Bahan Ajar (Energi dan Daya Listrik )

ENERGI DAN DAYA LISTRIK

A.    Besar Energi Listrik

Listrik merupakan bentuk energi yang memiliki berbagai macam energi. Oleh karena itu listrik memiliki peranan yang penting dalam perkembangan teknologi. Berbagai perubahan energi listrik menjadi bentuk lain :

1.    Energi listrik menjadi energi bunyi

Contoh : radio,

2.    Energi listrik menjadi energi cahaya

Contoh :lampu pijar, lampu TL

3.    Energi listrik menjadi energi gerak

Contoh : arloji, kipas angin

4.    Energi listrik menjadi energi kalor

Contoh : setrika listrik, kompor listrik, solder listrik

Hukum yang berkaitan dengan energi listrik yaitu hukum Joule yang berbunyi : “bahwa besarnya energi listrik yang dihasilkan oleh komponen listrik yaitu berbanding lurus dengan kuadrat kuat arus, hambatan penghantar, dan waktu yang dibutuhkan untuk mengubah energi tersebut”. Dari hukum joule tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa besarnya energi listrik yang dibutuhkan untuk berubah energi lain itu di pengaruhi oleh arus yang mengalir, besarnya hambatan dan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk berubah. Hukum Joule dapat dituliskana dalam rumus singkat sebagai berikut :

W = I² x R x t    Keterangan :    W = energi listrik (joule)

                                               R = Hambatan (ohm)

                                                                 V = beda potensial (volt)

                                                                 I = kuat arus litrik (amperemeter)

                                                                 t = waktu yang dibutuhka(sekon)

Contoh soal :

Setrika listrik bertuliskan 220 V, 2 ampere dan digunakan selama 20 menit. Berapa joule energi yang dihasilkan?

Penyelesaian :

Diket :      V = 220 V

                 I = 2 A

                 t = 20 menit = 20 x 60 sekon = 1200 sekon

Ditanya : W =  . . . . . ?

Jawab : W = I² x R x t

             W = 220 x 2 x 1200

                 = 528.000 joule = 528 kilojoule

B.    Kesetaraan Energi Listrik dengan Energi Kalor

Untuk satuan energi kalor kadang-kadang digunakan satuan kalori. Besar satuan kalori adalah sebagai berikut :

1 kalori = 4,2 joule

1 joule = 0,24 kalori

Bila energi listrik berubah menjadi energi kalor dan dinyatakan dalam satuan kalori, maka harus dikalikan dengan 0,24.

W = V x I x t joule

W = 0,24 x V x I x t kalori

W = 0,24 x I² x R x t kalori

Contoh soal :

Alat-alat pengubah energi listrik

Perubahan energi listrik menjadi kalor merupakan penerapan dari hukum kekekalan energi yang berbunyi “energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat pula dimusnahkan, energi hanya dapat diubah menjadi bentuk lain”. Dengan penerapan asas black “bahwa kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan”.

Qterima = Qlepas                                      M = massa benda

          W = Q                                   C = kalor jenis benda

V x I x t = M x C x t1                  t1 = perubahan waktu

C.    Daya Listrik

Daya listrik yaitu besranya usaha listrik yang dapat dilakukan sumber tegangan tiap satuan waktu. Besarnya daya listrik ditentukan oleh tegangan dan arus listrik yang dipergunakan. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

            P = W/ t                                   P = daya listrik (watt)            

            P = V x I                                 W = energi listrik (joule)

            P = I² x R                                t = waktu (sekon/detik)

            P = V²/ R                                 V = beda potensial (volt)

                                                            I = kuat arus (ampere)

                                                            R = hambatan (ohm)

Contoh soal :

Lampu pijar 20 watt dihubungkan dengan sumber tegangan 100 V selama 5 menit.

a.       Berapa kuat arus yang mengalir?

b.      Berapa joule energi yang dibebaskan?

Penyelesaian :

Diketahui : P = 20 watt

                          V = 100 V

                           t = 5 menit = 300 sekon

       Ditanya : I = . . . .  .?

                      W = . . .  .. . ?

