Rumus Daya Listrik

by

Pengertian Daya Listrik

Rumus Daya Listrik – Pengertian, Hambatan, Tetangan Dan Contoh – DosenPendidikan.Com – Daya Listrik atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Electrical Power adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit/rangkaian. Sumber Energi seperti Tegangan listrik akan menghasilkan daya listrik sedangkan beban yang terhubung dengannya akan menyerap daya listrik tersebut. Dengan kata lain, Daya listrik adalah tingkat konsumsi energi dalam sebuah sirkuit atau rangkaian listrik.

Rumus Daya Listrik

Kita mengambil contoh Lampu Pijar dan Heater (Pemanas), Lampu pijar menyerap daya listrik yang diterimanya dan mengubahnya menjadi cahaya sedangkan Heater mengubah serapan daya listrik tersebut menjadi panas. Semakin tinggi nilai Watt-nya semakin tinggi pula daya listrik yang dikonsumsinya.

Sedangkan berdasarkan konsep usaha, yang dimaksud dengan daya listrik adalah besarnya usaha dalam memindahkan muatan per satuan waktu atau lebih singkatnya adalah Jumlah Energi Listrik yang digunakan tiap detik. Berdasarkan definisi tersebut, perumusan daya listrik adalah seperti dibawah ini :

P = E / t

Dimana :

P = Daya Listrik
E = Energi dengan satuan Joule
t = waktu dengan satuan detik

Dalam rumus perhitungan, Daya Listrik biasanya dilambangkan dengan huruf “P” yang merupakan singkatan dari Power. Sedangkan Satuan Internasional (SI) Daya Listrik adalah Watt yang disingkat dengan W. Watt adalah sama dengan satu joule per detik (Watt = Joule / detik)

Satuan turunan Watt yang sering dijumpai diantaranya adalah seperti dibawah ini :

1 miliWatt  = 0,001 Watt
1 kiloWatt = 1.000 Watt
1 MegaWatt = 1.000.000 Watt

Baca Juga : Listrik Statis

Rumus Daya Listrik

Rumus umum yang digunakan untuk menghitung Daya Listrik dalam sebuah Rangkaian Listrik adalah sebagai berikut  :

P = V x I

Atau

P = I2R
P = V2/R

Dimana :

P = Daya Listrik dengan satuan Watt (W)
V = Tegangan Listrik dengan Satuan Volt (V)
I = Arus Listrik dengan satuan Ampere (A)
R = Hambatan dengan satuan Ohm (Ω)

Contoh Kasus Perhitungan Daya Listrik

Contoh Kasus I :

Sebuah Televisi LCD memerlukan Tegangan 220V dan Arus Listrik sebesar 1,2A untuk mengaktifkannya. Berapakah Daya Listrik yang dikonsumsinya ?

Penyelesaiannya

Diketahui :

V = 220V
I = 1,2A
P = ?

Jawaban :

P = V x I
P = 220V x 1,2A
P = 264 Watt

Jadi Televisi LCD tersebut akan mengkonsumsi daya listrik sebesar 264 Watt.

Baca Juga : Akibat Rotasi Bumi

Contoh Kasus II :

Seperti yang terlihat pada rangkaian dibawah ini hitunglah Daya Listrik yang dikonsumsi oleh Lampu Pijar tersebut. Yang diketahui dalam rangkain dibawah ini hanya Tegangan dan Hambatan.

Tegangan dan Hambatan

Penyelesaiannya

Diketahui :

V = 24V
R = 3Ω
P = ?

Jawaban :

P = V2/R
P = 242 / 3
P = 576 / 3
P = 192W

Jadi daya listrik yang dikonsumsi adalah 192W.

Persamaan Rumus Daya Listrik

Dalam contoh kasus II, variabel yang diketahui hanya Tegangan (V) dan Hambatan (R), jadi kita tidak dapat menggunakan Rumus dasar daya listrik yaitu P=VI, namun kita dapat menggunakan persamaan berdasarkan konsep Hukum Ohm untuk mempermudah perhitungannya.

