kemdikbud pppptk ipa konten diklat online pppptk ipa bandung

KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
LISTRIK DAN MAGNET
(Energi Listrik dan Konversi Energi Listrik)
Dra. Shrie Laksmi Saraswati,M.Pd
[email protected]
A. Kompetensi Dasar
Mengidentifikasi kegunaan energi listrik, konversi energi listrik, transmisi energi
listrik, dan berpartisipasi dalam penghematannya dalam kehidupan sehari-hari.
B. Indikator
1. Menjelasan macam macam sumber energi listrik
2. Menjelaskan kegunaan energi listrik
3. Mendefinisikan konversi energi listrik
4. Menentukan besarnya energi listrik yang digunakan oleh sebuah alat listrik
C. Uraian Materi :
1. Sumber Energi Listrik
Energi Listrik adalah energi yang dihasilkan dari sumber energi listrik seperti :
baterai accu air, dinamo ,generator ,minyak, batu bara, angin, panas bumi, nuklir,
matahari dan lainnya.
a. Baterai dan accu
Energi yang dihasilkan oleh baterai dan aki berasal dari energi kimia. Baterai
merupakan elemen kering. Bahan kimia penghantar listrik disebut elektrolit.
Sementara, aki disebut elemen basah. Di dalam aki terdapat larutan sulfat yang
berfungsi sebagai elektrolit. Energi listrik yang dihasilkan aki lebih besar
daripada baterai. Aki biasa digunakan pada sepeda motor dan mobil.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
1
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
b. Dinamo dan generator
Energi gerak dapat diubah menjadi energi listrik. Alat yang dapat mengubahnya
adalah dinamo dan generator. Listrik yang dihasilkan berguna untuk
menyalakan lampu sepeda. Energi listrik yang dihasilkan generator lebih besar.
Agar menghasilkan arus listrik, magnet di dalam generator harus berputar.
c. Air
Air dapat digunakan sebagai sumber energi listrik seperti air terjun,gelombang
air laut dan pasang surut Pembangkit listrik tenaga air mungkin masih menjadi
sumber energi alternatif yang populer. Tenaga air merupakan sumber energi
terbarukan sekaligus ramah lingkungan karena tidak menghasilkan limbah
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
2
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
d.
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
Minyak
Pembangkit listrik tenaga diesel yaitu yang menggunakan minyak sebagai
bahan bakar. tetapi sayangnya pembangkit ini menyebabkan asap yang dapat
menyebabkan polusi udara, dan walaupun sekarang minyak masih banyak
tetapi kita juga harus ingat minyak merupakan sumber alam yang tidak bisa
diperbaharui jadi sebaiknya alternatif jangan di gunakan
e.
Angin
Turbin angin lazim digunakan untuk mengubah energi angin menjadi listrik
tetapi untuk menggunakan pembangkit ini diperlukan daerah luas yang memiliki
angin yang kencang, selain itu dibutuhkan banyak turbin untuk menghasilkan
listrik yang cukup, dan juga terkadang apabila angin tidak bertiup dengan
kencang maka energi listriknya pun kecil.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
3
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
f.
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
Batu bara
Batu bara adalah salah satu sumber energi listrik Batubara terbentuk dari
tumbuhan yang tertimbun dalam tanah selama berjuta-juta tahun. Batubara
adalah bahan bakar fosil yang paling banyak mengandung karbon yang
menimbulkan polusi udara dapat mengganggu pernafasan.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
4
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
g. Panas bumi
Panas bumi merupakan sumber energi alternatif yang ekonomis, dapat
diandalkan, dan ramah lingkungan dan dapat diperbarui
h. Nuklir
Proses reaksi nuklir terkendali bisa menjadi sumber energi alternatif yang
memiliki potensi amat besar. Proses nuklir tersebut dikenal pula sebagai reaksi
fisi. Pada pembangkit listrik tenaga nuklir, panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi
digunakan untuk menguapkan air. Uap yang dihasilkan lantas digunakan untuk
menggerakkan generator yang kemudian menghasilkan listrik.
i. Biomassa
Materi biologis yang masih hidup atau telah mati disebut sebagai biomassa.
