Daftar isi
Ketika kita menyalakan sakelar, kita mendapatkan listrik secara instan dan lampu kita menyala, tetapi di balik kenyamanan hidup sehari-hari tersebut ada sejarah listrik yang panjang dan beragam.
Pengertian Energi Listrik
Energi listrik adalah bentuk energi yang paling nyaman untuk sebagian besar penggunaan manusia. Energi listrik mudah digunakan dan dipindahkan dari satu lokasi ke lokasi lain, tetapi hampir tidak mungkin untuk disimpan dalam jumlah besar.
Hal tersebut dapat digunakan untuk menjalankan komputer dan sebagian besar peralatan , pemanas rumah , dan bahkan transportasi . Listrik digunakan oleh industri, rumah tangga, dan bisnis, menyumbang 18% dari energi penggunaan di seluruh dunia.
Secara umum disebut sebagai energi yang telah diubah dari energi potensial listrik. Kita dapat mendefinisikan energi listrik sebagai energi yang dihasilkan oleh pergerakan elektron dari satu titik ke titik lain. Pergerakan partikel bermuatan sepanjang/melalui media (misalnya kawat) merupakan arus atau listrik.
Sejarah Penemuan Energi Listrik
- Penemuan Listrik Oleh Benjamin Franklin
Pada 1752, Benjamin Franklin menjalankan eksperimen layang-layangnya yang terkenal yang memicu penemuan listrik. Sebagai ilmuwan Amerika terkemuka dan salah satu pendiri Amerika, Franklin mengikatkan kunci pada tali layang-layang selama badai petir dan membuktikan bahwa listrik statis dan kilat adalah satu dan hal yang sama. Menyusul hasil bersejarah ini, orang-orang bersemangat untuk mencoba memanfaatkan kekuatan listrik untuk tujuan utama penerangan rumah mereka dengan cara yang murah dan aman daripada lampu minyak dan gas yang mudah terbakar dan berbahaya. - Motor Listrik & Arus Pertama di Dunia Oleh Faraday
Maju cepat ke tahun 1831, Michael Farady menyadari bahwa arus listrik dapat dihasilkan dengan melewatkan magnet melalui kawat tembaga. Penemuan luar biasa ini membentuk landasan listrik saat ini dan bagaimana kita menghasilkannya, melalui magnet dan gulungan kabel tembaga di pembangkit listrik besar. Karena prinsip ini, baik motor listrik (di mana listrik diubah menjadi gerakan) dan generator (di mana gerakan diubah menjadi listrik) lahir. - Thomas Alfa Edison: Penemuan Bola Lampu
Sebagai salah satu penemu terbesar yang pernah hidup, Thomas Edison mulai mengerjakan listrik dan menghidupkan pada tahun 1879 bola lampu pijar listrik pertama di dunia (lampu kuning hangat) yang sampai saat ini masih digunakan. Sebagai hasil dari penemuan ini, seluruh industri penerangan gas menjadi usang dan Edison mulai membuat perusahaannya sendiri untuk memproduksi dan mendistribusikan penemuan bola lampunya ke setiap sudut Amerika. - Jaringan Listrik Modern Pertama di Dunia
Meskipun listrik dapat dibangkitkan dan diangkut, listrik harus digunakan saat dikonsumsi karena penyimpanan (bahkan sampai hari ini) sangat mahal dan utilitasnya terbatas. Samuel Insull melihat peluang di awal 1900-an untuk menyatukan efisiensi massal dalam produksi dan konsumsi. Beliau menggabungkan semua generator yang lebih kecil dan memilih untuk menghasilkan listrik dengan generator yang lebih besar dan lebih efisien yang diproduksi oleh General Electric.
Karakteristik Energi Listrik
Semua materi tersusun dari atom. Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur. Mereka terdiri dari inti dan elektron, elektron mengelilingi inti. Unsur diidentifikasi dengan jumlah elektron yang mengorbit di sekitar inti atom dan jumlah proton dalam inti.
Nukleus terdiri dari proton dan neutron, dan jumlah proton dan neutron seimbang. Neutron tidak bermuatan listrik, proton bermuatan positif (+) dan elektron bermuatan negatif (-). Muatan positif proton sama dengan muatan negatif elektron.
Elektron terikat pada orbitnya oleh tarikan proton, tetapi elektron pada pita terluar dapat menjadi bebas dari orbitnya oleh beberapa gaya eksternal. Ini disebut sebagai elektron bebas, yang berpindah dari satu atom ke atom berikutnya, aliran elektron dihasilkan.
Inilah dasar dari listrik. Bahan yang memungkinkan banyak elektron untuk bergerak bebas disebut konduktor dan bahan yang memungkinkan beberapa elektron bebas untuk bergerak disebut isolator.
