Dasar Konversi Energi Listrik (Basic Electrical Energy Conversion)

DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK

            Energi adalah bagian utama untuk semua kegiatan makhluk hidup, termasuk manusia dalam memenuhi kebutuhan hidupnya selalu memerlukan energi. Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja oleh karena itu sifat dan bentuk energi dapat berbeda sesuai dengan fungsinya, antara lain energi kinetic, potensial, termal, kimia, nuklir, listrik dan energi elektromagnetik.

            Pada prinsipnya bentuk atau sifat energi tersebut dapat saling dikonversikan secara langsung ataupun tidak langsung. Panas pada benda (energi kalor) dapat sebagai akibat dari gesekan oleh gerakan benda (energi kinetik) atau sebagai akibat adanya listrik yg dialirkan (energi listrik) adalah merupakan proses konversi energi langsung, sedangkan energi listrik pada generator (dynamo atau alternator) asalnya adalah energi dari minyak, batubara yg dibakar (energi termis) dirubah menjadi energi kinetik pada motor bakar atau turbin (rotasi, energi kinetik), berikutnya oleh dynamo atau generator diubah menjadi energi listrik, merupakan proses yg tdk langsung.

            Untuk kebutuhan manusia konsumsi energi dapat dibedakan atas beberapa kelompok sector, yaitu kelompok pembangkit listrik, pemakaian industri, transportasi, komersial dan rumah tangga. Sumber sumber energi yang terutama adalah air, angina, batubara, minyak bumi, gas alam, matahari, uranium, biomassa dan biogas.

            Energi listrik mempunyai beberapa kelebihan dibanding energi yang lain diantaranya adalah :

1. Lebih mudah disalurkan
2. Lebih mudah didistribusikan ke daerah yang lebih luas
3. Lebih mudah diubah kedalam bentuk energi lain, misalnya menjadi energi panas, cahaya atau tenaga mekanik

I. Penggunaan Listrik

1. Penggunaan listrik untuk menghasilkan cahaya;

            Jika sepotong kawat logam dipanaskan oleh sebuah lampu Bunsen atau lampu tempel, dalam waktu yang sangat singkat kawat tadi akan bersinar dengan cahaya merah. Kawat logam seperti ini disebut “memijar”

            Jika proses pemanasan ini dilanjutkan maka cahaya merah tadi akan menjadi memutih. Untuk tercapainya proses ini diperlukan sejumlah panas yang cukup besar. Proses ini merupakan salah satu konsep dasar pemikiran untuk pembuatan sebuah “lampu pijar listrik”. Sebagaimana kita ketahui jika arus mengalir  sepanjang kawat yang memiliki hambatan, maka arus ini akan menimbulkan energi panas.

            Dengan perhitungan yang teliti terhadap kawat (luas penampang) dan banyaknya jumlah muatan listrik maka proses memijar ini akan tercapai, maka cahaya putih tadi diubah ke dalam bentuk energi lain yaitu yang biasa disebut : Cahaya.

            Bagian yang terpenting dari lampu pijar ini adalah kaca penutup dan kumparan kecil yang terbuat dari kawat wolfram dimana arus listrik dialirkan. Kumparan ini dinamakan FILAMEN. Kadang-kadang filament tersebut dibuat dari sebuah kawat yang berdiameter sangat kecil dan kemudian ditunjang oleh kawat-kawat yang lebih tebal.

2. Penggunaan listrik untuk menghasilkan panas.

            Peralatan listrik yang banyak terdapat di rumah-rumah tangga sebagian dari peralatan ini dapat menghasilkan panas; sewaktu listrik mengalir melalui kawat kecil (nekelin) maka kawat tadi akan menjadi panas. Sebagai contoh peralatan tersebut adalah kompor listrik untuk memasak, ketel listrik untuk mendidihkan air, dll.