Biomassa umum digunakan sebagai sumber bahan bakar atau untuk produksi
industrial. Tanaman hidup, pohon mati, dan serpihan kayu merupakan bagian
dari biomassa.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
5
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
j. Matahari
Matahari adalah sumber energi yang paling mudah didapat,selain energi
matahari merupakan sumber energi yang sangat melimpah. Sel surya adalah
suatu perangkat yang mampu mengubah energi cahaya matahari menjadi
energi listrik dengan mengikuti prinsip fotovoltaik, yaitu adanya energi foton
pada panjang gelombang tertentu akan mengeksitasi sebagian elektron pada
suatu material ke pita energi yang lebih luar. Sedangkan menurut wikipedia sel
surya adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar
diode p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu
menciptakan energi listrik
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
6
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
2. Kegunaan Energi Listrik
Energi listrik sangat banyak kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari dan sangat
membantu manusia dalam melaksanakan kegiatannya seperti misalnya
dalam
pemanfaatnaya listrik di bedakan menjadi sebagai berikut
a. Energi Listrik sebagai penghasil cahaya
Arus listrik mengalir pada kawat wolfarm yang pada lampu akan panas dan
mengakibatkan berpijar.kawat wolfram ini bersifat halus dan berhambatan tinggi.
b. Energi Listrik sebagai penghasil panas
Energi listrik sebagai penghasil panas kita aplikasikan pada alat yang
menggunakan elemen pemanas. biasanya di gunakan untuk keperluan rumah
tangga seperti untuk memasak (kompor listrik),untuk menanak nasi (magic
com),untuk
menyetrika
(setrika
listrik),untuk
pemanas
air
(water
heather),pengangat makanan (Microwave) dan masih banyak lagi alat yang
menggunakan pemanas.bila arus mengalir pada nikel atau elemen pemanas
maka akan mengakibatkan panas , panas inilah yang di gunakan untuk
kebutuhan sehari hari
c. Energi Listrik sebgai penghasil Gerak
Dalam kehidupan sehari hari kita sering menjumpai berbagai macam kebutuhan
yang
mengguanakn
liistrik
untuk
menghasilkan
gerak
.sebagi
contoh
motor,mobil kipas angin ,mixer,blender dan lain lain alat ini menghasilkan gerak
untuk berjalan atapun untuk memudahkan manusia dalam segala aktivitasnya.
cara kerjanya bila arus mengallir pada rangkaian motor listrik
.
3. Konversi Energi
Suatu energi manfaatnya baru akan dapat terlihat apabila energi tersebut
mengalami suatu perubahan bentuk dari energi satu ke dalam energi yang lainya.
Seperti yang kita ketahui bahwa energi memiliki suatu hukum yang sering disebut
dengan hukum kekekalan energi. Bunyi dari hukum kekekalan energi adalah energi
tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah
bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
7
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
Dari hukum kekekalan energi di atas apabila energi dapat dirubah ke dalam bentuk
energi lainnya maka energi tersebut akan dapat dimanfaatkan dalam kehidupan
sehari-hari. Energi listrik merupakan hasil konversi dari energi lain memiliki dan
memiliki beberapa keuntungan, diantaranya dapat dikonversikan lagi menjadi
bentuk-bentuk energi lain. seperti panas, cahaya, bunyi, dan mekanik.
Beberapa keuntungan energi listrik adalah:
a. Mudah diubah menjadi energi bentuk lain.
b. Mudah ditransmisikan.
c. Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.
c. Bersih (ramah lingkungan)
Contoh perubahan bentuk energi listrik antara lain adalah . . . .
1. Perubahan dari energi listrik menjadi energi panas misalnya setrika listrik dan
solder listrik.
2. Perubahan dari energi listik menjadi energi menjadi energi suara misalnya radio
dan tape.
