Daya dalam Sirkuit Listrik

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

Apa itu Daya dan Bagaimana Mengukurnya?

Daya adalah ukuran seberapa banyak pekerjaan yang dapat dilakukan dalam jumlah waktu tertentu. Kerja umumnya didefinisikan dalam hal pengangkatan beban melawan tarikan gravitasi. Semakin berat beban dan/atau semakin tinggi yang diangkat, semakin banyak pekerjaan yang telah dilakukan. Kekuatan adalah ukuran seberapa cepat suatu pekerjaan standar diselesaikan.

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

Satu tenaga kuda didefinisikan dalam satuan Inggris sebagai 550 ft-lbs kerja per detik waktu. Kekuatan mesin mobil tidak akan menunjukkan seberapa tinggi bukit yang dapat didakinya atau seberapa berat yang dapat ditariknya, tetapi akan menunjukkan seberapa cepat ia dapat mendaki bukit tertentu atau menarik beban tertentu.

Kekuatan mesin mekanis adalah fungsi dari kecepatan mesin dan torsi yang diberikan pada poros keluaran. Kecepatan poros keluaran mesin diukur dalam putaran per menit, atau RPM.

Torsi adalah jumlah gaya puntir yang dihasilkan oleh mesin, dan biasanya diukur dalam pound-feet, atau lb-ft (jangan dikelirukan dengan foot-pon atau ft-lbs, yang merupakan satuan kerja). Baik kecepatan maupun torsi saja bukanlah ukuran kekuatan mesin.

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

Perhatikan bagaimana hanya ada dua suku variabel di ruas kanan persamaan, S dan T. Semua suku lain di ruas itu konstan:2, pi, dan 33.000 semuanya konstan (tidak berubah nilainya). 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 sama persis dengan kecepatan dalam putaran per menit dikalikan dengan torsi dalam pound-kaki, kita tidak dapat mengatakan bahwa tenaga kuda sama ST. Namun, mereka proporsional satu sama lain. Saat produk matematika ST berubah, nilai tenaga kuda akan berubah dengan proporsi yang sama.

Daya sebagai Fungsi Tegangan dan Arus

Dalam rangkaian listrik, daya adalah fungsi dari tegangan dan arus. Tidak mengherankan, hubungan ini memiliki kemiripan yang mencolok dengan rumus tenaga kuda "proporsional" di atas:

Dalam hal ini, bagaimanapun, daya (P) sama persis dengan arus (I) dikalikan dengan tegangan (E), bukan hanya sebanding dengan IE. Saat menggunakan rumus ini, satuan pengukuran daya adalah watt , disingkat dengan huruf “W.”

Harus dipahami bahwa baik tegangan maupun arus itu sendiri bukanlah daya. Sebaliknya, daya adalah kombinasi dari tegangan dan arus dalam suatu rangkaian. Ingatlah bahwa tegangan adalah kerja spesifik (atau energi potensial) per satuan muatan, sedangkan arus adalah laju perpindahan muatan listrik melalui konduktor.

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

Sama seperti dalam kasus mesin traktor diesel dan mesin sepeda motor, rangkaian dengan tegangan tinggi dan arus rendah dapat menghamburkan jumlah daya yang sama dengan rangkaian dengan tegangan rendah dan arus tinggi. Baik jumlah tegangan saja maupun jumlah arus saja tidak menunjukkan jumlah daya dalam rangkaian listrik.

Daya dalam Sirkuit Terbuka/Singkat

Dalam rangkaian terbuka, di mana ada tegangan antara terminal sumber dan ada arus nol, ada nol daya yang hilang, tidak peduli seberapa besar tegangan itu. Karena P=IE dan I=0 dan apa pun yang dikalikan dengan nol adalah nol, daya yang dihamburkan dalam rangkaian terbuka mana pun harus nol.

Demikian juga, jika kita memiliki hubungan pendek yang dibangun dari loop kawat superkonduktor (benar-benar nol resistansi), kita dapat memiliki kondisi arus dalam loop dengan tegangan nol, dan juga, tidak ada daya yang akan hilang. Karena P=IE dan E=0 dan apa pun yang dikalikan dengan nol adalah nol, daya yang dihamburkan dalam loop superkonduktor harus nol. (Kita akan menjelajahi topik superkonduktivitas di bab selanjutnya).

Bagaimana Horsepower Berhubungan dengan Watt?

Apakah kita mengukur daya dalam satuan "tenaga kuda" atau satuan "watt", kita masih membicarakan hal yang sama:berapa banyak usaha yang dapat dilakukan dalam waktu tertentu. Kedua satuan ini tidak sama secara numerik, tetapi keduanya menyatakan hal yang sama.

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

Jadi, mesin 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, peringkat ini akan menjadi norma dan bukan pengecualian.

TINJAUAN:

• Daya adalah ukuran seberapa banyak pekerjaan yang dapat dilakukan dalam waktu tertentu.
• Daya mekanik biasanya diukur (di Amerika) dalam "tenaga kuda".
• Daya listrik hampir selalu diukur dalam “watt”, dan dapat dihitung dengan rumus P =IE.
• Daya listrik adalah produk dari tegangan dan saat ini, bukan keduanya secara terpisah.
• Daya kuda dan watt hanyalah dua unit yang berbeda untuk menggambarkan jenis pengukuran fisik yang sama, dengan 1 tenaga kuda sama dengan 745,7 watt.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

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