ENERGI DALAM SISTEM KEHIDUPAN

ENERGI LISTRIK

Energi listrik merupakan energi yang dapat menghantarkan atau mengalirkan listrik. Energi listrik dapat diperoleh dengan cara mengubah energi lain menjadi energi listrik. Umumnya listrik diperoleh dari mengubah energi kinetik generator menjdi energi listrik. Energi kinetik untuk menggerakkan generator bisa diperoleh dari uap yang dihasilkan dari pembakaran sumber energi fosil, seperti minyak, batubara, dan gas atau bisa dari aliran air atau dari aliran udara.

            Sumber-sumber energi listrik memiliki kelebihan dan kekurangan, seperti energi fosil yang mudah diperoleh namun bersifat menghasilkan pencemaran dan cadangannya terbatas. Sementara energi aliran air atau angin, bersih dan tidak terbatas nmun tidak selalu ada. Kebutuhan energi listrik di Indonesia sebagian besar dari energi fosil, sedangkan cadangan minyak, batubara dan gas yang digunakan untuk pembakaran semakin menipis. Selain itu, saat ini terjadi pemanas global akibat polusi yang ditimbulkan dari pembakaran fosil. Sehingga kita sebagai generasi penerus harus bisa mencari energi alternatif yang bersih dan tidak terbatas untuk menghasilkan energi listrik.

            Salah satu energi alternatif yang dapat menghasilkan listrik adalah angin. Energi angin tidak menimbulkan pencemaran atau polusi dan energi angin dapat kembali lagi seperti semula. Sehingga energi angin ini dapat menjadi salah satu energi alternatif yang aman dan tidak menimbulkan pemanasan global dan dapat mengurangi energi fosil yang digunakan pembakaran untuk diubah menjadi energi listrik.

            Dalam energi listrik ada beberapa hukum yang berkaitan yaitu hukum Coloumb, hukum Ohm dan hukum Kirchhoff.

Hukum Coulomb

Ketika dua buah muatan sejenis didekatkan satu sama lain, terdapat sebuah gaya yang saling menolak yang mencegah kedua muatan tersebut bersatu. Sebaliknya, jika dua buah muatan yang berlainan jenis didekatkan, akan timbul gaya saling menarik. Gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarikini disebut gaya elektrostatis.

Coulomb berhasil menghitung besarnya gaya antarmuatan ini. Sebagai penghargaan atas penemuannya, gaya antar muatan ini dinamakan gaya Coulomb. Dalam penelitiannya, Coulomb menggunakan alat yang dinamakan neraca puntir, seperti terlihat pada.

Jika bola A dan B yang bermuatan sejenis didekatkan, maka akan tolak menolak, sehingga lengan neraca terpuntir dari kedudukan seimbang. Makin besar sudut puntiran lengan neraca, makin besar gaya listrik. Coulomb mengukur gaya listrik untuk berbagai pasangan bola A dan B yang muatan listriknya berbeda dan gaya listrik antara pasangan bola A dan B untuk berbagai jarak pisah dengan dasar sudut puntiran tersebut.

Dari hasil penelitiannya, Charles Coulomb menyimpulkan sebagai berikut.

" Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding dengan hasil kali kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut. "

Misalkan muatan pertama dilambangkan dengan Q1, muatan kedua dilambangkan dengan Q2, dan jarak antara kedua muatan tersebut dilambangkan r. Besarnya gaya coulomb dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

Keterangan:

F = gaya coulomb (N)

k = tetapan = 9 × 109 Nm2/C2

Q1, Q2 = besar muatan (coulomb)

r = jarak antarmuatan (m)

Hukum Ohm

Arus listrik dapat mengalir pada rangkaian listrik apabila dalam rangkaian itu terdapat beda potensial dan rangkaiannya tertutup. Hubungan antara kuat arus listrik dengan beda potensial listrik pertama kali diteliti oleh ahli fisika dari jerman bernama Georg Simon Ohm (1789-1854). Hubungan anara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dapat dinyatakan dalam rumus.

Dengan : V = tengangan listrik, Volt (V)

                I  = arus listrik, ampere (I)

                R = hambatan listrik, ohm (Ω)

Dalam kehidupan sehari-hari, pengetahuan tentang Hukum Ohm sangat bermanfaat dalam pemilihan komponen-komponen listrik yang baik serta sesuai dengan besarnya tegangan yang tersedia. Misalnya, jika kamu menggunakan lampu baterai.

Lampu baterai mempunyai tahanan yang dibuat sesuai dengan nilai tegangan yang besarnya tertentu. Jika lampu baterai tersebut dihubungkan dengan baterai yang tegangannya terlalu besar, maka lampu tersebut akan rusak. Sebaliknya jika lampu tersebut dihubungkan dengan baterai yang tegangannya terlalu kecil, lampu tersebut tidak akan menyala secara maksimal atau lampu tersebut akan terlihat redup.

