Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari

 Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari

Pernahkah kamu mendengar istilah ”listrik”? Apakah kamu juga pernah mendengar istilah ”teknologi”? Apakah kamu mengetahui apa yang dimaksud dengan listrik? Dari manakah asal listrik? Bagaimana penggunaan listrik dalam kehidupan sehari-hari? Agar kamu dapat mengetahui jawabannya, mari kita pelajari bab ini dengan penuh semangat!

Pada bab sebelumnya kamu telah mempelajari konsep lompatan elektron pada benda (listrik statis). Pada bab ini kamu akan belajar tentang aliran elektron pada suatu konduktor yang disebut sebagai listrik dinamis dan pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari. Listrik dinamis memiliki manfaat yang sangat besar dalam kehidupan kita.

Malam tidak terasa gelap dan mencekam lagi karena penemuan lampu listrik oleh Thomas Alfa Edison. Teknologi kelistrikan dapat berkembang pesat berkat temuan Oersted dan Faraday. Oleh karena itu, wajib bagi kita untuk bersyukur dan bijaksana dalam memanfaatkan teknologi kelistrikan yang kita nikmati sekarang. Bagaimana caranya? Salah satunya dengan memahami listrik dan mengupayakan berbagai penghematan energi listrik. Hal ini perlu kita lakukan agar terhindar dari bahaya penggunaan listrik.

A.  Konsep Listrik Dinamis

Jika kita perhatikan lampu atau peralatan elektronik lain yang menggunakan listrik, semua alat tersebut membutuhkan kabel sebagai penghubung aliran arus listrik. Dari manakah aliran arus listrik tersebut berasal? Apakah makhluk hidup dapat menghasilkan arus listrik sehingga dapat digunakan untuk menyalakan lampu?

Secara umum, aliran arus listrik bersumber dari pembangkit listrik. Pernahkah kamu berpikir bagaimana membuat atau menemukan sumber arus listrik? Ternyata, selain dihasilkan oleh pembangkit listrik seperti generator, arus listrik juga dapat dihasilkan oleh baterai, aki (accu), dan buah-buahan terutama buah-buahan yang mengandung asam, misalnya jeruk. Mengapa jeruk dapat menjadi sumber arus listrik? Bagaimana dengan buah-buahan atau tumbuhan lainnya? Agar mengetahui jawabannya, pelajari materi berikut dengan penuh semangat!

1.    Arus Listrik

Perhatikan lampu listrik di rumahmu atau di ruang kelasmu! Ketika kamu menyalakan lampu, tentunya kamu akan menekan sakelar yang terpasang di dinding. Jika satu sakelar ditekan, maka lampu akan menyala, tetapi mungkin lampu di ruangan lain tidak ikut menyala, atau ketika kamu menekan sakelar ternyata lampu-lampu di beberapa ruangan akan menyala bersamaan. Mengapa dapat terjadi demikian? Pernahkah kamu memikirkannya? Jika kamu pernah memikirkan dan mencoba mencari alasannya, maka kamu termasuk peserta didik yang kritis. Sekarang, lakukan kegiatan berikut untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tadi.

Kegiatan yang kamu lakukan pada Aktivitas 5.1 dan 5.2 merupakan kegiatan membuat rangkaian sederhana. Buah dapat berperan sebagai sumber tegangan karena adanya penggunaan lempeng seng dan lempeng besi yang berfungsi untuk menimbulkan beda potensial dalam buah. Lempeng seng berfungsi sebagai kutub negatif dan lempeng besi berfungsi sebagai kutub positif. Adanya beda potensial dalam buah inilah yang mendorong elektron untuk bergerak sehingga memicu aliran listrik dalam rangkaian.

Jika kamu perhatikan sambungan dari baterai, lampu dan kabel, atau sambungan dari semangka atau jeruk, lampu, dan kabel, ternyata sambungan tersebut terhubung satu sama lain sehingga rangkaian tersebut merupakan rangkaian tertutup. Dengan demikian, sebuah rangkaian listrik yang tertutup akan menghasilkan nyala lampu. Bagaimana jika rangkaiannya tidak terhubung satu sama lain? Disebut apakah rangkaian tersebut? Coba lakukan dan pikirkan kegiatan berikut.

