ENERGI DAN DAYA LISTRIK

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

P=W/t

Dengan,

W = usaha (joule)

t =  waktu (sekon)

P = daya (joule/sekon) atau watt

1 joule/sekon =1 watt

Jika pada alat-alat listrik kita dapati tulisan , misalnya 220 V 50 W, artinya bahwa alat tersebut akan dapat bekerja dengan baik jika dipasang pada tegangan 220 V dan daya yang digunakan adalah 50 watt. Daya 50 watt sendiri dalam tiap sekon alat tersebut menggunakan energi listrik sebesar 50 joule.

Penghitungan Pemakaian Energi Listrik Di Rumah

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

Karena satuan daya P adalah watt dan satuan waktu t adalah sekon, maka satuan usaha atau energi adalah watt-sekon atau Ws. Satuan ini dianggap terlalu kecil dalam pengukuran pemakaian listrik sehari-hari. Untuk itu, perlu ditentukan satuan yang lebih besar yaitu watt-jam atau watt hour atau Wh.

1 Wh = 3600 Ws

Meteran dirumahmu memakai satuan kilowatt-jam atau kilowatt-hour (kWh).

1 kWh =1000 x 3600 Ws

Perubahan Energi Listrik

• Energi lstrik menjadi energi kalor

Energi listrik menjadi energi panas, misalnya pada setrika listrik, kompor listrik, dan solder listrik.

• Energi listrik menjadi energi kimia

Energi listrik menjadi energi kimia, misalnya pada penyetruman (pengisian) aki. Selain itu penyepuhan juga merupakan energi listrik menjadi energi kimia.

• Energi listrik menjadi energi gerak

Energi listrik menjadi energi gerak, alat yang digunakan yaitu kipas angin, penghisap debu.

Alat Yang Memanfaatkan Energi Listrik Untuk Diubah Menjadi Energi Bentuk Lain

•Setrika Listrik

Setrika listrik komponen utamanya adalah sebuah koil (lilitan kawat yang dililitkan pada selempeng asbes atau bahan lain yang tahan panas). Listrik dialirkan ke kawat tersebut sehingga akan memanas. Bila setrika tidak ada saklar otomatisnya, maka biasanya lilitan tersebut sampai terlalu panas dan membara sampai bisa putus. Panas dari lilitan tadi akan tertransfer ke permukaan bawah setrika sehingga kita bisa menyetrika.

•Lampu Pijar

Saat bola lampu pijar di hidupkan, arus listrik akan mengalir dari Electrical contact menuju filamen dengan melewati kawat penghubung. Akibatnya akan terjadi pergerakan elektron bebas dari kutub negatif ke kutup positif.

•Lampu Tabung (Tube Lamp/TL)

Teknik mengatur tekanan dalam lampu tabung dan memberi zat tertentu pada dinding tabung dapat menhasilkan cahaya putih. Tehnik inilah yang dipakai untuk lampu tabung atau lampu neon.

Penggunaan lampu tabung dirasa lebih menguntungkan karena hampir semua energi listrik yang digunakan diubah menjadi cahaya. Hanya sedikit energi listrik yang diubah menjadi kalor.

Hemat Listrik

Sikap menghemat energi juga harus selalu kita tunjukkan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya mematikan lampu dan alat-alat listrik lainnya yang sudah tidak digunakan.

Tips Hemat Listrik PLN

1. Matikan lampu jika kita tidak menggunakannya.
2. Gunakan lampu hemat energi yang terang (bukan bohlam lampu pijar)
3. Cabut steker listrik barang elektronik yang tidak kita gunakan. Bisa juga menggunakan stop kontak untuk mematikannya.
4. Gunakan alat penghemat listrik yang bagus.
5. Matikan lampu, tv, radio, dll saat tidur.
6. Pilih barang elektronik yang hemat listrik.
7. Ajari anak dan keluarga untuk hemat energi listrik.
8. Cabut charger ponsel saat indikator energi hp sudah penuh.
9. Gunakan energi gas lpg untuk memasak.
10. Gunakan energi matahari untuk memanaskan air, dll.

