IPA Fisika Kelas IX

1

BAB 2

RANGKAIAN LISTRIK, ENERGI LISTRIK, DAN DAYA LISTRIK

A. Sumber Tegangan Listrik

Sumber tegangan listrik adalah alat yang dapat menghasilkan beda potensial.

Sumber tegangan mempunyai energi/menghasilkan energi.

Contoh sumber tegangan antara lain ; baterai, akumulator (aki), dinamo (generator),

dan stop kontak.

B. Beda Potensial

Beda potensial listrik = tegangan listrik (= voltage)

Beda potensial antara dua titik pada penghanatar terjadi apabila kedua penghantar itu

dihubungkan dengan sumber tegangan.

Satuan beda potensial dinyatakan dalam volt (V).

Besarnya energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik dari potensial

tinggi ke potensial rendah dinyatakan dalam rumus :

W = Q. V W = energi listrik (joule disingkat J)

Q = muatan listrik (coulomb disingkat C)

V = beda potensial (volt disingkat V)

Alat ukur beda potensial disebut voltmeter. Dalam rangkaian listrik, voltmeter

dipasang secara paralel dengan kawat penghantar / hambatan listrik.

Gambar Cara Memasang Voltmeter dalam Rangkaian Listrik

Beda potensial baterai sebelum digunakan disebut Gaya Gerak Listrik (GGL). Beda

potensial baterai pada saat mengalirkan arus listrik disebut Tegangan Jepit. Nilai

tegangan jepit lebih kecil dibandingkan nilai gaya gerak listrik. Sumber arus listrik

searah adalah alat yang dapat menghasilkan arus listrik searah.

Contoh sumber arus listrik searah antara lain : elemen volta, elemen kering/elemen

Leclanche, elemen Daniel, akumulator/aki, dan dinamo arus searah.

1. Elemen Volta (Sel Volta)

Penemu sel Volta adalah Alessandro Volta (1745 - 1827).

Bagian-bagian elemen Volta :

1. Kutub positip = tembaga (Cu)

2. Kutub negatip = seng (Zn)

3. Larutan elektrolit= asam sulfat encer (H2SO4)

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 2

Kutub positip = elektrodo positip disebut anoda

Kutub negatip = elektroda negatip disebut katoda.

Prinsip Kerja Elemen Volta :

Setelah kutub positip dan kutub negatip dihubungkan dengan penghantar, lampu

akan menyala, karena ada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Arus listrik

tersebut mengalir hanya beberapa saat, setelah itu berhenti, sebab kutub positip (Cu)

tertutup oleh gelembung-gelembung gas hidrogen. Peristiwa tersebut polarisasi.

Polarisasi adalah peristiwa tertutupnya kutub positip elemen Volta oleh gelembung-

gelembung gas hidrogen.

Kelemahan elemen Volta :

1. Arus listrik hanya mengalir sesaat.

2. Agar arus liastrik dapat mengalir kembali, kutub tembaga (Cu) harus

dibersihkan terlebih dahulu.

2. Elemen Kering ( Baterai = Batu Baterai )

Tutup kuningan

Batang karbon ( C ) sebagai kutub positip

Mangaan Dioksida ( Mn O2 ) + serbuk karbon

( Batu kawi )

Amonium Klorida ( NH4Cl )

( Salmiak berupa pasta )

Seng ( Zn ) sebagai kutub negatip.

Bagian-bagaian sel kering :

1. Anoda ( kutub positip ) : batang karbon (C)

2. Katoda (Kutub negatip ) : seng ( Zn )

3. Larutan elektrolit : Amonium Klorida ( NH4Cl).

Mangaan Dioksida ( Mn O2 + serbuk karbon atau Batu kawi berfungsi sebagai

Depolarisator, yaitu bahan yang dapat menghilangkan / meniadakan polarisasi.

Kelebihan elemen kering dibanding elemen Volta :

1. lebih awet / tahan lama

2. beda potensial 1,5 volt.

3. praktis.

Baterai disebut elemen primer, yaitu elemen yang jika beda potensialnya habis, tidak

dapat diisi kembali.