Ketika kamu menghubungkan lampu dan sumber listrik dengan menggunakan kabel, artinya kamu telah membuat sebuah rangkaian listrik. Pada rangkaian listrik tertutup (sakelar tertutup atau posisi on), arus listrik akan mengalir dan lampu menyala. Bagaimanakah arah arus listrik tersebut? Berapakah besar arus listrik yang mengalir? Agar memahami arah aliran arus listrik dan mengetahui besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian, baca penjelasan berikut dengan saksama!

Arus listrik mengalir karena pada ujung-ujung rangkaian ada beda potensial listrik yang diberikan oleh baterai sebagai sumber tegangan seperti yang telah dijelaskan pada percobaan baterai buah. Ujung kawat penghantar yang memiliki banyak elektron (terhubung dengan kutub negatif baterai) dapat dikatakan memiliki potensial listrik yang rendah, sedangkan ujung kawat penghantar lainnya yang memiliki sedikit elektron (terhubung dengan kutub positif baterai) dapat dikatakan memiliki potensial listrik yang tinggi. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan arah aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif.

Pada rangkaian listrik tertutup, besar arus listrik yang mengalir pada rangkaian dapat ditentukan dengan menghitung besar muatan listrik yang mengalir pada rangkaian setiap detiknya. Hal ini karena besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian tertutup sebanding dengan besarnya muatan listrik yang mengalir pada setiap detik, atau secara matematis besar arus listrik ditulis sebagai berikut.

 

dengan:

I      = arus listrik (ampere)

Q     = muatan listrik (coulomb)

T     = waktu (sekon)

 

Contoh Soal

1.    Arus listrik sebesar 5 mA mengalir pada suatu kawat penghantar selama 0,1 sekon. Berapakah besar muatannya?

Diketahui:

I = 5 mA = 0,005 A

t = 0,1 sekon

Ditanyakan: besar muatan yang berpindah pada suatu kawat penghantar? 

 

Jadi, besar muatan yang berpindah pada suatu kawat penghantar adalah 5 × 10–4 C.

2.    Hantaran Listrik

Sering kita mendengar bahwa listrik dapat mengalir pada kabel. Apa yang mengalir dan bahan apa yang dapat mengalirkan listrik? Pernyataan bahwa listrik mengalir sebenarnya berkaitan dengan muatan yang berpindah, sebab perpindahan elektron pada bahan akan menghasilkan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan elektron tersebut. Bahan-bahan apakah yang dapat menghantarkan listrik dengan baik dan yang tidak dapat menghantarkan listrik?

Sering kita melihat orang menggunakan kabel untuk menghantarkan listrik dari suatu ujung kabel ke ujung lainnya. Mengapa menggunakan kabel? Kabel biasanya terdiri atas bahan tembaga atau perak di bagian dalamnya dan dilapisi bahan plastik atau karet di bagian luarnya. Mengapa demikian? Hal ini berkaitan dengan kemampuan bahan untuk menghantarkan listrik. Setiap bahan memiliki daya hantar listrik yang berbeda-beda. Tembaga dan perak merupakan bahan yang paling baik untuk menghantarkan listrik, sedangkan plastik dan karet merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik. Apakah kamu sudah memahami mengapa logam perak atau tembaga pada kabel dilapisi plastik atau karet? Jika masih belum mengerti, pelajari materi berikut dengan teliti dan penuh semangat!

a.    Konduktor Listrik

Mengapa kabel digunakan untuk mengalirkan arus listrik dari sumber listrik ke peralatan elektronik? Agar arus listrik dapat disalurkan dengan baik, maka dibutuhkan bahan yang mampu menghantarkan arus listrik dengan baik pula. Pada bahan ini, elektron dapat mengalir dengan mudah. Bahan-bahan yang dapat digunakan untuk menghantarkan listrik disebut dengan konduktor listrik. Contoh dari konduktor listrik adalah tembaga, perak, dan emas. Meskipun perak dan emas merupakan konduktor yang sangat baik, tetapi karena harganya yang sangat mahal, kabel rumah tangga biasanya menggunakan bahan dari tembaga.

b.    Isolator Listrik

Mengapa kabel listrik perlu dilapisi dengan plastik atau karet? Pemberian plastik atau karet sebagai pelapis kabel bertujuan agar kabel lebih aman digunakan. Sifat plastik dan karet tidak dapat menghantarkan arus listrik sehingga kedua bahan tersebut masuk ke dalam kelompok bahan isolator. Bahan isolator ini adalah bahan yang sangat buruk untuk menghantarkan listrik karena di dalam bahan ini elektron sulit mengalir.