 3. Penggunaan listrik untuk menghasilkan bunyi

            Radio dan pesawat telepon, merupakan contoh alat yang mengalami proses perubahan dari listrik ke dalam bentuk bunyi. Pesawat penerima ini tergantung dari gelombang listrik yang merambat melalui media udara dan sebuah stasiun pemancar (lihat gambar dibawah)

            Pesawat telepon tidaklah begitu rumit seperti arus listrik yang dialirkan  melalui sepanjang kawat dari satu alat kealat yang lain. Cara yang berlawanan dari pembicaraan akhir dari sebuah telepon mengubah suara ke bentuk listrik. Ini yang biasa kita kenal dengan nama mikropon. Alat ini juga digunakan dalam stasiun-stasiun pemancar untuk mengubah pembicaraan atau musik ke dalam bentuk gelombang listrik yang kemudian dapat disiarkan.

4. Penggunaan listrik untuk menghasilkan gesekan

            Energi listrik kadang-kadang untuk menggerakkan mesin atau memutarkan mesin-mesin yang terdapat di dalam bengkel-bengkel industri dan mereka ini semua tergantung kepada motor-motor listrik.

            Dalam penggunaan yang lain, banyak rumah tangga yang menggunakan motor listrik, sebagai contoh :

1. Kipas angin listrik; dimana motor listrik menggerakkan baling-baling atau fan-bladenya
2. Jam listrik, dimana motor listrik menggerakkan jarum-jarum jam
3. Gramaphone, dimana motor listrik menggerakkan putaran piringannya.

Standar & Konvensi dalam Teknik Listrik

Sistem satuan atau dimensi international, yg lazim disebut SI, digunakan dalam teknik listrik. Tabel 1.1 menunjukkan satuan-satuan SI dasar dan Tabel 1.2. menunjukkan satuan SI pelengkap. Satuan satuan lazim lainnya dapat dijabarkan dari satuan-satuan dasar & pelengkap tersebut. Mis., coulomb dijabarkan dari detik dan ampere. Tabel 1.3 menunjukkan satuan-satuan jabaran yg lazim dijumpai dalam analisa listrik.

II. Kuat Arus Listrik

III.  Muatan Listrik

Tahanan dan Daya Hantar

Tahanan ialah gesekan atau rintangan yang diberikan suatu bahan terhadap suatu aliran arus. Dengan adanya gesekan atau rintangan ini, menyebabkan gerak elektron berkurang. Hambatan-hambatan ini yang menghalangi gerak elektron disebut resistansi.

Jadi resistansi adalah hambatan listrik, makin besar resistansi sebuah penghantar, semakin kecil arus listrik yang mengalirnya.

Besar daya kemampuan pengantar arus ini disebut daya hantar arus. Akibat adanya gesekan atau rintangan pd aliran elektron, maka sejumlah energi listrik berubah menjadi energi panas.

Definisi : 1 (satu) ohm ialah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1,063 m dengan penampang 1 mm²  pada suhu 0ºC.

Resistor dapat pula berupa lampu atau elemen pemanas. Kawat dalam ukuran panjangpun dapat memberikan hambatan tertentu. Mis.: lampu pijar, radio, motor listrik, kumparan kawat.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus;

R = 1/G dan G = 1/R ;     R = tahanan kawat listrik dlm satuan Ω (ohm)  ;  
 G = daya hantar arus dlm Ʊ satuan mho atau siemens.

Tahanan jenis suatu bahan ialah tahanan bahan itu yang panjangnya 1 meter dengan luas penampang 1 mm² . Tahanan jenis diberi simbol : ρ (rho).

Daya hantar jenis adalah kebalikan dari tahanan jenisnya dan diberi simbol : g

Dan rumusnya : ρ = 1/g

Menghitung besarnya tahanan (R) : Tahanan penghantar itu berbanding terbalik dengan luas penampangnya

Keterangan gambar :

q1, R1 dan I1 adalah penampang, tahanan dan pjg kawat penghantar I.

q2, R2 dan I2 adalah penampang, tahanan dan panjang kawat penghantar II.

Kesimpulan :

1. Jika penampang penghantar  2x lebih besar, maka tahanannya 2x lebih kecil.
2. Jika panjang penghantar itu 2x lebih panjang, maka tahanan itu 2x lebih besar.

         ρ   =  Tahanan jenis dalam satuan  Ωmm²/m

        g    =  Daya hantar jenis dalam satuan m/ Ωmm²