3. Akumulator ( Aki )

Bagian-bagian dari akumulator :

1. Anoda ( kutub positip) : Timbal Peroksida (PbO2)

2. Katoda (Kutub negatip ) : Timbal (Pb)

3. Larutan elektrolit : Asam Sulfat encer (H2SO4)

Keterangan :

Pb singkatan dari Plumbum (simbol kimia dari timbal).

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 3

Beda potensial pada aki disebut gaya gerak listrik (GGL ). Gaya Gerak Listrik setiap

sel aki sebesar 2 volt, sehingga pada aki yang memiliki GGL 12 volt terdiri atas 6

sel.

Pada saat aki digunakan terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik.

Jika aki digunakan secara terus-menerus, maka pada suatu saat beda potensialnya

akan habis, artinya beda potensial antara kutub positip dan kutub negatip nol

sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian listrik.

Untuk dapat digunakan kembali, maka aki tersebut harus diisi.

Pada proses pengisian aki terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia.

Akumulator disebut elemen sekunder, yaitu elemen yang jika telah habis beda

potensialnya, dapat diisi kembali.

Kapasitas akumulator dinyatakan dalam satuan amper hour (AH) atau amper jam.

Kapasitas akumulator 60 AH, artinya akumulator tersebut dapat bertahan 60 jam

apabila digunakan dengan arus listrik sebesar 1 amper.

Catatan :

Sel Volta, sel kering, dan akumulator disebut sel/elemen elektrokimia, sebab elemen

tersebut mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

C. Gaya Gerak Listrik ( GGL = Elemen = E )

Setiap elemen “ E “ mempunyai hambatan dalam sebesar “ r “. Seperti halnya

hambatan, elemen “ E “ dapat dirangkai secara seri dan paralel.

1. Rangkaian Elemen Seri

E E E

Jika “ n “ = jumlah elemen, maka besar elemen pengganti rangkaian seri

dirumuskan :

Es = n. E ------------ Es = Elemen pengganti rangkaian seri (V)

Besar hambatan dalam (r) pengganti rangkaian seri :

rs = n. r ------------ rs = hambatan dalam pengganti rangkaian seri ()

r = hambatan dalam elemen ()

2. Rangkaian Elemen Paralel

E

E

E

Seperti rangkaian elemen seri , jika “ n “ = jumlah elemen, maka besar elemen

pengganti rangkaian paralel dirumuskan :

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 4

Ep = E ------------ Ep = Elemen pengganti rangkaian paralel (V)

Besar hambatan dalam ( r ) pengganti rangkaian paralel :

rp = 1

n . r ------------ rp = hambatan dalam pengganti rangkaian paralel ()

r = hambatan dalam elemen ( )

D. Arus Listrik

Dalam suatu penghantar / konduktor, elektron mudah berpindah. Elektron

berpindah dari potensial rendah ke potensial tinggi. Dengan perpindahan elektron(

muatan negatif ), seakan-akan terjadi perpindahan proton ( muatan positif ) dalam arah

yang berlawanan.

Jika proton dapat bergerak, maka proton tersebut akan bergerak dari potensial

tinggi ke potensial rendah. Arah arus listrik searah dengan arah gerak muatan positif

(sesuai dengan perjanjian sebelum ditemukan elektron). Arus listrik dapat mengalir jika

ada beda potensial antara kedua ujung penghanatar.

Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu

penghantar tiap detik.

Secara matematis dirumuskan :

IQ

t I = kuat arus listrik (amper disingkat A)

Q = muatan listrik (coulomb disingkat C)

t = waktu (sekon = detik disingkat s = det)

Satuan kuat arus listrik yang lain adalah miliamper (mA) dan mikroamper (A).

1 mA = 0,001 A = 10-3

A

1 A = 0,000001 A = 10-6

A

Alat ukur kuat arus listrik disebut ampermeter.

Dalam rangkaian listrik, ampermeter dirangkai secara seri terhadap hambatannya.

Keterangan : E = sumber tegangan

A = ampermeter

R = hambatan listrik ( lampu )

Sekering adalah alat yang berguna untuk mencegah arus

listrik yang terlalu besar (mencegah korsluiting atau

hubungan pendek arus listrik).

