Energi listrik dihasilkan dari pergerakan muatan listrik, dan biasanya disebut sebagai “listrik”. Pada akhirnya, ia berasal dari gaya elektromagnetik: salah satu dari empat gaya fundamental alam dan yang bertanggung jawab atas perilaku benda bermuatan listrik. Energi listrik adalah hasil interaksi partikel subatom dengan gaya ini. Listrik memanifestasikan dirinya dalam fenomena alam seperti kilat dan sangat penting untuk kehidupan pada tingkat yang mendasar. Kemampuan manusia untuk menghasilkan, mentransmisikan dan menyimpan listrik sangat penting untuk industri modern, teknologi dan, di sebagian besar negara, kehidupan rumah tangga.
Asal Usul Energi Listrik
Ada dua jenis muatan listrik, yang disebut positif dan negatif. Jika dua benda bermuatan listrik didekatkan satu sama lain akan mengalami gaya. Jika muatannya sama — keduanya positif atau keduanya negatif — gaya akan bertindak untuk mendorong benda menjauh satu sama lain. Jika mereka memiliki muatan yang berbeda, mereka akan menarik satu sama lain. Tolakan atau tarik-menarik ini dikenal sebagai gaya elektromagnetik, dan dapat dimanfaatkan untuk menciptakan aliran energi listrik.
Atom terdiri dari inti yang mengandung proton bermuatan positif, dengan elektron bermuatan negatif yang mengorbit di sekitarnya. Proton biasanya tetap berada di dalam nukleus, tetapi elektron dapat berpindah dari atom ke atom, memungkinkan mereka mengalir melalui bahan, seperti logam, yang menghantarkan listrik. Tempat dengan kelebihan elektron di atas proton akan memiliki muatan negatif; tempat dengan defisit akan memiliki muatan positif. Karena muatan yang berlawanan menarik satu sama lain, elektron akan mengalir dari area bermuatan negatif ke area bermuatan positif jika dibiarkan, menciptakan arus listrik.
Menggunakan Energi Listrik
Listrik berguna baik dalam dirinya sendiri maupun sebagai sarana untuk mentransfer energi jarak jauh. Ini penting untuk berbagai proses industri, telekomunikasi dan Internet, komputer, televisi, dan banyak perangkat lain yang umum digunakan. Itu juga dapat diubah menjadi bentuk energi lain untuk digunakan dalam berbagai aplikasi lain.
Ketika arus listrik mengalir melalui konduktor, itu menghasilkan sejumlah panas. Jumlah yang dihasilkan tergantung pada seberapa baik bahan menghantarkan listrik. Sebuah konduktor yang baik, seperti tembaga, menghasilkan sangat sedikit. Untuk alasan ini, kawat dan kabel tembaga biasanya digunakan untuk mentransmisikan listrik: ketika panas dihasilkan, energi hilang, jadi konduktor yang baik meminimalkan kehilangan energi. Bahan yang menghantarkan listrik kurang baik menghasilkan lebih banyak panas, sehingga cenderung digunakan pada pemanas listrik, kompor dan oven, misalnya.
Energi listrik juga dapat diubah menjadi cahaya. Lampu busur awal bergantung pada pelepasan listrik melintasi celah kecil untuk memanaskan udara ke titik di mana ia bersinar — prinsip yang sama seperti kilat. Kemudian, bola lampu filamen diperkenalkan: ini bergantung pada arus yang menyebabkan kawat tipis dan melingkar bersinar putih-panas. Bola lampu hemat energi modern melewatkan arus tegangan tinggi melalui gas tipis, menyebabkannya memancarkan sinar ultraviolet, yang mengenai lapisan fluoresen untuk menghasilkan cahaya tampak.
Ketika bahan konduktor, seperti kawat tembaga, dipindahkan dalam medan magnet, arus dihasilkan. Sebaliknya, arus yang mengalir melalui kawat, jika mengalami medan magnet, menghasilkan gerakan. Ini adalah prinsip di balik motor listrik. Perangkat ini terdiri dari susunan magnet dan gulungan kawat tembaga sehingga ketika arus mengalir melalui kawat, gerakan memutar dihasilkan. Motor listrik banyak digunakan di industri dan di rumah, misalnya di mesin cuci dan pemutar DVD.
