Energi Listrik
|
Dalam
kehidupan sehari-hari, kita dapat melihat betapa pentingnya listrik untuk
kehidupan. Misalnya, kamu dapat belajar di malam hari dengan bantuan cahaya dari
lampu, ibu dapat membuat kue dengan bantuan alat-alat listrik, dan sebagainya.
A. Sumber Arus Listrik
Perhatikan
Gambar 7.1, misalkan ada dua buah benda berbentuk bola yang sama besarnya,
masing-masing bermuatan positif. Benda A bermuatan positif lebih banyak daripada benda B. Oleh
karena itu, benda A mempunyai potensial listrik lebih besar daripada benda B. Sebaliknya benda A
kekurangan elektron sehingga jika benda A dan B dihubungkan dengan kawat
penghantar, maka terjadi aliran elektron dari B ke A dan aliran muatan positif
dari A ke B, sampai terjadi keseimbangan ( potensial A sama
dengan potensial B).
Arah aliran muatan
positif disebut arah arus listrik,
dan sebaliknya arah aliran muatan negatif
disebut arus
elektron, hal ini menunjukkan bahwa arah arus listrik selalu berlawanan dengan
arah aliran elektron.
|
|
Gambar
7.1 Beda
potensial
Pada
saat terjadi keseimbangan antara potensial di A dan di B, maka tidak akan
terjadi aliran muatan atau tidak ada arus yang mengalir. Untuk mempertahankan
terjadinya aliran muatan, perlu adanya alat sumber tegangan atau sumber arus
yang dapat memberikan beda potensial dalam suatu penghantar. Contoh sumber
tegangan adalah baterai, dinamo, dan aki.
Untuk
mengalirkan muatan listrik dari titik satu ke titik yang lain dalam suatu
penghantar, diperlukan energi.
Banyaknya energi yang dikeluarkan tergantung pada besar kecilnya muatan yang
dipindahkan, makin besar muatan yang dipindahkan, makin besar pula energi yang dibutuhkan. Energi ini
disebut Energi Penggerak Listrik (EPL). EPL sering disebut Gaya Gerak
Listrik, (GGL). Dengan kata lain GGL adalah energi yang dikeluarkan oleh
sumber tegangan untuk menggerakkan
muatan listrik di dalam suatu rangkaian.
B. Macam-macam Sumber Arus Listrik
Dalam kehidupan sehari-hari, sumber arus listrik lebih dikenal dengan istilah sel listrik atau elemen listrik. Batu baterai dan aki (accumulator) adalah jenis sel listrik yang paling banyak
dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat beberapa jenis
sel listrik, di antaranya sel volta,
baterai, aki, dan sel Weston.
Berdasarkan kemampuannya untuk dapat
diisi ulang, sel-sel ini terbagi
dua kelompok, yaitu sel primer dan
sel sekunder.
a. Sel
Primer
Sel primer adalah kelompok
sumber arus listrik yang apabila
telah habis digunakan, muatannya tidak
dapat diisi kembali. Sel listrik
yang termasuk sel primer adalah sel volta,
baterai, dan sel Weston.
1)
Sel Volta
Sel volta merupakan sumber arus listrik
yang pertama kali ditemukan
oleh Alessandro Volta. Sel yang memiliki rangkaian paling sederhana ini pertama kali dibuat pada tahun 1800.
|
|
|
Gambar 7.2. elemen Volta
Sel ini
disusun oleh sebuah lempeng seng
sebagai elektroda negatif dan sebuah
lempeng tembaga sebagai elektroda
positif yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit
asam sulfat (H2SO4). Karena rangkaiannya sangat sederhana, maka beda potensial yang dihasilkan pun relatif kecil, yaitu sekitar 1 volt.
Ketika kedua
lempeng yang dicelupkan dihubungkan
dengan kawat, terjadilah reaksi kimia. Unsur seng dalam lempeng seng melarut dalam asam sehingga ion-ion positifnya akan berpindah ke dalam
larutan. Akibatnya, lempeng
seng akan bermuatan
negative dan bergerak melalui kawat menuju lempeng tembaga. Pada lempeng tembaga, elektron ditangkap oleh ion-ion
positif hidrogen yang terdapat dalam larutan asam sehingga
ion
hidrogen berubah menjadi gas hidrogen. Setelah elemen
bekerja, unsur seng pada lempengan
seng berkurang dan gelembung-gelembung gas hidrogen mengumpul pada lempeng tembaga.
Gelembung-gelembung yang menempel
pada lempeng tembaga akan menghalangi kontak lempeng tembaga ini dengan larutan
asam sehingga reaksi
kimia yang terjadi akan berhenti. Peristiwa mengumpulnya gelembung- gelembung gas hidrogen
di sekitar lempeng tembaga disebut polarisasi. Akibatnya, sel volta hanya dapat berfungsi dalam waktu yang relatif
singkat dan kurang
efisien untuk digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
2). Baterai
Gambar 7.3. baterei (elemen kering)
Baterai adalah sebutan sehari-hari untuk sel kering. Disebut sel kering karena sama sekali tidak
mengandung cairan. Sel kering (dry cell) atau batu baterai terdiri atas dua elektroda sebagai kutub positif dan kutub negatif.
