Pengertian Energi Listrik dan Rumus Besarnya
Samuat – Listrik menjadi salah satu sumber energi penting bagi manusia. Bahkan, hampir segala aktivitas manusia saat ini menggunakan energi listrik, mulai dari penerangan, memasak, hingga mengoperasikan berbagai peralatan elektronik. Oleh karena itu, pengertian energi listrik dan rumus besarnya menjadi sesuatu yang sangat penting untuk diketahui.
Rumus besarnya energi listrik dihitung dengan mengalikan besar daya listrik dengan waktu penggunaannya. Satuan dari energi listrik adalah joule (J) atau kilowatt hour (kWh). Rumus besarnya energi listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
E = P x t
E adalah besarnya energi listrik (dalam joule atau kWh)
P adalah daya listrik (dalam watt atau kilowatt)
t adalah waktu penggunaan listrik (dalam jam)
Sebagai contoh, jika suatu lampu 60 watt digunakan selama 5 jam, maka besarnya energi listrik yang digunakan adalah:
E = 60 watt x 5 jam = 300 watt jam = 0,3 kWh
Setiap rumah tangga, industri, ataupun instansi pemerintahan membutuhkan energi listrik. Oleh karena itu, besarnya penggunaan energi listrik suatu daerah menjadi acuan dalam penentuan kebutuhan pembangunan pembangkit listrik. Di Indonesia, besarnya konsumsi energi listrik menjadi salah satu indikator kemajuan dan pertumbuhan ekonomi.
Menurut data dari Badan Pusat Statistik (BPS), konsumsi energi listrik di Indonesia pada tahun 2020 meningkat sebesar 0,1% dibandingkan tahun sebelumnya. Total konsumsi energi listrik pada tahun 2020 mencapai 266.981,84 GWh. Pertumbuhan konsumsi energi listrik terutama dipicu oleh kebutuhan sektor rumah tangga yang terus meningkat.
Cara Menghitung Energi Listrik pada Rangkaian Listrik Seri
Rangkaian listrik seri merupakan tipe rangkaian listrik sederhana di mana komponen-komponen listriknya disusun secara berurutan. Dalam rangkaian listrik seri, arus listrik yang mengalir melalui setiap komponen listrik akan memiliki besaran yang sama. Oleh karena itu, untuk menghitung besar energi listrik pada rangkaian listrik seri, kita cukup mengalikan besarnya arus listrik dengan beda potensial atau tegangan listrik.
Berikut adalah rumus besar energi listrik pada rangkaian listrik seri:
E = V x I x t
Dalam rumus tersebut, E merupakan energi listrik dalam satuan Joule (J), V merupakan beda potensial atau tegangan listrik dalam satuan Volt (V), I merupakan besarnya arus listrik dalam satuan Ampere (A), dan t merupakan waktu dalam satuan sekon (s) atau jam (h).
Untuk memudahkan pemahaman, perhatikan contoh soal berikut:
Sebuah rangkaian listrik seri memiliki beda potensial sebesar 6 Volt dan arus listriknya sebesar 2 Ampere. Berapa energi listrik yang dihasilkan dalam interval waktu 10 detik?
Langkah pertama yang dapat dilakukan adalah mengganti satuan waktu menjadi dalam satuan detik (s). Karena 1 jam sama dengan 3600 detik, maka interval waktu 10 detik dapat dituliskan sebagai 10/3600 jam atau 0,00278 jam.
Setelah itu, kita dapat memasukkan nilai beda potensial (V), arus listrik (I), dan waktu (t) ke dalam rumus:
E = V x I x t
E = 6 V x 2 A x 0,00278 h
E = 0,033 Joule (J)
Dari perhitungan di atas, dapat disimpulkan bahwa energi listrik yang dihasilkan pada rangkaian listrik seri tersebut adalah sebesar 0,033 Joule (J).
Cara Menghitung Energi Listrik pada Rangkaian Listrik Paralel
Rangkaian listrik paralel adalah rangkaian listrik yang terdiri dari lebih dari satu sumber listrik yang terhubung secara paralel. Pada rangkaian ini, arus listrik akan terbagi pada setiap resistor secara merata. Dalam menghitung energi listrik pada rangkaian listrik paralel, ada beberapa langkah yang perlu dilakukan.
