HUKUM WATT: APA ITU, CONTOH, APLIKASI - FISIK - 2025

The hukum Watt diterapkan untuk sirkuit listrik dan menetapkan bahwa tenaga listrik P disediakan oleh elemen sirkuit, berbanding lurus dengan produk antara tegangan suplai V sirkuit dan saya arus yang mengalir melalui itu.

Tenaga listrik adalah konsep yang sangat penting, karena ini menunjukkan seberapa cepat suatu elemen mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain. Secara matematis, definisi hukum Watt dinyatakan seperti ini:

Gambar 1. Daya listrik menunjukkan seberapa cepat energi listrik diubah. Sumber: Pixabay

Dalam Sistem Satuan Internasional (SI), satuan daya disebut watt dan disingkat W, untuk menghormati James Watt (1736-1819), insinyur pelopor revolusi industri Skotlandia. Karena daya adalah energi per satuan waktu, 1 W sama dengan 1 joule / sekon.

Kita semua akrab dengan konsep tenaga listrik dalam satu atau lain cara. Misalnya, perangkat listrik rumah tangga yang umum digunakan selalu memiliki daya yang ditentukan, antara lain bola lampu, pembakar listrik, atau lemari es.

Hukum Watt dan elemen sirkuit

Hukum Watt berlaku untuk elemen rangkaian dengan perilaku berbeda. Ini bisa berupa baterai, resistor atau lainnya. Perbedaan potensial V _B - V _A = V _AB terbentuk antara ujung elemen dan arus mengalir dari A ke B, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 2. Elemen sirkuit di mana perbedaan potensial telah ditetapkan. Sumber: F. Zapata.

Dalam waktu yang sangat singkat dt, sejumlah muatan dq lewat, sehingga pekerjaan yang dilakukan padanya diberikan oleh:

Dimana dq terkait dengan arus sebagai:

Begitu:

Dan karena tenaga adalah pekerjaan per unit waktu:

-Jika V _AB > 0, muatan yang melewati elemen mendapatkan energi potensial. Unsur ini memasok energi dari beberapa sumber. Bisa jadi baterai.

Angka 3. Daya yang disediakan oleh baterai. Sumber: F. Zapata.

-Jika V _AB <0, muatan kehilangan energi potensial. Unsur tersebut menghilangkan energi, seperti resistor.

Gambar 4. Resistensi mengubah energi menjadi panas. Sumber: F. Zapata.

Perhatikan bahwa daya yang dipasok oleh sumber tidak hanya bergantung pada voltase, tetapi juga pada arus. Ini penting untuk menjelaskan mengapa aki mobil sangat besar, mengingat hampir tidak ada pasokan 12V.

Yang terjadi adalah motor starter membutuhkan arus tinggi, untuk waktu yang singkat, untuk memberikan tenaga yang diperlukan untuk menyalakan mobil.

Hukum Watt dan Hukum Ohm

Jika elemen rangkaian adalah resistor, hukum Watt dan hukum Ohm dapat digabungkan. Yang terakhir menyatakan bahwa:

Yang dengan mengganti hukum Watt mengarah ke:

Versi tergantung pada tegangan dan resistansi juga dapat diperoleh:

Kombinasi yang mungkin antara empat besaran: daya P, arus I, tegangan V, dan resistansi R muncul pada bagan pada gambar 5. Menurut data yang diberikan oleh suatu masalah, rumus yang paling mudah dipilih.

Misalnya, dalam soal tertentu Anda diminta untuk mencari resistansi R, yang berada di bagian kiri bawah kartu.

Bergantung pada kuantitas yang nilainya diketahui, salah satu dari tiga persamaan terkait dipilih (berwarna hijau). Misalnya misalkan V dan I diketahui, maka:

Jika sebaliknya P dan I diketahui, dan resistansi diminta, gunakan:

Akhirnya, ketika P dan V diketahui, resistansi diperoleh dengan:

Gambar 5. Rumus hukum Watt dan hukum Ohm. Sumber: F. Zapata.

Aplikasi

Hukum Watt dapat diterapkan dalam rangkaian listrik untuk mencari daya listrik yang disuplai atau dikonsumsi oleh elemen. Bola lampu adalah contoh yang baik untuk menerapkan hukum Watt.

