Rumus dan Contoh Daya Listrik

Setelah mempelajari tentang tegangan listrik dan arus listrik, kita masih perlu mempelajari elemen terakhir dari rangkaian listrik. Kita masih perlu mempelajari rumus daya listrik untuk menyelesaikan semua fenomena listrik.

Rumus Daya Listrik

Seberapa besar daya yang diserap oleh suatu elemen rangkaian bergantung pada kemampuan elemen tersebut dan energi yang disalurkan ke rangkaian. Bohlam berdaya 120 watt akan bersinar lebih terang dibandingkan bohlam berdaya 60 watt. Tidak hanya seberapa baik kinerjanya, tagihan listrik kita juga dihitung berdasarkan konsumsi daya kita.

Semakin banyak “watt” yang kita gunakan, semakin banyak pula tagihan yang harus kita bayar. Kita akan menggunakan rangkaian DC sekarang.

Berdasarkan penjelasan dasar ini, analisis rangkaian daya dan energi tidak kalah pentingnya dengan tegangan dan arus.

Hubungan antara daya dan energi terhadap tegangan dan arus dapat dinyatakan sebagai berikut:

Daya adalah laju waktu pembangkitan atau penyerapan energi, diukur dalam watt (W).

Pernyataan di atas dapat dinyatakan dalam persamaan matematika sebagai berikut:

Dimana:

p = daya, diukur dalam watt (W)
w = energi, diukur dalam joule (J)
t = waktu, diukur dalam detik (s)

Dengan kata lain, daya listrik adalah laju energi listrik (w) yang ditransfer oleh rangkaian listrik per satuan waktu (t).

Dengan menggabungkan persamaan di atas dengan persamaan tegangan dan persamaan arus, kita akan memperoleh rumus daya listrik:

P = V × I

Dari persamaan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa daya listrik adalah perkalian antara tegangan listrik yang diukur dalam satuan volt (V) dan arus listrik yang diukur dalam satuan ampere (A). Daya listrik di sini dapat diukur dengan V x A atau volt x ampere selain watt.

Perbedaan volt-ampere dan watt akan dijelaskan secara rinci pada pelajaran berikutnya.

Persamaan di atas disebut daya sesaat. Jika bertanda positif (+), berarti daya disalurkan ke suatu elemen atau elemen tersebut menyerap daya. Jika bertanda negatif (-), berarti daya disalurkan oleh elemen tersebut. Kita dapat memahami hal ini setelah mengamati ilustrasi di bawah ini.

Daya yang Diserap dan Disalurkan

Ada cara mudah lain untuk menentukan tanda daya, yaitu dengan menentukan arah arus dan tegangan terlebih dahulu.

Perhatikan ilustrasi di bawah ini.

Ilustrasi di atas menunjukkan kepada kita cara memperoleh tanda positif. Ini dikenal luas sebagai konvensi tanda pasif.

Pada ilustrasi di atas, arus memasuki polaritas positif tegangan, sehingga daya p = +vi atau p > 0 menyiratkan bahwa elemen menyerap daya dan rumus daya yang diserap adalah p = vi.

Berlawanan dengan itu, perhatikan ilustrasi di bawah ini.

Ilustrasi di atas memberi tahu kita bahwa elemen tersebut memasok daya karena arus meninggalkan elemen pada polaritas positif (anggap saja sebagai baterai, ia memiliki ilustrasi yang sama).

Pada ilustrasi di atas, arus meninggalkan polaritas positif tegangan, sehingga daya p = -vi atau p < 0 menyiratkan bahwa elemen tersebut menyalurkan daya dan rumus daya yang disalurkan adalah p = -vi.

Konvensi tanda pasif tercapai ketika arus masuk melalui terminal positif suatu elemen dan p = +vi, jika arus masuk ke terminal negatif, p = -vi

Persamaan Energi dan Daya Listrik

Untuk semua ilustrasi yang ditunjukkan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa:

(+) daya yang diserap sama dengan (-) daya yang disuplai

Karena menyerap daya -12W sama dengan menyuplai daya +12W.

Ini adalah pendekatan lain untuk membuktikan bahwa hukum kekekalan energi akan selalu dipatuhi oleh rangkaian listrik apa pun. Persamaan matematikanya sendiri adalah:

Dari persamaan di atas jelas bahwa total daya yang disuplai harus seimbang dengan total daya yang diserap.

Saat menghitung energi dalam periode waktu tertentu, kita dapat menggunakan:

Perusahaan listrik mengukur energi mereka dalam watt-jam (Wh) di mana:

1 Wh = 3.600 Joules

Contoh Rumus Daya Listrik

Untuk pemahaman yang lebih baik, mari kita tinjau beberapa contoh di bawah ini:

1. Sebuah sumber energi menghasilkan arus konstan sebesar 2 A selama 10 detik untuk menyalakan bola lampu. Jika 2,3 kJ digunakan untuk menghasilkan cahaya dan panas, berapa besar penurunan tegangan untuk bola lampu tersebut?

Jawaban:

Total muatan adalah

Penurunan tegangan adalah

2. Hitung daya yang diberikan ke suatu elemen pada t = 3 ms jika arus masuk pada terminal positif.

Arusnya adalah

i = 5 cos 60 π t A

Tegangannya adalah

(a) v = 3i, dan

(b) v = 3 di/dt

Jawaban:

Mari kita mulai dengan tegangan (a) terlebih dahulu.

Oleh karena itu, kekuatannya adalah

Pada t = 3 ms,

Sekarang kita akan melanjutkan ke tegangan (b)

Oleh karena itu, kekuatannya adalah

Pada t = 3 ms,

3. Bayangkan kita memiliki rangkaian listrik sederhana dengan sebuah resistor dan sumber tegangan. Daya yang diukur pada resistor adalah 10 watt sedangkan sumber tegangan adalah 5 volt. Hitunglah arus yang mengalir pada rangkaian dan resistansi resistor.

Jawaban:

Kita dapat dengan mudah menyelesaikan soal ini dengan

Karena kita memiliki tegangan dan arus, kita dapat dengan mudah menemukan resistansi dengan Hukum Ohm. Namun di sini kita akan melibatkan daya.

Karena,

Pertanyaan yang Sering Diajukan