Energi dan Daya Listrik

Materi

Pada judul materi Listrik Dinamis telah kita pelajari bahwa besar kecilnya kuat arus listrik dan tegangan listrik dalam rangkaian tergantung dari besarnya hambatan yang terpasang dalam rangkaian. Variasi rangkaian hambatan akan menghasilkan variasi nilai kuat arus dan nilai tegangan yang diinginkan. Adakah hubungan antara besar kecilnya hambatan alat yang terpasang dalam rangkaian dengan energi listrik yang digunakan? Bagaimanakah hubungan antara energi listrik dan besarnya hambatan alat? Perlukah kita memikirkan cara-cara penghematan energi listrik dari pemilihan alat-alat listriknya? Bagaimanakah langkah-langkah penghematan energi listrik yang mudah? Semua pertanyaan di atas akan terjawab setelah kita mengikuti kegiatan berikut ini.

Energi Listrik Pengertian Energi Listrik Secara umum energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha atau kerja. Sedangkan bentuk usaha atau kerja dalam dunia kelistrikan adalah proses perubahan energi listrik ke dalam bentuk energi yang lain. Alat-alat yang digunakan dalam proses perubahan bentuk energi listrik disebut dengan konverter. Beberapa contoh konverter antara lain: lampu, seterika, tape recorder dan lain-lain. Dalam setiap proses perubahan bentuk energi, tidak hanya satu jenis energi baru yang didapatkan, tetapi selalu ada energi dalam bentuk lain yang mengikuti perubahan bentuk energi yang utama, energi panas adalah salah satu contohnya. Bagaimana energi panas ini dapat menyertai setiap proses perubahan bentuk energi? Arus listrik sebenarnya adalah aliran muatan listrik dalam sebuah penghantar, tumbukan antara elektron menimbulkan efek panas dalam penghantar. Muatan listrik hanya akan mengalir dalam penghantar jika ujung-ujung penghantar memiliki beda potensial. Energi yang digunakan untuk memindahkan muatan listrik  sebesar Q dalam sebuah penghantar yang memiliki beda potensial antara ujung-ujungnya sebesar V dapat dirumuskan sebagai: Dimana:      W adalah energi listrik dalam joule (J),      Q adalah muatan listrik dalam coulomb (C), dan      V adalah beda potensial dalam volt (V).    Contoh: Hitunglah besarnya energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik sebesar 8 coulomb dari ujung-ujung penghantar yang memiliki beda potensial sebesar 12 volt. Diketahui: Q = 8 C V = 12 V Ditanyakan: W Jawab: W = Q.V W = 8 C x 12 V W = 96 CV W = 96 Joule Hubungan antara V, I dan W Kuat arus listrik dalam suatu penghantar dihitung dari banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik. Secara matematis dapat dirumuskan menjadi:  Berdasarkan persamaan di atas, energi listrik dapat juga dekspresikan dalam bentuk lain. Jika:           W = Q.V…………………………………….………(a) , dan Q = I.t ……………………………………………….(b) bila persamaan (b) disubstitusikan ke dalam persamaan (a) maka akan didapatkan W = (I.t) V, atau:   Dimana: I adalah kuat arus listrik dalam ampere (A), Q adalah muatan listrik dalam coulomb (C), t adalah waktu dalam second (s), dan W adalah energi listrik dalam joule (J). Contoh: Beda potensial listrik 12 volt antara ujung-ujung penghantar, mengalirkan arus listrik sebesar 2 ampere. Jika arus listrik mengalir selama 2 menit, hitunglah besarnya energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan muatan-muatan listrik antara ujung-ujung penghantar tersebut. Diketahui: V = 12 volt I = 2 ampere T = 2 menit = 120 detik Ditanya : W Jawab: W = V.I.t W = 12 