Semua materi tersusun dari atom-atom yang bermuatan listrik. Oleh karena itu, mereka memiliki muatan listrik. Untuk materi yang memiliki jumlah proton dan elektron yang seimbang, gaya muatan positif dan gaya muatan negatif seimbang. Ini disebut keadaan netral atom. (Jumlah proton dan elektron tetap sama).
Manfaat Energi Listrik
- Rumah Tangga
Saat ini, rumah menggunakan listrik 12 kali lebih banyak daripada di pertengahan abad ke-20, yaitu sekitar 1,4 triliun kilowatt-jam per tahun. Pertama, sistem refrigerasi dan pendinginan bersama-sama menggunakan sekitar seperempat listrik di sektor ini. Padahal sebelum itu, orang menggunakan kipas genggam untuk mendinginkan, pantry dan brankas untuk menyimpan makanan. Untuk mencegah daging dari pembusukan, itu dikeringkan atau diasinkan. Namun saat ini, kita menggunakan lemari es, freezer, ventilasi, kipas berputar, dan air dingin untuk menangani panas. Dan semua hal ini bisa terwujud karena adanya listrik. - Makanan
Sektor besar lain yang mendapat manfaat dari listrik adalah produksi, distribusi, dan penyiapan makanan. Mulai dari abad ke-19, listrik digunakan di pertanian untuk penggiling, pengangkat jerami, dan perontok. Hari ini, energi listrik digunakan untuk hampir semua hal, termasuk pompa, kipas angin, dan lampu. Pagar listrik memudahkan untuk menampung ternak. Juga, dengan peningkatan efisiensi besar-besaran di sektor pertanian, kita bisa mendapatkan keuntungan dari kenyamanan makanan cepat saji. Dengan listrik, memasak berubah drastis. - Sektor Komersial dan Manufaktur
Setiap bagian dari ekonomi dunia bergantung pada listrik. Seperti yang dilaporkan The Guardian, 3% dari PDB Afrika dihilangkan karena masalah pasokan energi. Tidak banyak yang bisa dilakukan atau dibuat tanpa listrik.
Sumber Energi Listrik
- Sumber Energi dari Bahan Kimia
Semua baterai terdiri dari elektrolit (bisa cair, padat, atau semi padat), elektroda positif, dan elektroda negatif. Elektrolit adalah konduktor ionik. Salah satu elektroda menghasilkan elektron, dan elektroda lainnya menerimanya. Ketika elektroda dihubungkan ke sirkuit yang akan diberi makan, mereka menghasilkan arus listrik. Baterai yang bahan kimianya tidak dapat kembali ke bentuk semula setelah energi kimia diubah menjadi energi listrik disebut baterai primer atau baterai volta. - Sumber Energi dari Sinar Matahari
Saat sinar matahari menjadi lebih intens, tegangan yang dihasilkan antara dua lapisan sel fotovoltaik meningkat. Tapi bagaimana cara kerja sel fotovoltaik? Dengan tidak adanya cahaya, sistem tidak menghasilkan energi. Ketika sinar matahari mengenai lempeng, sel mulai berfungsi. Foton sinar matahari berinteraksi dengan elektron yang tersedia dan meningkatkan tingkat energinya. - Sumber Energi dari Panas Bumi
Pembangkit termal adalah jenis pembangkit di mana turbin yang ditenagai oleh uap di bawah tekanan digunakan untuk menggerakkan poros generator listrik. Pembangkit listrik termal konvensional dan pembangkit listrik termal nuklir menggunakan energi yang terkandung dalam uap bertekanan. Contoh paling sederhana adalah menghubungkan ketel berisi air mendidih ke roda dayung, yang, pada gilirannya, dihubungkan ke generator. Semburan uap dari ketel menggerakkan rotor. Oleh karena itu, kita bisa mendapatkan uap dengan banyak cara, seperti dengan membakar batu bara, minyak, gas, sampah perkotaan, atau memanfaatkan sejumlah besar panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi nuklir. Anda bahkan dapat menghasilkan uap dengan memusatkan energi matahari.
Satuan Energi Listrik
Satuan dasar energi listrik adalah joule atau watt-sekon. Energi listrik dikatakan satu joule ketika satu ampere arus mengalir melalui rangkaian selama sedetik ketika beda potensial satu volt diterapkan di atasnya. Satuan komersial energi listrik adalah kilowatt-hour (kWh) yang juga dikenal sebagai Board of Trade Unit (BOT).
1 kwh = 1000 × 60 × 60 watt – sekon 1 kwh = 36 × 10 5 Ws atau Joule.
Umumnya, satu kwh disebut satu unit.
