Pada siang hari, setelah pulang sekolah Ari duduk-duduk di teras depan rumahnya. Sesekali ia melihat ke arah jalan, seolah-olah ada yang ia tunggu. Ternyata tidak lama lagi Andi adiknya yang tengah berjalan bersama ibunya menuju rumah, setelah sampai di depan kakaknya, Andi memencet tombol mobil-mobilan yang baru saja ia beli di toko. Mobil-mobilan itu dapat berjalan. Andi berpikir kenapa mobil-mobilan itu dapat berjalan sendiri. Karena rasa ingin tahu Andi mengambil mobil-mobilan itu dan ia buka bagian bawahnya. Andi mendapat dua baterai kecil di dalam mobil-mobilan itu. Kemudian Andi bertanya kepada Ari, Kak . . . . Kenapa mobil-mobilan ini dapat berjalan? Ari tidak menjawab, hanya senyum saja yang ia
lontarkan. Maka Andi mencoba lagi dengan melepas kedua baterai, ternyata mobil tersebut tidak mau berjalan. Oleh karena itu, Andi hanya berpikir bahwa kedua baterai itu yang menyebabkan mobil bisa berjalan. Mengapa mobil-mobilan yang di dalamnya diberi baterai itu dapat berjalan? Untuk menjawab pertanyaan di atas mari kita pelajari bab berikut.

A. Energi Listrik

1. Pengertian 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 terjadinya pergerakan elektronelektron, 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 mempunyai probabilitas yang 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 di dalam sebuah rangkaian diberi beda potensial V sehingga mengalirkan muatan listrik sejumlah Q dan arus listrik sebesar I, maka energi listrik yang diperlukan,

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 = coulomb × volt. Sedangkan muatan per satuan waktu adalah kuat arus yang mengalir maka energi listrik dapat ditulis,

Berkaitan dengan yaitu hukum Ohm, maka dapat ditulis kembali,

Dari persamaan-persamaan menunjukkan bahwa besarnya energi listrik tergantung pada muatan, beda potensial, arus listrik, hambatan, dan waktu. Semakin besar muatan, kuat arus, beda potensial dan waktu, semakin besar pula energinya. Sedang untuk hambatan, semakin besar hambatan, energi semakin kecil.

B. Daya Listrik

Daya Listrik

Sebuah penghantar yang diberi beda potensial V, kuat arus I, dalam waktu t, berdasarkan persamaan ketiga variabel tersebut merupakan bagian dari konsep usaha atau energi listrik. Usaha yang dilakukan dalam satuan waktu disebut daya, P. Oleh karena itu,
persamaan daya listrik dapat ditulis sebagai,

Daya listrik merupakan bagian dari besarnya beda potensial, kuat arus, hambatan dan waktu. Satuan daya adalah joule/sekon atau volt × ampere atau lebih umum disebut watt, karena watt merupakan satuan Sistem Internasional. Joule merupakan satuan Sistem Internasional energi listrik, tetapi dalam kehidupan sehari-hari energi listrik biasa dinyatakan dalam satuan kWh (kilowatt-hour) atau kilowatt-jam, dan dapat ditulis

Persamaan di atas adalah energi listrik yang dinyatakan dalam satuan watt sekon. Bagaimana kalau dinyatakan kilowatt-jam, maka yang perlu diperhatikan adalah, 1 kilowatt = 1000 watt dengan t selama 1 jam = 3600 sekon. 1 joule = watt sekon, sehingga,

Harga langganan listrik didasarkan pada banyak energi listrik yang digunakan oleh pelanggan listrik tersebut. Banyaknya energi dinyatakan dalam satuan kilowattjam. Alat ukur untuk menentukan besarnya energi listrik yang digunakan disebut kWhmeter. Alat ini biasanya dipasang di rumah-rumah atau bangunan yang memanfaatkan energi listrik.
Misalnya:
Sebuah rumah menggunakan lampu pijar listrik yang bertuliskan 220 V, 40 W. Ini berarti lampu menyala dengan baik pada tegangan 220 V dan daya yang digunakan adalah 40 W. Artinya setiap detik lampu tersebut menggunakan energi listrik sebesar 40 joule. Apabila lampu dinyalakan selama 24 jam dan 1 kWh harganya Rp 100,00, maka untuk menentukan pembayaran listrik selama 24 jam tersebut sebagai berkut:
Daya lampu 40 W atau 0,040 kW, jika dinyalakan selama 24 jam, maka energi listrik yang dipakai adalah 0,040 kW × 24 jam = 0,960 kWh. Jadi, harga yang harus dibayar adalah 0,960 kWh × Rp 100,00/kWh = Rp 96,00

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 (��) 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,

Dengan angka 0,24 pada persamaan di atas adalah angka kesetaraan dari joule ke kalori. 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;Dengan angka 0,24 pada persamaan di atas adalah angka kesetaraan dari joule ke kalori. 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;

Dengan m adalah massa benda yang dinyatakan dalam kg, c adalah kalor jenis yang dinyatakan dalam J/kgo C, T2 adalah suhu akhir dan 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 logamlogam 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.