1. Energi Listrik
Tentunya kalian pernah menggunakan seterika listrik bukan? Seterika listrik yang kita gunakan mengasilkan panas. Panas yang dihasilkan sterika tersebut berasal dari energi listrik. Ketika kita menyalakan senter, maka terjadi perubahan enegi kimia menjadi energi listrik dan cahaya. Untuk mengetahui seberapa besar energi yang dibutuhkan oleh suatu alat listrik, maka dapat dipahami konsep berikut;
Pada rangkaian tertutup seperti gambar di samping, 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;
Percobaan Joule
Besar energi listrik yang berubah menjadi kalor itu telah diselidiki oleh James Prescott Joule (1914-1889). Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan dalam waktu t detik ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik berbanding lurus dengan:
a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)
b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)
c. Waktu selama arus mengalir (t).
b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)
c. Waktu selama arus mengalir (t).
Hubungan ini dikenal sebagai hukum Joule. Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24 kalori. Jadi kalor yang terjadi pada penghantar karena arus listrik adalah :
Q = 0,24 V i t kalori
2. Daya Listrik
Daya listrik adalah energi listri tiap satuan waktu. Daya listrik baterai V yang mencatu arus I melalui resistor (hambatan) R dinyatakan oleh :
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 V2 volt,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
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.
Contoh soal
1). Sebuah keluarga menyewa listrik PLN sebesar 450 Watt dengan tegangan 110 Volt. Jika untuk penerangan keluarga itu menggunakan lampu 100 W, 220 Volt, maka jumlah lampu maksimum yang dapat dipasang adalah . . . . .
Penyelesaian :
Tegangan spesifikasi lampu adalah V1 = 220 V, daya P1 = 100 W, tegangan kerja adalah: V2 = 110 V
Tegangan spesifikasi lampu adalah V1 = 220 V, daya P1 = 100 W, tegangan kerja adalah: V2 = 110 V
Daya total: Pt = 450 Watt, Sehingga jumlah maksimum lampu yang dapat dipasang adalah;
2). Pemanas air dengan spesifikasi 200 watt digunakan untuk memasak air bersuhu 30°C sebanyak 0,5 kg. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C tentukan berapa lama waktu yang diperlukan hingga air mencapai suhu 100°C !
Pembahasan:
Energi listrik diubah menjadi kalor untuk memanaskan air
Energi listrik diubah menjadi kalor untuk memanaskan air
3). Sebuah rumah memasang 5 lampu 20 watt dan menyala 12 jam sehari, 2 lampu 60 watt menyala 5 jam sehari, sebuah kulkas 125 watt menyala 24 jam sehari, pesawat TV 200 watt menyala 6 jam sehari dan sebuah setrika listrik 250 watt yang dipakai 2 jam sehari. Jika tarif listrik adalah Rp 750 / kwh, perkirakan biaya listrik rumah tersebut dalam satu hari, satu minggu (7 hari) dan satu bulan (30 hari) !
Pembahasan :
Cara menghitung tarif listrik
Cara menghitung tarif listrik
Pola :
(watt alat) x (jumlah alat) x (lama pemakaian)
(watt alat) x (jumlah alat) x (lama pemakaian)
Lampu → 20 watt x 5 x 12 jam = 1200 wh
Lampu → 60 watt x 2 x 5 jam = 600 wh
Kulkas → 125 watt x 1 x 24 jam = 3000 wh
TV 200 → watt x 1 x 6 jam = 1200 wh
Setrika → 250 watt x `1 x 2 jam = 500 wh
———————————————————————– +
Energi dipakai dalam sehari = 6500 wh = 6,5 kwh
Tarif listrik dalam satu hari = Rp 750 x 6,5 = Rp 4875
Tarif listrik dalam satu minggu = Rp 4875 x 7 = Rp 34125
Tarif listrik dalam satu bulan =Rp 4875 x 30 = 146250
Lampu → 60 watt x 2 x 5 jam = 600 wh
Kulkas → 125 watt x 1 x 24 jam = 3000 wh
TV 200 → watt x 1 x 6 jam = 1200 wh
Setrika → 250 watt x `1 x 2 jam = 500 wh
———————————————————————– +
Energi dipakai dalam sehari = 6500 wh = 6,5 kwh
Tarif listrik dalam satu hari = Rp 750 x 6,5 = Rp 4875
Tarif listrik dalam satu minggu = Rp 4875 x 7 = Rp 34125
Tarif listrik dalam satu bulan =Rp 4875 x 30 = 146250
Latihan soal
- Dinamo sebuah mobil dilalui arus 60 A. Jika beda potensial yang diberikan Accu 12 Volt dan menghasilkan energi listrik sebesar 3.600 joule, berapakah waktu yang diperlukan untuk memindahlan energi listrik ke dinamo ?
- Sebuah TV dipasang pada tegangan 220 V, arus listrik yang mengalir 0,25 A. Berapa energi yang digunakan TV selama 1 Jam ?
- Faktor apa saja yang mempengaruhi besar energi listrik yang dilepaskan oleh sumber tagangan untuk diubah menjadi energi kalor oleh alat listrik ?