Rumus Energi Listrik
Sebuah sel memiliki dua terminal yaitu terminal negatif dan positif. Terminal negatif memiliki kelebihan elektron sedangkan terminal positif kekurangan elektron.
Mari kita ambil terminal positif sebagai A dan potensial listrik di A diberikan oleh V(A). Demikian pula, terminal negatif adalah B dan potensial listrik di B diberikan oleh V(B).
Arus listrik mengalir dari A ke B, dan dengan demikian V(A) > V (B).
Beda potensial antara A dan B diberikan oleh:
V = V(A) – V(B) > 0
Secara matematis, arus listrik didefinisikan sebagai laju aliran muatan melalui penampang konduktor .
Jadi, diberikan oleh I = Q/ t di mana I adalah arus listrik dan Q adalah jumlah muatan listrik yang mengalir melalui suatu titik dalam waktu t.
Energi potensial muatan Q di A adalah QV(A) dan di B adalah QV(B). Jadi perubahan energi potensial diberikan oleh
Upot = Energi potensial akhir – Energi potensial awal
= Q [(V (B) – V (A)] = –∆QV
= –IV∆t (Karena I = Q/ t)
Jika kita memperhitungkan energi kinetik sistem, itu juga akan berubah jika muatan di dalam konduktor bergerak tanpa tumbukan. Ini untuk menjaga energi total sistem tidak berubah. Jadi, dengan kekekalan energi total, kita memiliki:
K = –∆Upot
Atau
K = IV∆t > 0
Jadi, di medan listrik, jika muatan bergerak bebas melintasi konduktor, akan ada peningkatan energi kinetik saat mereka bergerak.
Ketika muatan bertabrakan, energi yang diperoleh oleh mereka dibagi di antara atom-atom. Akibatnya, getaran atom meningkat mengakibatkan pemanasan konduktor. Jadi, sejumlah energi dihamburkan dalam bentuk panas dalam konduktor yang sebenarnya.
Contoh Penggunaan Energi Listrik
- Penggunaan Listrik di luar ruangan
Lampu jalan di jalan menggunakan listrik untuk berfungsi, bahkan kolam renang membutuhkan listrik untuk memanaskan air di daerah yang lebih dingin. Mesin pemotong rumput yang digunakan untuk memotong rumput menggunakan listrik untuk beroperasi. Penyiram air untuk rumput di halaman juga menggunakan listrik. - Penggunaan Listrik di Rumah Tangga
Mulai dari pemanggang roti hingga lemari es, microwave, mesin cuci, mesin pencuci piring, cerobong listrik, dan masih banyak lagi peralatan lainnya yang mudah digunakan dan dibuat untuk kenyamanan aktivitas sehari-hari menggunakan listrik untuk berfungsi. - Penggunaan Listrik di tempat komersial
Untuk produksi berbagai bahan, pabrik menggunakan alat berat yang selalu menggunakan listrik. Bahkan magnet yang memiliki struktur seperti raksasa membutuhkan listrik agar tetap terisi daya untuk mengangkat logam berat. - Penggunaan Listrik di Kantor
Kita pergi bekerja di kantor yang sebagian besar menggunakan listrik. Lampu, lift, AC, mesin kopi, pembaca kartu identitas, pemindai biometrik, dan lainnya membutuhkan listrik.
Contoh Soal Energi Listrik
Contoh 1: Tentukan energi listrik.
Jawab: Energi listrik dapat disebabkan oleh energi kinetik atau energi potensial. Sebagian besar disebabkan oleh energi potensial, yaitu energi yang tersimpan karena posisi relatif partikel bermuatan atau medan listrik.
Contoh 2: Tulis satuan untuk energi listrik.
Jawab: Satuan energi listrik adalah joule, kilowatt hour, elektron-volt
Contoh 3: Tulis penggunaan energi listrik.
Jawab: Penggunaan energi listrik sangat banyak. Beberapa di antaranya adalah Pencahayaan, pendinginan, pemanasan. Mengoperasikan peralatan, elektronik, komputer, mesin. Sistem transportasi umum
Contoh 4: Berapa kecepatan listrik?
Jawab: Listrik bergerak dengan kecepatan cahaya lebih dari 186.000 mil per detik.
Kesimpulan Pembahasan
Peralatan apapun yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti peralatan rumah tangga, peralatan kantor dan peralatan industri, hampir semuanya membutuhkan listrik. Oleh karena itu, kita harus memahami listrik.
Berkat adanya energi listrik, kehidupan semakin membaik hari demi hari. Listrik membuat kehidupan menjadi mudah. Ini terbukti melalui berbagai hal yang terjadi dalam kehidupan yang menjadi mudah karena listrik.