Elektroda positif (anoda) adalah
batang karbon (C) yang dikelilingi campuran mangan dioksida (MnO2) dan serbuk
karbon yang berfungsi untuk melindungi
karbon dari kemungkinan terjadinya
polarisasi, disebut juga depolarisator. Elektroda negatifnya adalah seng (Zn). Di antara depolarisator dan seng terdapat
pasta amonium klorida (NH4Cl) yang dicampur dengan
serbuk kayu atau getah yang
berfungsi
sebagai elektrolit. Beda potensial antara kutub-kutub sel kering
adalah 1,5 V atau kelipatannya.
3.)Elemen Weston
Sel Weston
disusun oleh air raksa (Hg) sebagai elektroda
positif dan larutan
(Amalgama cadnium -1% cadnium, 89% Hg)
sebagai elektroda negatif,
dan larutan elektrolit berupa larutan jenuh kadnium sulfat. Dan
sebagai depolarisatornya menggunakan campuran
merkuri sulfat (HgSO4) dan kadnium
sulfat (CdSO4). Beda potensial yang dihasilkan
sel Weston adalah konstan karena tidak dipengaruhi oleh suhu dan tidak mengalami polarisasi. Akibatnya, sel Weston banyak digunakan untuk mengukur beda
potensial.
b. Sel
Sekunder
Sel sekunder
adalah sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika
muatannya telah habis. Hal ini disebabkan oleh sel elektrokimia penyusunnya tidak memerlukan
penggantian bahan pereaksi. Agar dapat bekerja
dengan baik, maka pertama kali sel harus dimuati terlebih dahulu dengan cara melewatkan arus listrik
dari
sumber energi lain menuju sel.
1).
akumulator
Dalam kehidupan
sehari-hari, sel
sekunder yang sering digunakan adalah akumulator (aki).
Gambar
7.4 Akumulator
Aki terdiri atas pasangan
keping timbal dioksida (PbO2) yang bertindak
sebagai elektroda positif dan timbal
(Pb) sebagai elektroda
negatif. Setiap sel / pasangan keping memberikan beda
potensial
2 volt. Aki dirangkai
seri sehingga dapat menghasilkan beda potensial yang lebih besar. Dalam sel ini, kepingan-kepingan timbal
dan timbal dioksida
dicelupkan ke dalam larutan elektrolit asam sulfat sekitar 30%.
Pada saat aki digunakan, konsentrasi larutan elektrolit berkurang dan mengakibatkan tidak
adanya beda potensial pada kedua elektroda. Aki membutuhkan pengisian
ulang jika arus listrik tidak lagi mengalir.
Gambar
7.5 Mengisi
aki
Untuk mengisinya,
pastikan aki dalam keadaan kosong. Arus listrik dialirkan
berlawanan arah dengan arah
arus listrik yang dihasilkan aki. Kapasitas aki diukur dalam satuan ampere-jam (ampere-hour disingkat Ah). Kapasitas
aki 40 Ah, berarti aki dapat bekerja selama 40 jam pada arus 1
Ampere atau selama 20 jam pada arus 2 A, dan seterusnya, sebelum aki diisi ulang. Alat yang digunakan
untuk memeriksa muatan aki dinamakan hidrometer
2. Baterai isi ulang
Saat
ini, pemakaian baterai isi ulang semakin meluas, seiring semakin banyaknya alat
komunikasi dan alat elektronik lainnya yang bersifat portable (mudah
dibawa dan dipindah-pindahkan), misalnya komputer laptop, telepon genggam, Personal Digital
Assistant (PDA),
kamera digital, dan kamera genggam. Umumnya jenis baterai yang digunakan adalah
nikel-kadmium (Ni-Cd), yang memakai
bahan nikel hidroksida serta kadmium
sebagai elektrodanya,
dan kalium hidroksida sebagai elektrolit. Akan tetapi, baterai isi
ulang juga ada yang menggunakan bahan litium sebagai elektrodanya, sehingga
mempunyai daya tahan yang lama.
C.
Energi Listrik
Energi
atau
tenaga adalah kemampuan
suatu benda untuk melakukan
usaha atau kerja. Menurut hukum kekekalan energi, energi tidak dapat diciptakan
dan tidak dapat dimusnahkan. Ini berarti bahwa energi
hanya dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk
energi yang lain. Contoh energi listrik
berubah ke energi panas, cahaya, gerak, dan bunyi. Tentu tidak ada hal yang ideal dari perubahan
satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain, hal ini disebabkan dalam
satu perubahan tidak hanya
satu wujud perubahan namun
diikuti oleh perubahan yang lain,
misal saat energi listrik berubah ke energi cahaya, juga akan diikuti oleh perubahan energi panas.