Contoh Soal :

Berapa amper kuat arus di dalam sepotong kawat penghantar, jika dalam 5 menit

mengalir muatan 3.600 coulomb ?

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 5

Diketahui : t = 5 menit = 300 sekon

Q = 3.600 C

Ditanya : I

Jawab :

IQ

t

C

s

C

sA

3600

30012 12

.

Cara membaca alat ukur Amperemeter

E. Hukum Ohm

Hukum Ohm membahas tentang hubungan antara kuat arus listrik, beda potensial,

dan hambatan dalam suatu rangkaian listrik.

R

I

V

Bunyi Hukum Ohm :

“ Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar berbanding lurus dengan beda

potensial antara ujung-ujung penghantar, dan berbanding terbalik terhadap

hambatannya.”

Secara matematis ditulis :

IV

R I = kuat arus listrik (amper disingkat A)

V = beda potensial (volt disingkat V)

Berdasarkan gambar di samping:

Skala yang ditunjuk (Lanjuk) = 34

Skala terbesar (Lasar) = 100

Batas ukur (Bakur) = 1 A

Hasil pengukuran:

= Bakur x Lasar

Lanjuk

= A 1 x 100

34

= 0,34 x 1 A

= 0,34 A

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 6

3 V

E, r

I

R = hambatan listrik (ohm dengan simbol )

Dalam Sistem Internasional ( SI ) hambatan listrik dinyatakan dalam satuan ohm ( ).

Satuan hambatan yang lain adalah : kilo ohm ( k ) , dan mega ohm ( M ).

1 k = 1.000 = 103

1 M = 1.000.000 = 106

Contoh soal :

1. Sebuah hambatan sebesar 60 ohm dipasang pada sumber tegangan yang

mempunyai beda potensial sebesar 12 volt. Hitunglah kuat arus listrik yang

mengalir dalam rangkaian !

Diketahui : R = 60

V = 12 V

Ditanya : I

Jawab :

IV

R A

VV2,0

5

1

60

12

2. R

Berapa ohm hambatan listrik yang harus dipasang

pada rangkaian di samping agar menghasilkan kuat

arus sebesar 0,25 amper ?

Diketahui : V = 3 V

I = 0,25 A

Ditanya : R

Jawab :

121225,0

3

A

V

A

V

I

VR

Hukum Ohm Dalam Rangkaian Tertutup

Dalam pembahasan Hukum Ohm dalam

rangkaian tertutup, hambatan dalam

elemen (dengan simbol “ r “) ikut

diperhitungkan.

Besar kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dirumuskan :

R

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 7

IE

R r

I = kuat arus listrik (A)

E = GGL elemen (volt disingkat V)

R = hambatan listrik ()

r = hambatan dalam elemen ()

Besar tegangan jepit antara titik A dan B pada rangkaian di atas adalah :

VAB = E - I.r ------------------ Ingat bahwa VAB E

VAB = tegangan jepit antara titik A dan B (V)

E = GGL elemen (V)

I = kuat arus listrik (A)

r = hambatan dalam elemen ()

Contoh Soal :

Sebuah baterai dengan gaya gerak listrik 9 volt dan hambatan dalam 0,5 ohm

dihubungkan dengan hambatan listrik sebesar 22 ohm. Tentukanlah :

a) Kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian !

b) Tegangan jepitnya !

Diketahui : E = 9 V

r = 0,5

R = 22

Ditanya : a) I

b) V

Jawab :

a) A 0,4Ω 22,5

V 9

Ω 0,5Ω 22

V 9

rR

EI

Jadi besar kuat arus yang mengalir dalam rangkaian = 0,4 amper

b) V 8,8V 0,2V 9V (0,5) 0,4V 9I.rEV

Jadi besar teganagan jepit rangkaian tersebut = 8,8 volt.

Penerapan Hukum Ohm dalam kehidupan sehari-hari antara alain :

1. Tegangan yang diberikan pada suatu peralatan listrik sesuai dengan yang tertulis

pada alat tersebut.

2. Lampu pijar listrik (lampu bola) yang filamennya telah putus, jika dapat

disambung kembali akan menyala lebih terang, sebab hambatannya lebih kecil

(filamen lampu menjadi lebih pendek).