c.    Semionduktor Listrik

Bahan semikonduktor listrik adalah bahan-bahan yang jika berada pada suhu rendah bersifat sebagai isolator, sementara pada suhu tinggi bersifat sebagai konduktor. Contoh bahan semikonduktor listrik adalah karbon, silikon, dan germanium. Pada bidang elektronika, bahan semikonduktor digu-nakan untuk membuat transistor yang kemudian dirangkai menjadi integrated circuit (IC) seperti pada Gambar 5.5.

Petir dapat menimbulkan korban karena membawa energi yang sangat besar. Petir cenderung akan menyambar benda-benda yang tinggi seperti pohon, tiang bendera, dan bangunan-bangunan yang tinggi. Oleh sebab itu, pada konstruksi bangunan-bangunan tersebut selalu diberi penangkal petir yang dipasang di atap. Untuk menghindari terkena petir, sebaiknya kamu tidak bermain-main di luar saat hujan yang disertai petir. Tahukah kamu bagaimana sistem kerja penangkal petir?

Penangkal petir dibuat runcing dari bahan konduktor (logam) dipasang di atas sebuah bangunan atau gedung yang dihubungkan dengan kabel sampai ke tanah, kemudian kabel tersebut ditanam di dalam tanah dengan tujuan agar arus petir yang sangat besar dapat segera dinetralkan ke dalam tanah (grounding). Masih ingatkah kamu bagaimana sifat konduktor? Coba jelaskan alasan penggunaan bahan konduktor untuk membuat penangkal petir!

Tahukah kamu? Setiap bahan memiliki kemampuan yang berbeda dalam menghantarkan listrik. Kemampuan tersebut tergantung pada nilai hambatan jenis suatu benda atau bahan. Semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, semakin baik kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan listrik. Tabel 5.2 menyajikan beberapa nilai hambatan jenis bahan.

Berdasarkan Tabel 5.2, coba pikirkan bahan apakah yang paling baik digunakan sebagai konduktor listrik? Mengapa?

Tabel 5.2 Hambatan Jenis Bahan

Bahan	Hambatan Jenis pada Suhu 20 0C (Ωm)
Konduktor
Aluminium	2,82 × 10-8
Tembaga	1,72 × 10-8
Emas	2,44 × 10-8
Besi	9,71 × 10-8
Konstantan	49 × 10-8
Nikrom	100 × 10-8
Platina	10,6 × 10-8
Perak	1,59 × 10-8
Tungsen	5,65 × 10-8
Semikonduktor
Karbon (grafit)	3,5 × 10-5
Germanium (murni)	5 × 10-4
Silikon (murni)	6,4 × 102
Isolator
Kaca	1010-1014
Kuarsa	7,5 × 1017

Sumber: Serway dkk., 2004

Besar hambatan setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang disebut hambatan jenis (ρ). Besar hambatan jenis berbeda-beda untuk setiap jenis kawat (lihat Tabel 5.2), sehingga dapat dituliskan:

dengan:

R = hambatan kawat (Ω)

ρ = hambatan jenis kawat (Ωm)

L = panjang kawat (m)

A = luas penampang kawat (m2)

3.    Rangkaian Listrik

Tahukah kamu mengapa ada sebuah sakelar yang dapat digunakan untuk menyalakan beberapa lampu sekaligus, tetapi ada juga sebuah sakelar yang hanya dapat digunakan untuk menyalakan sebuah lampu saja? Apa yang menyebabkan hal ini terjadi? Menyala atau tidaknya lampu listrik tergantung pada rangkaian listrik. Agar dapat menjawab permasalahan tersebut, lakukan kegiatan berikut dengan hati-hati!

Berdasarkan Aktivitas 5.5 dan 5.6, apa yang kamu simpulkan tentang rangkaian seri dan paralel? Jika dilihat dari gambar rangkaiannya, seharusnya kamu sudah dapat menentukan mana yang rangkaian seri dan rangkaian paralel, baik untuk lampu maupun baterai.