Kalian telah mempelajari bahwa arus listrik terjadi
karena aliran elektron
di dalam
suatu penghantar. Elektron bergerak
dari potensial rendah ke potensial
yang tinggi. Pada saat terjadi aliran elektron, tidak menutup kemungkinan terjadinya saling
bertumbukan. Akibat tumbukan ini bisa menimbulkan
energi panas, bukan? Hal
ini dapat diterangkan jika energi yang
dialirkan dari sumber tegangan pada
penghantar diperbesar,
maka jumlah elektron yang bergerak makin besar dan cepat sehingga tumbukan
antara elektron yang satu
dengan yang lain dalam atom-atom bertambah besar. Oleh karena itu, bahan suatu penghantar yang digunakan selain mempunyai sifat konduktor yang baik juga diperhatikan titik leburnya. Ingat konduktor yang
baik merupakan penghantar panas yang
baik pula, sehingga penghantar
tersebut akan menyebarkan panas ke seluruh bagian penghantar secara merata dan cepat.
Apabila
dalam sebuah rangkaian diberi beda
potensial V sehingga mengalirkan muatan
listrik sejumlah Q dan arus listrik sebesar
I, maka energi listrik yang diperlukan,
W = V x Q dengan Q =
I x t ,
sehingga
W = V . I . t
W
adalah energi dalam satuan Joule, di mana 1 joule
adalah energi diperlukan untuk memindahkan
satu muatan sebesar 1 coulomb dengan
beda potensial 1 volt. Sehingga 1 joule = 1 coulomb × 1 volt.
Berkaitan dengan hukum Ohm, maka :
W = I. R. I. t atau W = I2. R. t atau W
= (V2/R) t
dengan:
W = energi listrik
(Joule )
V
= tegangan listrik (Volt)
I
= arus listrik (Ampere)
R
= hambatan listrik (Ohm)
t
= waktu (sekon)
Dari persamaan-persamaan diatas menunjukkan bahwa
besarnya energi
listrik tergantung pada muatan (Q), beda
potensial (V), arus listrik (I), hambatan (R), dan waktu (t). Semakin
besar muatan, kuat arus, beda potensial dan waktu,
semakin besar pula
energinya. Sedang untuk hambatan, semakin besar hambatan, energinya semakin
kecil.
Contoh soal 7.1:
1. Sebuah alat pemanas listrik dipasang pada tegangan
220 volt sehingga mengalir arus listrik 2 ampere. Jika alat
pemanas tersebut dipakai selama 2
jam, berapa energi yang ditimbulkan
oleh alat tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui: V =
220 volt
I =2 A
t = 2 jam = 2 × 3600 sekon = 7200 sekon
Ditanya: W = . . . . joule?
Jawab : W = V I t
= 220 volt x 2 A x 7200 s
= 3168000 joule
= 3,168 × 106 joule
2.
Pada sebuah
penghantar yang hambatannya 25 ohm, mengalir arus 0,2A. Bila aliran arus listrik ini berjalan selama
90 menit. Berapakah
energi yang ditimbulkan?
Penyelesaian:
Diketahui: R =25
ohm
I = 0,2 A
t = 90 menit = 90 × 60 sekon = 5400
sekon
Ditanya : W = . . . . Joule?
Jawab : W = I2 . R . t
= (0,2 A)2 × 25 ohm × 5400 s
= 0,04 A2 × 25 ohm x 5400 s
= 5400 joule
= 5,4 × 103 joule
3. Dua buah hambatan masing-masing
besarnya 3Ω dan 6Ω dirangkai secara seri dan dihubungkan dengan sebuah baterai, sehingga kuat arus
yang masuk sebesar 2 A. Jika kuat arus mengalir selama 5 menit, tentukanlah:
a. energi listrik yang
diberikan baterai
b.
energi listrik termal yang muncul pada masing-masing hambatan
Penyelesaian:
Diketahui: R1
= 3Ω dan R2
= 6Ω
I = 2 A
t
= 5 menit = 300 s
Ditanya:
a. W yang diberikan baterai
b. W termal yang timbul pada R1 dan R2
Jawab:
A .Hambatan totalnya:
Rtotal = R1 + R2= 3 Ω + 6 Ω = 9Ω
Maka,
energi yang diberikan baterai:
W
=I2. Rtot . t
=
(2 A)2 . (9Ω) . (300 s)
= 10.800 joule
= 10,8 KJ
Jadi,
energi listrik yang diberikan baterai adalah 10,8 KJ.
b. Ingat bahwa pada
rangkaian seri, kuat arus listrik
yang mengalir pada masing-masing hambatan adalah sama, sehingga:
Pada R1, W = I2. R1. t = (2 A)2⋅
(3Ω)⋅(300
s) = 3.600 J
Pada R2, W = I2. R2. t = (2 A)2⋅ (6Ω)⋅(300 s) = 7.200 J
Dalam kehidupan sehari-hari, banyak
alat-alat yang menggunakan energi listrik sebagai sumber energinya. Alat-alat
ini mengubah energi listrik menjadi energi lain yang lebih praktis digunakan
manusia. Perubahan tersebut di antaranya:
1) Energi listrik menjadi energi
panas, contohnya pada peralatan rumah tangga, seperti setrika, solder, kompor
listrik, dan hair dryer.