3. Pada saat kita memperbesar volume radio/TV, suaranya semakin keras, sebab

hambatannya mengecil, akibatnya arus listrik menjadi lebih besar.

4. Penjepit kutub-kutub aki jiak telah berkarat akan memperkecil arus lsitrik (arus

listrik kurang lancar), karena hambatannya menjadi lebih besar.

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 8

5. Pada setiap rangkaian elektronika selalu terdapat resistor/hambatan. hal ini bertujuan

agar arus listrik yang mengalir pada masing-masing komponen elektronika

tersebut sesuai dengan keperluan.

F. Hambatan Listrik

Hambatan suatu kawat penghantar dapat diukur dengan alat ohmmeter.

Alat yang dapat digunakan untuk mengukur beda potensial, kuat arus , dan hambatan

listrik disebut multimeter atau multitester yang juga disebut AVO-meter ( Ampermeter,

Voltmeter, Ohmmeter ). Hambatan juga dapat diukur dengan menggunakan bantuan alat

ampermeter dan voltmeter. Satuan hambatan dalam Sistem Internasional dinyatakan

dalam satuan ohm ( ). Cara mengukur hambatan dengan bantuan alat ampermeter,

dan voltmeter.

Keterangan : V = voltmeter dan A = ampermeter

Hambatan suatu kawat penghantar ditentukan oleh : (1) luas penampang kawat, (2)

jenis kawat, dan (3) panjang kawat.

Besar hambatan kawat penghantar ;

1. berbanding lurus dengan hambatan jenis kawat.

2. berbanding lurus dengan panjang kawat.

3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat.

Secara matematis dapat dirumuskan : RL

A

R = hambatan kawat penghantar (), = hambatan jenis kawat (m) atau (mm2/m),

L = panjang kawat penghantar (m), dan A = luas penampang kawat (m2) atau

(mm2)

Contoh Soal :

Kawat tembaga hambatannya 6,8 ohm, dan hambatan jenisnya 0,017 mm2/m.

Jika panjang tembaga tersebut 80 m, tentukan luas penampang kawat tembaga !

Diketahui : R = 6,8

= 0,017 mm2/m

l = 80 m

Ditanya : A

Jawab :

222 mm 0,2mm 7)0,017(11,7mm

6,8

800,017.

R

LρA

A

LρR

Jadi luas penampang kawat penghantar tersebut = 0,2 mm2

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 9

Catatan :

Dalam rangkaian elektronika , hambatan digunakan untuk menjaga agar nilai arus dan

beda potensial pada komponen-komponen elektronika lainnya dapat berfungsi dengan

baik.

Jenis-jenis hambatan : (1) hambatan tetap ( resistor ), (2) hambatan sumbat, dan (3)

hambatan geser. Hambatan sumbat dan hambatan geser merupakan hambatan yang

nilainya dapat diubah sesuai dengan kebutuhan, juga disebut sebagai hambatan

variabel.

Rangkaian Hambatan

Dua hambatan atau lebih dapat dirangkai secara seri, paralel, atau rangkaian

gabungan seri dan paralel.

1. Rangkaian Hambatan Seri

Rangkaian seri adalah rangkaian hambatan yang disusun secara berurutan.

R1 R2 R3

Besar hambatan pengganti rangkaian seri dirumuskan :

Rs = R1 + R2 + R3 + ...

Rs = hambatan pengganti rangkaian seri ( )

R1, R2, R3 = hambatan-hambatan yang dirangkai seri ( )

2. Rangkaian Hambatan Paralel

Rangkaian paralel adalah rangkaian hambatan yang disusun secara berdampingan.

R1

R2

R3

Besar hambatan pengganti rangkaian paralel dirumuskan :

1 1 1 1

1 2 3R R R Rp ...

Rp = hambatan pengganti rangkaianparalel ()

R1, R2, R3 = hambatan-hambatan yang dirangkai paralel ()

3. Rangkaian Hambatan Gabungan Seri dan Paralel

R2

R1

R3

Hambatan pengganti rangkaian hambatan gabungan seri dan paralel dapat ditentukan

dengan cara :

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 10

a. Hitung terlebih dahulu hambatan yang disusun paralel, yaitu : 32p R

1

R

1

R

1

sehingga rangkaiannya menjadi :

R1 Rp

b. Hambatan pengganti rangkaian paralel tersebut dirangkai seri dengan R1 , sehingga:

Rtotal = R1 + Rp

Contoh Soal :

1. Tiga buah hambatan masing-masing sebesar 8 , 4 , dan 24 dirangkai secara

seri. Tentukan hambatan penggantinya !

