Materi Pendidikan Contoh Soal Mencari Besar Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang mampu menggerakkan muatan-muatan listrik pada suatu beda potensial tertentu. Energi untuk memindahkan muatan sebesar Q dari satu titik ke titik lain yang berbeda potensial V memenuhi hubungan berikut.

W = Q.V

Sedangkan hubungan Q dengan kuat arus I dapat ditulis dengan persamaan:

Q = I t

Dengan mensubstitusi nilai Q = It ke dalam persamaan W = Q.V, maka diperoleh persamaan energi listrik seperti di bawah ini.

W = V I t

dengan :

Q = muatan listrik (columb)

W = energi listrik yang diserap hambatan (joule)

V = beda potensial ujung-ujung hambatan (volt)

I = kuat arus yang mengalir pada hambatan (A)

t = waktu aliran (s)

 

Masih ingatkah dengan hukum Ohm? Hukum ohm dapat ditulis dengan persamaan:

V = IR

Jika persamaan hukum ohm V = IR disubstitusikan ke persamaan W = VIt maka akan didapatkan persaamaan sebagai berikut.

W = I²Rt

dan

W = V²t/R

 

Energi listrik juga dapat dicari jika daya listrik dan waktu pemakaian listrik diketahui dengan menggunakan persamaan:

W = P.t

Dengan:

P = daya listrik (watt)

t = waktu (s)

 

Nah untuk memantapkan pemahaman kamu tentang cara mencari besar energi listrik, silahkan simak contoh soal di bawah ini.

 

Contoh Soal 1

Sebuah hambatan 20 Ω dihubungkan pada baterai yang bertegangan 6 volt. Tentukan energi yang diserap hambatan selama setengah menit!

Penyelesaian

R = 20 Ω

V = 6 volt

t = 0,5 menit = 30 s

 

Energi yang diserap sebesar:

W = V².t/R

W = 6².30/20

W = 54 joule

 

Contoh Soal 2

Sebuah hambatan 6 Ω dan 4 Ω disusun secara seri lalu dihubungkan dengan baterai sebesar 12 Volt, seperti gambar di bawah ini.

Berapakah energi yang dialirkan oleh baterai tiap menit?

 

Penyelesaian:

R₁ = 6 Ω

R₂ = 4 Ω

V = 12 Volt

t = 1 menit = 60 s

 

Hambatan pengganti untuk rangkaian disusun seri yakni:

Rs = R₁ + R₂

Rs = 6 Ω + 4 Ω

Rs = 10 Ω

Energi yang dialirkan oleh baterai yakni:

W = V².t/Rs

W = (12)²(60)/10

W = (144)(60)/10

W = 864 Joule

 

Contoh Soal 3

Pada rangkaian listrik dengan hambatan 8 ohm mengalir arus 16 A selama 45 menit. Tentukan energi kalor yang digunakan dalam satuan joule, kalori, dan kWh!

 

Penyelesaian:

R = 8 Ω

I = 16 A

t = 45 menit = 2700 s

 

Energi kalor yang digunakan oleh rangkain listrik tersebut yakni:

W = I²Rt

W = (16²)(8)(2700)

W = 5.529.600 joule

 

Ingat 1 Joule = 0,24 kalori, maka:

W = 5.529.600 joule

W = 5.529.600(0,24 kal)

W = 1.327.104 kal

 

Ingat 1 kWh = 3,6 x 10⁶ Joule, maka:

W = 5.529.600 joule

W = 5.529.600/3,6 x 10⁶

W = 5,5296/3,6

W = 1,536 kWh

 

Contoh Soal 4

Sebuah lampu bertuliskan 40 W/220 V dinyalakan pada tegangan 110 V selama 10 menit. Hitunglah energi listrik yang terpakai!

 

Jawab:

V₁ = 220 V

V₂ = 110 V

P₁ = 40 W

t = 10 menit = 600 s

 

Hambatan kampu dianggap konstan sehingga:

R = V₂²/P₂ = V₁²/P₁

(V₂/V₁)² = P₂/P₁

P₂ = (V2/V1)² x P1

P₂ = (110/220)² x 40 W

P₂ = 10 W

 

Besar energi listrik yang terpakai yakni:

W = P.t

W = 10 x 600

W = 6000 J

W = 6 kJ

 

Contoh Soal 5

Sebuah setrika listrik 350 watt digunakan selama 1 jam. Hitunglah besar energi listrik yang terpakai dalam satuan joule, kalori dan KWh.

 

Penyelesaian:

P = 350 watt

t = 1 jam = 3.600 s

 

Besar energi listrik yang terpakai yakni:

W = Pt

W = (350)(3600)

W = 1.260.000 joule

W = 1,26 x 10⁶ joule

 

Ingat 1 Joule = 0,24 kalori, maka:

W = 1,26 x 10⁶ J

W = 1,26 x 10⁶ (0,24 kal)

W = 0,3024 x 10⁶ kal

W = 3,024 x 10⁵ kal

 

Ingat 1 kWh = 3,6 x 10⁶ Joule, maka:

W = 1,26 x 10⁶

W = 1,26 x 10⁶/3,6 x 10⁶

W = 0,35 kWh

 

Contoh Soal 5

Dua buah lampu listrik yang masing-masing berhambatan 15 Ω dan 10 Ω dirangkai paralel dan dihubungkan dengan aki yang ber-GGL 12 V dan berhambatan dalam 2 Ω. Hitunglah energi yang digunakan kedua lampu selama 10 menit.

 

Penyelesaian:

R₁ = 15 Ω

R₂ = 10 Ω

ε = 12 V

r = 2 Ω

t = 10 menit = 600 s

 

Hambatan pengganti untuk rangkaian pararel yakni:

1/R_p = 1/R₁ + 1/R₂

1/R_p = 1/15 + 1/10

1/R_p = 2/30 + 3/30

1/R_p = 5/30

R_p = 30/5

R_p = 6 Ω

 

Kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut yakni:

I = ε/(R_p + r)

I = 12/(6+2)

I = 12/8

I = 1,5 A

 

Energi yang digunakan oleh kedua lampu yakni:

W = VIt

W = (12)(1,5)(600)

W = 10.800 J

W = 10,8 kJ

 

Bagaimana? Mudah bukan mencari besar energi listrik? Jika ada kendala dalam memahami contoh soal di atas silahkan tanyakan di kolom komentar. Mohon maaf jika ada kesalahan dalam postingan ini.