2) Energi listrik menjadi energi
cahaya, contohnya pada lampu.
3) Energi listrik menjadi energi
gerak, contohnya pada kipas angin, dinamo.
D.
Daya Listrik (P = Power)
Pernahkah
kamu memperhatikan alat-alat listrik
yang ada di rumahmu? Jika kamu perhatikan dengan cermat, setiap peralatan
listrik tersebut selalu mencantumkan spesifikasi dari alat-alat tersebut.
Misalnya, pada setrika listrik tercantum tulisan 220V;300W. Berarti, jika
diberi tegangan 220V, maka daya listrik yang dipakai oleh setrika listrik tersebut
adalah 300 Watt. Lalu, apa yang
dimaksud dengan daya listrik?
Daya
listrik diartikan sebagai kecepatan energi listrik untuk berubah bentuk. Setiap
peralatan listrik memiliki daya yang
berbeda dan besarnya daya listrik tersebut dipengaruhi
oleh tegangan dan kuat arus yang
mengalir. Hubungan tersebut secara matematis dapat ditulis dalam persamaan:
P = W / t
Karena W = V.I.t, maka
P = V.I.t / t
P = V . I
dengan: P = daya listrik (watt,
W)
I =
kuat arus listrik (ampere, A)
V = tegangan listrik
(volt, V)
Persamaannya/ rumus daya listrik yang lain adalah:
P
= I2 . R, karena V = I . R atau
P = V2/R
Besarnya
energi listrik yang digunakan tergantung
pada besarnya daya suatu alat listrik,
dikalikan dengan lamanya waktu pemakaian
(W = P x t). Makin besar daya dari alat listrik
tersebut dan makin lama waktu pemakaiannya, maka energi listrik yang terpakai
akan makin besar. Oleh karena itu, untuk menghemat energi listrik, kamu
harus menggunakan peralatan listrik yang
dayanya kecil dan meminimalkan waktu pemakaiannya.
Jadi,
dapat disimpulkan bahwa daya listrik sebanding dengan energi listrik, dan
berbanding terbalik dengan waktu penggunaannya.
Contoh:
1. Sebuah setrika listrik dipasang pada tegangan 220 V,
sehingga mengalirkan arus
sebesar 2,5
A. Hitunglah:
a. daya setrika listrik
tersebut
b. energi listrik yang
digunakan selama 2 menit
2. Suatu alat listrik yang
memiliki daya 20 watt digunakan selama 1 jam.
Berapakah
energi yang dihasilkan alat listrik tersebut?
Penyelesaian:
1. Diketahui: V = 220 V
I = 25 A
t = 2 menit = 120 s
Ditanya: a.
P
b.
W
Jawab:
a.
P = V.I = (220 V)⋅(2,5 A) = 550 watt
⬄Jadi, daya setrika
listrik tersebut adalah 550 watt.
b. W = P.t = (550 W)⋅
(120 s) = 66.000 Joule = 66 KJ
⬄ Jadi, energi listrik
tersebut adalah 66 KJ.
2.Diketahui: P = 20 watt dan t = 1 jam = 3600 s
Ditanya: W = ........?
Jawab: W = P. t
=
20 watt x 3600 s
=
72.000 Joule
=
72 KJ
⬄ Jadi,
energi yang dihasilkan alat tersebut adalah 72 kJ.
Latihan
7.1.
1. Pada sebuah alat listrik
tercantum spesifikasi 440 W;220
V. Tentukan:
a. besarnya hambatan kawat
alat tersebut
b. energi yang dihasilkan
selama 1 jam
2. Hambatan sebuah alat listrik
yang dihubungkan dengan tegangan 9 V adalah 2 ohm. Jika alat tersebut digunakan
dalam waktu 5 menit, tentukanlah:
a. daya alat tersebut
b. energi listrik yang
dimiliki alat tersebut
E.
Hubungan antara Satuan Watt, Joule, dan Kwh
Seperti
kita ketahui sebelumnya bahwa rumus daya listrik adalah P = W/t,
dengan satuan 1 watt = 1 joule/1 sekon atau 1 J = 1 w.s. Jadi, 1 joule
menyatakan banyaknya energi listrik yang
dihasilkan oleh daya 1 watt selama
1 sekon. Karena satuan ini
terlalu kecil untuk menyatakan pemakaian energi listrik di rumah-rumah atau
gedung-gedung, maka digunakan satuan yang lebih besar, yaitu kilowatt hour (kwh). Alat yang digunakan untuk
mengukurnya disebut kWh meter. Satu
kwh menyatakan energi
listrik yang dihasilkan oleh
daya 1 kilowatt selama 1 jam.