Pada rangkaian listrik yang tidak memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian seri. Ketiadaan percabangan kabel pada rangkaian listrik seri mengakibatkan aliran listrik akan terputus jika salah satu ujung kabel terputus, sehingga arus tidak ada yang mengalir di dalam rangkaian dan seluruh lampu akan mati. Pada rangkaian listrik yang memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian paralel. Jika salah satu ujung kabel terputus, maka arus listrik akan tetap mengalir pada kabel lainnya yang masih terhubung dan beberapa lampu lainnya akan tetap menyala.

Sekarang, perhatikan lampu-lampu yang dipasang di rumahmu. Dapatkah kamu menentukan rangkaian apakah yang digunakan? Sekarang kamu sudah dapat menjelaskan mengapa jika kita menekan satu sakelar di salah satu kamar, maka lampu-lampu yang ada di kamar lainnya tidak ikut terpengaruh.

4.    Karakteristik Rangkaian Listrik

a.     Hokum Kirchoff

Perhatikan Gambar 5.9! Mobil yang masuk dari jalur utama akan berpisah di persimpangan jalan dan menuju tujuan masing-masing. Jumlah mobil yang masuk dan yang keluar jalur akan tetap sama, hal ini juga berlaku pada listrik. Menurut hukum Kirchhoff, besar arus listrik yang masuk ke dalam titik cabang kawat penghantar nilainya sama dengan besar arus listrik yang keluar dari titik cabang kawat penghantar tersebut.

Secara matematis, pada setiap titip cabang berlaku:

ΣΣ I masuk Ikeluar =

Jika diketahui besar arus listrik I1 = 2 A, I2 = I3 = 4 A, dan I4 = 5 A, maka besar arus I5 pada Gambar 5.9b adalah:

ΣΣ I masuk Ikeluar = I1+I4+I5= I2+ I3 I5= (I2 + I3) – (I1 + I4) = (4 + 4) – (2 + 5) = 1 A

Jadi, besar arus listrik yang mengalir pada I5 adalah 1 ampere.

b.    Rangkaian Hambatan Listrik

Pada suatu rangkaian listrik, hambatan listrik juga dapat dipasang secara seri dan paralel seperti pada lampu dan baterai (Ingat hasil percobaan pada Aktivitas 5.5 dan 5.6). Pola pemasangan hambatan listrik ini ternyata juga memengaruhi besar arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik. Tahukah kamu mengapa? Perhatikan penjelasan berikut!

1.    Rangkaian Hambatan Listrik Seri

Pada rangkaian seri kuat arusnya bernilai sama tetapi tegangannya berbeda-beda, sehingga:

V1 ≠ V2 ≠ ... ≠ Vn

Vtotal = V1 + V2 + ...+Vn

Menurut hukum Ohm

V1 = I ∙ R1

V2 = I ∙ R2

Vtotal = IR1 + IR2 = I (R1 + R2)

Karena :

Vs = I ∙ Rs = Vtotal

maka, Rs

Rs = R1 + R2

Jika ada n buah hambatan yang disusun secara seri maka:

Rs = R1 + R2 + .... + Rn

 

2.    Rangkaian Hambatan Lsitrik Paralel

Pada rangkaian paralel, tegangan listrik bernilai sama tetapi besar kuat arusnya berbeda, sehingga:

I1 ≠ I2 ≠ ... ≠ In

Menurut hukum Ohm

c.     Rangkaian GGL dan Hukum Ohm pada Rangkaian Tertutup

Baterai baru yang belum dipakai umumnya memiliki Gaya Gerak Listrik (GGL) = 1,5 V. Artinya sebelum dirangkaikan untuk menghasilkan arus listrik, di antara kutub-kutub baterai ada tegangan sebesar 1,5 V. Jika baterai dihubungkan dengan suatu rangkaian sehingga ada arus yang mengalir, maka tegangan di antara kutub-kutub baterai disebut tegangan jepit. Perbedaan besar GGL dan tegangan jepit baterai terjadi karena adanya hambatan dalam pada baterai. Coba kamu ingat kembali hasil percobaan pada Aktivitas 5.7. Menurut hukum Ohm, besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tertutup adalah:

Sehingga, besar tegangan jepitnya menjadi,

 I ∙ R = E - ( i ∙ r )

     V = E - ( i ∙ r )

dengan:

r = hambatan dalam (Ω)

