Energi dan Daya Listrik

 

 

Energi dan Daya Listrik

 

     1.  Energi Listrik

Energi atau tenaga adalah kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha atau kerja. Menurut hukum kekekalan energi, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Ini berarti bahwa energi hanya dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain.

Energi listrik merupakan bentuk energi yang paling istimewa jika dibandingkan dengan bentuk energi yang lain, salah satu keistimewaannya yaitu energi listrik mudah diubah bentuk menjadi energi lain, sehingga banyak alat-alat yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari menggunakan energi listrik dan alat-alat tersebut dapat kita lihat pada gambar berikut :

 

Apabila di dalam sebuah rangkaian diberi beda potensial V sehingga mengalirkan muatan listrik sejumlah Q dan arus listrik sebesar I, maka energi listrik yang diperlukan dapat dirumuskan :

 

Keterangan :

W   =   energi, dengan satuan joule

Q    =   muatan listrik, dengan satuan coulomb

V    =   beda potensial listrik, dengan satuan volt

dengan Q = I.t, maka :

 

Keterangan :

V    =   beda potensial, dengan satuan volt

I      =   kuat arus, dengan satuan ampere

t      =   waktu, dalam satuan sekon atau detik

Energi listrik satu joule merupakan besarnya usaha yang dilakukan sumber tegangan sebesar satu volt ketika kuat arus listrik sebesar satu ampere mengalir dalam waktu satu detik, atau energi yang diberikan arus listrik satu ampere dengan tegangan sebesar satu volt dalam waktu satu sekon.

Dengan hukum ohm, V = I.R, maka persamaan energi listrik dapat ditulis dalam bentuk :

 

Keterangan :

W   =   energi, dengan satuan joule

V    =   beda potensial, dengan satuan volt

I      =   kuat arus, dengan satuan ampere

R    =   hambatan, dengan satuan ohm

t      =   waktu, dalam satuan sekon atau detik

 

Dari persamaan-persamaan di atas menunjukkan bahwa besarnya energi listrik tergantung pada muatan, beda potensial, arus listrik, hambatan, dan waktu. Semakin besar muatan, kuat arus, beda potensial, dan waktu, semakin besar pula energinya. Sedangkan untuk hambatan, semakin besar hambatan, energi semakin kecil. 

Contoh Soal :

1.        Pada sebuah penghantar 25 ohm, mengalir arus 0,2 A. Bila aliran arus listrik ini berjalan selama 90 menit. Berapakah energi yang ditimbulkan?

Penyelesaian :

Diketahui     :     R    =    25 ohm

                          I     =    0,2 A

                          t     =    90 menit = 5400 sekon

Ditanya       :     W   =    . . . ?       

Jawab          :     W   =    I²Rt

                                =    (0,2)² x 25 x 5400

                                =    0,04 x 25 x 5400

                                =    5400 joule

                                =    5,4 x 10³ joule

Jadi, energi yang dihasilkan adalah 5,4 kJ atau 5,4 x 10³ joule

 

Latihan Soal 5.4

1.        Sebuah solder listrik yang bertegangan 120 V dilalui arus listrik 2A.

Berapa energi kalor yang timbul setelah solder dialiri arus listrik selama 1 menit?

2.        Sebuah lampu pijar memiliki hambatan 6 Ω. Ketika dialiri arus listrik selama 1 menit, lampu menghasilkan energi sebesar 1.440 J.

Berapa besar kuat arus listrik yang mengalir di dalam lampu?

3.        Sebuah lampu pijar menghasilkan energi listrik sebesar 7.200 J karena diberi arus listrik 2A dari sumber tegangan 12 V.

Berapa lama arus listrik mengalir di dalam lampu tersebut?

2.    Daya Listrik (P)

Daya didefinisikan sebagai kecepatan melakukan kerja atau usaha yang dilakukan setiap satu satuan waktu. Secara matematis pernyataan itu dapat ditulis sebagai berikut :

 

Keterangan :

P     =   daya, dengan satuan watt (W)

W   =   usaha, dengan satuan joule (J)

t      =   waktu, dengan satuan sekon (s)

 

Namun, berkaitan dengan perubahan bentuk energi listrik, daya listrik dapat didefinisikan sebagai kecepatan perubahan energi listrik menjadi energi bentuk lain. Berdasarkan persamaan energi listrik W = V I t  dan definisi daya P =  diperoleh persamaan

 

Keterangan :

P     =   daya listrik, dengan satuan watt (W)

V    =   tegangan listrik, dengan satuan volt (V)

I      =   kuat arus listrik, dengan satuan ampere (A)

Jika dihubungkan dengan hokum ohm V = I R, persamaan daya listrik juga dapat dirumuskan :

 

Keterangan :

P     =   daya listrik, dengan satuan watt (W)

V    =   tegangan listrik, dengan satuan volt (V)

I      =   kuat arus listrik, dengan satuan ampere (A)

R    =   hambatan listrik, dengan satuan ohm (Ω)

Pada alat-alat listrik, biasanya tertulis besar daya listrik dan tegangan yang harus digunakan. Misalnya pada sebuah lampu tertulis 220 V / 25 W. Artinya, lampu tersebut akan memiliki daya 25 W jika dipasang pada tegangan 220 V. Jika dipasang pada tegangan kurang dari 220 V, lampu tersebut akan menyala redup, jika dipasang pada tegangan lebih besar dari 220 V, lampu tersebut akan menyala lebih terang, namun filamennya akan lebih cepat putus. Daya dan tegangan pada suatu alat listrik dapat berfariasi nilainya, tetapi besar hambatan yang terdapat dalam alat tersebut tetap.