Hukum Ohm :

V = I x R

Jadi, jika yang diketahui hanya Arus Listrik (I) dan Hambatan (R) saja.

P = V x I
P = (I x R) x I
P = I2R –> dapat menggunakan rumus ini untuk mencari daya listrik

Sedangkan penjabaran rumus jika diketahui hanya Tegangan (V) dan Hambatan (R) saja.

P = V x I
P = V x (V / R)
P = V2 / R –> dapat menggunakan rumus ini untuk mencari daya listrik.

Baca Juga : Besaran Pokok dan Turunan

Daya dalam Rangkaian Listrik

Selain tegangan dan arus, ada besaran yang diperoleh akibat aktivitas elektron bebas dalam suatu rangkaian listrik, yaitu daya. Pertama-tama, harus diketahui apa pengertian daya sebelum menganalisisnya dalam rangkaian listrik.

Daya adalah ukuran seberapa besar kerja yang dapat dilakukan dalam waktu yang diberikan. Definisi kerja umumnya adalah mengangkat sesuatu yang berat melawan gaya gravitasi. Semakin berat dan semakin tinggi benda yang diangkat, maka semakin besar kerja yang dilakukan. Dalam rangkaian listrik, daya merupakan fungsi dari tegangan dan arus. Hubungan daya secara sistematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

Akan tetapi dalam masalah ini daya (P) sama dengan arus (I) dikali dengan tegangan (E) atau sebanding dengan IE. Ketika menggunakan formula ini, satuan besaran daya adalah watt, yang disingkat dengan huruf kapital “W”.

Daya merupakan gabungan antara tegangan dan arus dalam rangkaian. Ingat bahwa tegangan adalah kerja tertentu (atau energi potensial) per satuan muatan, ketika arus adalah laju muatan listrik yang bergerak melalui konduktor. Tegangan analogi dengan kerja yang dilakukan dalam mengangkat beban melawan tarikan gravitasi. Arus analogi dengan kecepatan pada beban yang diangkat.

Suatu rangkaian dengan tegangan tinggi dan arus yang rendah mungkin melepaskan jumlah daya yang sama sebagaimana rangkaian dengan tegangan rendah dan arus yang tinggi. Baik nilai tegangan maupun nilai arus menunjukkan besarnya daya dalam rangkaian listrik.

Dalam suatu rangkaian terbuka, di mana terdapat tegangan antara terminal sumber dan arus sama dengan nol, maka tidak ada tenaga yang dilepaskan, tak masalah seberapa besar tegangan yang terukur. Karena P=IE dan I=0 dan tegangan dikalikan dengan nol hasilnya adalah nol, maka daya yang dilepaskan dalam rangkaian sama dengan nol. Dengan demikian, jika rangkaian dihubung singkat sehingga tahanan hubung singkat sama dengan nol (seperti kawat superkonduktif), dari kondisi seperti ini maka tegangan bernilai nol, sehingga tidak ada daya yang akan dilepaskan.

Jika diukur daya dalam satuan “daya kuda” atau satuan “watt”, maka ada hal yang sama dalam satuan tersebut, yaitu seberapa besar kerja yang dapat dilakukan dalam waktu tertentu. Dua satuan tersebut tidak sama secara angka, tetapi dapat dikonversikan antara satu dengan yang lain.

Baca Juga : Makalah Pemanasan Global (Global Warming)

1 Daya Kuda (Horse Power) =745,7 Watt

Jika suatu mesin diesel atau mesin sepeda motor 100 daya kuda, maka dapat dinominalkan dengan mesin “74570 watt”.

Perhitungan Daya Listrik

Sebagaimana telah diketahui pada pembahasan sebelumnya formula untuk menentukan daya dalam rangkaian listrik adalah dengan mengalikan tegangan dalam “volt” arus dalam “amp” sehingga didapat satuan daya dalam “watt”. Contoh perhitungan daya dapat dilihat pada Gambar 1.