Biasanya alat-alat listrik dibuat sedemikian rupa sehingga besarnya tegangan yang diperlukan untuk mengoperasikan alat tersebut dapat menggunakan sumber tegangan dari sumber listrik dari PLN. Untuk menyesuaikan kebutuhan tegangan yang diperlukan guna mengoperasikan alat tersebut, biasanya alat-alat listrik dibuat dengan menambahkan hambatan. Baik dari segi bahan pembuatannya, atau ditambahkan resistor lain untuk menambah tahanan alat tersebut.

Hukum Kirchhoff

Gustav Kirchhoff pada pertengahan abad ke-19 telah melakukan penelitian tentang perilaku arus listrik yang melalui sebuah percabangan. Hasil penelitian Kirchhoff ini dikenal sebagai Hukum Kirchhoff.

Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa arus listrik yang masuk melalui percabangan sama dengan arus yang keluar dari percabangan. Hukum II Kirchhoff menyatakan tentang beda potensial yang mengitari suatu rangkaian tertutup. Yang akan kamu pelajari berikut hanya Hukum I Kirchhoff.

muatan listrik yang mengalir melalui rangkaian listrik bersifat kekal artinya muatan listrik yang mengalir ke titik percabangan dalam suatu rangkaian besarnya sama dengan muatan listrik yang keluar dari titik percabangan itu.

Q_masuk = Q _keluar

 I_masuk = I _keluar

Cara untuk menghitung besarnya energi listrik menggunakan rumus

            KARAKTERISTIK RANGKAIAN

Rangkaian listrik adalah interkoneksi berbagai alat yang secara umum bersama melaksanakan suatu tugas tertentu. Tugas itu dapat berupa pemrosesan energi atau informasi melalui rangkaian listrik. Energi maupun informasi dihubungkan menjadi energi listrik dan sinyal listrik. Bentuk sinyal inilah energi maupun informasi dapat disalurkan dengan lebih mudah ketempat yang diperlukan.

Berdasarkan karakteristik rangkaian listrik dibagi menjadi dua, yaitu rangkaian ser dan rangkaian paralel.

1.                  Rangkaian seri

Rangkaian seri adalah rangkaian listrik di mana semua hambatan listrik (atau peralatan listrik) disusun berderet, ujung hambatan satu bersambungan dengan ujung hambatan yang lainnya. Dalam rangkaian seri, besarnya hambatan total rangkaian merupakan jumlah dari ke seluruhan hambatan peralatan listrik yang disambungkan dalam rangkaian.

Rangkaian seri terdiri dari dua atau lebih beban listrik yang dihubungkan ke sumber listrik pada satu rangkaian. Rangkaian seri dapat berisi banyak beban listrik dalam satu rangkaian. Dua buah elemen berada dalam susunan seri jika mereka hanya memiliki sebuah titik utama yang tidak terhubung menuju elemen pembawa arus pada suatu jaringan. Karena semua elemen disusun seri, maka jaringan tersebut disebut rangkaian seri. Dalam rangkaian seri, arus yang lewat sama besar pada masing-masing elemen yang tersusun seri.

Sifat-sifat Rangkaian Seri

a.       Arus yang mengalir pada masing beban adalah sama.

b.      Tegangan sumber akan dibagi dengan jumlah tahanan seri jika besar tahanan sama. Jumlah penurunan tegangan dalam rangkaian seri dari masing-masing tahanan seri adalah sama dengan tegangan total sumber tegangan.

c.       Arus yang mengalir tergantung pada jumlah besar tahanan beban dalam rangkaian.

d.      Jika salah satu beban atau bagian dari rangkaian tidak terhubung atau putus, aliran arus terhenti.

Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik seri dalam kehidupan sehari-hari (di rumah) :

a.       Lampu hias pohon Natal model lama (yang baru pakai rangkaian elektronik & lampu LED) merupakan rangkaian seri beberapa lampu (12V di-seri 20 pcs) sehingga dapat menerima tegangan sesuai dengan jala-jala (220V).

b.      Lampu TL (tube Lamp) atau orang bilang lampu neon, model lama yang masih memakai ballast, di dalam box nya memakai rangkaian seri antara jala-jala dengan ballastnya.

c.       Di dalam setrika listrik ada rangkaian seri dengan bimetal (temperatur kontrol), demikian juga kulkas.

d.      Sakelar/switch merupakan penerapan rangkaian seri dengan beban.

Sambungan seri/deret yaitu sambungan ujung kaki yang satu Disambung dengan lain secara beruntun.

2.      Rangkaian paralel

Pada rangkaian paralel, komponen-komponen listrik disusun secara paralel/sejajar dengan sumber arus listrik. Rangkaian Paralel merupakan salah satu yang memiliki lebih dari satu bagian garis edar untuk mengalirkan arus.  Dalam kendaraan bermotor, sebagian besar beban listrik dihubungkan secara parallel. Masing-masing rangkaian dapat dihubung-putuskan tanpa mempengaruhi rangkaian yang lain.

