ENERGI DAN DAYA LISTRIK DAN, CONTOH DAN PEMBAHASANNYA

 A.     ENERGI LISTRIK ( W )

            1.      Energi listrik

 

Jika benda A berpotensial lebih besar dari benda B, ada perpindahan muatan dari A menuju B. Melalui kawat penghantar yang menghubungkan kedua benda tersebut. Dari benda A akan mengalir muatan positip (proton) menuju benda B. Sebaliknya dari benda B akan mengalir muatan negatip (elektron) dari benda B menuju benda A.

Perpindahan muatan diantara kedua benda A dan B tersebut akan menimbulkan arus listrik (arus konvensional) dan arus elektron. Perpindahan muatan positip akan menimbulkan arus listrik, sedangkan perpindahan elektron akan menimbulkan arus elektron. Besaran arus listrik sama dengan besar arus elektron yang ditimbulkan akibat perpindahan kedua muatan tersebut.

Besar kuat arus I yang ditimbulkan:

Selama perpindahan muatan listrik tersebut sudah pasti akan membebaskan energi. Energi yang dibebaskan selama perpindahan muatan listrik tersebut dinamakan energi listrik (W).

 

Dan banyak partikel yang berpindah, n : 

Persamaan (1, Q = i.t jika disubsitusikan ke dalam persamaan (2, akan kita peroleh rumusan energi listrik yang lain.

 

atau 

Dengan menghubungkan hukum ohm : 

Maka rumus energi listrik, W : 

Dan bentuk lainnya :

Energi listrik berasal dari sumber tegangan listrik, sumber tegangan listrik dc antara lain :

·         Elemen kering (baterai)

·         Aki (akumulator)

·         Dinamo dc

·         Dan lain sebagainya

          
Satuan energi listrik dalam SI adalah Joule, namun dalam kehidupan sehari – hari satuan
energi listrik sering disebut dengan kilowatt – jam (kWh).
Peralatan listrik yang digunakan cukup lama, maka kabel listrik akan menjadi panas.
Hal ini disebabkan karena sebagian besar energi listrik diubah menjadi energi kalor.

1 joule = 0,24 kalori

CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN ENERGI LISTRIK

 

Contoh 01 :

Sebuah solder listrik yang bertegangan 120 volt dilalui oleh arus 2,0 A. Tentukan energi kalor yang timbul setelah solder itu dialiri arus listrik selama :

a)      Lima sekon

b)      Dua menit

 Penyelesaian :

 Diketahui :

Tegangan sumber, V = 120 volt
Kuat arus listrik, I = 2,0 A
 

Ditanya : energi listrik, W = … ? 

Contoh 02 :

Ketel listrik dihubungkan dengan sumber tegangan 12 volt. Jika elemen pemanas 

memiliki hambatan dalam 3Ω, berapa energi kalor yang diberikan selama 5 menit?

 Pembahasan :

 Dik :

Tegangan sumber, Vs = 12 volt
Hambatan elemen, R = 3Ω
Lamanya waktu, t = 5 menit = 5 x 60 sekon = 300 sekon

Dit : energi kalor, W = … ? ( dalam satuan Joule) 

Contoh 03 :

Sebuah lampu pijar dihubungkan ke baterai bertegangan 12 volt, sehingga kuat arus 2,0 Amper mengalir melaluinya. Jika energi listrik yang diberikan lampu 7200 J, berapa lama lampu tersebut telah dilalui arus listrik ?

 

Pembahasan :

 Diketahui :

Tegangan, V = 12 volt

Kuat arus, I = 2 A

Energi listrik, W = 7200 J

 

Ditanya, waktu, t = … ?

Penyelesaian :

contoh 04 :

sebuah elemen pemanas radiator yang memiliki hambatan listrik 48 Ω dihubungkan ke sumber tegangan 240 V selama 2 sekon. Berapa energi listrik yang dihasilkan oleh radiator.

 Pembahasan :

 Diketahui :

Hambatan, R = 48 ohm
Tegangan, V = 240 volt
Waktu, t = 2 sekon

 Ditanya : energi listrik, W = … ?

