Bab 5. Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-Hari (Materi 4 : Energi dan Daya Listrik)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.5 Menerapkan konsep rangkaian listrik, energi dan daya listrik, sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari termasuk sumber energi listrik alternatif, serta berbagai upaya menghemat energi listrik.

Keterampilan

4.5 Menyajikan hasil rancangan dan pengukuran berbagai rangkaian listrik.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan konsep energi listrik dengan benar.

2. Menerapkan perhitungan konsep energi listrik dengan benar.

3. Menjelaskan konsep daya listrik dengan benar.

4. Menerapkan perhitungan konsep daya listrik dengan benar.

5. Menghitung biaya rekening listrik berdasarkan konsep energi listrik dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

      Biaya pemakaian listrik dihitung berdasarkan besarnya energi listrik yang digunakan. Sehingga, sebelum menentukan biaya pemakaian listrik perlu menentukan besarnya penggunaan energi listrik. Hubungan antara besar energi listrik dan biaya pemakaian listrik adalah sebanding. Artinya, semakin banyak energi listrik yang digunakan akan membuat biaya yang harus dibayarkan. Bagaimanakah cara menghitung biaya pemakaian listrik tersebut?

A. Energi Listrik

• Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. 
• Alat listrik dapat melakukan usaha jika mampu mengubah dari energi listrik menjadi energi lain. Misalnya, pada alat-alat listrik seperti pemanas listrik, kompor listrik, dan pengering rambut, energi listrik diubah menjadi energi panas. 
• Satuan energi listrik dalam sistem SI adalah Joule (J). Selain Joule, satuan lain yang digunakan dalam kehidupan kita sehari-hari yaitu kalori dan kWh (KiloWatt Hour).
• 1 J = 0,24 kalori
• 1 kalori = 4,2 J
• 1 kWh = 1 kW x 1 jam
• 1 kWh = 1000 W x 3600 s = 3.600.000 Joule
• 1 kWh = 3.600 kJ
• Energi listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
  

Contoh Soal :

1. Sebuah peralatan listrik dipasang pada tegangan listrik sebesar 12 volt dan arus yang mengalir adalah sebesar 750 mA. Hitunglah besarnya energi listrik yang dibutuhkan dalam jangka waktu 1 menit!

Penyelesaian :
Diketahui:
V = 12 V
I = 750 mA = 750 . 10^-3 = 0,75 A

t = 1 menit = 60 sekon
Ditanyakan : W = ... ?
Jawab :
W = V . I . t
W = 12 . 0,75 . 60
W = 540 joule

Jadi, besarnya energi listrik yang dibutuhkan adalah 540 joule.

2. Sebuah lampu dipasang di ruang tamu rumah Bapak Budi yang memiliki energi listrik 132 kJ dialiri arus listrik sebesar 2 A selama 5 menit. Hitung besar tegangan listrik yang diperlukan lampu untuk menyala dengan baik!

Penyelesaian :
Diketahui:
W = 132 kJ = 132.000 J
I = 2 A
t = 5 menit = 5 . 60 = 300 s
Ditanyakan: V = ... ?
Jawab:
W = V . I . t

V = W /  I . t
   = 132.000 / (2 . 300)
   = 132.000 / 600 

   = 220 V

Jadi, besar tegangan listrik yang diperlukan lampu untuk menyala dengan baik adalah 220 V.

3. Terdapat sebuah lampu yang mempunyai hambatan yakni 7 Ω, dan akan dialiri dengan arus listrik yang mempunyai 2 A yang memakan waktu selama 5 menit. Hitung berapakah energi listrik yang akan dihasilkan!

Penyelesaian :

Diketahui :

R = 7 Ω

I = 2 A

t = 5 menit = 5 . 60 = 300 s

Ditanyakan : W = ?

Jawab :

W = I² . R . t

W = 2² . 7 . 300

W = 8.400 J = 8,4 kJ

Jadi, energi listrik yang akan dihasilkan sebesar 8.400 J atau 8,4 kJ.