volt x 2 ampere x 120 detik W = 2880 J Jika persamaan pada Hukum Ohm V = R.I kita substitusikan, maka energi listrik dapat diekspresikan kembali dalam bentuk yang lain: W = V.I.t W = (R.I) I.t Sehingga dapat dituliskan menjadi: Dengan I adalah kuat arus listrik dalam ampere (A), R adalah hambatan penghantar dalam ohm (W) Jika hukum ohm dinyatakan dengan   , maka persamaan lainnya adalah       Dengan: V adalah beda potensial dalam satuan volt (V) antara ujung-ujung penghantar, dan R adalah hambatan penghantar dalam satuan ohm (W). Contoh: 1.    Sebuah seterika listrik memiliki hambatan 1000 ohm digunakan selama 15 menit, jika energi listrik yang terpakai adalah 81000 joule. Hitunglah kuat arus listrik yang mengalir dalam seterika. Diketahui: R = 1000 ohm T = 15 menit = 900 detik W = 81000 joule Ditanyakan : I Jawab: I2 = 81000 J/ (1000 ohm . 900 s) I2  = 81000J/900000 ohm.s I2 = 0.09 A I  = 0.3 A 2.    Sebuah lampu yang hambatannya 484 ohm dipasang pada tegangan 220 V selama 5 jam. Tentukan besarnya energi yang terpakai akibat penggunaan lampu tersebut. Diketahui: V = 220 V R = 484 ohm T = 5 jam = 18 000 detik Ditanyakan : W Jawab: W = (2202 V2/484ohm) x 18 000 detik W = (48400/484) x 18000 joule W = 100 x 18000 J W = 1 800 000 J Daya Listrik Pengertian Daya Listrik Daya didefinisikan sebagai kecepatan untuk melakukan usaha, sedangkan usaha di dalam listrik adalah perubahan bentuk energi, maka daya listrik adalah kecepatan alat untuk mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain. Berdasarkan definisi di atas maka daya dapat dirumuskan: Jika dinyatakan dalam persamaan matematika maka dapat dituliskan sebagai: Dimana: P adalah daya listrik dalam J/s atau watt (W), W adalah energi listrik dalam joule (J), dan t adalah waktu dalam second (s). Dengan demikian persamaan energy dapat dituliskan menjadi  W = P.t. Berdasarkan persamaan di atas maka satuan energi dapat dituliskan sebagai  watt second (Ws), sedangkan dalam kehidupan sehari-hari terutama dalam penghitungan tarif listrik, adalah kilowatt jam atau kiloWatt hour yang disingkat kWh. Untuk menggambarkan besarnya 1 kWh dapat dilakukan konversi ke dalam bentuk satuan lain: 1 kWh = 1 kilo watt jam           = 1.000 watt x 3.600 second           = 3.600.000 watt second = 3.600.000 joule. Contoh: 1.    Sebuah alat listrik memiliki spesifikasi sebagai berikut 100 W/ 220 V. a.    Apakah maksud dari tulisan di atas b.    Apakah artinya daya alat 100 watt c.    Hitunglah energi listrik yang terpakai jika alat tersebut digunakan selama 10 jam Diketahui:      Spesifikasi alat 100 W/220 V Jawab: a.    100 W/220V artinya, alat tersebut akan memiliki daya 100 watt jika di pasang pada tegangan 220 volt. b.    100 watt artinya: alat tersebut memiliki kecepatan mengubah energi listrik menjadi energi lain sebesar 100 joule tiap detiknya. c.    Energi listrik yang terpakai: W = P. t W = 100 watt x 10 jam W = 1000 watt jam = 1 kWjam = 3 600 000 joule. 2.    