Materi Pendidikan Cara Menghitung Kalor Listrik

Kamu pasti pernah melihat seterika listrik. Alat yang satu ini sering kita temui dalam rumah tangga yang biasa digunakan untuk merapikan baju yang kusut. Tahukah kamu bahwa prinsip kerja seterika listrik ini mengubah energi listrik menjadi energi panas atau kalor. Selain seterika listrik, masih banyak sekali peralatan yang memanfaatkan perubahan energi listrik menjadi energi kalor seperti soder listrik, pelurus rambut, pengering rambut, rice cooker, dan lain sebagainya.

Alat yang mengubah energi listrik menjadi kalor

Bagaimana cara menghitung energi listrik yang diperlukan oleh peralatan untuk mengubahnya menjadi energi kalor? Untuk menjawab pertanyaan tersebut kamu harus paham dengan pengertian dengan energi listrik dan energi kalor.

 

Energi listrik adalah energi yang mampu menggerakkan muatan-muatan listrik pada suatu beda potensial tertentu. Energi listrik dirumuskan dengan persamaan:

W = I²Rt

Atau

W = V²t/R

 

Kalor atau energi kalor adalah energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang beruhu lebih rendah. Energi kalor dirumuskan dengan persamaan:

Q = mcΔT

 

Jika tidak ada energi yang hilang, maka kalor yang diterima benda akan sama dengan energi listrik yang digunakan. Jadi:

W = Q

I²Rt = mcΔT

atau

V²t/R = mcΔT

 

Dengan:

W = energi listrik

I = arus listrik

R = hambatan listrik

t = waktu

Q = kalor yang diperlukan

m = massa benda

c = kalor jenis benda

ΔT = perubahan suhu

 

Nah untuk memantapkan pemahaman kamu tentang cara menghitung kalor listrik, silahkan simak contoh soal berikut ini yang admin ambil dari buku sekolah elektronik (BSE).

Contoh Soal 1

Elemen pemanas sebuah kompor listrik 110 V mempunyai hambatan 20 Ω. Jika kompor ini digunakan untuk memanaskan 1 kg air bersuhu 20 °C selama 7 menit dan dipasang pada tegangan 110 volt, maka tentukan suhu akhir air jika kalor jenis air 4200 J/kg.°C!

 

Peneyelesaian:

Diketahui:

V = 110 V

R = 20 Ω

t = 7 menit = 420 detik

m = 1 kg

T₁ = 20 °C

c = 4200 J/kg°C

 

Ditanyakan: T₂ = ?

 

Jawab:

Cari terlebih dahulu energi listrik yang digunakan selama 7 menit yakni:

W = V²t/R

W = 110².420/20

W = 254.100 Joule

 

Selanjutnya cari perubahan suhunya air setelah dipanaskan selama 7 menit yakni:

W = Q

254100 = mcΔT

254100 = 1.4200.ΔT

ΔT = 254100 /4200

ΔT = 60,5 °C

 

Suhu akhir dapat dicari dengan menggunakan rumus perubahan suhu yakni suhu akhir dikurangi suhu awal yakni:

ΔT = T₂ – T₁

60,5 °C = T₂ – 20 °C

T₂= 60,5 °C + 20 °C

T₂= 80,5 °C

 

Jadi suhu akhir air tersebut adalah 80,5 °C

 

Contoh Soal 2

Suatu kumparan yang berhambatan 12 ohm dimasukkan ke dalam 4 kg air 100 °C. Jika kalor uap air 2,2 x 10⁶ J/kg, ujung-ujung kumparan dipasang pada beda potensial

220 volt, maka berapakah waktu yang diperlukan untuk menguapkan air tersebut pada 100 °C?

 

Penyelesaian:

Diketahui:

R = 12 Ω

m = 4 kg

U = 2,2 x 10⁶ J/kg

V = 220 V

 

Ditanyakan: t = ?

 

Jawab:

Energi listrik yang perlukan kumparan untuk menguapkan air besarnya sama (tidak ada energi yang hilang), maka:

W = Q_u

V²t/R = m.U

220².t/12 = 4.(2,2 x 10⁶)

220².t = 48(2,2 x 10⁶)

t = 48(2,2 x 10⁶)/220²

t = 2181,82 detik = 36,36 menit = 0,6 jam

 

Contoh Soal 3

Sebuah alat pemanas air yang hambatannya 50 ohm dan dialiri arus listrik 1 ampere, digunakan untuk memanaskan 1 liter air bersuhu 25 °C selama 10 menit. Jika diangap hanya air yang menerima kalor, maka tentukan suhu akhir air setelah dipanaskan.

 

Penyelesaian:

Diketahui:

R = 50 Ω

I = 1 A

V = 1 lt = 0,001 m³

T₁= 25 °C

t = 10 menit = 600 detik

ρ_air= 1000 kg/m³

c_air= 4200 J/kg.°C

 

Ditanyakan: T₂ = ?

 

Jawab:

Cari terlebih dahulu massa air yakni dengan menggunakan rumus massa jenis:

m = ρ.V

m = 1000.0,001

m = 1 kg

 

Energi listrik yang diperlukan yakni:

W = I²Rt

W = 1².50.600

W = 30.000 J

 

Perubahan suhu yang terjadi:

W = Q

30000 = mcΔT

30000 = 1.4200.ΔT

30000 = 4200.ΔT

ΔT = 30000/4200

ΔT = 7,2 °C

 

Suhu akhir air yakni:

ΔT = T₂ – T₁

7,14 °C = T₂ – 25 °C

T₂= 7,2 °C + 25 °C

T₂= 32,2 °C

 

Jadi suhu akhir air tersebut adalah 32,2 °C

 

Contoh Soal 4

Suatu alat pemanas listrik yang hambatannya 24 Ω khusus dipakai untuk beda potensial 120 volt. Bila alat tersebut digunakan untuk memanaskan 10 kg air sehinggga temperaturnya naik dari 25° C menjadi 45° C. Tentukan waktu yang dibutuhkan memanaskan air tersebut.

 

Penyelesaian:

Diketahui:

R = 24 Ω

V = 120 volt

m = 10 kg

T₁= 25° C

T₂= 45° C

c = 4200 J/kg° C

 

Ditanyakan: t = ?

 

Jawab:

Hitung terlebih dahulu perubahan suhunya yakni:

ΔT = T₂ – T₁

ΔT = 45° C – 25° C

ΔT = 20° C

 

Kalor yang diperlukan untuk memanaskan air yakni:

Q = mcΔT

Q = 10.4200.20

Q = 840.000 J

 

Waktu yang diperlukan untuk memanaskan air yakni:

Q = W

Q = V².t/R

840.000 = 120².t/24

840.000 = 600.t

t = 840.000/600

t = 1400 detik

 

Jadi waktu yang diperlukan untuk memanaskan air tersebut adalah 1.400 detik.