R = hambatan luar (Ω)

E = GGL baterai (volt)

V = tegangan jepit (volt)

I = arus listrik (ampere)

Elemen listrik yang sama dipasang secara seri dapat dihitung dengan menggunakan rumus

Etotal = E1 + E2 + ... + En = n ∙ E

rtotal = r1 + r2 + ... + rn = n ∙ r

sehingga besar kuat arusnya adalah:

 

5.    Sumber Arus Listrik

Listrik adalah energi, sehingga sesuai dengan hukum kekekalan energi, untuk menghasilkan energi listrik perlu adanya alat yang dapat mengubah energi lain menjadi energi listrik. Secara umum, sumber arus listrik terdiri atas dua jenis, yaitu sumber arus searah (Direct Current = DC) dan sumber arus bolak-balik (Alternating Current = AC). Agar lebih memahami, perhatikan Tabel 5.7!

Elemen volta, baterai, dan akumulator adalah sumber arus DC yang dihasilkan dari reaksi kimia, sehingga disebut juga sebagai elektrokimia. Berdasarkan dapat atau tidaknya diisi ulang, sumber arus listrik dibedakan menjadi elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer adalah sebutan bagi sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya seperti baterai kering dan elemen volta. Elemen sekunder adalah sebutan bagi sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya seperti akumulator dan baterai Lithium-ion (Li-ion) yang digunakan pada telepon genggam atau kamera.

Tabel 5.7 Jenis Sumber Arus Listrik

Jenis Sumber Arus Listrik	Sumber Arus	Proses Perubahan Energi
DC (direct current)	Elemen volta	Kimia → listrik
	Elemen kering (baterai)	Kimia → listrik
	Akumulator (ACCU)	Kimia → listrik
	Solar sel	Kalor → listrik
AC (alternating current)	Generator	Gerak → listrik

 

6.    Sumber Energi Listrik

Tahukah kamu, bagaimana cara membangkitkan energi listrik yang biasa kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari? Apa hanya dari minyak bumi dan batubara saja? Mengingat keterbatasan energi tambang, kini listrik tidak hanya dihasilkan dari minyak bumi atau batu bara, tetapi juga dari energi matahari, angin, air, dan bioenergi. Sumber-sumber energi tersebut merupakan energi alternatif karena ketersediaannya di alam yang dianggap sangat melimpah atau tidak akan pernah habis jika digunakan. Agar mengetahui berbagai sumber energi alternatif tersebut, bacalah uraian berikut dengan saksama.

a.     Energi Matahari

Energi matahari merupakan sumber energi terbesar dan paling melimpah. Melalui penggunaan panel surya, energi matahari dapat diubah menjadi energi listrik. Energi yang diperoleh saat matahari bersinar terang akan disimpan dalam baterai agar dapat digunakan saat cuaca mendung atau bahkan malam hari. Pada saat cuaca mendung, energi listrik yang diperoleh tidak dapat dihasilkan secara maksimal.

Penggunaan energi surya di Indonesia diterapkan dalam dua macam teknologi, yaitu teknologi energi surya termal dan energi surya fotovoltaik. Suhu yang tinggi dari energi surya termal digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian, dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik digunakan untuk menghasilkan listrik yang nantinya dapat digunakan untuk menyalakan lampu, memutar pompa air, menyalakan televisi, dan sebagai energi alat telekomunikasi.

b.    Energi Angin (Kincir Angin)

Angin adalah salah satu contoh sumber energi alternatif yang dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik. Energi gerak, yang dihasilkan oleh gerakan angin terhadap kincir, diubah oleh generator menjadi energi listrik. Berbeda dengan batu bara, gas, dan minyak bumi, kincir angin tidak menyebabkan polusi bagi lingkungan, sehingga kincir angin dipercaya ramah lingkungan.

Oleh sebab itu, pada tahun 1930, pemerintah Amerika mulai menggunakan kincir angin sebagai sumber energi listrik utamanya. Di daerah California, saat ini sudah ada 13.000 kincir angin yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik hingga 1,5 – 4 juta kWh setiap tahunnya, ini berarti setiap kincir angin digunakan untuk menyuplai kebutuhan listrik 150 hingga 400 rumah. Namun, ketika tidak ada angin yang berhembus, maka tidak akan ada energi listrik yang dihasilkan, sehingga masih diperlukan sejumlah batubara, gas, atau minyak bumi untuk memenuhi energi listrik pada saat tersebut.

