Daya listrik

Daya listrik adalah kemampuan suatu peralatan listrik untuk melakukan usaha akibat adanya perubahan kerja, dan perubahan muatan listrik tiap satuan waktu.^[1] Besarnya daya listrik yang dilakukan oleh peralatan listrik dipengaruhi oleh keberadaan tegangan listrik, kuat arus listrik, dan hambatan listrik di dalam rangkaian listrik tertutup, serta keadaannya terhadap waktu. Ketiga besaran listrik tersebut menjadi penentu dari besarnya daya listrik yang diperlukan oleh peralatan listrik untuk bekerja secara optimal.^[2] Nilai daya listrik umumnya dicantumkan pada label peralatan listrik untuk menunjukkan besarnya energi yang dibutuhkan oleh perangkat listrik untuk dapat bekerja tiap satuan waktu.^[3]

Lampu listrik dengan daya 8 watt

Segitiga daya yang terdiri dari daya semu (VA), daya reaktif (VAR), dan daya nyata (W). Penerapannya pada arus listrik bolak-balik

Sumber penghasil

Induksi elektromagnetik

Daya listrik dapat dibuat dari pengubahan daya kerja selama proses induksi elektromagnetik berlangsung di dalam kumparan magnet. Tegangan induksi pada batang penghantar yang berada di dalam suatu medan magnet akan menghasilkan arus induksi dengan nilai tertentu. Tegangan dan arus induksi ini menghasilkan daya dalam satuan Joule yang sama dengan daya yang dibebaskan ke dalam konduktor. Daya dalam satuan Joule ini dihasilkan sebagai akibat adanya kerja mekanik yang berasal dari proses menggerakkan batang penghantar. Sedangkan pada batang penghantar terdapat gaya yang bergerak secara berlawanan arah, sehingga daya mekanik berubah menjadi daya listrik.^[4]

Satuan

Dalam Sistem Satuan Internasional, daya listrik dinyatakan dengan satuan Watt (W). Daya listrik juga dapat dinyatakan dalam satuan Joule/detik (J/s). Pada beberapa penerapan praktis, daya listrik dinyatakan dalam kiloWatt (kW) atau MegaWatt (MW).^[5]

Persamaan matematika

Dalam rangkaian listrik

Daya listrik, dilambangkan dengan huruf P dalam persamaan listrik. Pada rangkaian arus DC, daya listrik sesaat dihitung menggunakan Hukum Joule, sesuai nama fisikawan Britania James Joule, yang pertama kali menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi energi mekanik, dan sebaliknya.

${\displaystyle P=VI\,}$

di mana

${\displaystyle P}$ adalah daya (watt atau W)

${\displaystyle I}$ adalah arus (ampere atau A)

${\displaystyle V}$ adalah perbedaan potensial (volt atau V)

Sebagai contoh, lampu dengan daya 8 watt yang dipasang pada voltase (beda potensial) 220 V akan memerlukan arus listrik sebesar 0,0363636 A atau 36,3636 mA:

${\displaystyle 8\,{\mbox{W}}=220\,{\mbox{V}}\cdot 0,0363636\,{\mbox{A}}}$.

Hukum Joule dapat digabungkan dengan hukum Ohm untuk menghasilkan dua persamaan tambahan

${\displaystyle P=I^{2}R\,={\frac {V^{2}}{R}}\,}$

di mana

${\displaystyle R}$ adalah hambatan listrik (Ohm atau Ω).

sebagai contoh:

${\displaystyle (2\,{\mbox{A}})^{2}\cdot 6\,\Omega =24\,{\mbox{W}}\,}$

dan

${\displaystyle {\frac {(12\,{\mbox{V)}}^{2}}{6\,\Omega }}=24\,{\mbox{W}}\,}$

Dalam ruang

Daya listrik dapat mengalir di mana pun medan listrik dan magnet berada di tempat yang sama. Contoh paling sederhana adalah rangkaian listrik, yang sudah dibahas sebelumnya. Dalam kasus umum persamaan ${\displaystyle P=VI}$ harus diganti dengan perhitungan yang lebih rumit, yaitu integral hasil kali vektor medan listrik dan medan magnet dalam ruang tertentu:

${\displaystyle \mathbf {P} =\int _{S}\mathbf {E} \times \mathbf {H} \cdot \mathbf {dA} \,}$

Hasilnya adalah skalar, karena ini adalah integral permukaan dari vektor Poynting