Perhitungan Daya Listrik
    Gambar 1 Sumber tegangan dan tahanan rangkaian diketahui

 

Dalam rangkaian di atas, dapat diketahui bahwa sebuah baterai dengan tegangan 18 volt dan lampu dengan tahanan 3 Ω. Dengan menggunakan hukum Ohm untuk menentukan arus, di dapat :

 

hukum Ohm untuk menentukan arus

Setelah didapat arus, maka daya dapat ditentukan dengan mengalikannya dengan tegangan sehingga :

daya dapat ditentukan dengan

Jadi jawabannnya adalah lampu tersebut melepaskan daya 108 watt, sebagian besar dalam bentuk cahaya dan panas.

 

Baca Juga : 1 Kg Berapa Gram

Kemudian dengan rangkaian yang sama tegangan baterai dinaikkan untuk melihat apa yang terjadi. Secara gamblang dapat diketahui bahwa arus dalam rangkaian akan meningkat sebagaimana tegangan meningkat dan tahanan lampu tetap sama. Demikian juga, daya akan meningkat juga :

Sumber tegangan dinaikkan
     Gambar 2 Sumber tegangan dinaikkan

 

Sekarang, tegangan baterai adalah 36 volt sebagai ganti 18 volt pada Gambar 1. Lampu tersebut menyediakan tahanan listrik 3 Ohm agar elektron dapat mengalir, sehingga arus menjadi :

tahanan listrik 3 Ohm

 

Hal ini karena jika I = E/R, dan nilai E ganda sedangkan R tetap sama dan nilai arus menjadi ganda pula. Nilai arus yang diperoleh adalah 12 Amp dan daya menjadi :

Nilai arus yang diperoleh

 

Perhatikan bahwa daya meningkat sebagaimana yang diperkirakan, tetapi meningkatnya lebih disebabkan oleh arus. Hal ini disebabkan daya merupakan fungsi  dari tegangan dikalikan arus, dan baik arus maupun tegangan bernilai ganda dari nilai pada rangkaian sebelumnya, sehingga daya pun meningkat oleh faktor 2 x 2 atau 4. Ini dapat diperiksa dengan membagi 432 Watt dengan 108 Watt dan hasilnya adalah 4.

Dengan menggunakan aljabar dapat memanipulasi Persamaan (1), walaupun tidak diketahui salah satu besaran baik itu arus, tegangan atau tahanan. Jika hanya diketahui tegangan (E) dan tahanan (R) :

memanipulasi Persamaan

 

Jika kita hanya mengetahui arus (I) dan tahanan (R), maka :

mengetahui arus

 

Menurut catatan sejarah bahwa James Prescott Joule, bukan Georg Simon Ohm, yang pertama kali menemukan hubungan matematis antara pelepasan daya dan arus yang melalui tahanan. Penemuan ini diterbitkan dalam tahun 1841, diikuti dengan formulasi terakhir (P=I2R), dan tepatnya dikenal dengan hukum Joule. Akan tetapi persamaan daya ini sangat umum jika dihubungkan dengan persamaan hukum Ohm yang berhubungan dengan tegangan, arus dan tahanan (E=IR ; I=E/R dan R=E/I) sehingga sering ditujukan kepada Ohm sebagai penghargaan.

Artikel kali ini lebih saya tujukan kepada orang awam yang ingin mengenal dan mempelajari teknik listrik ataupun bagi mereka yang sudah berkecimpung di dalam teknik elektro untuk sekedar mengingat kembali teori-teori dasar listrik.

Baca Juga : Listrik Dinamis

1. Arus Listrik

adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Arah arus listrik dan arah gerakan elektron
     Gambar 1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.

 

“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624×10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”

Formula arus listrik adalah:

I = Q/t (ampere)

Dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = waktu, detik

2. Kuat Arus Listrik

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.  Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.

Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu:

Q = I x t
I = Q/t
t = Q/I

Dimana :

Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.

“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik”

“muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik”

Baca Juga : Kromatografi Adalah

3. Rapat Arus

Difinisi :

“rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.

Kerapatan arus listrik
       Gambar 2. Kerapatan arus listrik.

 

Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²).

Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

Kemampuan Hantar Arus
        Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)

 

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.

Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat:

J = I/A
I = J x A
A = I/J

Dimana:

J = Rapat arus [ A/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
A = luas penampang kawat [ mm²]

4. Tahanan dan Daya Hantar Penghantar

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

Tahanan didefinisikan sebagai berikut :

“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C”

Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:

“Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik”.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

R = 1/G
G = 1/R

Dimana :

R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho]

Resistansi Konduktor
            Gambar 3. Resistansi Konduktor

 

Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.

“Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta tahanan jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah” :

R = ρ x l/q

Dimana :

R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
l = panjang kawat [meter/m] l
ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]

Faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada :

  1. panjang penghantar.
  2. luas penampang konduktor.
  3. jenis konduktor .
  4. temperatur.

“Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar”

5. Potensial atau Tegangan

Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”. satuan dari potential difference adalah Volt.

“Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”

Formulasi beda potensial atau tegangan adalah:

V = W/Q [volt]

Dimana:

V = beda potensial atau tegangan, dalam volt
W = usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule
Q = muatan listrik, dalam coulomb

Rangkaian Listrik

Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban

Rangkaian Listrik
             Gambar 4. Rangkaian Listrik.

 

Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup.

  • Cara Pemasangan Alat Ukur

Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal inidisebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.

“alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”

  • Hukum Ohm

Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

I = V/R

Hukum Ohm1

 

  • Hukum Kirchoff

Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol (ΣI=0).

Hukum Kirchoff
Gambar 5. loop arus“ KIRChOFF “

 

Jadi:

I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0
I1 + I4 = I2 + I3 + I5

Teori Dasar Listrik

  1. Tahanan Dari Penghantar Listrik
    Semua bahan bagaimanapun murninya selalu mempunyai tahanan listrik, yang mana tahanan ini tergantung tahanan jenis ( ρ ) bahan itu sendiri.
    Tahanan tersebut tergantung dari bahan; berbanding lurus dengan panjang dan berbanding terbalik dengan penampang penghantar tersebut.
    Temperatur juga akan mempengaruhi besarnya tahanan. Baik atau buruknya tahanan suatu penghantar ditentukan oleh;
  2. Tahanan Jenis ( ρ = Rho )
    ρ = adalah menunjukkan tahanan darin suatu penghantar panjang 1 meter, penampang 1 mm2 pada suhu 20 o C.
    Satuan dari nilai ini adalah ohm milimeter kwadrat permeter ( ).
    A= 1mm2 pada 20 o C
    panjang (l)= 1 m
  3. Daya Hantar ( = Kappa )
    א = adalah bilangan yang menunjukkan panjang dalam meter dari sebuah penghantar yang penampangnya 1 mm2 dan tahanannya 1 Ω.
    Nilai daya hantar adalah kebalikan dari tahanan jenis, yaitu =
    Nilai daya hantar adalah bermacam-macam tergantung dari bahannya. Pada umumnya adalah kita menghitung dengan;

Contoh : Daya hantar tembaga adalah
Hitung tahanan jenis tembaga ?
Jawab : = →ρ = =

Catatan: Makin tinggi tahanan jenis serta makin panjang penghantarnya dan makin kecil penampangnya adalah = makin tinggi tahanan dari penghantarnya.
Tahanan jenis harganya 0,01786 atau
Hantaran jenis harganya 56 ( atau kebalikan dari tahanan jenis )

dimana;

R = Tahanan atau hambatan ( Ω )
= Tahanan jenis
= Daya hantar
l = Panjang ( m )
A = Luas ( mm2 ).

  1. Hambatan adalah gesekan atau rintangan yang diberikan suatu bahan terhadap suatu aliran arus.
  2. Hambatan itu antara lain ; lampu, kumparan, elemen panas, dsb.
  3. Ukuran semua jenis kawat telanjang biasanya diameternya ( Ф ) dalam mm.
  4. Ukuran penghantar jenis kawat berisolasi biasanya penampang dalam mm2.

Demikian penjelasan artikel diatas tentang Rumus Daya Listrik – Pengertian, Hambatan, Tetangan Dan Contoh semoga dapat bermanfaat bagi pembaca setia DosenPendidikan.Com