikali waktu atau energi listrik. Contoh soal:
1. Sebuah lampu pijar bertuliskan 220V/100W. Tentukan daya lampu jika dipasang pada sumber tegangan 220 V dan 110 V?
Penyelesaian:
Diketahui: V = 220 volt , P = 100 watt Ditanyakan: P220 dan P110 ?
Jawab:
Sesuai spesifikasi lampu, jika dipasang pada tegangan 220 V daya lampu sebesar 100 watt. Adapun hambatan lampu sebesar
P
=
V
2R
, makaR
=
V
2P
R
=
(
220
)
2100
=
484
Ω
Nilai hambatan tersebut tidak berubah meskipun lampu dipasang pada sumber tegangan yang berbeda. Jika lampu dipasang pada tegangan 110 V, dayanya menjadi:
P
110=
V
2R
=
(
110
)
2484
=
25
watt
Jadi lampu 100 watt jika dipasang pada tegangan 110 V dayanya turun menjadi 25 watt (lebih redup). 2. Dalam rumah tangga tiap hari menggunakan:
2 buah lampu 60 W menyala 5 jam
4 buah lampu 20 W menyala 5 jam
Sebuah TV 150 W menyala 4 jam
Sebuah setrika 300 W menyala 2 jam
Seandainya harga tiap kWh Rp. 1.000, hitunglah rekening listrik yang harus dibayar selama satu bulan! Penyelesaian:
Diketahui: P1 = 2 × 60 = 120 W, t1 = 5 jam
P2 = 4 × 20 = 80 W, t2 = 5 jam
P3 = 1 × 150 = 150 W, t3 = 4 jam
P4 = 1 × 300 = 300 W, t4 = 2 jam Harga 1 kWh = Rp. 1.000
Ditanyakan: Rekening ?
Jawab: W1 = P1 × t1 = 120 × 5 = 600 Wh
W2 = P2 × t2 = 80 × 5 = 400 Wh
W3 = P3 × t3 = 150 × 4 = 600 Wh
W4 = P4 × t4 = 300 × 2 = 600 Wh
W1 hari = 2.200 W = 2,2 kWh
W1 bulan = 30 × W1 hari = 30 × 2,2 = 66 kWh Rekening = W1 bulan × harga kWh
Rekening = 66 × Rp. 1000 = Rp. 66.000 C. PERUBAHAN ENERGI LISTRIK
Perubahan bentuk energi listrik selalu memenuhi hukum kekekalan energi. Hukum tersebut berbunyi: “energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain”.
1. Perubahan Energi Listrik Menjadi Energi Cahaya
Lampu pijar adalah alat listrik yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya dan energi kalor. Di dalam kaca lampu pijar terdapat filament yang mudah terbakar yang terbuat dari kawat wolfram halus yang dibuat spiral. Di dalam bola kaca diisi gas argon dan nitrogen bertekanan rendah yang berguna untuk menyerap energi kalor dari filament yang berpijar sehingga filament tidak mudah putus. Ketika arus listrik mengalir, filament berpijar sampai suhu 1.000 0C menghasilkan cahaya dan kalor. Lampu ini jika digunakan terasa panas karena banyak energi listrik yang yang berubah menjadi energi kalor sehingga lampu tidak hemat listrik.
Selain lampu pijar, yang mengubah energi listrik menjadi cahaya adalah lampu neon. Lampu neondisebut juga lampu tabung (TL). Di dalam tabung kaca diisi gas raksa dan pada kedua ujungnya terdapat electrode. Jika kedua electrode dihubungkan dengan tegangan tinggi, maka akan menyebabkan loncatan elektron yang menimbulkan api listrik. Loncatan elektron ini dapat menyebabkan gas raksa memancarkan sinar ultraviolet yang tidak tampak mata. Agar sinar dapat dilihat, dinding tabung kaca bagian dalam dilapisi zat fluoresensi. Lampu neon lebih banyak merubah energi listrik menjadi cahaya. Hal ini yang menyebabkan lampu ini hemat listrik.
2. Perubahan Energi Listrik Menjadi Energi Kalor
Setrika merupakan alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi kalor. Pada bagian dalam setrika listrik terdapat elemen pemanas yang terbuat dari bahan konduktor. Elemen pemanas diletakkan diantara alas berupa besi dengan penutup setrika yang dipisahkan oleh bahan isolator. Ketika dialiri arus listrik, elemen tersebut akan menghasilkan energi kalor dan suhunya naik. Energi kalor yang dihasilkan selanjutnya dihantarkan ke lapisan besi.
Selain setrika, solder listrik juga merupakan alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi kalor. Solder merupakan alat untuk memasang komponen elektronika pada papan rangkai. Bagian dalam solder berisi elemen pemanas dari bahan konduktor. Elemen pemanas diletakkan di dalam selubung solder. Ketika dialiri arus listrik, elemen tersebut akan menghasilkan energi kalor dan suhunya naik. Kalor yang dihasilkan dihantarkan ke mata solder. Logam mata solder memiliki titik lebur yang lebih besar dari pada titik lebur timah solder.
D. PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK
Sumber energi yang terbatas dan banyaknya permintaan listrik di tanah air mendorong kita untuk menghemat energi, diantaranya adalah penghematan listrik. Jatah daya listrik yang diberikan PLN perlu dimanfaatkan sebaik-baiknya. Berikut ini adalah beberapa usaha penghematan energi listrik.
Mematikan sakelar alat listrik yang tidak gunakan
Menyalakan lampu setelah gelap
Mengganti lampu pijar dengan lampu neon
Memilih alat-alat listrik berdaya rendah
Membuat ruangan berjendela