1
kwh = 1 kw × 1 jam
=
1.000 w × 3.600 s
= 3.600.000 J
= 3,6 × 106 J
Gambar 7.6 kwh meter
Contoh:
Di rumah Adi terdapat 3 buah lampu
40 W, 2 buah lampu 80 W, dan 1 buah TV 200 W. Setiap harinya peralatan tersebut
dinyalakan selama 5 jam. Hitunglah biaya yang harus dikeluarkan keluarga Adi
setiap bulannya jika harga 1 kWh = Rp.
700,- (1 bulan = 30 hari)
Penyelesaian:
Diketahui: Plampu = 40 W sebanyak 3 buah
Plampu = 80 W sebanyak 2 buah
Ptv = 200 W
t
= 5 jam per hari
tarif 1 kWh = Rp 700,-
Ditanya: biaya
listrik selama 1 bulan =
...................?
Jawab:
No
|
Alat listrik
|
Banyaknya (n)
|
Daya (P)
(watt)
|
Waktu (t)
(jam/hour)
|
Energi (W=n.P.t) yang diserap
|
1
|
Lampu
|
3
|
40
|
5
|
600 wh
|
2
|
Lampu
|
2
|
80
|
5
|
800 wh
|
3
|
TV
|
1
|
200
|
5
|
1000 wh
|
Energi (W) total dlm 1 hari
|
2400 wh
= 2,4 kwh
|
||||
W total dlm 1 bulan
= 30 x 2,4 kwh = 72 kwh
|
|||||
Biaya yang harus dibayar dalam 1 bulan 72 kwh x Rp. 700
/kwh = Rp. 50.400,-
|
|||||
Latihan
7.2
1.Sebuah rumah menggunakan
peralatan-peralatan listrik sebagai berikut:
•5
buah lampu dengan daya 60 W dinyalakan 8 jam setiap hari.
•3
buah lampu dengan daya 100 W dinyalakan 5 jam setiap hari.
•Pesawat
televisi dengan daya 250 W dinyalakan 5 jam setiap hari.
•Setrika
listrik dengan daya 300 W dinyalakan 3 jam setiap hari.
•Lemari
es dengan daya 200 W dinyalakan 24 jam setiap hari.
•Komputer
dengan daya 300 W dinyalakan 10 jam setiap hari.
Berapakah biaya yang harus dibayar
oleh pemilik rumah tersebut dalam 1
bulan jika harga 1 kWh Rp 800,00?
2.Sebuah perusahaan menggunakan
peralatan-peralatan listrik sebagai berikut:
•15
buah lampu dengan daya 25 W dinyalakan 12 jam setiap hari.
•3
buah lampu dengan daya 50 W dinyalakan 7 jam setiap hari.
•8
buah lampu dengan daya 10 W dinyalakan 5 jam setiap hari.
•4
buah pesawat televisi dengan daya 250 W dinyalakan 8 jam setiap hari.
•2
buah pesawat televisi dengan daya 250 W dinyalakan 5 jam setiap hari.
•5
buah printer dengan daya 250 W dinyalakan 8 jam setiap hari.
•10
buah komputer dengan daya 400 W dinyalakan 12 jam setiap hari.
•2
buah lemari es dengan daya 450 W dinyalakan sepanjang hari.
Jika harga 1 kWh Rp750,00,
berapakah besar biaya pemakaian listrik yang harus dibayar oleh perusahaan
tersebut pada setiap bulannya?
F. Alat-alat Pemanas yang Menggunakan Energi Listrik
Listrik dapat
menimbulkan panas atau kalor. Misalnya
bola lampu listrik setelah beberapa lama menyala maka akan terasa panas.
Setrika listrik, kompor listrik,
solder listrik dan magic jar, semuanya
akan menjadi terasa panas karena
adanya aliran listrik. Berapa besar kalor yang dihasilkan
oleh arus listrik dan faktor apa yang menimbulkannya?
Untuk menjawab
pertanyaan ini, marilah kita pelajari kesetaraan energi listrik
dengan kalor. Sebuah konduktor memiliki hambatan R (Ω) dan dialiri
arus listrik I (A) selama t (sekon) akan menimbulkan
energi listrik W (joule).
Apabila energi listrik dalam konduktor itu
seluruhnya diubah menjadi energi kalor,
Q, maka energi kalor yang ditimbulkan oleh penghantar tersebut
sejumlah,
W = I2. R. t Joule
Sedangkan menurut
kesetaraan 1 Joule = 0,24 Kalori, atau 1
kalori = 4,2 Joule maka
Wkalor = 0,24 Wlistrik
Q = 0,24
Wlistrik
Di kelas VIII, kalian sudah mempelajari tentang energi kalor yang
pada umumnya jika benda diberi
energi kalor akan mengalami
kenaikan suhu pada benda tersebut. Misalkan air yang dipanaskan akan meningkat
suhunya dan dapat
berubah menjadi uap.