RANGKAIAN SERI DAN PARAREL

Rangkaian seri dan pararel merupakan jenis-jenis rangkaian yg dipakai tuk menyambungkan dua ataupun lebih komponen elektrik sehingga menjadi satu kesatuan yang utuh. Bila dilihat dari cara penyusunannya, maka rangkaian seri di susun dengan cara bersambung atau sejajar. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari adalah pada lampu senter yang komponen baterainya disusun berurutan. Berbeda halnya dengan rangkaian paralel, dimana penyusunan komponennya dengan cara berderet. Kalau rangkaian ini contohnya adalah lampu listrik yang biasa kita gunakan dirumah.


Rangkaian seri memiliki dua/lebih beban elektrik yg disambungkan dengan catu-daya melalui sebuah rangkaian. Dengan menggunakan rangkaian jenis ini, kita bisa mengisikan beban listrik yang banyak di satu rangkaian saja. Contoh penerapan rangkaian ini dengan beban yang banyak adalah pada lampu-lampu di pohon natal, dimana bisa terdapat lebih dari dua puluh lampu hanya pada satu rangkaian. Jenis rangkaian ini akan memberikan arus yang lewat sama besarnya di tiap-tiap elemen yg disusun seri.

Salah satu jenis rangkaian yg mempunyai lebih dr 1 bagian garis edar yang berguna tuk mengalirkan arus  ialah rangkaian paralel. Bila dicontohkan pada kendaraan bermotor, maka lebih banyak beban listrik yang disambungkan dengan cara paralel. Dengan demikian, tiap-tiap rangkaian bisa diputus maupun disambung tanpa adanya pengaruh sama sekali dengan rangkaian yang lainnya.


                                              
Nah, sekarang kita bicarakan rangkaian seri dan paralel atau sering disebut dengan rangkaian campuran. Rangkaian ini adalah skema elektrik gabungan dari rangkaian listrik paralel dengan rangkaian listrik seri. Berikut saya berikan ilustrasi mengenai gabungan kedua jenis rangkaian ini agar kita dapat mengeahuinya dengan lebih jelas.


                                     
Cara untuk melakukan pencarian terhadap besaran hambatan pengganti dari rangkaian campuran ialah melalui perhitungan besaran hambatan dari setiap model rangkaian tersebut. Kemudian baru bisa kita cari hambatan gabungannya dr model rangkaian terakhir yg kita dapat.  Bila kita menggunakan contoh gambar diatas, maka yang kita dapat sebagai model rangkaian terakhir ialah model rangkaian seri. Karenanya hambatan total dari rangakaian yang kita cari adalah dengan persamaan hambatan pengganti dari rangkaian hambatan seri tersebut.

KAPASITOR

Kapasitor atau kondensator adalah alat (komponen) yang dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik yang besar untuk sementara waktu. Sebuah kapasitor terdiri atas keping-keping logam yang disekat satu sama lain dengan isolator. Isolator penyekat disebut zat dielektrik. Simbol yang digunakan untuk menampilkan sebuah kapasitor dalam suatu rangkaian listrik adalah

Ada dua cara pemasangan kapasitor, yaitu tanpa memerhatikan kutub-kutubnya (untuk kapasitor nonpolar) dan dengan memperhatikan kutub-kutubnya (untuk kapasitor polar). Beberapa kegunaan kapasitor, antara lain sebagai berikut:

a. menyimpan muatan listrik,
b. memilih gelombang radio (tuning),
c. sebagai perata arus pada rectifier,
d. sebagai komponen rangkaian starter kendaraan bermotor,
e. memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil,
f. sebagai filter dalam catu daya (power supply).