        Jawab : a.) P = V x I                               b.) W = P x t

20 = 100 x I                                      = 20 x 300

 I  =  20/100                                      = 6000 joule

 I  =  0,2 ampere                                = 6 kilojoule

D.    Biaya Pemakaian Energi Listrik

 Energi listrik yang digunakan untuk keperluan rumah tangga diukur dengan kilowatt hourmeter. Satuan energi listrik yang terpakai adalah kilowatthour (kWh) atau kiowatt jam (kWj). 1 kWh adalah jumlah energi listrik yang digunakan oleh sebuah alat listrik dengan daya 1 kW (1000 W) dalam waktu 1 jam.

            Contoh soal :

1.      Sebuah setrika listrik mempunyai daya 250 W dipakai selama 2 jam setiap hari.

a.       Berapa kWh energi yang dipakai dalam waktu 1 hari?

b.      Berapa kWh energi yang dibebaskan dalam 1 bulan (30 hari)?

c.       Berapa biaya 1 bulan jika biaya tiap kWh = Rp 200,-?

Penyelesaian :

Diketahui :           P = 250 Watt

                              t = 2 jam

Ditanya :              W 1 hari = . . . . . . kWh?

                              W 1 bulan = . . . . . . kWh?

                              Biaya 1 bulan = . . . . .. . ?

Dijawab : a.) W 1 hari = P x t

                                    = 250 x 2

                                    = 500 Wh

                                    = 0,5 kWh

                  b.) W 1 bulan = P x t x 30

                                       = 250 x 2 x 30

                                       = 15 kWh

            c.) Biaya 1 bulan = 15 kWh x Rp 200,-

                                        = Rp 3000,-

E.     Cara-cara Penghematan Energi Listrik

a.       Penggunaan lampu

Ø Gunakan lampu neon (TL) dari pada lampu pijar

Sebuah lampu neon 20 W dapat memberika pencahayaan yang sama terang dengan lampu pijar 75 W.

Ø Cat dinding ruangan dengan warna-warna yang cerah untuk memberikan efek terang.

Ø Gunakan pewaktu dan sensor cahaya untuk menyalakan atau mematikan lampu secara otomotis.

b.      Penggunaan peralatan memasak

ü Gunakan alat masak dari bahab konduktor yang baik

ü Gunakan peralatan memasak yang bertekanan agar waktu memasak  berkurang sehingga penggunaan energipun berkurang.

c.       Penggunaan mesin cuci

v Pilih mesin cuci yang memiliki fasilitas mencuci yang ekonomis agar penggunaan air dan listrik lebih hemat

v Sesuaikan jumlah cucian dengan kapasitas mesin cuci.

Bahan Ajar (Kuat Arus Listrik)

Sumber Arus Listrik

A.    Pengertian Arus Lustrik

1.      Arus Listrik

Mengapa arus listrik mengalir? Aliran arus listrik melalui kabel mirip dengan aliran air melalui pipa. Air selalu mengalir karena adanya perbedaan level, yaitu dari level tinggi ke level rendah. Demikian juga rus listrik yang mengalir melaliu kabel karena danya perbedaan “level listrik” di antara kedua titik dalam suatu rangkaian listrik. Kita sebut level listrik ini sebagai beda potensial atau tegangan. Jadi, arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antar dua titik dalam rangkaian, yaitu dari titik potensial tinggi ke titik potensial rendah.

Manakah yang ditetapkan sebagai arus listrik, aliran muatan positif atauakah aliran muatan negatif? Secara konvensional, arus listrik ditetapkan sebagai aliran partikel-partikel bermuatan listrik positif dari titik potensial tinggi ke titik potensial rendah. Arus ini dinamakan arus konvensional.

2.      Kuat Arus Listrik

Makin banyak muatan listrik positif yang mengalir melalui suatu penampang kawat dalam waktu tertentu, makin besar arus listriknya. Kuat arus listrik  adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir pada suatu penghantar setiap detik. Kuat arus listrik dapat dinyatakan menjadi rumus sebagai berikut :

   

Keterangan : I = kuat arus listrik (Ampere)

Q = muatan (Coloumb)

t = waktu (detik/sekon)

Contoh :

Pada suatu penghantar dalam waktu 2 menit berpindah muatan listrik sebesar 480 C. Berapakah ampere kuat arus yang mengalir?