Energi kalor yang diperlukan
untuk kenaikan suhu tertentu
dirumuskan sebagai berikut;
Q = m c ∆t
Q= m c (t2-t1)
Dengan m
adalah massa benda yang dinyatakan dalam kg, c adalah kalor jenis yang dinyatakan dalam
J/kg oC, t1 adalah suhu awal yang dinyatakan
dalam oC
Menurut hukum
Joule, kawat yang memiliki hambatan besar
akan menghasilkan energi panas
dalam jumlah yang besar
pula. Jenis logam-logam tertentu jika dialiri listrik
dapat menghasilkan energi kalor yang besar, misalnya nikel, krom, dan nikrom serta campuran antara nikel dan krom. Logam-logam
ini
apabila dialiri arus listrik suhunya cepat meningkat
hingga tampak membara, oleh karena itu jenis logam-
logam ini banyak dipakai sebagai
elemen pemanas pada setrika listrik, kompor listrik,
dan solder. Ingat,
pada umumnya konduktor yang baik
merupakan penghantar panas yang baik pula.
Pada las listrik dan sekering
juga menggunakan prinsip
perubahan energi listrik menjadi energi kalor. Dalam
proses las listrik, konduktor melebur
dan menyatu
dengan bahan lain. Sedangkan
pada pengaman atau sekering
terdapat kawat yang mampu
membawa sejumlah besar
arus listrik. Jika arus melebihi
batas sekering, maka kawat tersebut
akan melebur dan menyebabkan rangkaian putus.
Contoh alat-alat
pemanas listrik dan elemennya
ditunjukkan oleh Gambar 11.1 berikut ini.
|
Gambar 7.7 Alat-alat pemanas listrik
Contoh soal 7. 3:
1.
Sebuah alat pemanas
berhambatan 160 ohm mengalirkan arus listrik sebesar 2 ampere. Jika alat
tersebut digunakan selama
15 menit.
Berapakah kalor yang dihasilkan oleh alat pemanas tersebut ?
Penyelesaian:
|
Latihan
7.3
1.Sebutkan peristiwa-peristiwa di
sekitarmu yang merupakan contoh perubahan bentuk energi listrik menjadi bentuk
energi lainnya! Jelaskan!
2.
Persediaan energi listrik makin sedikit sehingga kita harus menghemat
penggunaan energi listrik. Menurutmu, seperti apakah kriteria alat-alat listrik
yang hemat energi? Jelaskan kaitannya dengan konsep daya listrik!
3.Jelaskan hubungan antara energi
dan daya listrik! Diskusikan dengan teman sekelompokmu!
Uji Kompetensi 7
A. Pilihlah satu
jawaban yang benar dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c,
atau d !
1. Perhatikan gambar di bawah ini!
|
||||
|
||||
Pernyataan
berikut ini yang benar adalah . . . .
a.
arah elektron dari A ke B, arah arus listrik dari B ke A
b.
arah arus listrik dari A ke B, arah elektron dari B ke A
c.
arah arus listrik dan arah elektron dari B ke A
d.
arah arus listrik dan arah elektron dari A ke B
2. Arah arus listrik dan arah
elektron adalah . . . .
a.
selalu berlawanan
b.
selalu sama
c.
kadang-kadang berlawanan
d.
tidak dapat ditentukan
3. Berikut ini adalah gambar
penghantar yang berbentuk bola berikut ini!
|
|
Dari gambar di atas, pernyataan yang
benar adalah . . . .
a.
potensial B sama dengan potensial C
b.
potensial B lebih besar dari potensial C
c.
potensial B lebih kecil dari potensial C
d.
potensial B mungkin lebih besar atau lebih kecil dari potensial C
4. Sebuah alat yang dapat menimbulkan
beda potensial antara ujung-ujung penghantar disebut . .
a.
GGL c.
sumber kalor
b.
EPL d.
sumber tegangan
5. Satuan Sistem Internasional GGL
sumber tegangan adalah . . . .
a.
ampere c.
volt ampere
b.
volt d.
ohm
6. Pada elemen Volta yang digunakan
sebagai pembangkit GGL adalah . . . .
a.
Zn dan batang arang c.
Zn dan PbO2
b.
Zn dan Cu d.
H2SO4 dan PbO2
7. Penemu elemen kering adalah . .
. .
a.
Alessandro Volta c.
Benjamin Franklin
b.
Gaston Plante d.
George Leclanche
8. Alat yang menggunakan aki
sebagai sumber energi listrik adalah . . . .
a.
computer c.
kamera digital
b.
sepeda motor d.
televisi
9. Pada aki (accumulator)
yang berfungsi sebagai anoda adalah . . . .
a.
Pb c.
