MATERI DAN SOAL IPA UNTUK SMA

ENERGI DAN DAYA LISTRIK

ENERGI LISTRIK
Peralatan yang kita gunakan seperti setrika, pemanas listrik, pengering rambut, pemanggang roti dan bola lampu jika dialiri listrik akan mengubah energi listrik menjadi energi bentuk lain, misalnya energi panas, atau cahaya pada lampu. Karena setiap alat-alat listrik mempunyai hambatan, dan arus yang melewatinya merupakan elektron yang bergerak dan kemudian akan bertumbukan dengan atom pada hambatan kawat, maka hambatan kawat pada alat tersebut menjadi panas.
Besarnya energi (W) ketika muatan (elektron) mengalir dengan beda potensial (V) adalah sebagai berikut :
W = qV
jika q = i . t, maka 
W = V.  (i.t)    = (R.i).i.t

W = i².R.t (dalam satuan watt-detik)

dan karena i = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula dirumuskan dengan:
W = i².R.t   =   V/R².R.t
W = V².t/R (dalam satuan watt-detik)

Keterangan :

W energi listrik (J)

V tegangan / beda potensial (V)

R hambatan (ohm)

t   waktu (s)

Contoh soal :

Sebuah elemen pemanas listrik yang digunakan untuk memanaskan air memiliki hambatan 12 ohm dihubungkan dengan sumber tegangan 240 V. tentukan energy listrik yang dihasilkan oleh pemanas tersebut selama 1 menit.!

Jawab :

Diketahui : V =240 volt, ∆t = 1 menit  =  60 s, R = 24 ohm

Dengan memakai rumus W = (V² / R )∆t maka diperoleh :

W = (V² / R )∆t

W = ((240 volt)² / 12 ohm ) 60 sekon

W = 288.000 J

W = 288 KJ

Contoh soal :

Sebuah rumah rata-rata menggunakan listrik 500 watt selama 6 jam setiap hari. Apabila perusahaan listrik menghargai Rp 100,00 tiap kWh, hitunglah

a. energi yang digunakan selama 30 hari

b. rekening yang harus dibayar

Jawab :

a. energi yang digunakan selama 1 hari

W = Pt  = 500 . 6  = 3000 wat jam = 3 kWh

energi yang digunakan sebulan (30 hari)

W = 3 x 30 = 90 kWh

b. Rekening yang harus dibayar :

90 kWh x Rp 100,00 = Rp 9.000,00 

DAYA LISTRIK

Ebergi yang diubah oleh peralatan listrik bila muatan q bergerak melintasi beda potensial sebesar V adalah qV. Daya P merupakan kecepatan perubahan energi atau energi persatuan waktu dan dirumuskan sebagai berikut :

P  =  W/t          =    (qV)/t

Karena q/t = i, maka persamaan dapat ditulis 

P = Vi

Satuan daya listrik dalam SI adalah watt (J/s)

1 watt = J/s

atau

1 watt sekon = 1 J

1 kilowatt jam -= 1000 watt x 3600 sekon

1 kWh = 3,6 x 10 ⁶ watt sekon   = 3,6 x 10 ⁶ joule

Daya listrik pada hambatan R dapat dituliskan dalam dua cara 

P = Vi = (iR) i
P = i² R

P = V (V/R)

P = V²/R 
Untuk nilai R konstan, besarnya daya listrik sebanding dengan kuadrat kuat arus I atau kuadrat tegangan V.

Pada peralatan listrik selalu tercantum spesifikasi alat, misalnya 50 W, 220 V yang artinya : “Daya listrik yang dipakai oleh alat tersebut 50 W jika dipasang pada tegangan 220 V”. jika tegangan yang diberikan kepada alat tersebut kurang dari 220 V, daya yang dipakai alat tersebut juga akan berkurang dari 50 W. daya sesungguhnya yang dipergunakan oleh suatu alat akan memenuhi persamaan :

P₂ = (V₂/V₁)² x P₁

Keterangan :

P₂ = daya yang dipakai (watt, W)

P₁ = daya yang tertulis pada spesifikasi (watt, W)

V₂ = tegangan yang diberikan (volt, V)

V₁ = tegangan yang tertulis pada spesifikasi (volt, V)

Dengan menganggap bahwa hambatan alat listrik R selalu konstan.
Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per detik (J/s). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP (Hourse Power/tenaga kuda)  dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut:

1 HP = 746 W = 0,746 kW
1kW = 1,34 HP

Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan Hourse Power (HP)atau (ft)(lb)/(sec).

Contoh Soal :
Suatu keluarga  menggunakan listrik PLN sebesar 500 W dengan tegangan 110 V. jika untuk penerangan digunakan lampu 50 W, 220 V, maka tentukanlah :

a. besar hambatan setiap lampu

b. daya yang dipakai oleh setiap lampu setelah dipasang pada tegangan 110 V

c. jumlah maksimum lampu yang dapat dipasang

Jawab

diketahui : P_total = 500 W, V₁ = 220 Volt, V_{2 =} 110 volt, P₁ = 100 W

a. hambatan setiap lampu

P = V²/R

R = 220 V²/50 W

R = 968 ohm

b. daya yang dipakai oleh setiap lampu

P₂ = (V₂/V₁)² x P₁

P₂ = (110 volt/220 volt)² x 50 W

P₂ = (1/4) x 50

P₂ = 12,5 watt.

c. jumlah maksimum lampu yang dapat dipasang (n) adalah

n = data total/daya setiap lampu

n = P_total/P₂

n = 500 W/ 12,5 W

n = 40 

Pemanfaatan Energi Listrik. Di antara peralatan listrik di rumah anda, anda mungkin mempunyai pengering rambut, beberapa lampu, pesawat TV, stereo, oven microwave, kulkas dan kompor listrik. Masing-masing mengubah energi listrik menjadi energi bentuk lain, misalnya energi cahaya, energi kinetik, energi bunyi, atau energi panas. Berapa besarnya energi listrik yang diubah menjadi energi bentuk lain? dan berapa lajunya? Energi yang di catu pada rangkaian dapat digunakan dengan beberapa cara yang berbeda. Motor merubah energi listrik menjadi energi mekanik. Lampu listrik merubah energi listrik menjadi cahaya. Sayangnya tidak semua energi yang diberikan ke motor atau ke lampu dapat dimanfaatkan. Cahaya, khususnya cahaya lampu pijar menimbulkan panas. Motor terlalu panas untuk disentuh. Dalam setiap kasus, ada sejumlah energi yang diubah menjadi panas