1. Menghitung Arus pada Setiap Resistor
Langkah pertama yang perlu dilakukan adalah menghitung arus pada setiap resistor. Hal ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar arus yang mengalir pada setiap resistor pada rangkaian listrik paralel. Arus pada rangkaian listrik paralel dapat dihitung menggunakan rumus :
Dimana :
- It adalah arus total pada rangkaian
- I1, I2, … , In adalah arus pada setiap resistor pada rangkaian
Dalam menghitung arus pada setiap resistor, dapat menggunakan rumus :
Dimana :
- I adalah arus pada masing-masing resistor
- V adalah tegangan pada rangkaian
- R adalah nilai resistansi pada masing-masing resistor
2. Menghitung Daya pada Setiap Resistor
Selanjutnya, langkah kedua adalah menghitung daya pada setiap resistor. Daya yang dihasilkan pada setiap resistor dapat dihitung menggunakan rumus :
Dimana :
- P adalah daya pada masing-masing resistor
- V adalah tegangan pada rangkaian
- I adalah arus pada masing-masing resistor
3. Menghitung Energi Total pada Rangkaian
Langkah terakhir dalam menghitung energi listrik pada rangkaian listrik paralel adalah menghitung energi total pada rangkaian. Energi listrik dapat dihitung menggunakan rumus :
Dimana :
- E adalah energi pada rangkaian
- P adalah daya total pada rangkaian
- t adalah waktu penggunaan listrik
Contoh Kasus :
Sebuah rangkaian listrik paralel terdiri dari tiga resistor dengan nilai resistansi masing-masing R1 = 10 Ω, R2 = 20 Ω, dan R3 = 30 Ω. Tegangan pada rangkaian adalah 12 V dan waktu penggunaan listrik selama 2 jam. Dalam hal ini, ketiga resistor akan memiliki arus yang berbeda karena nilainya yang juga berbeda. Arus pada setiap resistor dapat dihitung menggunakan rumus :
Selanjutnya, dapat dihitung daya pada masing-masing resistor dengan menggunakan rumus :
Daya total pada rangkaian dapat dihitung dengan menjumlahkan daya pada masing-masing resistor :
Energi pada rangkaian dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Dengan demikian, energi total yang dikeluarkan oleh rangkaian listrik paralel dalam waktu 2 jam adalah 5,28 Wh.
Rumus Biaya Pemakaian Listrik
Rumus biaya pemakaian listrik digunakan untuk menghitung biaya yang harus dibayar oleh pelanggan berdasarkan kuantitas atau jumlah energi listrik yang dipakai dalam satuan kilowatt hour (kWh). Persamaan tersebut adalah sebagai berikut.
Biaya Listrik = Jumlah kWh x Tarif Listrik
Dalam persamaan tersebut, jumlah kWh adalah kuantitas energi listrik yang dipakai oleh pelanggan selama periode tertentu, seperti satu bulan atau satu tahun. Tarif listrik sendiri dapat berubah-ubah tergantung dari kebijakan pemerintah dan dari perusahaan listrik masing-masing.
Rumus Biaya Pemeliharaan dan Pengoperasian
Biaya pemeliharaan dan pengoperasian adalah biaya untuk membiayai operasional perusahaan listrik dan pemeliharaan fasilitas sistem listrik agar tetap berjalan dengan baik dan terhindar dari kerusakan dan kesalahan. Rumus besar energi listrik yang digunakan untuk menghitung biaya tersebut adalah sebagai berikut.
Biaya Pemeliharaan dan Pengoperasian = Banyaknya Perusahaan x Harga Satuan
Rumus Total Biaya Listrik
Untuk menghitung total biaya listrik yang harus dibayar oleh pelanggan, perusahaan listrik biasanya melakukan perhitungan dengan cara menambahkan kedua rumus di atas. Persamaan rumus besarnya adalah sebagai berikut.
Total Biaya Listrik = Biaya Pemakaian Listrik + Biaya Pemeliharaan dan Pengoperasian
Dalam hal ini, perusahaan listrik akan mengumpulkan data tentang penggunaan energi listrik oleh pelanggan dan jumlah pelanggan dalam sebuah wilayah pada periode waktu tertentu untuk perhitungan rumus besar energi listrik.