PbO2
b.
H2SO4 d.
Zn
10. Pemasangan voltmeter yang benar
pada saat pengukuran tegangan adalah . . . .
a.
parallel c.
bebas
b.
seri d.
semua jawaban benar
11.
Besarnya energy listrik yang dikeluarkan sumber
energi listrik dipengaruhi oleh ....
a. tegangan
c. daya
b. waktu d.
kuat arus
12.Dalam Sistem Internasional,
satuan energi listrik adalah
....
a. Ohm c. Joule
b.
Newton d. Watt
13. Di antara energi di bawah ini, yang paling
mudah diubah menjadi energi
bentuk lain adalah . .
a.
energi cahaya c. energi bunyi
b.
energi kalor d. energi
listrik
14. Besarnya energi listrik yang
timbul sebanding dengan tegangan dan
kuat arus juga sebanding dengan . . . .
a.
potensial listrik c.
muatan listrik
b.
waktu d.
kapasitas listrik
15. Beda potensial sebuah
penghantar V,
kuat arus listrik I,
mengalir selama t detik di dalam penghantar tersebut.
Maka besar energy yang
dihasilkan sebesar . . . .
a. W = I2. V.t c. W =V 2 . I.t
b. W =V
.I.t2 d. W =V
.I.t
16. Apabila V
adalah beda potensial sebuah penghantar, I
adalah kuat arus
listrik, R
adalah hambatan penghantar, P
adalah daya penghantar,
dan t
adalah waktu atau lamanya arus mengalir, maka energi listrik yang
timbul dinyatakan dalam persamaan berikut, kecuali....
a. W = V I t c. W = V R2 t
b.W = I2 R t d. W = P/t
17. Berikut ini yang bukan merupakan satuan energi
adalah . . . .
a.
joule c.
watt jam
b.
kWh d.
volt ampere
18. Satuan yang tidak setara dengan joule
adalah . . . .
a.
watt.sekon c.
volt.ampere. sekon
b.
kWh d. (volt2/ ohm).sekon
19. 1 kWh setara dengan . . . .
a.
3,6 joule c.
3,6 × 106 joule
b.
3,6 ×104 joule d.
3,6×108 joule
20. Alat-alat berikut ini yang tidak mengubah energi listrik
menjadi kalor
adalah . . . .
a.
setrika listrik c.
kipas angin
b. magic jar d.solderlistrik
21. 1 joule setara dengan . . . .
a.
0,24 kalori c. 24 kalori
b.
4,2 kalori d.
42 kalori
22. Kalor jenis air adalah 1 kal/g
°C. Jika 1 kalori setara dengan 4,2
Joule, maka kalor jenis air tersebut setara dengan . . . joule/kg°C
a.
0,24 c.
4200
b.
4,2 d.
8400
23.
Arus yang mengalir pada sebuah penghantar listrik yang memiliki hambatan
2,5 ohm adalah 2 A. Jika energi listrik yang terpakai 600 J, maka waktu yang
diperlukan adalah ....
a. 1 menit c. 60 menit
b.
2 menit d.
120 menit
24.Perubahan energi yang terjadi
pada motor listrik adalah ....
a.energi
listrik menjadi energi kalor
b. energi listrik menjadi energy kimia
c. energi listrik menjadi energi mekanik
d. energi listrik menjadi energi bunyi
25.
Sebuah peralatan listrik dihubungkan dengan tegangan 120 V dan mengalir arus
sebesar 3 A. Daya alat listrik tersebut adalah ....
a. 40 watt c. 240 watt
b. 120 watt d.
360 watt
26.
Suatu alat listrik yang memiliki daya 25 watt digunakan 40 menit setiap
harinya. Energi listrik yang dihasilkan alat listrik tersebut adalah ....
A. 60 J c. 60 kJ
b. 600 J d. 600 kJ
27. Sebuah lemari es
memiliki daya 300 W. Jika digunakan selama 20 jam setiap harinya, banyaknya
energi yang digunakan setiap harinya adalah ....
a. 6 Wh c. 6 kWh
b.
600 Wh d. 600 kWh
28. Sebuah lampu pijar
bekerja pada arus 0,5 A dan beda
potensial 220 V. Daya yang digunakan lampu tersebut adalah ....
a. 110 W c. 330 W
b.
220 W d.
440 W
29.
Alat-alat berikut dapat mengubah energi listrik menjadi kalor,kecuali....
a. setrika listrik c. motor listrik
b. kompor listrik d.
solder listrik
30. Ana menggunakan peralatan
listrik komputer dan televisi setiap harinya selama 4 jam. Jika daya listrik
komputer dan televisi masing-masing 350 W dan 250 W dan harga 1 kWh Rp250,00,
maka biaya yang harus dikeluarkan Ana selama 10 hari adalah ....
a. Rp 6.000,00 c. Rp 8.000,00
b.