Mengukur Energi Listrik
Energi diukur dalam joule, istilah yang diambil dari nama fisikawan James Prescott Joule. Satu joule kira-kira jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengangkat satu pon (0.45 kilogram) berat pada jarak vertikal sembilan inci (22.9 cm). Namun, biasanya lebih mudah untuk memikirkan listrik dalam hal daya, yang merupakan energi dibagi waktu, atau laju alirannya. Ini memberikan unit watt yang mungkin lebih dikenal, dinamai ilmuwan James Watt. Satu watt setara dengan satu joule per detik.
Ada sejumlah unit lain yang berhubungan dengan listrik. Coulomb adalah satuan muatan listrik. Ini dapat dianggap sebagai jumlah elektron — 1.6 x 1019 — karena semua elektron memiliki muatan yang sama, sangat kecil. Ampere, biasanya disingkat “amp”, adalah satuan arus listrik, atau jumlah elektron yang mengalir dalam jumlah waktu tertentu. Satu amp setara dengan satu coulomb per detik.
Volt adalah satuan gaya gerak listrik, atau jumlah energi yang ditransfer per satuan muatan, atau coulomb. Satu volt setara dengan satu joule energi yang ditransfer untuk setiap coulomb muatan. Daya, dalam watt, setara dengan volt dikalikan dengan amp, jadi arus lima amp pada 100 volt akan setara dengan 500 watt.
Membangkitkan Energi Listrik
Sebagian besar listrik dihasilkan oleh perangkat yang mengubah gerakan rotasi menjadi energi listrik, menggunakan prinsip yang sama seperti motor listrik, tetapi secara terbalik. Pergerakan kumparan kawat dalam medan magnet menghasilkan arus listrik. Umumnya, panas, sering dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar fosil, digunakan untuk menghasilkan uap yang menggerakkan turbin untuk memberikan gerakan rotasi. Di pembangkit listrik tenaga nuklir, energi nuklir menyediakan panas. Pembangkit listrik tenaga air menggunakan pergerakan air di bawah gravitasi untuk menggerakkan turbin.
Listrik yang dihasilkan pada pembangkit listrik umumnya berupa arus bolak-balik (AC). Ini berarti bahwa arus terus-menerus membalikkan arahnya, berkali-kali per detik. Untuk sebagian besar tujuan, AC bekerja dengan baik, dan beginilah cara listrik mencapai rumah. Beberapa proses industri, bagaimanapun, membutuhkan arus searah (DC), yang mengalir dalam satu arah saja. Misalnya, pembuatan bahan kimia tertentu menggunakan elektrolisis: pemecahan senyawa menjadi unsur-unsur atau senyawa yang lebih sederhana menggunakan listrik. Ini membutuhkan arus searah, sehingga industri ini akan memerlukan konversi AC ke DC atau akan memiliki suplai DC sendiri.
Lebih efisien untuk mentransmisikan listrik melalui saluran listrik pada tegangan yang lebih tinggi. Untuk alasan ini, pembangkit menggunakan perangkat yang disebut transformator untuk meningkatkan tegangan untuk transmisi. Ini tidak meningkatkan energi atau daya: ketika tegangan dinaikkan, arus berkurang dan sebaliknya. Transmisi listrik jarak jauh terjadi pada ribuan volt; namun, itu tidak dapat digunakan di rumah pada tegangan ini. Trafo lokal mengurangi tegangan menjadi sekitar 110 volt di AS, dan 220-240 volt di Eropa, untuk suplai domestik.
Listrik untuk perangkat kecil dan berdaya rendah sering kali disuplai oleh baterai. Ini menggunakan energi kimia untuk menghasilkan arus listrik yang relatif kecil. Mereka selalu menghasilkan arus searah, dan karena itu memiliki terminal negatif dan positif. Elektron mengalir dari terminal negatif ke terminal positif ketika rangkaian selesai.