Contoh Soal dan Pembahasan Rumus Besar Energi Listrik
Pembangkit listrik adalah salah satu sumber energi yang sangat penting di Indonesia. Dalam pembangkit listrik, ada konsep penting yaitu rumus besar energi listrik yang digunakan untuk menghitung besarnya energi listrik yang dihasilkan dalam sebuah pembangkit listrik. Berikut adalah contoh soal dan pembahasan rumus besar energi listrik:
1. Contoh Soal:
Jika sebuah pembangkit listrik menghasilkan energi listrik sebesar 20.000 kWh dalam waktu 5 jam, hitunglah rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam kwh/jam!
Pembahasan:
Dalam soal ini, kita diminta untuk menghitung rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam kWh/jam.
Rumus besar energi listrik = energi listrik / waktu
energi listrik yang dihasilkan = 20.000 kWh
waktu yang dibutuhkan = 5 jam
rumus besar energi listrik = 20.000 / 5 = 4.000 kWh/jam
Maka, rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam waktu 5 jam adalah 4.000 kWh/jam.
2. Contoh Soal:
Sebuah pembangkit listrik menghasilkan energi listrik sebesar 120.000 kJ dalam waktu 2 jam, hitunglah besarnya energi listrik yang dihasilkan dalam kWh?
Pembahasan:
Dalam soal ini, kita diminta untuk menghitung besarnya energi listrik yang dihasilkan dalam kWh.
Untuk menghitungnya, kita perlu mengubah satuan energi dari kJ menjadi kWh, karena rumus besar energi listrik menggunakan satuan kWh.
1 kWh = 3.600.000 J
energi listrik yang dihasilkan = 120.000 kJ
waktu yang dibutuhkan = 2 jam
Besarnya energi listrik dalam kWh = (120.000 x 1000) / 3.600.000 = 33,33 kWh
Maka, besarnya energi listrik yang dihasilkan dalam waktu 2 jam adalah 33,33 kWh.
3. Contoh Soal:
Sebuah pembangkit listrik menghasilkan energi listrik sebesar 1,5 MWh dalam waktu 24 jam, hitunglah rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam kWh/jam!
Pembahasan:
Dalam soal ini, kita diminta untuk menghitung rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam kWh/jam.
kita perlu mengubah satuan energi dari MWh menjadi kWh, karena rumus besar energi listrik menggunakan satuan kWh.
1 MWh = 1.000 kWh
energi listrik yang dihasilkan = 1,5 MWh
waktu yang dibutuhkan = 24 jam
Besarnya energi listrik dalam kWh = 1,5 x 1.000 = 1.500 kWh
Rumus besar energi listrik = 1.500 / 24 = 62,5 kWh/jam
Maka, rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam waktu 24 jam adalah 62,5 kWh/jam.
4. Contoh Soal:
Jika sebuah pembangkit listrik menghasilkan energi listrik sebesar 360.000 Joule dalam waktu 1 menit, hitunglah besarnya energi listrik yang dihasilkan dalam kWh?
Pembahasan:
Dalam soal ini, kita diminta untuk menghitung besarnya energi listrik yang dihasilkan dalam kWh.
Untuk menghitungnya, kita perlu mengubah satuan energi dari Joule menjadi kWh, karena rumus besar energi listrik menggunakan satuan kWh.
1 Joule = 2,7778 x 10^-7 kWh
energi listrik yang dihasilkan = 360.000 Joule
waktu yang dibutuhkan = 1 menit = 60 detik
Besarnya energi listrik dalam kWh = 360.000 x 2,7778 x 10^-7 = 0,1 kWh
Maka, besarnya energi listrik yang dihasilkan dalam waktu 1 menit adalah 0,1 kWh.
5. Contoh Soal:
Jika sebuah pembangkit listrik menghasilkan energi listrik sebesar 500 kWh dalam waktu 2 jam, hitunglah rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam kWh/jam!
Pembahasan:
Dalam soal ini, kita diminta untuk menghitung rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam kWh/jam.
Rumus besar energi listrik = energi listrik / waktu
energi listrik yang dihasilkan = 500 kWh
waktu yang dibutuhkan = 2 jam
rumus besar energi listrik = 500 / 2 = 250 kWh/jam
Maka, rumus besar energi listrik yang dihasilkan dalam waktu 2 jam adalah 250 kWh/jam.