Daya listrik
Kurikulum: KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2
Tujuan¶
Menentukan daya lampu, \(P = U \cdot I\), dan membandingkan kecerahannya saat lampu dihubungkan paralel dan seri.
Rangkaian¶
Dua rangkaian yang diberi daya oleh sumber 6 V, dengan lampu 6 V / 3 W dan 6 V / 1 W. Pada rangkaian atas, lampu-lampu dihubungkan paralel, masing-masing dengan amperemeternya sendiri, dan voltmeter menunjukkan tegangan pada lampu. Pada rangkaian bawah, lampu-lampu dihubungkan seri, dengan amperemeter dan voltmeter pada lampu 1 W.
Langkah kerja¶
- Bandingkan kecerahan lampu pada setiap rangkaian.
- Di rangkaian atas, hitung daya setiap lampu: \(P = U \cdot I\), dengan \(U\) adalah pembacaan voltmeter.
- Di rangkaian bawah, hitung daya lampu 1 W dan perkirakan tegangan pada lampu 3 W: 6 V dikurangi pembacaan voltmeter.
Hasil yang diharapkan
Paralel: sekitar 5,6 V pada lampu — sebagian dari 6 V hilang di dalam sumber; lampu 3 W — sekitar 478 mA, 2,7 W; lampu 1 W — sekitar 160 mA, 0,9 W; keduanya sedikit di bawah daya nominalnya, dan lampu yang dayanya lebih besar menyala lebih terang. Seri: arusnya sekitar 151 mA, dan tegangan pada lampu 1 W sekitar 5,09 V (0,77 W); tegangan pada lampu 3 W diperkirakan sekitar 0,9 V (sebenarnya sekitar 0,8 V — sedikit lebih banyak yang hilang di sumber dan amperemeter), dan lampu itu hampir tidak menyala. Lampu dengan hambatan lebih besar menyala lebih terang.
Pertanyaan¶
- Mengapa lampu berdaya kecil menyala lebih terang ketika lampu-lampu dihubungkan seri?
- Berapa energi yang dipakai lampu 3 W dalam satu jam?
Jawaban
- Pada hubungan seri kedua lampu dialiri arus yang sama, sehingga menurut \(P = I^2 R\) lampu dengan hambatan lebih besar mengambil daya lebih besar. Dari nilai nominalnya, \(R = U^2 / P\) memberikan 36 Ω untuk lampu 1 W dan 12 Ω untuk lampu 3 W, sehingga lampu 1 W mengambil sebagian besar tegangan: sekitar 5,09 V dan 0,77 W, dibandingkan sekitar 0,8 V dan 0,12 W pada lampu 3 W.
- \(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J, atau 3 W·h. Pada rangkaian ini, dalam hubungan paralel, lampu mengambil sekitar 2,7 W, sehingga dalam satu jam energinya sekitar 9,7 kJ.