Diketahui : R1 = 8 R 2 = 4 R 3 = 24

Ditanya : Rs

Jawab :

Rs = R1 + R2 + R3

= 8 + 4 + 24

= 36

Jadi hambatan pengganti rangkaian seri dari hambatan-hambatan tersebut = 36 ohm.

2. Perhatikan rangkaian hambatan berikut.

R1

R2

R3

R4

Jika : R1 = 6 R 2 = R 3 = 8 R 4 = 12

Hitunglah hambatan pengganti rangkaian tersebut di atas !

Diketahui : R1 = 6 R 2 = R 3 = 8 R 4 = 12

Ditanya : Rp

Jawab :

2

12

24

24

121

24

2

24

3

24

3

24

4

12

1

8

1

8

1

6

111111

4321

Rp

Rp

RRRRRp

Jadi hambatan pengganti rangkaian paralel tersebut di atas = 2 ohm.

3. Perhatikan rangkaian berikut.

R1

R2 R4

R3

Hitunglah hambatan pengganti rangkaian di atas !

Diketahui : R1 = 2 R 2 = 3

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 11

R 3 = 6 R 4 = 9

Ditanya : Rtotal

Jawab :

(1) R1 , R 2 , dan R 3 dirangkai paralel, sehingga :

16

6

6

61

6

1

6

2

6

3

6

1

3

1

2

11111

321

Rp

RpRRRRp

(2) Rp dan R4 dirangkai seri, sehingga :

Rtotal = Rs = Rp + R4 = 1 + 9 = 10

SOAL-SOAL DAN PEMBAHASANNYA

G. Konduktor dan Isolator

Berdasarkan daya hantar listriknya, bahan / zat dibedakan menjadi 3 golongan,

yaitu :

1. Konduktor / penghantar

adalah bahan / zat yang dapat menghantarkan arus listrik dengan baik.

Contoh : tembaga, alumunium, karbon, raksa, perak, larutan elektrolit, tanah basah,

dll.

Bumi adalah penghantar listrik yang sangat besar ( sebagai penetral muatan benda

yang terhubung ke bumi ).

2. Isolator / penyekat

adalah bahan / zat yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

Contoh : kaca, karet, ebonit, plastik, marmer,porselin, kertas, udara, gabus, dll.

Isolator yang paling sempurna adalah ruang hampa udara.

Pada tegangan yang sangat besar, isolator dapat berubah menjadi konduktor.

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 12

3. Semikonduktor

adalah bahan / zat yang bersifat sebagai setengah konduktor dan setengah isolator.

Contoh : Germanium, Arsenium, Boron, dan Silikon.

H. Hukum Kirchhoff

Hukum Kirchhoff membahas tentang rangkaian listrik.

Hukum Kirchhoff ada dua macam, yaitu :

1. Hukum I Kirchhoff

membahas tentang rangkaian listrik bercabang.

I1

I1

I2

I

Bunyi Hukum I Kirchhoff :

“ Dalam rangkaian listrik bercabang, kuat arus yang masuk pada titik cabang sama

dengan kuat arus yang keluar dari percabangan.”

Dari gambar rangkaian di atas, secara matematis dapat ditulis : I = I1 + I2 = I1

Contoh Soal :

I1 I2 Dari gambar di samping, tentukanlah besar arus I4!

I3 I4

Diketahui : I1 = 5 A I2 = 8 A I3 = 10 A

Ditanya : I4

Jawab :

I1 + I3 = I2 + I4

I4 = ( I1 + I3 ) - I2

= ( 5 A + 10 A ) - 8 A

= 15 A - 8 A

= 7 A

2. Hukum II Kirchhoff

membahas tentang rangkaian listrik tidak bercabang.

IA IB

I

Bunyi Hukum II Kirchhoff :

“ Dalam rangkaian listrik tidak bercabang, besar arus di mana-mana sama besar.”