Penyelesaian : Diketahui : t = 2 menit = 2 x 60 detik = 120 detik

            Ditanya : I = . . . . ?

Dijawab : I = Q/t

= 480 C/120 detik

= 4 C/s

= 4 Ampere

B.    Sumber Arus Listrik

Arus listrik dapat mengalir dalam suatu penghantar karena adanya beda potensial. Alat yang dapat menimbulkan beda potensial disebut sumber tegangan listrik. Ada dua jenis sumber tegangan :

a.       Sumber tegangan arus searah atau DC (Direct Current)

b.      Sumber tegangan arus bolak-balik atau AC (Alternating Current)

1.      Sumber Tegangan Listrik Arus Searah (DC)

a.      Elemen Volta

        Bagian utama element Volta :

1.      Kutub positif (anoda) terbuat dari bahan lempeng tembaga (Cu)

2.      Kutub negatif (katoda) terbuat dari bahan lempeng seng (Zn)

3.      Larutan elektrolit yaitu asam sulfat (H2SO4)

Kelemahan elemen volta :

1.      Perbedaan potensial antara kedua kutub sangat kecil

2.      Tidak dapat mengalirkan arus dalam waktu yang lama, karena terjadi polarisasi yaitu peristiwa timbulnya gelembung-gelembung gas hidrogen yang menempel pada lempeng tembaga (anoda) sehinnga menghambat aliran elektron.

b.      Elemen kering (Baterai)

Kelebihan elemen kering (Baterai)

1.      Beda potensial antara kedua kutub sekitar 1,5 V

2.      Dapat mengalirkan arus listrik lebih lama dan banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari

c.       Akumulator (Aki)

Bagian utama aki :

1.      Elektroda positif yang dilapisi timbal oksida (PbO2)

2.      Elektroda negatif yang dilapisi dengan timbal (Pb)

3.      Larutan elektrolit asam sulfat (H2SO4)

4.      Bejana dari plastik

Kelebihan Aki yaitu :

1.      Beda potensial tiap-tiap elemen sekitar 2 V

2.      Merupakan elemen sekunder, artinya bila muatannya habis bisa diisi ulang dengan cara disetrum dengan sumber arus DC.

C.    Gaya Gerak Listrik Sumber Arus

Gaya gerak listrik (GGL) adalah beda potensial antara kutub-kutub elemen sebelum mengalirkan arus listrik. Dilambangkan dengan simbol (E).

Contoh soal :

Tiga buah baterai dengan masing-masing GGL 9 volt dan hambatan dalamnya 0,5 volt. Jika kedua kutubnya saling dihubungkan dengan sepotong kawat penghantar yang mempunyai hambatan 3 ohm, berapakah besar arus yang mengalir?

Penyelesaian :

Diketahui : n = 3, r = 0,5 ohm, R = 3 ohm, dan E = 9 V

Ditanya : I = . . . . . .?

Dijawab : I = n.E / R + (n + 1)

D.    Mengukur Arus Listrik dan Beda Potensial

1.    Mengukur Arus Listrik

Untuk mengukur besarnya arus listrik, alat yang digunakan yaitu Amperemeter yang dipasang secara seri dengan rangkaian rangkaian listrik. Hal itu dimaksutkan agar kuat arus yang diukur sama dengan kuat arus yang mengalir pada rangkaian.

Cara membaca kuat arus yang ditunjukkan oleh ampermeter yaitu :

2.    Mengukur Beda Potensial

Untuk mengukur beda potensial, alat yang digunakan voltmeter. Yang dipasang secara paralel dengan rangkaian listrik yang akan diukur. Maksutnya kutub positif voltmeter harus dihubungkaan dengan kutub positif rangkaian, begitu halnya dengan kutub negatif voltmeter dihubungkan dengan kutub negatif rangkaian.

Untuk cara penacarian besarnya beda potensial dengan voltmeter sama dengan cara penacarian arus listrik dengan amperemeter, yaitu :