(Energi Listrik dan Konversi Energi Listrik) Dra. Shrie Laksmi Saraswati,M.Pd

Transkripsi

1 LISTRIK DAN MAGNET (Energi Listrik dan Konversi Energi Listrik) Dra. Shrie Laksmi Saraswati,M.Pd A. Kompetensi Dasar Mengidentifikasi kegunaan energi listrik, konversi energi listrik, transmisi energi listrik, dan berpartisipasi dalam penghematannya dalam kehidupan sehari-hari. B. Indikator 1. Menjelasan macam macam sumber energi listrik 2. Menjelaskan kegunaan energi listrik 3. Mendefinisikan konversi energi listrik 4. Menentukan besarnya energi listrik yang digunakan oleh sebuah alat listrik C. Uraian Materi : 1. Sumber Energi Listrik Energi Listrik adalah energi yang dihasilkan dari sumber energi listrik seperti : baterai accu air, dinamo,generator,minyak, batu bara, angin, panas bumi, nuklir, matahari dan lainnya. a. Baterai dan accu Energi yang dihasilkan oleh baterai dan aki berasal dari energi kimia. Baterai merupakan elemen kering. Bahan kimia penghantar listrik disebut elektrolit. Sementara, aki disebut elemen basah. Di dalam aki terdapat larutan sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit. Energi listrik yang dihasilkan aki lebih besar daripada baterai. Aki biasa digunakan pada sepeda motor dan mobil. 1

2 b. Dinamo dan generator Energi gerak dapat diubah menjadi energi listrik. Alat yang dapat mengubahnya adalah dinamo dan generator. Listrik yang dihasilkan berguna untuk menyalakan lampu sepeda. Energi listrik yang dihasilkan generator lebih besar. Agar menghasilkan arus listrik, magnet di dalam generator harus berputar. c. Air Air dapat digunakan sebagai sumber energi listrik seperti air terjun,gelombang air laut dan pasang surut Pembangkit listrik tenaga air mungkin masih menjadi sumber energi alternatif yang populer. Tenaga air merupakan sumber energi terbarukan sekaligus ramah lingkungan karena tidak menghasilkan limbah 2

3 d. Minyak Pembangkit listrik tenaga diesel yaitu yang menggunakan minyak sebagai bahan bakar. tetapi sayangnya pembangkit ini menyebabkan asap yang dapat menyebabkan polusi udara, dan walaupun sekarang minyak masih banyak tetapi kita juga harus ingat minyak merupakan sumber alam yang tidak bisa diperbaharui jadi sebaiknya alternatif jangan di gunakan e. Angin Turbin angin lazim digunakan untuk mengubah energi angin menjadi listrik tetapi untuk menggunakan pembangkit ini diperlukan daerah luas yang memiliki angin yang kencang, selain itu dibutuhkan banyak turbin untuk menghasilkan listrik yang cukup, dan juga terkadang apabila angin tidak bertiup dengan kencang maka energi listriknya pun kecil. 3

4 f. Batu bara Batu bara adalah salah satu sumber energi listrik Batubara terbentuk dari tumbuhan yang tertimbun dalam tanah selama berjuta-juta tahun. Batubara adalah bahan bakar fosil yang paling banyak mengandung karbon yang menimbulkan polusi udara dapat mengganggu pernafasan. 4

5 g. Panas bumi Panas bumi merupakan sumber energi alternatif yang ekonomis, dapat diandalkan, dan ramah lingkungan dan dapat diperbarui h. Nuklir Proses reaksi nuklir terkendali bisa menjadi sumber energi alternatif yang memiliki potensi amat besar. Proses nuklir tersebut dikenal pula sebagai reaksi fisi. Pada pembangkit listrik tenaga nuklir, panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi digunakan untuk menguapkan air. Uap yang dihasilkan lantas digunakan untuk menggerakkan generator yang kemudian menghasilkan listrik. i. Biomassa Materi biologis yang masih hidup atau telah mati disebut sebagai biomassa. Biomassa umum digunakan sebagai sumber bahan bakar atau untuk produksi industrial. Tanaman hidup, pohon mati, dan serpihan kayu merupakan bagian dari biomassa. 5

6 j. Matahari Matahari adalah sumber energi yang paling mudah didapat,selain energi matahari merupakan sumber energi yang sangat melimpah. Sel surya adalah suatu perangkat yang mampu mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan mengikuti prinsip fotovoltaik, yaitu adanya energi foton pada panjang gelombang tertentu akan mengeksitasi sebagian elektron pada suatu material ke pita energi yang lebih luar. Sedangkan menurut wikipedia sel surya adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar diode p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik 6