Penyaluran

Kabel serabut

Penyaluran daya listrik melalui kabel selalu menghasilkan rugi-rugi daya. Pengurangan rugi-rugi daya dilakukan dengan memperkecil nilai hambatan listrik di dalam kabel. Nilai hambatan dapat dikurangi dengan menggunakan bahan listrik dengan hambatan jenis yang kecil, seperti tembaga atau aluminium. Hambatan jenis suatu bahan listrik merupakan suatu ketetapan yang tidak dapat diubah, sehingga pengurangan nilai hambatan listrik hanya dapat mencapai nilai minimum tertentu. Penurunan nilai dapat dilakukan lagi dengan melakukan rekayasa bahan listrik. Cara pertama untuk merekayasa bahan agar hambatan listriknya sangat kecil ialah melakukan pencampuran bahan-bahan listrik sehingga ditemukan hambatan yang lebih kecil dari bahan listrik yang ada di alam. Cara kedua ialah menggunakan kabel dengan luas penampang lebih besar. Hambatan listrik akan semakin kecil jika luas penampang semakin besar. Cara kedua tidak dapat diterapkan secara efektif pada pekerjaan teknis kelistrikan karena penampang besar bersifat kaku dan sulit dibengkokkan. Sifat ini mengakibatkan kesulitan dalam penyambungan. Cara yang paling umum digunakan dalam penyaluran daya listrik ialah dengan membuat kabel dalam bentuk serabut. Kabel serabut terdiri dari serabut-serabut dengan luas penampang kecil. Hambatan kabel menjadi kecil karena jumlah serabut banyak sehingga luas penampang total seluruh serabut menjadi besar. Selain itu, kabel serabut masih mudah untuk digulung atau dililit.^[6]

Saluran Udara Ekstra Tinggi

Daya listrik dalam jumlah yang sangat besar dilakukan melalui jaringan transmisi tenaga listrik berbentuk Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET). Penyaluran dengan menggunakan SUTET merupakan konsekuensi penyaluran yang jauh, mulai dari pembangkit listrik hingga ke lokasi pemukiman penduduk.^[7] Penyaluran daya listrik jarak jauh menerapkan persamaan rugi-rugi daya. Pada persamaan ini, daya listrik yang terbuang tanpa digunakan terjadi selama penyaluran karena adanya hambatan tertentu di dalam penghantar llistrik yang digunakan. Semakin panjang penghantar listrik yang digunakan maka akan semakin banyak daya listrik yang terbuang akibat panas yang dihasilkan oleh arus listrik dengan jumlah kuadrat. Penurunan nilai rugi-rugi daya dilakukan dengan memperkecil arus listrik penyaluran dengan cara meningkatkan nilai tegangan listrik hingga ke tingkat ekstra tinggi.^[6]

Alat ukur

Wattmeter

Alat yang digunakan untuk mengukur daya listrik disebut wattmeter. Daya listrik dapat diukur secara langsung pada peralatan listrik yang teraliri arus listrik. Prinsip kerja wattmeter merupakan gabungan antara prinsip kerja dari amperemeter dan voltmeter serta penerapan gaya Lorentz. Konstruksi wattmeter terdiri dari kumparan arus dan kumparan tegangan. Kumparan arus merupakan kumparan tetap yang tidak dapat berputar, sedangkan kumparan putar dapat bergerak memutar saat dialiri arus listrik. Kumparan arus dipasang secara seri mengikuti prinsip kerja amperemeter, sedangkan kumparan tegangan dipasang secara paralel dengan sumber tegangan. Wattmeter dapat digunakan untuk mengukur tegangan dan arus searah maupun tegangan dan arus bolak-balik.^[8]

Referensi

1. Safitri, N., Suryati, dan Rachmawati (2017). Analisis Rangkaian Listrik: Teori Dasar, Penyelesaian Soal dan Soal-Soal Latihan (PDF). Lhokseumawe: Penerbit Politeknik Negeri Lhokseumawe. hlm. 6. ISBN 978-602-17282-5-3. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
2. Ponto 2018, hlm. 231.
3. Listiana, dkk. (2009). Ilmu Pengetahuan Alam 2 (PDF). Surabaya: Amanah Pustaka. hlm. 24–6. ISBN 978-602-8542-06-7. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
4. Gertshen, C., Kneser, H.O., dan Vogel, H. (1996). Fisika: Listrik Magnet dan Optik (PDF). Jakarta: Pusat Pembinaan dan Pengembangan Bahasa. hlm. 131. ISBN 979-459-693-0. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
5. Ponto 2018, hlm. 232.
6. Abdullah, Mikrajuddin (2017). Fisika Dasar II (PDF). Bandung: Institut Teknologi Bandung. hlm. 258. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
7. Abdullah 2017, hlm. 258.
8. Ponto 2018, hlm. 143.

Daftar pustaka

1. Ponto, Hantje (2018). Dasar Teknik Listrik (PDF). Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)

Bacaan lanjutan

• Key Facts About the Electric Power Industry, Edison Electric Institute website Diarsipkan 2008-01-01 di Wayback Machine.
• Reports on August 2003 Blackout, situs web North American Electric Reliability Council Diarsipkan 2006-06-16 di Wayback Machine.
• Croft, Terrell (1987). American Electricans' Handbook (edisi ke-Eleventh Edition). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-013932-6. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2006-06-17. Diakses tanggal 2008-01-11. Parameter |coauthors= yang tidak diketahui mengabaikan (|author= yang disarankan) (bantuan)Pemeliharaan CS1: Teks tambahan (link)
• Fink, Donald G. (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers (edisi ke-Eleventh Edition). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-020974-X. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2006-10-16. Diakses tanggal 2008-01-11. Parameter |coauthors= yang tidak diketahui mengabaikan (|author= yang disarankan) (bantuan)Pemeliharaan CS1: Teks tambahan (link)
• Kanginan, Marthen (2004). Sains Fisika SMP Untuk Kelas VIII Semester 1. Jakarta: Erlangga. ISBN 979-688-350-3. (Indonesia)

Pranala luar

• (Inggris) Electric power calculations
• U.S. Department of Energy: Electric Power