Mengenal Besaran Listrik (4) – Daya dan Energi Listrik

Pada pembahasan sebelumnya, kita telah mempelajari dua besaran listrik yang sangat penting dalam memahami rangkaian listrik atau dunia kelistrikan itu sendiri yakni arus dan tegangan. Kali ini kita akan membahas dua besaran yang tak kalah penting bahkan secara praktik, dalam beberapan kasus lebih sering digunakan yakni daya dan energi listrik.

Lalu apa itu daya listrik?

Daya listrik adalah laju penyaluran atau penyerapan energi per satuan waktu dinyatakan dalam satuan watt. Apa yang kita pahami dari pengertian ini? Dari pengertian tersebut berarti daya listrik menyatakan seberapa besar energi yang dapat disalurkan atau diserap oleh suatu elemen per satuan waktu. Definisi ini dapat dinyatakan dengan persamaan matematis sebagai berikut:

Yang mana p adalah daya (watt), w adalah energi (joule), dan t adalah waktu (detik). Di kehidupan sehari-hari, energi listrik lebih sering dinyatakan dengan kWh (kilowatt hour). Persamaan di atas dapat kita jabarkan menjadi persamaan yang lebih rinci sebagai berikut:

Dengan begitu, daya listrik adalah perkalian antara tegangan dan arus. Persamaan ini yang lebih sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari untuk menyatakan besaran daya listrik.

Di awal sudah kita bahas bahwa daya adalah laju penyaluran atau penyerapan energi per satuan waktu. Lalu bagaimana kita menentukan bahwa sebuah komponen itu menyalurkan (mengirim) energi atau menyerap energi? Jawabannya ada pada persamaan hubungan daya dengan tegangan dan arus di atas. Dalam menyelesaikan persamaan matematis, kita mengenal operator positif (+) dan negatif (-). Nah operator ini akan menunjukkan bagaimana kondisi dari tegangan (v) dan arus (i) yang mana keduanya akan menetukan operator dari daya (p). Sederhananya, apabila salah satu negatif, berarti daya negatif yang menunjukkan bahwa sebuah komponen itu menyerap daya. Sebaliknya, apabila keduanya positif atau keduanya negatif, maka daya positif yang berarti komponen tersebut menyuplai daya.

Gambar 1. Ilustrasi arah daya. (a) Daya bernilai negatif atau komponen menyerap daya. (b) Daya bernilai positif atau komponen menyalurkan daya.

Lalu bagaimana kita menentukan operator dari tegangan dan arus? Cara mudah untuk menentukannya adalah dengan menggunakan tegangan komponen sebagai titik acuan yang berarti nilai tegangan selalu positif. Nah, kemudian kita lihat arah arusnya. Apabila arah arus memasuki kutub positif dari komponen, berarti arus tersebut negatif yang menunjukkan bahwa komponen tersebut menyerap daya. Sebaliknya apabila arus mengalir keluar dari kutub positif komponen, maka arus bernilai positif yang berarti daya bernilai positif atau komponen menyuplai daya.

Sejauh ini dalam pembahasan kita, daya kita anggap konstan yakni tegangan dan arus dianggap konstan atau berada pada nilai efektifnya. Pada kajian yang lebih lanjut biasanya daya, tegangan, dan arus dinyatakan dalam fungsi waktu yang mana ketiga besaran tersebut nilainya berubah setiap waktunya. Kondisi ini biasa disebut dengan nilai sesaat.

Itu tadi pembahasan singkat mengenai daya listrik. Kemudian apa itu energi listrik? Di awal pembahasan sempat kita singgung bahwa daya adalah laju penyaluran atau penyerapan energi persatuan waktu. Dengan memahami pengertian ini, akan lebih mudah bagi kita untuk mengerti keadaan energi ini secara kasarnya. Energi merupakan kapasitas untuk melakukan usaha atau secara sederhana energi adalah daya dikali waktu. Apabila daya yang dipakai setiap waktunya tetap, maka energi listrik yang dipakai atau disalurkan oleh sebuah komponen dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Pada kenyataannya, penyaluran daya tidak selalu konstan. Oleh sebab itu biasanya daya dan energi dinyatakan dengan suatu fungsi matematis. Secara matematis energi dinyatakan dengan persamaan berikut:

Sebagaimana sudah kita singgung di awal, energi listrik dalam kehidupan sehari-hari lebih sering dinyatakan dengan satuan kWh atau kilowatt hour (103 watt hour). Satuan ini menyatakan tingkat daya yang digunakan dalam satu jam. Jadi apabila dalam satu jam kita menyalakan lampu dengan daya 20 watt secara terus-menerus, maka dapat dikatakan kita telah menggunakan energi sebanyak 20 Wh atau 0,02 kWh.

Rujukan:

Alexander C. K., Sadiku M. N. O. Fundamentals of Electric Circuit: 3rd Edition. 2006

Tulisan ini juga dipost di website masterMEP Engineering:

mastermepengineering.wordpress.com