Daya listrik dan tagihan listrik

Lampu 60 W yang menyala selama 1000 jam menggunakan 60 kWh; dengan tarif 12 sen per kWh, biayanya $7.20.

Daya: energi per detik

Daya lampu dalam watt menunjukkan seberapa cepat energi listrik diubah menjadi cahaya dan kalor. Daya adalah energi per detik, dan dalam rangkaian rumusnya sederhana. Tegangan adalah energi per coulomb dan arus adalah coulomb per detik, sehingga hasil kalinya adalah energi per detik: P = I V. Satu ampere pada satu volt setara dengan satu watt. Soket daya mobil dengan batas 20 A pada sistem 12 V dapat memasok hingga 20 × 12 = 240 W. Gabungkan P = I V dengan hukum Ohm untuk memperoleh dua bentuk lain bagi resistor: P = I² R dan P = V² ÷ R.

Ketiga bentuk itu menjelaskan hubungan yang berbeda. P = V² ÷ R menunjukkan bahwa pada tegangan tetap, hambatan lebih kecil berarti daya lebih besar. Karena itu, lampu 60 W untuk 120 V memiliki hambatan lebih kecil (120² ÷ 60 = 240 Ω) daripada lampu 25 W untuk tegangan yang sama (120² ÷ 25 = 576 Ω). Karena V dikuadratkan, menggandakan tegangan pada hambatan yang sama menghasilkan daya empat kali lipat. Itulah sebabnya lampu untuk 120 V cepat putus jika dipasang pada 240 V.

Lampu mana yang lebih terang?

Di laboratorium, terang lampu mengikuti dayanya. Berikut soal yang sering mengecoh. Ambil lampu 6 Ω dan lampu 24 Ω. Jika dipasang paralel pada 6 V, masing-masing mendapat tegangan penuh 6 V. P = V² ÷ R menghasilkan 6 W untuk lampu 6 Ω dan 1.5 W untuk lampu 24 Ω, sehingga lampu berhambatan kecil lebih terang. Sekarang susun keduanya secara seri pada 6 V. Arus yang melalui keduanya 6 ÷ 30 = 0.2 A, dan P = I² R menghasilkan 0.24 W untuk lampu 6 Ω serta 0.96 W untuk lampu 24 Ω. Kini lampu berhambatan besar empat kali lebih terang. Pada susunan seri, arusnya sama, sehingga hambatan lebih besar mendapat daya lebih besar; pada susunan paralel, tegangannya sama, sehingga hambatan lebih kecil mendapat daya lebih besar.

Dari watt ke tagihan: kilowatt-jam

Yang kamu bayar adalah energi, bukan daya. Energi sama dengan daya dikali waktu, E = P t. Joule terlalu kecil untuk pemakaian rumah, sehingga meter listrik menghitung kilowatt-jam (kWh): energi yang digunakan oleh daya 1000 W selama satu jam. Satu kWh sama dengan 1000 W × 3600 s = 3.6 × 10⁶ J. Untuk memperkirakan biaya pemakaian peralatan, ubah dayanya menjadi kilowatt, kalikan dengan lama pemakaian dalam jam untuk memperoleh kWh, lalu kalikan dengan tarif per kWh pada tagihan. Pemanas 2000 W yang digunakan setengah jam memakai 2 × 0.5 = 1 kWh. Lampu LED 10 W yang menyala 5 jam sehari selama 30 hari memakai 10 × 5 × 30 = 1500 Wh, atau 1.5 kWh.

OpenStax memberikan perbandingan berikut. Dengan tarif 12 sen per kWh, lampu pijar 60 W seharga 25 sen dan berumur 1000 jam memakai 60 kWh. Biaya listriknya $7.20, sehingga totalnya $7.45. Lampu fluoresen kompak menghasilkan cahaya yang sama dengan seperempat daya, 15 W, sehingga biaya listrik selama 1000 jam hanya $1.80. Harganya $1.50 tetapi bertahan 10 000 jam, jadi hanya sepersepuluh harganya, 15 sen, yang dibebankan pada 1000 jam tersebut. Totalnya $1.95. Lampu LED memakai lebih sedikit lagi. Tarif per kWh berbeda antarnegara, antarpemasok, dan sering kali menurut pemakaian bulanan. Jadi, gunakan tarif pada tagihanmu sendiri.