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 13

R1

R2

R3

R4

V

A B

Dari gambar rangkaian di atas : I = IA = IB

( IA dan IB adalah kuat arus di titik A dan kuat arus di titik B )

Contoh Soal :

1. Perhatikan gambar rangkaian berikut ini.

Dari rangakaian di samping, hitunglah :

a) hambatan pengganti dalam rangkaian

b) kuat arus listrik yang mengalir dalam

rangkaian.

c) tegangan jepit antara titik A dan B

d) kuat arus I1

e) kuat arus I2

Diketahui : Seperti gambar

R1 = 2 R 2 = 3 R 3 = 6 R 4 = 4

V = 12 V

Ditanya : a) R total

b) I d) I1

c) VAB e) I2

Jawab :

a) R total ?

(i) R 2 dan R 3 dirangkai paralel, sehingga :

23

6

6

3

6

1

6

2

6

1

3

1111

32

Rp

RRRp

( ii ) R1 , Rp , dan R 4 dirangkai seri, sehingga :

R total = Rs = R1 + R p + R 4

= 2 + 2 + 4

= 8

Jadi hambatan pengganti dalam rangkaia adalah sebesar 8 ohm.

b) IV

R

VA

12

81 5

,

Jadi arus listrik yang mengalir dalam rangkaian sebesar 1,5 amper.

c) VAB = I. RAB = 1,5 A . ( 2 ) = 3 V

Jadi tegangan jepit antara titik A dan B sebesar 3 volt.

d) IV

R

VAAB1

2

3

31

Jadi kuat arus yang mengalir pada cabang pertama sebesar 1 amper

e) IV

R

VAAB2

3

3

61 5

,

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 14

Jadi kuat arus yang mengalir pada cabang kedua sebesar 0,5 amper

SOAL-SOAL DAN PEMBAHASANNYA

1.

2.

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 15

I. Energi Listrik

Energi listrik dapat diubah menjadi energi bentuk lain, misalnya : energi kimia,

energi gerak/ kinetik, energi panas / kalor, energi cahaya, energi bunyi, dan sebagainya.

Berdasarkan hasil percobaan James Prescot Joule, diperoleh bahwa energi listrik

besarnya sebandding dengan :

1. beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar;

2. kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian; dan

3. lamanya arus listrik mengalir dalam rangkaian.

Secara matematis dapat ditulis :

W = V. I. t W = energi listrik (joule disingkat J)

V = beda potensial (volt disingkat V)

t = waktu yang diperlukan (sekon disingkat s)

Rumus tersebut di atas juga dapat diperoleh dari penurunan rumus kuat arus listrik ;

Dari : W = Q. V ----------------- karena ; I = Q

t

= ( I. t ). V Q = I. t

= V. I. t

Rumus-rumus energi listrik yang lain :

W = I2. R. t diperoleh dari : W = V. I. t

= ( I. R ). I. t

= I2. R. t

W = V

Rt

2

. diperoleh dari : W = V. I. t

= V. ( V

R ) . t

= V

Rt

2

.

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 16

Energi Kalor

Energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor / panas.

Contoh alat-alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi kalor / panas antara

lain; elemen pemanas air, solder listri, seterika listrik, dan kompor listrik.

Menurut Joule, ada kesetaraan anatara energi dengan kalor.

Menurut Joule : 1 joule = 0,24 kalori , sehingga :

Dari rumus energi listrik : W = V. I. t

= I2. R. t

= V

Rt

2

.

maka besar energi kalor dapat dinyatakan dengan rumus :

W kalor = 0,24 ( V. I. t )

= 0,24 ( I2. R. t )

= 0,24 ( V

Rt

2

. )

W kalor = energi kalor ( kalori disingkat kal )

V = beda potensial ( V )

I = kuat arus listrik ( A )

R = hambatan listrik ( )

t = waktu yang diperlukan ( s )

Contoh Soal :

1. Sebuah kereta api listrik menggunakan arus 120 amper pada tegangan 550 volt.

Hitunglah energi listrik yang digunakan oleh kereta api setiap sekon !