 Penyelesaian : 

Contoh 05 :

Energi listrik yang dihasilkan oleh ketel listrik yang memiliki elemen pemanas dengan hambatan listrik 5Ω dan dialiri arus listrik selama 2 menit adalah 9600 J. Berapa kuat arus listrik yang mengalir melalui elemen pemanas ketel.

 Pembahasan :

 Diketahui :

Energi listrik, W = 9600 J

Hambatan listrik, R = 5 Ω

Waktu, t = 2 menit = 2 x 60 sekon = 120 sekon

 Ditanya : kuat arus listrik, I = … ?

 

CONTOH DAN PEMBAHASAN DAYA LISTRIK

 

Contoh 01 :

Sebuah setrika listrik 200 W, 125 V dipasang pada tegangan yang tepat selama 1 menit. Berapa banyak energi listrik yang digunakan ?

Pembahasan :

 Diketahui :

daya listrik, P = 200 Watt
tegangan listrik, V = 125 volt
waktu, t = 1 menit = 60 sekon

ditanya, energi listrik, W = … ?

Penyelesaian : 

Contoh 02 :

Sebuah sekring dipasang paa tegangan 250 volt menyebabkan arus mengalir 2A. 

Berapa daya sekring itu.

Pembahasan :

Diketahui :

Tegangan listrik, V = 250 volt

Kuat arus listrik, I = 2 Amper

 

Ditanya : daya listrik, P = … ?

Penyelesaian : 

B.  PERUBAHAN ENERGI LISTRIK

Saat ini penggunaan energi listrik semakin sangat dibutuhkan dalam segala aspek kehidupan manusia. Perubahan energi (konversi energi) listrik dapat kita lihat dalam kehidupan kita.

Contoh :

      1.      Energi listrik menjadi energi kalor

·         Setrika listrik

·         Solder listrik

·         Mesin pengering rambut (hair dryer)

·         Dan lain – lain

 2.      Energi listrik menjadi energi cahaya

·         Lampu penerangan rumah

·         Lampu penerangan jalan

·         Dan lain – lain

 3.      Energi listrik menjadi energi kinetik

·         Kipas angin

·         Mesin cuci

·         Dan lain – lain

 4.      Energi listrik menjadi energi lainnya

 

Rumus konversi energi listrik

Pada kesempatan ini, kita akan menghitung konversi energi listrik menjadi kalor. Jika menjadi energi kalor, berarti terjadi perubahan suhu.

 

Daya Dissipasi :

daya yang dipakai oleh alat - alat listrik ketika dipasangkan dengan sumber listrik. 

Untuk memahami perihal dissipasi daya ini, mari kita ambil contoh pembahasan yang paling sederhana dan komponennya dapat kita temui dalam kehidupan kita sehari - hari, yakni lampu. Mari kita bahas dan perhatikan bola lampu di bawah ini. 

Spesifikasi lampu :  

Lampu akan menyala dengan baik, jika dipasangkan pada sumber tegangan 220 volt. Jika dipasang dibawah tegangan 220 volt, maka lampu akan menyala redup. 

Dan sebaliknya lampu menyala sangat terang diluar batas dan kemudian padam. Lampu akan menyala dengan memakai energi listrik sebesar 20 Joule setiap detiknya. 

Rumus dissipasi daya : 

dimana : 

Contoh : 02 

Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100W/220V dan terpasang pada tegangan sumber PLN sebesar 200 volt. Maka dissipasi yang dipakai lampu tersebut. 

Pembahasan : 

Contoh : 03 

(tes seleksi Olimpiade Sains Kabupaten/kota 2004) Sebuah bola lampu mempunyai hambatan 10 ohm dan kuat arus 2,0A dinyalakan selama 5 menit. 

Hitunglah : 

a) tegangan listrik, 

b) energi listrik,

c) daya listrik. 