Tidak kalah dengan California, Indonesia telah membangun beberapa unit kincir angin di Yogyakarta dengan kapasitas masing-masing 80 KW dan menargetkan pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Baru (PLTB) yang mampu menghasilkan 250 MW pada tahun 2025.

c.     Energi Air (Hydropower)

Air yang mengalir dari hulu ke hilir, khususnya pada sungai-sungai yang deras, dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif untuk membangkitkan energi listrik. Arus air sungai tersebut dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin yang terhubung pada generator sehingga energi listrik dapat dihasilkan.

Banyaknya sungai dan danau air tawar membuat Indonesia membangun banyak Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) di seluruh wilayahnya. Potensi tenaga air di seluruh Indonesia diperkirakan sebesar 75.684 MW, tetapi yang sudah dimanfaatkan masih 100 MW dengan jumlah pembangkit sekitar 800 buah. Salah satu contoh PLTA yaitu PLTA Karangkates yang ada di Kabupaten Malang Provinsi Jawa Timur.

d.    Bioenergi

Bioenergi adalah energi yang diperoleh dari biomassa. Biomassa merupakan bahan organik yang berasal dari makhluk hidup, baik dari tumbuhan maupun hewan. Limbah dari budidaya pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, maupun perikanan juga dapat digunakan sebagai sumber bioenergi.

Energi yang diperoleh dari biomassa ini dapat diubah menjadi energi listrik dengan cara mengolah biomassa menjadi bahan bakar nabati, misalnya etanol atau biodisel. Bahan bakar nabati ini selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan bakar generator atau diesel untuk menghasilkan listrik.

Pernahkah kamu berpikir bahwa tanaman dapat menghasilkan arus listrik? Sumber listrik baru telah dikembangkan oleh Marjolein Helder dari Universitas Wegeningen Belanda. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa pada saat tumbuh, tanaman memperoleh listrik dari interaksi antara akar tanaman dengan bakteri tanah.

Akar tanaman tersebut mampu mengeluarkan cairan dan gas hingga 70% ke tanah. Selanjutnya bakteri yang ada di sekitar akar mengurai bahan organik sehingga membentuk sumber energi listrik baru. Saat menguji penelitiannya,

Helder meletakkan sebuah elektrode dekat bakteri untuk menyerap elektron dan hasilnya menunjukkan ada arus listrik yang mengalir di antara elektrode tersebut.

Mikrob pada tanaman mikrobial dapat menghasilkan arus 0,4 watt per meter persegi dari tanaman hidup. Di waktu mendatang, energi listrik dari tanaman ini akan dikembangkan hingga dapat memproduksi sebanyak 3,2 watt meter persegi. Ini artinya akar dalam wilayah 100 meter persegi dapat memenuhi kebutuhan listrik sebuah rumah dengan pemakaian 2.800 kWh per tahun.

Tahukah kamu bahwa energi nuklir, gas hidrogen, panas bumi, gelombang air laut, dan piezoelektrik juga merupakan sumber energi listrik alternatif? Coba cari informasi sebanyak-banyaknya tentang pengertian dan cara kerja tiap-tiap sumber energi tersebut! Tuliskan dalam bentuk makalah, konsultasikan kepada gurumu, dan kemudian presentasikan di depan kelas!

7.    Transmisi Energi Listrik

Tahukah kamu bagaimana energi listrik dapat disalurkan ke rumah-rumah dengan efektif dan efisien? Perhatikan Gambar 5.22!

Transmisi listrik jarak jauh dilakukan dengan menaikkan tegangan listrik. Jika tegangan listrik untuk transmisi jarak jauh rendah, maka arus listriknya akan menjadi besar sehingga diperlukan kabel listrik yang besar dan banyak energi yang terbuang menjadi kalor saat listrik disalurkan dari PLN ke rumah-rumah. Namun, dengan tegangan yang tinggi, arus listrik akan menjadi kecil sehingga kabel listrik yang dibutuhkan kecil dan tidak terlalu banyak energi yang terbuang.