Rp 7.000,00 d. Rp 9.000,00
31. Di dalam sebuah konduktor,
besar energi kalor yang timbul sebanding
dengan kuadrat kuat arus. Jika kuat arus listrik diperbesar menjadi 2 kali, maka besar energi kalor menjadi . . .
energi kalor mula-mula.
a.
2 kali c.
8 kali
b.
4 kali d.
16 kali
32. Sebuah pesawat radio
menggunakan dua buah baterai yang disusun secara seri. Apabila
GGL masing-masing baterai 1,5 volt dan hambatan baterai diabaikan serta arus
listrik yang mengalir 0,04 ampere,
maka besar energi selama 15 menit adalah . . . .
a.
0,9 joule c.
10,8 joule
b.
1,8 joule d.
108 joule
33. Banyaknya energi yang digunakan
dalam waktu satu detik disebut .
. . .
a.
tenaga c.
kerja
b.
usaha d.
daya
34. Sebuah lampu pijar bertuliskan
25 watt, maka dalam waktu satu detik
lampu tersebut menggunakan energi sebesar . . . .
a.
25 erg c.
25 kalori
b.
25 watt d.
25 joule
35. Berikut ini yang menunjukkan
hubungan antara daya listrik dengan energi listrik adalah . . . .
a. P = W+t c.
W =P/t
b. P = W.t d. W =t/P
B. Jawablah pertanyaan
berikut dengan singkat dan jelas!
1. Jelaskan yang dimaksud dengan
Energi Penggerak Listrik (EPL)!
2. Sebutkan macam-macam sumber
tegangan!
3. Jelaskan dengan singkat proses pemakaian aki, sehingga
aki dapat dikatakan kosong!
4. Jelaskan prinsip kerja pada
elemen kering (baterai)!
5. Jelaskan yang dimaksud dengan sumber tegangan
6.Sebutkan perbedaan listrik statis
dan listrik dinamis!
7.Apa yang dimaksud dengan daya
listrik dan energi listrik?
8.Mana yang lebih menguntungkan
untuk energi listrik?
a. beberapa hambatan
dirangkai secara seri
b. beberapa hambatan
dirangkai secara paralel
Jelaskan
jawabanmu!
9.Tiga buah hambatan masing-masing
besarnya 2 Ω, 3 Ω dan 6 Ω dirangkai secara pararel dan dihubungkan dengan
sebuah baterai sehingga kuat arus yang mengalir
sebesar 12 A. Jika kuat arus mengalir selama 2 menit,
tentukanlah:
a.energi
listrik yang diberikan baterai
b.energi
listrik termal yang muncul pada masing-masing hambatan
10. Sebuah lampu pijar bertuliskan
200 V/25 W. Berapa besar hambatanlampu jika lampu dipasang pada tegangan sumber
sebesar:
a.
200 volt
b.
100 volt
c.
Samakah besar hambatan pada jawaban (a) dan (b)?
11. Pada sebuah lampu
bertuliskan 200 V/40 W. Berapa besar
daya lampu
jika lampu tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan:
a.
200 volt
b.
100 volt
c.
samakah besar daya keduanya?
12. Sebuah alat pemanas tertulis
220 V/100 W. Alat pemanas tersebut digunakan selama 10 sekon. Berapa besar
energinya, bila alat pemanas
dihubungkan dengan sumber tegangan:
a.
220 V
b.
110 V
13. Sebuah alat listrik bertuliskan
220 V/40 W. Berapa besar energinya bila alat digunakan selama 2 jam pada
beda potensial 220 V,
a.
dalam satuan kWh,
b.
dalam satuan joule?
14.Sebuah rumah menggunakan
peralatan-peralatan listrik sebagai berikut:
-Empat
buah lampu dengan daya 50 W dinyalakan 8 jam setiap hari.
-Dua
buah lampu dengan daya 80 W dinyalakan 5 jam setiap hari.
-Televisi
dengan daya 300 W dinyalakan 5 jam setiap hari.
-Setrika
listrik dengan daya 300 W dinyalakan 3 jam setiap hari.
-Kompor
listrik dengan daya 500 W dinyalakan 4 jam setiap hari.
-Komputer
dengan daya 300 W dinyalakan 10 jam setiap hari.
Berapakah
besar biaya yang harus dibayar oleh pemilik rumah tersebut dalam 1 bulan jika harga 1
kWh Rp750,00?
15. Sebuah rumah tangga menggunakan 4 buah lampu
masing-masing 40 watt. Sebuah TV 80 watt
dan sebuah setrika 300 watt.
Apabila rata-rata tiap hari alat-alat listrik tersebut dipakai 6 jam. Hitunglah:
a.
Energi yang dipakai dalam sehari (kWh)!
b.
Energi yang dipakai dalam satu bulan (30 hari) dinyatakan dalam satuan kWh!
c.
Apabila tarif listrik Rp 100,00 tiap kWh, berapa biaya dalam 1 bulan?
No comments:
Post a Comment