Berikut ini gambar macam-macam kapasitor

A kapasitor celah udara
B Kapasitor Botol Leyden
C Kapasitor Film Logam
D Kapasitor Keramik
E Kapasitor Variabel
 
1 Kapasitas kapasitor

Kapasitas kapasitor menyatakan kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik. Kapasitas atau kapasitansi lambang C ) didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan listrik (q) yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial (V ) antara kedua keping. Secara matematis kapasitas kapasitor dapat dituliskan sebagai berikut:

dengan C : kapasitansi (farad )

q : muatan listrik ( C )

V : Potensial Listrik

 

2. Kapasitor keping sejajar

Dua lempeng disejajarkan dan diberi jarak akan memiliki kapatisas untuk menyimpan muatan listrik. Muatan yang tersimpan tergantung dari jarak antar lempeng, luas lempeng, dan permabilitas ruangan. jadi persamaannya dapat ditulis :

 

 

Apabila di antara keping sejajar diberi zat dielektrik, permitivitas ruang hampa atau udara ( ε⁰ ) diganti dengan permitivitas zat dielektrik. Dengan ε=kε_0.... sehingga persamaan menjadi :

Keterangan C : kapasitansi ( farad )

                 k : Konstanta dielektrik

                 ε₀ : Konstanta permivitas ( 8,85 x 10^-12 C/Nm² )

                 d : jarak antar lempengan

 

3 . kapasitas kapasitor pada Bola konduktor

Pada bola konduktor akan timbul potensial apabila diberi muatan. Berarti, bola konduktor juga mempunyai kapasitas. dari kapasitas :

dengan V= . Dengan mensubtitusikan V ke dalam C maka persamaannya akan menjadi :

 

 

atau

C=4πε₀r

HUKUM OHM

Hukum OHM dikemukakan oleh seorang fisikawan dari Jerman, Georage Simon Ohm pada tahun 1825. Kemudian Hukum Ohm dipublikasikan pada tahun 1827 melalui sebuah paper yang berjudul “The Galvanic Circuit Investigated Mathematically.”

Hukum OHM merupakan hukum yang menentukan hubungan antara beda potensial dengan arus listrik. George Simon Ohm menemukan bahwa perbandingan antara beda potensial di suatu beban listrik dengan arus listrik yang mengalir pada beban listrik tersebut menghasilkan angka yang konstan. Konstanta ini kemudian dinamakan dengan hambatan listrik atau Resistansi (R). Untuk menghargai jasanya maka satuan hambatan dinamakan dengan OHM (Ω).

Bunyi Hukum Ohm

Hukum Ohm Berbunyi : “Kuatnya arus listrik yang mengalir pada sauatu beban listrik sebanding lurus dengan tegangan listrik dan berbanding terbalik dengan hambatan.”

Berikut contoh rangkaian Hukum Ohm:

 

Rangkaian Hukum Ohm

V = Tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam satuan volt (V).

I = Arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan Ampere (A).

R = nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan Ohm (Ω)

 

Penjelasan:

Berdasarkan hukum Ohm, 1 Ohm didefinisikan sebagai hambatan yang digunakan dalam suatu rangkaian yang dilewati kuat arus sebesar 1 Ampere dengan beda potensial 1 Volt. Oleh karena itu, kita dapat mendefinisikan pengertian hambatan yaitu perbandingan antara beda potensial dan kuat arus. Semakin besar sumber tegangan maka semakin besar arus yang dihasilkan. Jadi, besar kecilnya hambatan listrik tidak dipengaruhi oleh besar tegangan dan arus listrik tetapi dipengaruhi oleh panjang penampang, luas penampang dan jenis bahan. Hambatan dipengaruhi oleh 3 faktor yaitu panjang, luas dan jenis bahan. Hambatan berbading lurus dengan panjang benda, semakin panjang maka semakin besar hambatan suatu benda. Hambatan juga berbading terbalik dengan luas penampang benda, semakin luas penampangnya maka semakin kecil hambatannya. Inilah alasan mengapa kabel yang ada pada tiang listrik dibuat besar-besar, tujuannya adalah untuk memperkecil hambatan sehingga tegangan bisa mengalir dengan mudah. Hambatan juga berbanding lurus dengan jenis benda (hambatan jenis) semakin besar hambatan jenisnya maka semakin besar hambatan benda itu.