3. Perubahan dari energi listrik menjadi energi menjadi energi cahaya misalnya
lampu.
4. Perubahan dari energi listik menjadi energi cahaya (gambar) dan suara
misalnya pada televisi.
5. Perubahan dari energi listik menjadi energi menjadi energi gerak misalnya
terdapat pada kipas angin.
6. Perubahan dari energi listik menjadi energi menjadi energi panas adalah pada
pengering rambut (hair dryer) dan penanak nasi (rice cooker).
7. Perubahan dari energi kimia menjadi energi listrik misalnya pada aki dan
baterai.
8. Perubahan dari energi cahaya menjadi energi kimia misalnya pada saat proses
fotosintesis.
9. Perubahan dari energi gerak menjadi energi listrik misalnya terdapat pada
dynamo sepeda.
10. Perubahan dari energi potensial menjadi energi listrik terjadi pada pembangkit
listrik tenaga air (PLTA).
11. Energi Listrik juga dapat diubah menjadi energi kalor.
Besar energi listrik yang berubah menjadi kalor itu telah diselidiki oleh James
Prescott Joule (1914-1889).
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
8
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat
terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta penghantar yang
berarus listrik. Jika dalam percobaan Joule dialirkan arus
listrik selama t detik ternyata kalor yang terjadi karena ada
perubahan energi listrik berubah menjadi energi kalor
adalah berbanding lurus dengan:
a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar
(V)
b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)
c. Waktu selama arus mengalir (t).
Kesimpulan : W ≈ V i t
Gambar Percobaan Joule
Sumber :
http://sbr.gafatar.org/energi-dandaya-listrik/
Banyaknya kalor yang dihasilkan oleh energi listrik melalui percobaan Joule
mendapatkan adanya angka kesetaraan antara energi mekanik dan energi kalor yang
disebut dengan Tara Kalor Mekanik yaitu besarnya adalah :
1 joule
= 0,24 kalori
Atau
1 kalori = 4,2 joule
Dengan demikian, persamaan 1, 2, 3, dan 4 dapat ditulis menjadi :
W
= 0,24 . V . Q
kalori …………. (5)
W
= 0,24 . V . I . t
kalori …………. (6)
2
W
= 0,24 . I . R . t
W
= 0,24 .
V2
R
. t
kalori …………. (7)
kalori …………. (8)
Satuan yang lebih besar untuk energi kalor adalah kilokalori (kkal). 1 kkal sama
dengan 103 kalori.
Alat –alat yang mengubah Energi listrik menjadi energi kalor.
Menurut Joule, kalor dapat ditimbulkan dalam kawat yang memiliki hambatan besar.
Keadaan ini diterapkan pada beberapa alat listrik, antara lain setrika listrik, alat
pemanas air, pengering rambut, kompor listrik, solder listrik dan lain lain.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
9
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
Setrika Listrik
Kompor Listrik
Pemanas air
Pengering rambut
Gambar Alat –alat Listrik
. 4. Menentukan besarnya energi listrik yang di gunakan oleh sebuah alat listrik.
Besarnya energi listrik yang digunakan oleh sebuah peralatan listrik yang memiliki
hambatan R dalam selang waktu t (seperti tampak pada gambar) dapat
dinyatakan
(Koleksi P4TK IPA)
bahwa besarnya energi listrk dipengaruhi oleh :
1. Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).
2. Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).
