Materi IPA Fisika Kelas 9: Energi Listrik dan Daya Listrik

A. ARUS, TEGANGAN DAN ENERGI LISTRIK

Jika beda potensial ditulis V, kuat arus ditulis I dan waktu ditulis t, maka energi yang dilepaskan oleh alat dan diubah menjadi energi kalor W adalah

W = V x I x t

Keterangan :

V = beda potensial (volt)

I = kuat arus (ampere)

t = waktu (sekon)

W = energi (joule)

Besarnya energi dapat ditulis dalam persamaan sebagai berikut.

W = V x Q

Keterangan :

W = energi (joule)

Q = besar muatan yang dipindahkan (coulomb)

V = beda potensial (V)

Karena I = Q/t, sehingga Q = I x t maka :

W = V x I x t

Satuan W dalam SI adalah Joule (J). Satuan energi yang lain yaitu kalori (kal) atau kilokalori (kkal). Hubungan antara satuan kalori dengan satuan joule adalah

1 kal = 0,24 joule

1 joule = 4,18 kal

Menurut hukum Ohm :

V = I x R atau I = V/R

Dengan demikian, persamaan W = V x I x t diubah menjadi W = I x R x I x t dan W = P x t

B. DAYA LISTRIK

Daya listrik merupakan besarnya usaha yang dilakukan oleh sumber tegangan tiap 1 sekon. Jika dalam waktu t sekon/detik sumber tegangan telah melakukan usaha sebesar W joule, maka daya alat tersebut adalah

P = W / t

Dengan W adalah usaha dalam satuan joule dan t adalah waktu dalam satuan sekon. Jadi, satuan daya P adalah watta atau joule/sekon.

Karena W = V x I x t, maka P = V x I x t / t atau P = V x I

Keterangan:

V = beda potensial (volt)

I = kuat arus yang mengalir (ampere)

P = daya alat tersebut (watt)

Menurut hukum Ohm V = I x R sehingga P = I x R x I dan karena I = V / R, maka P = V² / R.

C. PENGHITUNGAN PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK DI RUMAH

Meteran yang dipakai sebagai pengukur energi yang di pakai di rumah, di ukur dengan satuan kilowatt-hour (kWh). Angka yang ditunjukkan oleh meteran inilah yang dipakai sebagai dasar pembayaran rekening listrik dirumah.

Contoh soal

Sebuah keluarga berlangganan listrik PLN. Pada rumah tersebut terdapat 2 lampu TL 20 watt menyala 5 jam tiap hari, 5 buah lampu pijar 25 watt yang menyala 6 jam tiap hari, sebuah setrika listrik 250 watt yang menyala 2 jam tiap hari, sebuah televisi 200 watt yang menyala 10 jam tiap hari dan kipas angin 10 watt yang menyala 4 jam tiap hari. Tarif listrik adalah Rp 250,- tiap kWh, dan bea beban adalah Rp 3.500,- tiap bulan. Berapa rekening yang harus dibayar oleh keluarga tersebut dalam 1 bulan?

Jawab :

Pemakaian energi listrik PLN oleh alat-alat dihitung sebagai berikut.

Lapu tabung = 2 x 20 W x 5 jam x 30 hari = 6.000 Wh = 6 kWh

Lampu pijar = 5 x 25 W x 6 jam x 30 hari = 22.500 Wh = 22,5 kWh

Setrika = 1 x 250 W x 2 jam x 30 hari = 15.000 Wh = 15 kWh

Televisi = 1 x 200 W x 10 jam x 30 hari = 60.000 Wh = 60 kWh

Kipas angin = 1 x 10 W x 4 jam x 30 hari = 1200 Wh = 1,2 kWh

Jumlah energi yang harus dibayar adalah

= (6 + 22,5 + 15 + 60 + 1,2) kWh

= 104,7 kWh

Jadi, rekening yang harus dibayar adalah

= Rp 3.500,- + (104,7 x Rp 250,-)

= Rp 3.500,- + Rp 26.175,-

= Rp 29.675,-

D. PERUBAHAN ENERGI LISTRIK

a. Energi Listrik Menjadi Energi Kalor

Contoh alat listrik yang mengalami perubahan energi listrik menjadi energi kalor antara lain setrika listrik, soldier listrik dan lain-lain.

b. Energi Listrik menjadi Energi Kimia

Contoh pada saat penyepuhan terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia.

Berikut syarat-syarat penyepuhan yang harus dipenuhi.

- Menggunakan arus listrik searah

- Bahan yang disepuh dipasang sebagai katode (kutub negatif) dan bahan penyepuh dipasang sebagai anode (kutub positif)

- Menggunakan larutan elektrolit yang tepat. Penyepuhan perak menggunakan perak nitrat (AgNO₃), larutan asam khromat (H₂CrO₄) dan larutan tembaga sulfat/terusi CuSO₄.

E. BEBERAPA ALAT YANG MEMANFAATKAN ENERGI LISTRIK UNTUK DIUBAH MENJADI ENERGI BENTUK LAIN

1. Setrika Listrik

Bagian utama dari setrika listrik adalah elemen panas. Elemen pemanas pada setrika biasanya terbuat dari suatu bahan yang memunyai hambatan jenis besar. Misalnya dari bahan Nikelin, kondtat atau nikrom. Elemen ini berupa kawat kecil panjang yang dililitkan pada suatu isolator yang tahan panas (misalnya mika). Lilitan ini kemudian ditutup seluruhnya dengan bahan isolator tahan panas. Penutupan ini dimaksudkan agar elemen pemanas tersekat dari bagian-bagian lain pada alat pemanas tersebut. Dengan demikian bahaya tersengat arus listrik bagi pemakainya dapat dihindari.

Setrika Listrik

2. Lampu Pijar

Bagian utama lampu pijar modern berupa sebuah spiral rangkap dari bahan wolfram halus. Bagian ini disebut filamen. Filamen dipasang didalam bola kaca yang bertekanan amat rendah dan diisi dengan gas yang dapat menghalangi pembakaran, misalnya argon. Jika arus listrik mengalir melalui filamen, kawat menjadi sangat berpijar dan panas. Suhu filamen dapat mencapai 2700 ⁰C. Oleh karena itu, jika kamu pegang bola kaca sebuah lampu pijar yang sedang menyala maka akan terasa sangat panas. Sebagian energi listrik yang melalui filamen memang diubah menjadi cahaya, namun sebagian lagi energi listrik ini diubah menjadi kalor.

Lampu Pijar

3. Lampu Tabung (TL)

Teknik mengatur tekanan dalam lampu tabung dan memberi lapisan zat tertentu pada dinding tabung dapat menghasilkan cahaya putih. Teknik inilah yang dipakai untuk lampu tabung atau lampu neon. Menggunakan lampu tabung dirasa lebih hemat karena hampir semua energi listrik yang digunakan diubah menjadi cahaya. Hanya sedikit energi listrik yang diubah menjadi kalor.