Agar tegangan listrik dari PLN dapat dinaikkan, maka diperlukan transformator step up. PLN memproduksi listrik dengan tegangan sebesar 10.000 volt, sehingga perlu dinaikkan menjadi sekitar 150.000 volt. Transmisi energi listrik dengan tegangan sebesar ini dilakukan dengan menaikkan kabel pada gardu-gardu listrik yang tinggi agar aman bagi penduduk. Pada transmisi berikutnya digunakan transformator step down untuk menurunkan tegangan hingga menjadi 220 volt sehingga dapat langsung didistribusikan ke penduduk.

B.  Penggunaan Energi Listrik, Upaya Penghematan, dan Pencegahan Bahaya Penggunaannya

1.    Penggunaan Energi Listrik di Lingkungan Sekitar

Mengapa malam hari selalu identik dengan kegelapan? Bagian bumi akan mengalami malam apabila posisinya membelakangi matahari sehingga tidak memperoleh cahaya matahari secara langsung. Bagian bumi yang mengalami malam hari hanya akan memperoleh cahaya dari bulan dan bintang. Lemahnya penerangan dari bulan dan bintang mengakibatkan malam menjadi gelap. Sejak ditemukan bola lampu oleh Thomas Alva Edison, malam menjadi waktu yang dinanti-nantikan umat manusia. Salah satunya karena keindahan lampu-lampu yang sekaligus menjadi hiasan malam hari.

Thomas Alva Edison adalah seorang ilmuwan yang sangat gigih dan pantang menyerah. Ia berhasil menemukan lampu setelah melakukan 1000 kali percobaan. Hingga pada akhirnya, berkat kegigihan dan sikap pantang menyerah tersebut Edison berhasil memegang rekor dengan 1093 paten atas namanya. Menurut Edison “Saya tidak patah semangat karena setiap usaha yang salah adalah satu langkah maju”.

Selain lampu, energi listrik juga dimanfaatkan untuk mengoperasikan berbagai alat hasil teknologi untuk menunjang kehidupan manusia. Coba sebutkan peralatan apa saja yang ada di rumahmu yang memanfaatkan energi listrik sebagai sumber energi utamanya? Tahukah kamu seberapa besar energi listrik yang digunakan setiap bulan di rumahmu? Bagaimana cara menghitung biaya listrik setiap bulan?

Total biaya listrik setiap bulan yang dibayarkan kepada PLN dihitung sesuai penggunaan energi listrik di rumah. Melalui kWh meter yang biasa dipasang di rumah, petugas PLN setiap bulan mendatangi dan mencatat besar energi listrik yang telah digunakan. Energi yang telah digunakan tersebut dikalikan dengan tarif dasar listrik yang telah ditentukan. Perhitungan biaya listrik dilakukan dengan mengalikan energi listrik yang terpakai dengan tarif dasar listrik per kWh. Misalnya sebuah lampu dengan daya 10 watt dinyalakan dalam waktu 8 jam/hari selama 30 hari. Karena lampu 10 watt artinya dalam 1 detik menggunakan energi listrik sebesar 10 joule, maka energi total yang digunakan lampu selama 30 hari adalah W = P × t = 10 × 8 × 30 = 2400 Wh = 2,4 kWh. Jika tarif dasar listriknya Rp385,00, maka biaya yang harus dibayarkan adalah sebesar Rp924,00.

Tahukah kamu betapa bahayanya jika kita ceroboh dalam menggunakan listrik? Salah satunya adalah korsleting. Akhir-akhir ini kita sering mendengar peristiwa kebakaran yang disebabkan oleh korsleting. Tetapi tahukah kamu mengapa hubungan pendek arus listrik atau korsleting dapat menjadi penyebab kebakaran? Umumnya, korsleting terjadi karena adanya konduktor positif dan negatif di dalam kabel yang saling berhubungan satu sama lain. Hal tersebut disebabkan oleh penyambungan kabel-kabel listrik yang tidak memperhatikan kutub-kutub listrik atau adanya konduktor kabel yang tidak tertutup isolator dengan baik.

Konduktor dalam kabel yang saling terhubung tersebut mengakibatkan hubungan pendek sehingga dapat memicu timbul-nya arus yang sangat besar pada kabel, dan akan menghasilkan energi panas yang luar biasa dalam waktu singkat. Biasanya, energi panas ini disertai dengan ledakan kuat dengan suhu sangat tinggi sehingga mampu membakar benda-benda yang ada di sekitarnya.