3. Waktu atau lamanya arus mengalir (t).
Berdasarkan pernyataan di atas, besarnya energi listrik dirumuskan :
W = V. I. t
Persamaan lain untuk menentukan besarnya energi listrik adalah;
W
= V.Q
…………………............................ (1)
Oleh karena Q = I . t, maka bentuk persamaan lain adalah
W
= V.I . t
………………… ...............(2)
Oleh karena V = I. R maka persamaan (2) dapat ditulis menjadi
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
10
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
W = I . R . I . t atau
W = I2 . R . t ………........................... (3)
Atau
2
V
t
R
W =
………………….......................... (4)
Keterangan;
W
= energi listrik ( Joule )
V
= beda potensial ( Volt )
R
= hambatan listrik (  atau Ohm )
I
= kuat arus listrik ( Ampere )
t
= waktu lamanya arus mengalir ( sekon )
Contoh Soal
1. Beda potensial antara dua titik pada kawat penghantar sebesar 6 V.Tentukan
besarnya energi yang di perlukan untuk memindahkan muatan listrik sebesar
25 Coulomb di antara ke dua titik tersebut
Penyelesaian :
Diketahui : V = 6 Volt
Q = 25 C
Ditanya
:W
Jawab
: W = V.Q
= 6 V. 25 C
= 150 Joule
2. Sebuah pemanas listrik dialiri arus sebesar 5 ampere dan memiliki hambatan
100  digunakan selama 5 menit. Hitunglah;
a.
energi listrik yang digunakan
b.
energi kalor yang dihasilkan
Penyelesaian
Diketahui
:
:
Ditanyakan
:
Jawab
:
I
R
T
= 5A
= 100
= 5 menit = 300 detik
a. W listrik
b. Wkalor
c. P
= ?
= ?
= ?
a. W listrik
=
=
=
=
=
=
=
b. W kalor
I2 . R . t
52 . 20 . 300
150.000 joule
0,24 . W listrik
0,24 . 750.000
36.000 kalori
36 K.kal
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
11
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
Pengayaan
Penerangan menghabiskan 20% listrik dunia, dimana 40%-nya digunakan untuk
menyalakan lampu pijar, sementara lampu pijar memboroskan sebagian besar energi
yang dikonsumsinya untuk menghasilkan panas yang tidak diperlukan. Bagian utama
sebuah alat pemanas dinamakan elemen pemanas yang terbuat dari bahan nikel dan
krom (disingkat : nikrom). Bahan ini memiliki kemampuan berpijar secara terusmenerus tanpa mengalami perubahan kimia. Kawat hambatan dibuat sedemikian
sehingga dapat dialiri arus yang memanaskannya sampai suhu yang diinginkan
tercapai.
Perhatikan gambar berikut:
Gambar 3.3
Lampu Pijar (bohlam)
Gambar 3.4
Proses Perubahan Energi
pada lampu Pijar
Sebuah lampu pijar (bohlam) hanya mengubah 10% dari energi listrik menjadi energi
cahaya, dan 90 % lainnya diubah menjadi energi panas.
Gambar 3.5
Lampu Neon (TL)
Gambar 3.6
Proses Perubahan Energi
pada lampu TL
Lampu neon atau lampu TL mengubah 75% energi listrik menjadi energi cahaya
dan 25% diubah menjadi energi panas. Dibanding dengan lampu pijar, lampu neon
tidak hanya menggunakan listrik 75% hingga 80% lebih sedikit untuk
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
12
KEMDIKBUD PPPPTK IPA
KONTEN DIKLAT ONLINE PPPPTK IPA BANDUNG
menghasilkan jumlah cahaya yang sama, tetapi lampu neon juga tahan 10 kali
lebih lama. Keunggulan lain dari lampu neon dibandingkan lampu pijar adalah
waktu nyalanya yang mencapai kira-kira 3000 jam sedangkan lampu pijar hanya
kira-kira 1000 jam.
Faktor apa saja yang mempengaruhi besar energi listrik yang dilepaskan oleh
sumber tegangan untuk diubah menjadi energi kalor oleh alat listrik? Untuk
mengetahuinya coba perhatikan percobaan berikut ini
PERCOBAAN
MENYELIDIKI PERUBAHAN ENERGI LISTRIK MENJADI ENERGI PANAS
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT AND EMPOWERMENT CENTRE)
Jl. Diponegoro no. 12 Bandung Telp (022) 4231191 Fax (022) 4207922 Bandung 40115
Homepage: www.p4tkipa.org: E-mail: [email protected]
13