Sifat-sifat Rangkaian Paralel

a.       Tegangan pada masing-masing beban listrik sama dengan tegangan sumber.

b.      Masing-masing cabang dalam rangkaian parallel adalah rangkaian individu. Arus masing-masing cabang adalah tergantung besar tahanan cabang.

c.       Sebagaian besar tahanan dirangkai dalam rangkaian parallel, tahanan total rangkaian mengecil, oleh karena itu arus total lebih besar. (Tahanan total dari rangkaian parallel adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dalam rangkaian.)

d.      Jika terjadi salah satu cabang tahanan parallel terputus, arus akan terputus hanya pada rangkaian tahanan tersebut. Rangkaian cabang yang lain tetap bekerja tanpa terganggu oleh rangkaian cabang yang terputus tersebut.

Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik paralel dalam kehidupan sehari-hari (di rumah) :

a.       Distribusi Listrik PLN kerumah-rumah adalah paralel.

b.      Stop contact merupakan rangkaian paralel dengan jala-jala.

Sambungan Parelel/ Jajar yaitu sambungan ujung kaki satu sama lain disambung dengan lainnya saling disatukan.

            TRANSMISI ENERGI LISTRIK

Transmisi energi listrik merupakan proses penyaluaran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution) sehingga dapat disalurkan sampai pada konsumen pengguna listrik.

Listrik yang dihasilkan dari pusat pembangkit dapat ditransmisikan dengan tujuan memenuhi semua kebutuhan listrik konsumen. Pusat pembangkit listrik yaitu tempat energi listrik pertama kali dibangkitkan, dimana terdapat turbin sebagai penggerak mula (Prime Mover) dan generator yang membangkitkan listrik. Pada sistem distribusi transmisi energi listrik menggunakan transformator.

Untuk komponen transmisi energi listrik terdiri dari tiga saluran yaitu

1.      Konduktor.

Konduktor merupakan kawat yang digunakan untuk menghantarkan listrik yang ditransmisikan. Kawat konduktor untuk saluran transmisi tegangan tinggi ini selalu tanpa pelindung.

2.      Isolator.

Isolator pada sistem transmisi tenaga listrik disni berfungsi untuk penahan bagian konduktor terhadap ground. Isolator disini bisanya terbuat dari bahan porseline, tetapi bahan gelas dan bahan isolasi sintetik  juga sering digunakan disini. Bahan isolator harus memiiki resistansi yang tinggi untuk melindungi kebocoran arus dan memiliki ketebalan yang secukupnya (sesuai standar) untuk mencegah breakdown pada tekanan  listrik tegangan tinggi sebagai pertahanan fungsi isolasi tersebut. Kondisinya harus kuat terhadap goncangan apapun dan beban konduktor.

3.      Tiang Penyangga / Tower

Tower adalah tiang penyangga yang digunakan untuk menyagga listrik dan tempat untuk melekatnya konduktor dan isolator

Konstruksi daluran yang digunakan untuk mentransmisikan energi listrik terdapat tiga yaitu

1.      Saluran Udara (Overhead Lines) saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antara menara atau tiang transmisi.

2.      Saluran kabel bawah tanah (underground cable), saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah.

3.      Saluran bawah Laut Saluran transmisi listrik yang di bangun di dalam laut.

PERUBAHAN ENERGI LISTRIK DAN TEKNOLOGINYA

1.      Energi listrik ke gerak

Dalam perubahan energi listrik ke energi gerak yang dapat dalam kehidupan sehari-hari adalah kipas angin. Energi listrik yang diperoleh dari saluran listrik menjadi energi yang dapat menggerakkan atau memutar baling-baling yang ada pada kipas angin.

2.      Energi listrik ke panas

Untuk perubahan energi listrik ke panas yang dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari adalah setrika listrik. Ketika kita penghubungkan setrika listrik ke saluran listrik maka lam ke lamaan setrika listrik tersebut akan menjadi panas.

3.      Energi listrik ke cahaya

Energi listrik yang terhubung pada rangkaian lampu akan menghasilkan cahaya pada lampu tesebut demikianlah energi listrik berubah ke engeri cahaya.

4.      Energi kimia ke listrik

Energi kimia yang berubah ke enegi listrik adalah batu baterai yang digunakan untuk menghidupkan sebuah rangkaian listrik maka energi kimia yang terdapat pada baterai akan berubah menjadi energi listrik.

CARA MEGHEMAT ENERGI LISTRIK

Ada berbagai cara untuk menhemat listrik diantaranya

1.      Mematikan saklar alat listrik yang tidak digunakan

2.      Menyalakan lampu setelah gelap

3.      Mengganti lampu pijar dengan lampu TL

4.      Memilih alat-alat listrik yang berdaya rendah

5.      Membuat ruangan berjendela agar cahaya dapat masuk tanpa menyalakan lampu

6.      Menggunakan sumber-sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui

7.      Menemukan dan menggunakan alat-alat yang menggunakan tenaga surya

8.      Mengurangi beban pemakaian