Contoh 1

Bohlam khusus untuk mendapatkan beberapa lampu dalam satu, memiliki dua filamen tungsten, yang resistansinya adalah R _A = 48 ohm dan R _B = 144 ohm. Mereka terhubung ke tiga titik, dilambangkan dengan 1, 2 dan 3, seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Perangkat dikendalikan oleh sakelar untuk memilih pasangan terminal dan juga menghubungkannya ke jaringan 120 V. Temukan semua kekuatan yang mungkin dapat diperoleh.

Gambar 6. Skema untuk contoh yang dikerjakan 1. Sumber. D. Figueroa. Fisika untuk Sains dan Teknik.

Larutan

- Ketika terminal 1 dan 2 dihubungkan, hanya resistor R _{A yang} tetap aktif. Karena kita memiliki tegangan, yaitu 120 V dan nilai resistansi, nilai-nilai ini secara langsung diganti dalam persamaan:

- Menghubungkan terminal 2 dan 3, resistor R _B diaktifkan , yang dayanya:

- Terminal 1 dan 3 memungkinkan resistor dihubungkan secara seri. Resistensi yang setara adalah:

Jadi:

- Akhirnya, kemungkinan yang tersisa adalah menghubungkan resistor secara paralel, seperti yang ditunjukkan pada diagram d). Resistensi yang setara dalam hal ini adalah:

Oleh karena itu resistansi ekuivalennya adalah R _eq = 36 ohm. Dengan nilai ini, kekuatannya adalah:

Contoh 2

Selain watt, satuan lain yang banyak digunakan untuk daya adalah kilowatt (atau kilowatt), disingkat kW. 1 kW sama dengan 1000 watt.

Perusahaan yang memasok listrik ke tagihan rumah dalam hal energi yang dikonsumsi, bukan daya. Satuan yang mereka gunakan adalah kilowatt-hour (kW-h), yang meskipun dinamai watt, merupakan satuan energi.

a) Misalkan sebuah rumah tangga mengkonsumsi 750 kWh selama bulan tertentu. Berapa jumlah tagihan listrik bulan itu? Rencana konsumsi berikut diikuti:

- Tarif dasar: $ 14.00.

- Harga: 16 sen / kWh hingga 100 kWh per bulan.

- 200 kWh berikutnya per bulan bernilai 10 sen / kWh.

- Dan di atas 300 kWh per bulan, dikenakan biaya 6 sen / kWh.

b) Tentukan biaya rata-rata energi listrik.

Solusi untuk

- Pelanggan mengkonsumsi 750 kW-jam per bulan, oleh karena itu melebihi biaya yang ditunjukkan di setiap tahap. Untuk 100 kWh pertama nilai uangnya adalah: 100 kWh x 16 cents / kWh = 1600 cents = $ 16.00

- 200 kWh berikutnya memiliki biaya: 200 kWh x 10 sen / kWh = 2000 sen = $ 20.

- Di atas 300 kW-jam ini, pelanggan mengkonsumsi 450 kW-jam lebih banyak, dengan total 750 kW-jam. Biaya dalam kasus ini adalah: 450 kWh x 6 sen / kWh = 2.700 sen = $ 27.00.

- Terakhir, semua jumlah yang diperoleh ditambah tarif dasar ditambahkan untuk mendapatkan harga kuitansi untuk bulan itu:

Solusi b

Biaya rata-rata adalah: $ 77/750 kWh = $ 0,103 / kW-h = 10,3 sen / kWh.

Referensi

1. Alexander, C. 2006. Dasar-dasar sirkuit listrik. 3. Edisi. McGraw Hill.
2. Berdahl, E. Pengantar Elektronika. Diperoleh dari: ccrma.stanford.ed.
3. Boylestad, R. 2011. Pengantar analisis sirkuit. 13. Edisi. Pearson.
4. Asosiasi Pembangun Listrik. Hukum Ohm & Kalkulator Hukum Watt dengan Contoh. Diperoleh dari: electricalrebuilders.org
5. Figueroa, D. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 5. Listrik. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).