B. Daya Listrik

• Daya listrik adalah jumlah energi listrik atau usaha listrik tiap satuan waktu.
• Daya listrik dapat ditentukan dari hasil membandingkan antara jumlah energi listrik terpakai dengan waktu.
• Besarnya daya listrik suatu alat listrik ditentukan oleh tegangan yang diberikan pada alat listrik.
• Misalnya pembacaan pada sebuah lampu bohlam sepeda motor tertulis 12 V/35 W, artinya lampu bohlam tersebut memiliki daya listrik 35 watt jika tegangan listrik yang diterima adalah 12 V. Jika lampu bohlam tersebut diberi tegangan kurang dari 12 V, maka daya lampu tersebut kurang dari 35 watt.
• Bila suatu peralatan listrik memiliki karakteristik yaitu 100 watt, 220 volt, maka dari informasi yang diketahui maka dapat kita simpulkan bahwa peralatan listrik tersebut dapat bekerja secara baik atau maksimal apabila disuplai dengan daya listrik sebesar 100 watt.
• Lalu, bagaimana jika tegangan yang dipasang kurang dari 220 V? maka peralatan tersebut hanya akan bekerja dengan daya yang lebih kecil dari 100 watt, sebaliknya bagaimana jika peralatan dipasang pada tegangan di atas 220 V? maka peralatan tersebut dapat dipastikan akan rusak.
• Daya listrik dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
  

Keterangan 

P = Daya listrik (W)
W = Energi listrik (J)
V = Beda potensial listrik (V)
I = Kuat arus listrik (A)
t =  Waktu (s)

R = hambatan (Ω)

Contoh Soal :

1. Sebuah televisi memerlukan tegangan 220 V dan arus listrik sebesar 2 A untuk menyalakannya. Hitung berapa daya listrik yang dihasilkan!

Penyelesaian :

Diketahui :

V = 220 volt

I = 2 A

Ditanyakan : P = ?

Jawab :

P = V . I

P = 220 . 2

P = 440 Watt

Jadi, daya listrik yang dihasilkan sebesar 440 Watt.

3. Sebuah peralatan listrik rumah tangga tertulis 220 V/440 W dipakai selama 5 menit, maka hitunglah besar kuat arus yang mengalir dan besarnya energi yang digunakan!

Penyelesaian :

Diketahui:
V = 220 volt
P = 440 W
t = 5 menit = 5 . 60 = 300 s
Ditanyakan : a. I = ?

                     b. W = ?

Jawab :
a. Kuat arus yang mengalir :

P = V . I
I = P/V
I = 440/220 = 2 A

b. Besarnya energi yang digunakan :
W = P . t
W = 440 . 300
W = 132.000 joule

W = 132 kJ

4. Sebuah lampu memiliki spesifikasi 18 watt, 150 Volt. Lampu dipasang pada tegangan 150 volt. Tentukan:

a) Energi yang digunakan lampu selama pemakaian 12 jam

b) Hambatan lampu

c) Kuat arus yang mengalir pada lampu

Penyelesaian :

Diketahui :

P = 18 watt

V = 150 volt

t = 12 jam = 12 . 3.600 sekon = 43.200 s

Ditanyakan : a. W selama 12 jam

                     b. R

                     c. I

Jawab :

a. Energi yang digunakan lampu selama pemakaian 12 jam :

    W = P . t

    W = 18 . 43.200 s = 777.600 J = 777,6 kJ

b. Hambatan lampu :

Dari spesifikasi pada lampu dan rumus hambatan hubungannya dengan daya listrik:

Sehingga hambatan lampu adalah :

c. Kuat arus yang mengalir pada lampu:

    I = V/R

    I = 150/1250

    I = 0,12 A

4. Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 watt, 220 Volt.

Tentukan daya lampu tersebut jika dipasang pada tegangan:
a. 220 volt
b. 110 volt
Penyelesaian :
a. Saat dipasang pada tegangan 220 volt.

• Lampu memperoleh tegangan sesuai spesifikasinya, jadi dayanya 100 W.

b. Saat dipasang pada tegangan 110 volt.

• Daya lampu akan berubah, namun hambatan pada lampu tetap. Dari hubungan daya, tegangan dan hambatan lampu pada rumus nomor sebelumnya:
  
• Hambatan saat dipasang pada tegangan 220 V dan saat dipasang pada tegangan 110 V adalah sama besar :
  
• Diperoleh rumusnya
  
• Masukkan datanya:
• P1 = 100 W
• V1 = 220 V
• V2 = 110 V
• P2 =.....?

                    

Jadi, daya lampu tersebut jika dipasang pada tegangan 110 V adalah 25 W.