 

Penerapan Hukum Ohm

Berikut ini contoh penerapan Hukum Ohm untuk menghidupkan lampu LED.

Penerapan Hukum Ohm

Menghitung Resistor Seri

Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun seri, maka dapat diperoleh nilai resistor totalnya dengan menjumlah semua resistor yang disusun seri tersebut. Hal ini mengacu pada pengertian bahwa nilai kuat arus disemua titik pada rangkaian seri selalu sama.

Rangkaian Resistor Seri

Menghitung Resistor Paralel

Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun secara paralel, perhitungan nilai resistor totalnya mengacu pada pengertian bahwa besar kuat arus yang masuk ke percabangansama dengan besar kuat arus yang keluar dari percabangan (I in = I out). Dengan mengacu pada perhitungan Hukum Ohm maka dapat diperoleh rumus sebagai berikut.

Rangkaian Resistor Paralel

Menghitung Kapasitor Seri

Pada rangkaian kapasitor yang disusun seri maka nilai kapasitor totalnya diperoleh dengan perhitungan berikut.

Rangkaian Kapasitor Seri

Menghitung Kapasitor Paralel

Pada rangkaian beberapa kapasitor yang disusun secara paralel maka nilai kapasitor totalnya adalah penjumlahan dari semua nilai kapasitor yang disusun paralel tersebut.

Rangkaian Kapasitor Paralel

Fungsi Hukum Ohm

Fungsi utama dari Hukum Ohm adalah untuk mengetahui hubungan tegangan dan kuat arus serta dapat digunakan untuk menentukan suatu hambatan beban listrik tanpa menggunakan alat ukur Ohmmeter.

 

 

 

 

 

 

 

 

HUKUM KIRCHOFF

 

Gustaf Robert Kirchoff adalah seorang fisikawan jerman yang berkontribusi pada pemahaman konsep dasar teori rangkaian listrik, spektroskopi, dan emisi radiasi benda hitam yang dihasilkan oleh benda-benda yang dipanaskan.

    Dalam kelistrikan, sumbangan utamanya adalah dua hukum dasar rangkaian, yang kita kenal sekarang dengan Hukum I dan Hukum II Kirchoff. Kedua hukum dasar rangkaian ini sangat bermanfaat untuk menganalisis rangkaian-rangkaian listrik majemuk yang cukup rumit. Akan tetapi sebagian orang menyebut kedua hukum ini dengan Aturan Kirchoff, karena dia terlahir dari hukum-hukum dasar yang sudah ada sebelumnya, yaitu hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan muatan listrik.

• Hukum I Kirchoff

Hukum I Kirchoff merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem tertutup adalah tetap. Hal ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang masuk pada suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke luar percabangan itu. Untuk lebih jelasnya tentang Hukum I Kirchoff, perhatikanlah rangkaian berikut ini

• Hukum II Kirchoff

Hukum Kirchoff secara keseluruhan ada 2, setelah yang diatas dijelaskan tentang hukum beliau yang ke 1. Hukum Kirchoff 2 dipakai untuk menentukan kuat arus yang mengalir pada rangkaian bercabang dalam keadaan tertutup (saklar dalam keadaan tertutup). Perhatikan gambar berikut!

 

Hukum Kirchoff 2 berbunyi: "Dalam rangkaian tertutup, Jumlah aljabbar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol". Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut, atau dalam arti semua energi listrik bisa digunakan atau diserap.

Dari gambar diatas kuat arus yang mengalir dapat ditentukan dengan menggunakan beberapa aturan sebagai berikut:
1) Tentukan arah putaran arusnya untuk masing-masing loop
2) Arus yang searah dengan arah perumpamaan dianggap positif
3) Arus yang mengalir dari kutub negatif ke kutup positif di dalam elemen dianggap positif
4) Pada loop dari satu titik cabang ke titik cabang berikutnya kuat arusnya sama
5) Jika hasil perhitungan kuat arus positif maka arah perumpamaannya benar, bila negatif berarti arah arus berlawanan dengan arah pada perumpamaan.