Memahami Daya dalam Rangkaian Listrik: Pengukuran & Signifikansi

Selain tegangan dan arus, ada parameter lain yang penting terkait rangkaian listrik: daya. Pertama, kita perlu memahami apa itu daya sebelum menganalisisnya dalam rangkaian mana pun.

 

Apa Itu Daya dan Bagaimana Kita Mengukurnya?

Daya adalah ukuran seberapa banyak kerja yang dapat dilakukan dalam waktu tertentu. Kerja umumnya didefinisikan dalam istilah pengangkatan beban melawan tarik gravitasi. Semakin berat beban dan/atau semakin tinggi diangkatnya, semakin banyak kerja yang telah dilakukan. Daya adalah ukuran seberapa cepat jumlah kerja standar dilakukan.

Untuk mobil Amerika, daya mesin dinilai dalam satuan yang disebut “tenaga kuda,” yang awalnya diciptakan sebagai cara bagi produsen mesin uap untuk mengukur kemampuan kerja mesin mereka dalam hal sumber daya paling umum pada masa mereka: kuda.

Satu tenaga kuda didefinisikan dalam satuan British sebagai 550 ft-lbs kerja per detik waktu. Daya mesin mobil tidak akan menunjukkan seberapa tinggi bukit yang dapat dijakinya atau seberapa banyak beban yang dapat ditariknya, tetapi akan menunjukkan seberapa cepat ia dapat naik bukit tertentu atau menarik beban tertentu.

Daya mesin mekanik adalah fungsi dari baik kecepatan mesin dan torsi yang diberikan di poros keluaran. Kecepatan poros keluaran mesin diukur dalam putaran per menit, atau RPM.

Torsi adalah jumlah gaya memutar yang dihasilkan oleh mesin, dan biasanya diukur dalam pound-feet, atau lb-ft (jangan dengan foot-pounds atau ft-lbs, yang merupakan satuan kerja). Tidak kecepatan maupun torsi sendirian adalah ukuran daya mesin.

Mesin traktor diesel 100 tenaga kuda akan berputar relatif lambat, tetapi memberikan torsi yang besar. Mesin sepeda motor 100 tenaga kuda akan berputar sangat cepat tetapi memberikan torsi yang relatif sedikit. Keduanya akan menghasilkan 100 tenaga kuda, tetapi pada kecepatan dan torsi yang berbeda. Persamaan tenaga kuda poros sederhana:

 

 

Perhatikan bagaimana hanya ada dua istilah variabel di sisi kanan persamaan, S dan T. Semua istilah lain di sisi itu konstan: 2, pi, dan 33.000 semuanya konstanta (mereka tidak berubah nilai). Tenaga kuda bervariasi hanya dengan perubahan kecepatan dan torsi, tidak ada yang lain. Kita dapat menulis ulang persamaan untuk menunjukkan hubungan ini:

 

 

Karena satuan “tenaga kuda” tidak tepat sama dengan kecepatan dalam putaran per menit dikalikan torsi dalam pound-feet, kita tidak bisa mengatakan bahwa tenaga kuda sama dengan ST. Namun, mereka proporsional satu sama lain. Seperti produk matematika ST berubah, nilai tenaga kuda akan berubah dengan proporsi yang sama.

Daya sebagai Fungsi dari Tegangan dan Arus

Dalam rangkaian listrik, daya adalah fungsi dari baik tegangan dan arus. Tidak mengherankan, hubungan ini memiliki sempadan yang mengejutkan dengan rumus “proporsional” tenaga kuda di atas:

 

 

Dalam kasus ini, daya (P) tepat sama dengan arus (I) dikalikan tegangan (E), bukan hanya proporsional terhadap IE. Saat menggunakan rumus ini, satuan pengukuran daya adalah watt, disingkat dengan huruf “W.”

Harus dipahami bahwa baik tegangan maupun arus sendirian bukan merupakan daya. Sebaliknya, daya adalah kombinasi baik tegangan dan arus dalam rangkaian. Ingat bahwa tegangan adalah kerja spesifik (atau energi potensial) per unit muatan, sementara arus adalah laju di mana muatan listrik bergerak melalui konduktor.

Tegangan (kerja spesifik) analog dengan kerja yang dilakukan dalam mengangkat beban melawan tarik gravitasi. Arus (laju) analog dengan kecepatan di mana beban itu diangkat. Bersama-sama sebagai hasil kali (perkalian), tegangan (kerja) dan arus (laju) merupakan daya.

Sama seperti dalam kasus mesin traktor diesel dan mesin sepeda motor, rangkaian dengan tegangan tinggi dan arus rendah mungkin menghabiskan jumlah daya yang sama dengan rangkaian dengan tegangan rendah dan arus tinggi. Tidak jumlah tegangan sendirian maupun jumlah arus sendirian menunjukkan jumlah daya dalam rangkaian listrik.

Daya dalam Rangkaian Terbuka/Ketinggalan

Dalam rangkaian terbuka, di mana tegangan ada antara klem sumber dan ada nol arus, ada nol daya yang terdisipasi, seberapa besarpun tegangannya. Karena P=IE dan I=0 dan apa pun dikalikan nol adalah nol, daya yang terdisipasi dalam rangkaian terbuka mana pun harus nol.

Demikian pula, jika kita memiliki rangkaian ketinggalan yang terdiri dari loop kawat superkonduktor (hambatan nol mutlak), kita dapat memiliki kondisi arus dalam loop dengan nol tegangan, dan demikian, tidak ada daya yang terdisipasi. Karena P=IE dan E=0 dan apa pun dikalikan nol adalah nol, daya yang terdisipasi dalam loop superkonduktor harus nol. (Kita akan mengeksplorasi topik superkonduktivitas di bab kemudian).

Bagaimana Tenaga Kuda Berhubungan dengan Watt?

Apakah kita mengukur daya dalam satuan “tenaga kuda” atau satuan “watt,” kita masih membicara tentang hal yang sama: seberapa banyak kerja yang dapat dilakukan dalam waktu tertentu. Kedua satuan tidak setara secara numerik, tetapi mereka menyatakan hal yang sama.

Faktanya, produsen mobil Eropa biasanya mengiklankan daya mesin mereka dalam kilowatt (kW), atau ribuan watt, bukan tenaga kuda! Kedua satuan daya ini terkait satu sama lain oleh rumus konversi sederhana:

 

 

Jadi, mesin traktor diesel dan sepeda motor 100 tenaga kuda kami juga dapat dinilai sebagai mesin “74570 watt,” atau lebih tepatnya, sebagai mesin “74,57 kilowatt.” Dalam spesifikasi teknik Eropa, penilaian ini akan menjadi norma bukan pengecualian.

TINJAUAN:

• Daya adalah ukuran seberapa banyak kerja yang dapat dilakukan dalam waktu tertentu.
• Daya mekanik umumnya diukur (di Amerika) dalam “tenaga kuda.”
• Daya listrik hampir selalu diukur dalam “watt,” dan dapat dihitung dengan rumus P = IE.
• Daya listrik adalah hasil kali baik tegangan dan arus, bukan salah satunya terpisah.
• Tenaga kuda dan watt hanyalah dua satuan berbeda untuk menggambarkan jenis pengukuran fisik yang sama, dengan 1 tenaga kuda sama dengan 745,7 watt.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Daya
• Lembar Kerja Energi, Kerja, Daya