7 2. Kegunaan Energi Listrik Energi listrik sangat banyak kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari dan sangat membantu manusia dalam melaksanakan kegiatannya seperti misalnya dalam pemanfaatnaya listrik di bedakan menjadi sebagai berikut a. Energi Listrik sebagai penghasil cahaya Arus listrik mengalir pada kawat wolfarm yang pada lampu akan panas dan mengakibatkan berpijar.kawat wolfram ini bersifat halus dan berhambatan tinggi. b. Energi Listrik sebagai penghasil panas Energi listrik sebagai penghasil panas kita aplikasikan pada alat yang menggunakan elemen pemanas. biasanya di gunakan untuk keperluan rumah tangga seperti untuk memasak (kompor listrik),untuk menanak nasi (magic com),untuk menyetrika (setrika listrik),untuk pemanas air (water heather),pengangat makanan (Microwave) dan masih banyak lagi alat yang menggunakan pemanas.bila arus mengalir pada nikel atau elemen pemanas maka akan mengakibatkan panas, panas inilah yang di gunakan untuk kebutuhan sehari hari. c. Energi Listrik sebgai penghasil Gerak Dalam kehidupan sehari hari kita sering menjumpai berbagai macam kebutuhan yang mengguanakn liistrik untuk menghasilkan gerak.sebagi contoh motor,mobil kipas angin,mixer,blender dan lain lain alat ini menghasilkan gerak untuk berjalan atapun untuk memudahkan manusia dalam segala aktivitasnya. cara kerjanya bila arus mengallir pada rangkaian motor listrik 3. Konversi Energi Suatu energi manfaatnya baru akan dapat terlihat apabila energi tersebut mengalami suatu perubahan bentuk dari energi satu ke dalam energi yang lainya. Seperti yang kita ketahui bahwa energi memiliki suatu hukum yang sering disebut dengan hukum kekekalan energi. Bunyi dari hukum kekekalan energi adalah energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya. 7

8 Dari hukum kekekalan energi di atas apabila energi dapat dirubah ke dalam bentuk energi lainnya maka energi tersebut akan dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Energi listrik merupakan hasil konversi dari energi lain memiliki dan memiliki beberapa keuntungan, diantaranya dapat dikonversikan lagi menjadi bentuk-bentuk energi lain. seperti panas, cahaya, bunyi, dan mekanik. Beberapa keuntungan energi listrik adalah: a. Mudah diubah menjadi energi bentuk lain. b. Mudah ditransmisikan. c. Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan. c. Bersih (ramah lingkungan) Contoh perubahan bentuk energi listrik antara lain adalah Perubahan dari energi listrik menjadi energi panas misalnya setrika listrik dan solder listrik. 2. Perubahan dari energi listik menjadi energi menjadi energi suara misalnya radio dan tape. 3. Perubahan dari energi listrik menjadi energi menjadi energi cahaya misalnya lampu. 4. Perubahan dari energi listik menjadi energi cahaya (gambar) dan suara misalnya pada televisi. 5. Perubahan dari energi listik menjadi energi menjadi energi gerak misalnya terdapat pada kipas angin. 6. Perubahan dari energi listik menjadi energi menjadi energi panas adalah pada pengering rambut (hair dryer) dan penanak nasi (rice cooker). 7. Perubahan dari energi kimia menjadi energi listrik misalnya pada aki dan baterai. 8. Perubahan dari energi cahaya menjadi energi kimia misalnya pada saat proses fotosintesis. 9. Perubahan dari energi gerak menjadi energi listrik misalnya terdapat pada dynamo sepeda. 10. Perubahan dari energi potensial menjadi energi listrik terjadi pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA). 11. Energi Listrik juga dapat diubah menjadi energi kalor. Besar energi listrik yang berubah menjadi kalor itu telah diselidiki oleh James Prescott Joule ( ). 8

9 Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan Joule dialirkan arus listrik selama t detik ternyata kalor yang terjadi karena ada perubahan energi listrik berubah menjadi energi kalor adalah berbanding lurus dengan: a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V) b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i) c. Waktu selama arus mengalir (t). Kesimpulan : W V i t Gambar Percobaan Joule Sumber : Banyaknya kalor yang dihasilkan oleh energi listrik melalui percobaan Joule mendapatkan adanya angka kesetaraan antara energi mekanik dan energi kalor yang disebut dengan Tara Kalor Mekanik yaitu besarnya adalah : 1 joule = 0,24 kalori Atau 1 kalori = 4,2 joule Dengan demikian, persamaan 1, 2, 3, dan 4 dapat ditulis menjadi : W = 0,24. V. Q kalori. (5) W = 0,24. V. I. t kalori. (6) W = 0,24. I 2. R. t kalori. (7) W = 0,24. V 2. t kalori. (8) R Satuan yang lebih besar untuk energi kalor adalah kilokalori (kkal). 1 kkal sama dengan 10 3 kalori. Alat alat yang mengubah Energi listrik menjadi energi kalor. Menurut Joule, kalor dapat ditimbulkan dalam kawat yang memiliki hambatan besar. Keadaan ini diterapkan pada beberapa alat listrik, antara lain setrika listrik, alat pemanas air, pengering rambut, kompor listrik, solder listrik dan lain lain. 9

