Daya dan Energi Listrik : Materi, Contoh Soal, dan Pembahasannya

Daya dan Energi Listrik : Materi, Contoh Soal, dan Pembahasannya – Selamat datang di fokusfisika.com. Pada laman ini akan dijelaskan mengenai daya dan energi listrik yang mencangkup materi, contoh soal dan pembahasannya secara lengkap sehingga dapat membantu anda untuk belajar fisika tentang daya dan energi listrik dengan mudah. Semoga penjelasan dalam laman ini bermanfaat. Selamat belajar.

Daya listrik
Daya listrik adalah energi listrik yang digunakan tiap satuan waktu.
\begin{aligned}
P &= V\cdot I \\
&= I\cdot R\cdot I \\
&= I^2 R \\
P &= V\cdot I \\
&= V\cdot \frac{V}{R} \\
P &= \frac{V^2}{R}
\end{aligned}

Dengan :
P = daya (watt atau W)
V = tegangan (volt = V)
I = kuat arus (ampere = A)
R = hambatan (ohm = Ω)

Energi Listrik
Energi listrik adalah bentuk perubahan energi dari energi potensial listrik atau energi kinetik.

Persamaan energi listrik yaitu :

\begin{aligned}
W &= V\cdot I\cdot t \\
&= P \cdot t
\end{aligned}

Dengan :
W = energi listrik (J)
V = tegangan (V)
I = kuat arus (A)
t = waktu (s)
P = daya (W)

Contoh Soal 1 :
Sebuah lampu pijar yang menggunakan daya 80 watt pada tegangan sumber 220 volt, dipasang pada suatu sumber berpotensial 110 volt. Daya yang dipakai lampu itu adalah ….
A. 320 watt
B. 160 watt
C. 80 watt
D. 40 watt
E. 20 watt

Pembahasan :
\begin{aligned}
I_1 &= I_2 \\
\frac{P_1}{V_1} &= \frac{P_2}{V_2} \\
\frac{80}{200} &= \frac{P_2}{110} \\
P_2 &= 40 \quad \textrm{watt}
\end{aligned}

Jawaban : D

Contoh Soal 2 :
Sebuah keluarga menyewa listrik PLN dengan daya sebesar 500 W pada tegangan 110 V. Jika untuk penerangan keluarga itu menggunakan lampu 100 W, 220 V, maka jumlah lampu maksimum yang dapat dipasang adalah ….
A. 5 buah
B. 10 buah
C. 15 buah
D. 20 buah
E. 25 buah

Pembahasan :
Hambatan lampu tersebut adalah :
\begin{aligned}
P &=\frac{V^2}{R} \\
100 &=\frac{220^2}{R} \\
R &=484 \quad\Omega
\end{aligned}

Daya sebuah lampu jika dipasang pada tegangan 110 V yaitu :
\begin{aligned}
P &=\frac{V^2}{R} \\
&=\frac{110^2}{484} \\
&=25 \quad \textrm{watt}
\end{aligned}

Jadi jika menyewa 500 watt, maka banyaknya lampu yang dapat dipasang yaitu :
\begin{aligned}
P &=\frac{500}{25} \\
&=20 \quad \textrm{buah}
\end{aligned}

Jawaban : D

Contoh Soal 3 :
Sebuah alat pemanas air yang hmabatannya 50 ohm dan dialiri arus 1 ampere, digunakan untuk memanaskan 1 liter air bersuhu 25^oC selama 10 menit. Jika di anggap hanya air yamg menerima kalor, maka suhu air menjadi …. (1 kalori = 4,2 joule)
A. 97^oC
B. 47^oC
C. 34,2^oC
D. 32,1^oC
E. 7,2^oC

Pembahasan :
Kalor jenis air = 4.200 J/kg^oC dan massa jenis air 1000 kg/m³.
1 liter air = 1 dm³ = 1 x 10^-3 m³
Sehingga massa air : \(m = \rho \cdot V = 1000\cdot 1 \times 10^{-3} = 1 \quad \textrm{kg} \)
Waktu yang dibutuhkan t = 10 menit = 600 s.
Kalor yang diserap sama dengan energi listrik yang dikeluarkan :

\begin{aligned}
Q_{serap} &= W_{listrik} \\
m\cdot c\cdot \Delta T &= P\cdot t \\
m\cdot c\cdot \Delta T &= (I^2 \cdot R)\cdot t \\
1\cdot 4200\cdot \Delta T &= (1^2 \cdot 50)\cdot 600 \\
4200\cdot \Delta T &= 30000 \\
\Delta T &= \frac{30000}{4200} \\
&= 7,1 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jadi suhu air naik menjadi : T_akhir = T_awal + 7,1 = 25 + 7,1 = 32,1 ^oC

Jawaban : D

Contoh Soal 4:
Kompor listrik mampu mendidihkan 3 liter air dengan suhu 20^oC selama 10 menit. Jika tegangan yang diberikan 220 V, maka daya yang dikonsumsi adalah ….(cair = 4200 J/kg^oC)
A. 1342 watt
B. 1680 watt
C. 1834 watt
D. 2100 watt
E. 2455 watt

Pembahasan :
Diketahui : 3 liter air = 3 kg dan t = 10 menit = 600 detik.
Kalor yang diserap air sama dengan energi listrik yang diberikan :

\begin{aligned}
Q_{serap} &= W_{listrik} \\
m\cdot c\cdot \Delta T &= P\cdot t \\
3\cdot 4200\cdot (100-20) &= P\cdot 600 \\
P &= \frac{3\cdot 4200 \cdot 80}{600} \\
&= 3\cdot 7 \cdot 80\\
&= 1680 \quad \textrm{watt}
\end{aligned}

Jawaban : B