Diketahui : I = 120 A

V = 550 V

t = 1 s

Ditanya : W

Jawab :

W = V. I. t

= 550 V ( 120 A ). 1 s

= 66.000 J

2. Sepotong kawat yang hambatannya 12 ohm dihubungkan dengan sebuah

sumber tegangan yang beda potensialnya 6 volt. Berapa kalori energi panas yang

dihasilkan oleh kawat tersebut setiap menit ?

Diketahui : V = 6 V

R = 12

t = 1 menit = 60 s

Ditanya : W kalor

Jawab :

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 17

kalori 43,2

(3) 144.

)12

36( 14,4

).6012

6( 0,24

).tR

V( 0,24W

2

2

kalor

Jadi energi kalor yang dihasilkan oleh kawat setiap menit sebesar 43,2 kalori.

J. Daya Listrik

Daya listrik adalah besar usaha listrik yang dihasilkan setiap sekon.

Secara matematis ditulis :

PW

t -------- P = daya listrik ( watt disingkat W )

W = usaha atau energi listrik ( J )

t = waktu yang diperlukan ( s )

Dari : W = V. I. t -------------- dan PW

t

= I2. R. t

= V

Rt

2

.

Maka diperoleh rumus-rumus daya listrik sebagai berikut;

P = V. I

= I2. R

= V

R

2

P = daya listrik ( W )

V = beda potensial listrik ( V )

I = kuat arus listrik ( A )

R = hambatan listrik ( )

Catatan :

Satuan daya listrik yang lain yaitu ; kilo watt, mega watt, dan volt. amper.

1 kilo watt (= 1 kW) = 1.000 watt.

1 Mega watt (= 1 MW) = 1.000.000 watt

1 volt. amper = 1 watt

Selain dalam joule, satuan energi listrik juga dapat dinyatakan dalam satuan; watt

sekon, kilo watt jam (= kWh = kilo watt hour).

1 watt. sekon = 1 joule (dari rumus W = P. t)

Bab 2- Rangkaian Listrik, Energi dan Daya Listrik 18

1 kilo watt jam = 1.000 watt. 1 jam

= 1.000 W. (3.600 s)

= 3.600.000 Ws

= 36.105 joule.

= 3,6 . 106 J

Satuan energi listrik dalam “ kWh ( kilo watt jam )” digunakan untuk menghitung

biaya rekening listrik PLN ( Perusahaan Listrik Negara ).

Contoh Soal :

Sebuah rumah menggunakan jasa listrik untuk keperluan sebagai berikut;

a) 5 buah lampu masing-masing 60 watt, menyala rata-rata 6 jam per hari;

b) seterika listrik 250 watt digunakan rata-rata 1 jam per hari;

c) pesawat televisi 80 watt menyala rata-rata 6 jam per hari.

Hitunglah :

a) energi listrik yang digunakan setiap hari

b) biaya rekening listrik setiap bulan (30 hari) jika biaya beban Rp 3.500,00 dan biaya

setiap 1 kWh sebesar Rp 200,00.

Diketahui : 5 lampu 60 watt menyala 6 jam setiap hari

1 seterika listrik 250 watt menyala 1 jam setiap hari

1 TV 80 watt menyala 6 jam setiap hari

Ditanya : a) W listrik setiap hari

b) Biaya rekening listrik tiap bulan jika biaya beban Rp 3.500,00 dan

biaya setiap kWh sebesar Rp 200,00.

Jawab :

a) 5 . ( 60 watt ). 6 jam = 1.800 watt jam

1 . ( 250 watt ). 1 jam = 250 watt jam

1 . ( 80 watt ) . 6 jam = 4 80 watt jam +

==========================================

Jumlah = 2.530 watt jam

= 2,53 kilo watt jam

= 2,53 kWh

Jadi energi listrik yang digunakan setiap hari sebesar 2,53 kilo watt jam.

b) W listrik 1 bulan = 30 . (2.53 kWh)

= 75,9 kWh

Biaya rekening listrik sebulan = 75,9 . (Rp 200,00) + biaya beban

= Rp 15.180,00 + Rp 3.500,00

= Rp 18.680,00

Jadi biaya rekening listrik setiap bulan sebesar Rp 18.680,00