 

Contoh Soal

2.        Pada sebuah seterika listrik tertulis 200 V / 600 W. Agar aman, kabel seterika tersebut harus mampu mengalirkan arus sebesar . . . .

Penyelesaian

Diketahui     :     P    =    600 W

                          V   =    200 V

Ditanyakan  :     I     =    . . . ?                   

Jawab          :     I     =       =    =  3 A

Jadi, kuat arus maksimal 3 A                              

 

3.        Perhatikan gambar berikut!

 

Bila besar daya alat listrik tertulis seperti pada gambar dan alat dipakai selama 20 menit, maka besar energi yang digunakan alat tersebut adalah….  

Penyelesaian

Diketahui    :     P    =    200 W

                          V   =    220 V

                          t     =    20 menit  =         1200 sekon

Ditanyakan  :     W   =    . . . ?       

Jawab          :     W   =    P.t

                                =    200 x 1 200

                                =    240 000 joule

                                =    240 kilo joule

Jadi energi yang digunakan sebesar 240 kilo joule

 

Latihan Soal 5.5

1.      Sebuah lampu pijar diberi tegangan 12 V sehingga mengalir kuat arus listrik 2A.

Berapakah daya lampu tersebut?

2.      Sebuah penghambat 10 Ω dialiri arus listrik 5A.

Hitunglah daya yang dihasilkan penghambat tersebut!

3.      Pada sebuah lampu tertulis 40 W, 220 V.

Hitunglah jumlah energi yang dipakai bila lampu menyala selama 2 menit.

4.      Pada sebuah lampu pijar tertulis 100 W, 220 V.

Tentukan daya yang diserap lampu jika dihubungkan dengan jaringan PLN bertegangan :

a.       110 V

b.      440 V

 

 3.    Perhitungan Penggunaan Energi Listrik Rumah Tangga

 Setiap rumah pelanggan listrik PLN pasti memiliki kWh meter, yaitu alat yang dapat merekam berapa kWh energi listrik yang telah digunakan oleh penghuni rumah untuk melakukan aktivitasnya. Data hasil rekaman alat tersebut  setiap bulan digunakan sebagai dasar perhitungan  rekening listrik (pajak listrik). Satuan  energi yang digunakan untuk menghitung  pajak listrik adalah kWh (kilo Watt  hour). Sehingga dalam perhitungan pajak listrik, satuan waktunya adalah jam (hour).

Penerapan konsep energi dan daya listrik dapat kita lihat pada penarikan rekening sewa listrik. Pada dasarnya rekening listrik dihitung berdasarkan jumlah energi yang terpakai selama satu bulan. Namun dalam hal ini satuan yang digunakan adalah kilowatt jam (kWh). Satuan kWh ini dapat dijelaskan sebagai berikut.

 Persamaan daya listrik P = W / t dapat ditulis dalam bentuk W = P t

 

Pada persamaan ini, satuan P adalah kilowatt (kW), sedangkan satuan t adalah jam atau hour (h). Dengan demikian, satuan W (energi listrik) adalah kilowatt jam (kWh).      

Contoh Soal

4.        Rumah Pak Amin menggunakan peralatan listrik yang terdiri dari 3 lampu masing-masing 40 W, 2 lampu masing-masing 25 W yang semuanya digunakan selama 12 jam sehari dan pesawat TV 120 W digunakan sellama 10 jam sehari. Jika tarif listrik Rp 800,00/kWh maka rekening energi listrik yang harus dibayar Pak Amin dalam 1 bulan (30 hari) adalah . . . .

Penyelesaian :

Peralatan listrik

3 lampu @ 40 W menyala 12 jam/hari

2 lampu @ 25 W menyala 12 jam/hari

1 TV 120 W menyala 10 jam/hari

tarif listrik Rp. 800/kWh 

 

Energi setiap hari

3 x 40 x 12        =  1 440 Wh

2 x 25 x 12        =     600 Wh

1 x 120 x 10      =  1 200 Wh +

total                   = 3 240 Wh

                          = 3,24 kWh       

 

Energi satu bulan = 3,24 kWh x 30  = 97,2 kWh  

Biaya satu bulan = 97,2 x 800 = Rp. 77.760 

 

Latihan Soal 5.6

1.    Sebuah rumah terdapat 4 lampu 20 watt menyala 12 jam per hari, sebuah kulkas 250 watt menyala selama 24 jam per hari, dan pompa air 125 watt menyala 6 jam per hari.

Berapakah besar energi listrik yang digunakan selama satu bulan (30 hari)?

 

2.    Sebuah warung kopi menggunakan 3 lampu 10 watt menyala 12 jam per hari, sebuah kulkas 250 watt menyala selama 24 jam per hari, dan pompa air 125 watt menyala 8 jam per hari.

Jika tarif listrik Rp 800,00/kWh berapakah rekening listrik yang harus dibayar selama satu bulan (30 hari)?

 

 

Latihan Soal

Share this post