10 Setrika Listrik Kompor Listrik Pemanas air Pengering rambut Gambar Alat alat Listrik. 4. Menentukan besarnya energi listrik yang di gunakan oleh sebuah alat listrik. Besarnya energi listrik yang digunakan oleh sebuah peralatan listrik yang memiliki hambatan R dalam selang waktu t (seperti tampak pada gambar) dapat dinyatakan (Koleksi P4TK IPA) bahwa besarnya energi listrk dipengaruhi oleh : 1. Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V). 2. Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i). 3. Waktu atau lamanya arus mengalir (t). Berdasarkan pernyataan di atas, besarnya energi listrik dirumuskan : W = V. I. t Persamaan lain untuk menentukan besarnya energi listrik adalah; W = V. Q... (1) Oleh karena Q = I. t, maka bentuk persamaan lain adalah W = V. I. t...(2) Oleh karena V = I. R maka persamaan (2) dapat ditulis menjadi 10

11 W = I. R. I. t atau W = I 2. R. t... (3) Atau W = 2 V t R Keterangan; W = energi listrik ( Joule ) V = beda potensial ( Volt ) R = hambatan listrik ( atau Ohm ) I = kuat arus listrik ( Ampere ) t = waktu lamanya arus mengalir ( sekon )... (4) Contoh Soal 1. Beda potensial antara dua titik pada kawat penghantar sebesar 6 V.Tentukan besarnya energi yang di perlukan untuk memindahkan muatan listrik sebesar 25 Coulomb di antara ke dua titik tersebut Penyelesaian : Diketahui : V = 6 Volt Q = 25 C Ditanya Jawab : W : W = V.Q = 6 V. 25 C = 150 Joule 2. Sebuah pemanas listrik dialiri arus sebesar 5 ampere dan memiliki hambatan 100 digunakan selama 5 menit. Hitunglah; a. energi listrik yang digunakan b. energi kalor yang dihasilkan Penyelesaian : Diketahui : I = 5 A R = 100 T = 5 menit = 300 detik Ditanyakan : a. W listrik =? b. W kalor =? c. P =? Jawab : a. W listrik = I 2. R. t = = joule b. W kalor = 0,24. W listrik = 0, = kalori = 36 K.kal 11

12 Pengayaan Penerangan menghabiskan 20% listrik dunia, dimana 40%-nya digunakan untuk menyalakan lampu pijar, sementara lampu pijar memboroskan sebagian besar energi yang dikonsumsinya untuk menghasilkan panas yang tidak diperlukan. Bagian utama sebuah alat pemanas dinamakan elemen pemanas yang terbuat dari bahan nikel dan krom (disingkat : nikrom). Bahan ini memiliki kemampuan berpijar secara terusmenerus tanpa mengalami perubahan kimia. Kawat hambatan dibuat sedemikian sehingga dapat dialiri arus yang memanaskannya sampai suhu yang diinginkan tercapai. Perhatikan gambar berikut: Gambar 3.3 Lampu Pijar (bohlam) Gambar 3.4 Proses Perubahan Energi pada lampu Pijar Sebuah lampu pijar (bohlam) hanya mengubah 10% dari energi listrik menjadi energi cahaya, dan 90 % lainnya diubah menjadi energi panas. Gambar 3.5 Lampu Neon (TL) Gambar 3.6 Proses Perubahan Energi pada lampu TL Lampu neon atau lampu TL mengubah 75% energi listrik menjadi energi cahaya dan 25% diubah menjadi energi panas. Dibanding dengan lampu pijar, lampu neon tidak hanya menggunakan listrik 75% hingga 80% lebih sedikit untuk 12

13 menghasilkan jumlah cahaya yang sama, tetapi lampu neon juga tahan 10 kali lebih lama. Keunggulan lain dari lampu neon dibandingkan lampu pijar adalah waktu nyalanya yang mencapai kira-kira 3000 jam sedangkan lampu pijar hanya kira-kira 1000 jam. Faktor apa saja yang mempengaruhi besar energi listrik yang dilepaskan oleh sumber tegangan untuk diubah menjadi energi kalor oleh alat listrik? Untuk mengetahuinya coba perhatikan percobaan berikut ini PERCOBAAN MENYELIDIKI PERUBAHAN ENERGI LISTRIK MENJADI ENERGI PANAS 13