Selama 10 jam sebuah alat telah mengubah energi listrik sebesar 3600 kilo joule. Hitunglah daya alat tersebut. Diketahui: W = 3600 kilo joule = 3600000 J T = 10 jam = 10 x 3600 second = 36000 s Ditanyakan : P Jawab: P = 3600000J/36000 s P = 1000 watt= 1 kW Jika energi listrik dituliskan sebagai : Maka, hubungan antara energi listrik (W), beda potensial (V), kuat arus listrik (I), dan daya listrik (P) dapat dituliskan sebagai berikut: Dimana : P = daya llistrik dalam watt (W), I  = kuat arus listrik dalam ampere (A), V = beda potensial listrik dalam volt (V), R = hambatan alat dalam ohm (W). Daya Listrik pada Suatu Alat Daya listrik pada suatu alat Beberapa contoh alat listrik dan spesifikasinya:  Spesifikasi alat, menunjukkan besarnya hambatan alat yang diekspresikan dalam daya dan tegangan sumber. Karena hambatan alat tidak berubah, maka bagaimanakah besarnya daya listrik alat jika tegangan sumber berubah? Daya listrik alat akan berubah jika tegangan sumber berubah, hal tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: Daya listrik alat, berbanding lurus dengan kuadrat tegangan sumber. Dengan demikian jika tegangan sumber naik 2 kali maka daya alat akan bertambah 4 kali, dan jika tegangan sumber turun ½ kali maka daya alat menjadi ¼ kali semula. Contoh: Sebuah lampu memiliki spesifikasi 220 V / 100 W, hitunglah daya lampu jika tegangan sumber: a.    110 V b.    440 V Diketahui: Spesifikasi alat 220 V / 100 W Ditanya: a.    Daya pada tegangan V2 = 110 V V1 = 220 V è 100 W V2 = 110 V è ? W Jawab:           R1 = R2                  P2 = (110/220)2 x 100 W P2 = ( ½ )2 x 100 W P2 = ¼ x 100 W = 25 W b.    Daya pada tegangan V2 =440 V V1 = 220 V è 100 W V2 = 440 V è ? W Jawab: R1 = R2 P2 = (2)2 x 100 W P2 = 4 x 100 W = 400 W Penggunaan Satuan kWh Penggunaan satuan kWh Sudah di jelaskan di bagian terdahulu bahwa kWh adalah satuan energi listrik dalam kehidupan sehari-hari. Sehingga alat ukur energi listrik sering disebut sebagai kWh meter. Bagaimanakah menentukan besarnya energi listrik yang terpakai oleh konsumen? Apakah yang dimaksud dengan tarif dasar listrik (TDL)? Dapatkah kita menghitung sendiri banyaknya pemakaian energi listrik dalam kehidupan sehari-hari? Untuk menghitung besarnya energi listrik yang terpakai dalam kehidupan sehari hari setidaknya ada dua cara: 1.    Dengan menggunakan persamaan W = P.t 2.    Dengan menggunakan alat ukur kWh meter. Untuk sistem yang baru, konsumen dibatasi pemakaiannya, karena mereka menggunakan sistem pulsa. 1.    Penghitungan energi lsitrik dengan persamaan W = P.t Penghitungan dengan cara ini diperlukan daftar nama alat-alat beserta spesifikasi alatnya serta waktu pemakaiannya: Sebagai contoh: Sebuah rumah tangga menggunakan 4 buah lampu, masing-masing dayanya 18 watt selama rata-rata 12 jam/hari, sebuah pompa air yang dayanya 125 watt selama 6 jam/hari, 1 buah kulkas yang dayanya 100 watt selama 7 jam/hari. Jika tarif dasar listrik Rp 1000 / kWh, hitunglah tarif yang di bayar ke PLN setiap bulannya. Jawab:   Biaya yang terpakai selama sebulan = banyaknya pemakaian/hari x 30 hari x biaya/kWh Biaya = 2.314 kWh x 30 x Rp 1000 = Rp 69420. 2.    Penghitungan energi lsitrik dengan alat ukur kWh Dengan kWh meter, jumlah energi yang terpakai sudah tertulis, konsumen dapat melakukan penghitungan dengan menghitung selisih pemakaian bulan berjalan dengan bulan sebelumnya. Sebagai contoh: Pada awal bulan April angka yang tertera 4.216 kWh, sedangkan awal bulan Mei tertera 4.527 kWh. Maka energi listrik yang telah digunakan adalah 4.527 kWh − 4.216 kWh = 311 kWh. Dengan mengalikan angka tersebut dengan harga tiap kWh, maka biaya penggunaan energi listrik di rumah diketahui. Jika harga TDL adalah Rp 1000 /kWh, maka tarif yang harus di bayar adalah: Pemakaian energi = 4.527 kWh − 4.216 kWh = 311 kWh Biaya = pemakaian energi x biaya/kWh Biaya = 311 kWh x Rp 1000/kWh : Rp 311 000