C. Biaya Penggunaan Energi Listrik

• Pemasangan alat listrik di rumah-rumah dirangkai secara paralel. Hal ini diharapkan agar tegangan yang melalui alat-alat tersebut besarnya sama.
• Untuk menghitung besar energi listrik yang digunakan pada suatu rumah, PLN memasang alat yang disebut kWh meter (meteran listrik). 
• 1 kWh (kilowatt hours) didefinisikan sebagai daya sebesar 1.000 watt yang digunakan selama 1 jam. 
• Langkah-langkah menghitung biaya penggunaan energi listrik dalam 1 bulan :
• Menghitung energi yang digunakan tiap alat listrik per hari :

                Energi yang digunakan (kWh) = Jumlah alat x daya (kW) x waktu (h)

                                                                 W = n . P . t

• Menghitung energi total per hari dengan menjumlahkan energi yang digunakan semua alat listrik per hari.
• Menghitung energi total yang digunakan selama 1 bulan (W total per hari dikali 30)
• Menghitung biaya yang harus dibayarkan :

                  Biaya = Jumlah energi yang digunakan (W total per bulan) x tarif per kWh

Contoh Soal :

1. Sebuah rumah menggunakan lampu pijar berdaya 30 W selama 6 jam setiap hari. Jika harga listrik per kWh Rp 1.000,00, maka tentukan biaya listrik yang harus dibayar dalam 1 bulan (30 hari) !

Penyelesaian :

a. Energi yang digunakan per hari :

    W per hari = n . P . t = 1 . 30 . 6 = 180 Wh = 0,18 kWh

b. Energi yang digunakan dalam 1 bulan (30 hari) :

    W total per bulan = 0,18 kWh . 30 = 5,4 kWh

c. Biaya yang harus dibayarkan :
    Biaya = W total per bulan x tarif per kWh

              = 5,4 kWh x Rp. 1.000,00 / kWh 

              = Rp. 5.400,00

Jadi, biaya listrik yang harus dibayar dalam 1 bulan (30 hari) adalah  Rp. 5.400,00.

2. Rumah Pak Budi menggunakan peralatan listrik yang terdiri dari 3 lampu masing-masing 20 W, 3 lampu masing-masing 40 W yang semuanya digunakan selama 12 jam per hari. Satu pompa air 250 W digunakan 4 jam sehari dan setrika 300 W digunakan 2 jam sehari. Apabila tarif listrik Rp 600,00 / kWh, maka tentukan biaya rekening listrik yang harus dibayar Pak Budi selama 1 bulan (30 hari) !

Penyelesaian :

a. Energi yang digunakan per hari :

Lampu 20 W → W1 = n . P . t = 3 . 20 . 12 = 720 Wh

Lampu 40 W → W2 = n . P . t = 3 . 40 . 12 = 1.440 Wh

Pompa air     → W3 = n . P . t = 1 . 250 . 4 = 1.000 Wh

Setrika          → W3 = n . P . t = 1 . 300 . 2 = 600 Wh

---------------------------------------------------------------------- +
                                           W total per hari = 3.760 Wh = 3,76 kWh

b. Energi yang digunakan dalam 1 bulan (30 hari) :

    W total = 3,76 kWh . 30 = 112,8 kWh

c. Biaya yang harus dibayarkan :
    Biaya = W total x tarif per kWh

              = 112,8 kWh x Rp. 600,00 / kWh 

              = Rp. 67.680,00

Jadi, biaya rekening listrik yang harus dibayar Pak Budi per bulan adalah  Rp. 37.800,00.

3. Suatu keluarga menggunakan alat-alat listrik seperti pada tabel berikut.

Jika harga listrik Rp1.000,00 kWh dan harga sewa kWh meter Rp. 20.000,00 per bulan, maka tentukan biaya rekening listrik yang harus dibayar oleh keluarga tersebut dalam 1 bulan (30 hari) !

Penyelesaian :

a. Energi yang digunakan per hari :

Setrika         → W1 = n . P . t = 1 . 200 . 2 = 400 Wh

Televisi        → W2 = n . P . t = 1 . 120 . 15 = 1.800 Wh

Kulkas         → W3 = n . P . t = 1 . 180 . 24 = 4.320 Wh

Kipas angin → W4 = n . P . t = 2 . 80 . 12 = 1.920 Wh

Lampu         → W5 = n . P . t = 5 . 20 . 12 = 1.200 Wh

---------------------------------------------------------------------- +
                                       W total per hari  = 9.640 Wh = 9,64 kWh

b. Energi yang digunakan dalam 1 bulan (30 hari) :

    W total per bulan = 9,64 kWh . 30 = 289,2 kWh

c. Biaya yang harus dibayarkan :
    Biaya = W total per bulan x tarif per kWh

              = 289,2 kWh x Rp. 1.000,00 / kWh 

              = Rp. 289.200,00

    Biaya total = Biaya +  harga sewa kWh meter 

                     = Rp. 289.200,00 + Rp. 20.000,00 

                     = Rp. 309.200,00

  

Jadi, biaya rekening listrik yang harus dibayar keluarga tersebut per bulan adalah Rp. 309.200,00.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Mengerjakan LKS hal 94 No. 25 dan 28, kemudian LKS hal  95 No 10.
• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~