2.    Upaya Penghematan Energi Listrik

Mengapa kita perlu menghemat energi listrik? Bukankah energi listrik tidak pernah habis meskipun telah digunakan dari kita kecil hingga sekarang? Sebelum memahami lebih lanjut tentang upaya penghematan energi listrik, lakukan kegiatan diskusi berikut ini.

Ternyata tidak hanya menghemat biaya listrik yang terus-menerus naik, upaya penghematan energi listrik juga dilakukan karena besarnya emisi karbon yang dihasilkan. Besarnya emisi karbon yang dihasilkan oleh pembangkit listrik yang menggunakan batu bara adalah penyumbang terbesar terjadinya global warming.

Salah satu upaya untuk menghemat energi listrik adalah dengan menggunakan energi listrik seperlunya atau mengganti peralatan listrik dengan peralan berdaya lebih kecil. Coba perhatikan penggunaan lampu sorot yang dipasang pada kendaraan terbaru, bandingkan dengan kendaraan lama, adakah perbedaannya? Lampu sorot pada mobil-mobil baru dan lampu penerangan di rumah cenderung memanfaatkan lampu LED (Light Emitting Diode) daripada lampu bohlam seperti pada kendaraan lama. Penggunaan LED dengan daya yang lebih kecil tersebut diharapkan dapat menghemat kebutuhan energi listrik. Selain penggunaan LED, apa saja upaya yang dilakukan manusia untuk menghemat energi listrik? Coba identifikasi upaya-upaya tersebut bersama teman-temanmu.

Sebagai upaya penghematan listrik sekaligus mengurangi dampak global warming, kegiatan earth hour diadakan WWF (World Wide Fund) for nature setiap hari sabtu terakhir bulan Maret. Acara utamanya adalah mematikan lampu dan peralatan listrik selama satu jam. Kegiatan yang serentak dilakukan di sejumlah negara  yang sudah menggunakan listrik ini terbukti mampu menghemat biaya listrik hingga Rp216.600.000,00 mengurangi jumlah CO2 hingga sebanyak 267,3 ton, dan menyelamatkan 267 pohon.

3.    Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik

Pernahkah kamu tersengat listrik (terkena setrum listrik)? Pada saat tersengat listrik, mungkin hanya sensasi kejut yang kamu rasakan. Namun peristiwa terparah pada tahun 1997, sebanyak 490 orang meninggal akibat tersengat listrik. Sejak saat itu berbagai tindak pencegahan dilakukan untuk menghindari jatuhnya korban jiwa akibat kelalaian manusia dalam menggunakan listrik. Berikut disajikan beberapa prosedur ”Aman Menggunakan Listrik”.

a.     Mencabut kabel dari stop kontak bila tidak menggunakan peralatan listrik.

b.    Menghindari air dan kondisi tangan yang basah saat ingin menyambung atau melepas sambungan kabel dengan stop kontak.

c.     Tidak memegang lubang stop kontak atau sambungan kabel yang terbuka.

d.    Selalu memperhatikan peringatan penggunaan listrik yang ada pada peralatan listrik.

e.     Memasang sekering dengan benar untuk menghindari kebakaran dengan cara memutus arus pendek yang terjadi di rumah secara otomatis.

 

Kamu harus selalu berhati-hati agar tidak tersengat arus listrik. Darah dan cairan tubuh lainnya merupakan konduktor listrik yang baik, tetapi kulit yang dalam keadaan kering merupakan isolator bagi arus listrik. Kondisi kulit yang kering tersebut seperti plastik yang membungkus kabel listrik, sehingga kulit melindungi tubuh dari arus listrik yang akan masuk ke dalam tubuh. Efek kejutan listrik yang dirasakan tubuh tergantung pada banyaknya arus yang masuk, perhatikan Tabel 5.8.

Tabel 5.8 Besar Arus dengan Efek Kejutan Listrik pada Tubuh Manusia

Kuat Arus Listrik (A)	Efek Kejutan yang Dirasakan Tubuh
0,0005	Geli
0,001	Terasa nyeri
0,01 - 0,025	Kesulitan bergerak
0,05 - 0,25	Kesulitan bernapas
0,50 -1,00	Serangan jantung

 

 

Sumber : Buku IPA Terpadu Kelas 9 Semester 1 Kemdikbud