Hubungan Tegangan, Kuat Arus, dan Energi Listrik

Energi listrik dapat berubah menjadi bentuk energi lain. Untuk mengubah energi listrik menjadi energi lain diperlukan alat listrik. Setrika merupakan alat listrik yang memiliki hambatan, jika digunakan memerlukan tegangan, arus listrik, dan waktu penggunaan. Hambatan, tegangan, kuat arus, dan waktu itulah yang memengaruhi besar energi listrik. Energi listrik sebanding dengan tegangan listrik (V), kuat arus listrik (I), dan waktu (t). Secara matematis pernyataan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.

W = V · I · t                                     (6.1)

Karena menurut Hukum Ohm I=V/R atau V=I.R, maka persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi persamaan berikut. 

W=V. I. t  =V.    (	V	) .t =	V2	. t .............(6.2)
	R		R

Atau

W = V · I · t = (I · R) · I · t = I² · R · t ......... (6.3)
Keterangan:

W = energi listrik (joule)

V = tegangan listrik (volt)

I = kuat arus listrik (ampere)

t = selang waktu (sekon)

R = hambatan listrik (ohm)

Contoh 1
Sebuah lampu 220 volt dialiri arus listrik sebesar 5 ampere. Tentukanlah energi listrik yang timbul setelah lampu tersebut dialiri arus listrik selama:
a. 10 sekon
b. 5 menit
Jawab:
V = 220 volt
I = 5 ampere
a. t = 10 sekon
W = V · I · t
     = (220 volt) · (5 A) · (10 s)
     = 11.000 joule
b. t = 5 menit = 5 · 60 sekon = 300 sekon
W = V · I · t
     = (220 volt) · (5 A) · (300 s)
     = 330.000 joule

Contoh 2
Sebuah setrika listrik 220 volt memiliki elemen pemanas 50 ohm. Berapa energi listrik yang dihasilkan setrika tersebut selama 5 menit?
Jawab:
V = 220 volt
R = 50 ohm
t = 5 · 60 s = 300 s
W = .... ?
Dengan menggunakan Persamaan (6.2) diperoleh:
W =V²/R . t
= 220² . 300
     50
= 290.400 joule

Contoh 3
Energi listrik yang dihasilkan sebuah elemen listrik dengan hambatan 5 ohm dan dialiri arus listrik selama 2 menit adalah 9.600 J. Berapa kuat arus listrik yang mengalir melalui elemen listrik tersebut?
Jawab:
R = 5 ohm
W = 9.600 J
t = 2 · 60 s = 120 s
I = .... ?
Dengan menggunakan Persamaan (6.3) diperoleh:
W = I² · R · t ⇔ 9.600 = I² · 5 · 120
                       ⇔ I² = 9.600/600 = 16 A
                       ⇔ I   =√16 = 4 Ampere

Daya Listrik
Watt merupakan satuan daya listrik. Daya listrik adalah banyaknya energi listrik yang terpakai setiap sekonnya. Satuan daya listrik adalah watt, 1 watt = 1 joule/sekon. Secara matematis, persamaan daya listrik dinyatakan sebagai berikut.

P = W/t                                            (6.4)

Keterangan:
P = daya listrik (watt)
W = energi listrik (joule)
t = selisih waktu (sekon)

Satuan daya lainnya:
a. kilowatt (kW), 1 kW = 103 W
b. megawatt (MW), 1 MW = 106 W
Dari Persamaan (6.1) telah diketahui bahwa W = V · I · t ,sehingga daya listrik dapat juga dituliskan sebagai berikut.
P=W/t =

Contoh  1
Sebuah radio 150 watt, 220 volt dihubungkan dengan sumber tegangan listrik 220 volt selama 1 menit. Berapa banyak energi listrik yang digunakan?
Jawab:
P = 150 watt
V = 220 volt
t = 1 menit = 1 . 60 s = 60 s
W = .... ?
Dengan menggunakan Persamaan (6.4) diperoleh:
P = W/t ⇔ 150 = W/60
               ⇔ W    = 150 . 60
                             = 9.000 J

Contoh 2
Sebuah sekring dipasang pada tegangan 220 volt menyebabkan arus mengalir sebesar 3 A. Berapa daya sekring tersebut?
Jawab:
V = 220 volt
I = 3 ampere
P = .... ?
Dengan menggunakan Persamaan (6.5) diperoleh:
P = V · I
    = 220 · 3
     = 660 watt

Contoh  3
Sebuah pemanas air mempunyai elemen pemanas dengan hambatan 100 ohm dialiri arus listrik sebesar 5 ampere. Berapakah daya listrik pemanas air tersebut?
Jawab:
R = 100 ohm
I = 5 ampere
P = .... ?
Dengan menggunakan Persamaan (6.6) diperoleh:
P = I² × R
    = 5² × 100
    = 2.500 watt

Contoh 4
Sebuah lampu listrik bertuliskan 40 W, 220V. Apakah artinya?
Jawab:
Lampu bertuliskan 40 W, 220 V artinya lampu tersebut memerlukan daya 40 W atau energi 40 joule/sekon jika dipasang pada tegangan 220 volt.

Energi listrik yang digunakan di rumahmu disuplai oleh PLN. PLN menggunakan kWh meter untuk mengukur penggunaan energi listrik oleh konsumen dalam satuan kilowatt jam (kWh = kilowatt hour). Satu kWh adalah besarnya energi listrik yang digunakan selama 1 jam dengan daya listrik sebesar 1.000 watt.

Contoh
Dalam sebuah rumah terdapat 6 buah lampu 25 watt, 2 buah lampu 60 watt, sebuah radio 100 watt, dan sebuah televisi 150 watt yang dinyalakan selama 5 jam setiap harinya. Jika harga 1 kWh sebesar Rp 200,00, berapakah biaya pemakaian listrik selama 1 bulan (30 hari)?
Jawab:
Daya total alat-alat listrik adalah:
P = (6 × 25 W) + (2 × 60 W) + (1 × 100 W) + (1 × 150 W)
    = 150 W + 120 W + 100 W + 150 W
    = 520 W
Pemakaian selama 1 bulan = 5 jam × 30 hari = 150 jam.
Energi listrik selama 1 bulan adalah:
W = P × t
    = 520 watt × 150 jam
    = 78.000 watt jam (1 kWh = 1.000 watt jam)
    = 78 kWh
Jadi, biaya listrik yang harus dibayar adalah 78 kWh × Rp 200,00 = Rp 15.600,00.