Pembahasan : 

bagian a) 

Tegangan listrik, V : 

V = I. R 

V = 2 x 10 

V = 20 volt 

bagian b) 

energi listrik, W : 

W = V.I.t 

W = 20 x 2 x ( 5 x 60 ) 

W = 12 000 Joule. 

bagian c) 

daya listrik, P : 

P = V . I 

P = 20 x 2 

P = 40 watt 

Penghitungan rekening listrik

Dalam penghitungan pemakaian listrik di rumah atau rekening listrik menggunakan satuan kWh. Rekening listrik dapat dihitung dengan mempertimbangkan biaya abodement atau tanpa biaya abodement. Biaya abodement yang dimaksudkan, biaya dasar yang sudah dikenakan PLN kepada tiap pelanggan.

Contoh : 04

Dalam sebuah rumah terdapat 4 buah lampu 20W, 2 buah lampu 60W, dan sebuah TV 60W. Setiap hari dinyalakan selama 4 jam. Berapakah biaya yang harus 

dibayarkan selama 1 bulan (30 hari). Jika 1 kWh = Rp 300,00 dan biaya beban rumah tersebut adalah Rp 10.000,00.

Pembahasan : 

Daya Total, 

Total waktu, 

Maka energi total, 

Beban biaya yang harus dibayarkan selama 1 bulan, dan tidak memperhitungkan nilai abodemennya. 

Jika memasukkan nilai abodemen, maka biaya yang harus dibayarkan menjadi 

Sekarang kita akan membahas beberapa contoh soal yang berhubungan dengan konversi energi dari Energi listrik ke kalor. 

Contoh 01 :

Perhatikanlah gambar di bawah ini! Lalu tentukan daya listrik pada resistor 3Ω.

Pembahasan :

Dik :
Sumber tegangan, V = 12 volt
Hambatan, R = 3 ohm

Dit : daya pada hambatan, P = … ?

Penyelesaian :

Contoh 02 :

Sebuah lampu 12 V memiliki hambatan listrik 6Ω. Berapa hambatan lampu lainnya yang mendisipasikan daya listrik yang sama besar dengan lampu pertama ketika dihubungkan pada tegangan 36 volt.

Pembahasan :

Dik :

Tegangan lampu, V₁ = 12 volt dan hambatn lampu, 

R_L = 6Ω Tegangan sumber, V₂ = 36 volt

 

Dit : dissipasi daya, P₂ = .. ?

Penyelesaian : 

Contoh 03 :

Sebuah setrika listrik dengan rating 360W dipasangpada 240 volt.

Hitunglah :

a) Kuat arus yang mengalir 

b) Hambatan kumparan pemanas

c) Energi dalam satuan joule yang dihasilkan oleh setrika per menit

d) Biaya energi listrik jika setrika dipakai selama 2 jam ( 1 kWh = Rp 400,00 )

Pembahasan

Diketahui :

Daya setrika, P₁ = 360 watt

Tegangan sumber, V₂ = 240 volt

Ditanya :

a) Kuat arus, I = … ?

b) Hambatan setrika, R = … ?

c) Energi yang dipakai per menit, P₂ = … ?

d) Biaya energi listrik selama 2 jam ? 

Penyelesaian : 

bagian a)

bagian b)

bagian c)

energi per menit, dari data soal daya 360 watt 360 watt = 360 J/s

karena 1 sekon sama dengan satu per 60 menit, maka 

bagian d)

maka besaran biaya yang harus dibayar, 

Pembahasan : 

Latihan 1 : Energi dan Daya Listrik

 01. Tentukan muatan listrik yang mengalir melalui elemen pemanas 12

       volt setiap 1 menit untuk memberikan daya listrik 54 Watt. 

02. Sebuah lampu depan mobil yang memiliki hambatan listrik 1,8Ω

     disuplai arus listriknya oleh generator yang memiliki ggl 12 V melalui

     seutas kabel yang memiliki hambatan listrik 0,2Ω lihat gambar di

     bawah ini. 

Tentukan :
a) Kuat arus listrik yang mengalir melalui lampu
b) Daya dissipasi pada lampu
c) Daya yang disuplai oleh generator