Pengetahuan Tentang Listrik

A. Listrik

Listrik adalah rangkaian fenomena fisika yang berhubungan dengan kehadiran dan aliran muatan listrik. 

B. Sejarah

Thales, ilmuwan pertama yang meneliti listrik. Jauh sebelum pengetahuan tentang listrik ada, orang pada saat itu takut akan kejutan dari ikan listrik. Penduduk Mesir Kuno dari zaman 2750 BC menyebut ikan ini sebagai "Guntur dari Nil", dan menganggap mereka sebagai "pelindung" dari semua ikan lainnya. Ikan listrik kemudian juga dilaporkan satu milenium kemudian oleh Yunani Kuno, Kekaisaran Romawi dan para naturalis Arab. Beberapa penulis kuno, seperti Plinius yang Tua dan Scribonius Largus, membuktikan efek mati rasa sengatan listrik dari lele dan pari torpedo, dan tahu bahwa kejutan listrik tersebut dapat mengalir melalui benda berkonduktansi. Pasien yang terkena pirai atau sakit kepala juga diarahkan untuk memegang ikan listrik dengan harapan bahwa kejutan yang kuat tersebut mampu menyembuhkan mereka. Kemungkinan pendekatan awal dan paling dekat kepada penemuan listrik dari sumber lainnya adalah kepada orang-orang Arab, di mana sebelum abad ke-15 mereka telah memiliki kata berbahasa Arab untuk petir (raad) ke pari listrik.

Beberapa budaya kuno sekitar Mediterania mengetahui bahwa beberapa benda, seperti batang ambar, dapat digosok dengan bulu kucing untuk menarik benda ringan seperti bulu. Thales membuat beberapa observasi pada listrik statis sekitar tahun 600 BC, di mana ia percaya bahwa friksi yang dihasilkan amber magnetik, kebalikan dari minerak seperti magnetit yang tidak perlu digosok. Thales saat itu belum benar bahwa tarik-menarik disebabkan oleh efek magnet, namun sains kemudian membuktikan adanya hubungan antara magnetisme dan listrik. Menurut sebuah teori kontroversial, orang-orang Parthia mungkin telah memiliki pengetahuan tentang elektroplating, berbasis pada penemuan Baghdad Battery tahun 1936 yang menyerupai sel galvani, meskipun belum diketahui apakah artefak itu berlistrik di alam. 

Benjamin Franklin melakukan penelitian ekstensif tentang listrik di abad ke-18, didokumentasikan oleh Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, dengannya Franklin melakukan korespondensi lanjutan.

Listrik tetap hanya menjadi bahan keingintahuan selama satu milenium hingga tahun 1600, ketika ilmuwan Inggris William Gilbert membuat studi khusus mengenai listrik dan magnetisme, membedakan efek lodestone dari listrik statis yang dihasilkan dengan menggosok ambar. Ia mengajukan kata Latin Baru electricus ("seperti amber", seperti ἤλεκτρον, elektron, kata Yunani Kuno untuk "amber") untuk merujuk pada sifat menarik benda ringan setelah digosok. Kata ini akhirnya diserap dalam bahasa Inggris "electric" dan "electricity", yang pertama kali muncul pada tulisan cetak pada tulisan milik Thomas Browne, Pseudodoxia Epidemica, tahun 1646.

Karya berikutnya yang dilakukan oleh Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray dan C. F. du Fay. Di abad ke-18, Benjamin Franklinmelakukan penelitian ekstensif pada kelistrikan. Bulan Juni 1752 ia berhasil menempelkan kunci logam ke bagian dasar senar layang yang dibasahi dan menerbangkan layang tersebut di langit berbadai. Adanya kilatan yang meloncat dari kunci ke tangannya menunjukkan bahwakilat adalah listrik di alam. 

Tahun 1791, Luigi Galvani mempublikasikan penemuan biolistrik, menunjukkan bahwa listrik merupakan medium di mana sel saraf memberikan signal ke otot.

Baterai Alessandro Volta atau tumpukan volta pada tahun 1800, dibuat dari lapisan seng dan tembaga, sehingga memberikan sumber yang lebih dipercaya bagi para ilmuwan bagi sumber energi listrik daripada mesin elektrostatis yang sebelumnya digunakan. Dikenalnyaelektromagnetisme, kesatuan fenomena listrik dan magnetik, adalah karya Hans Christian Ørsted dan André-Marie Ampère tahun 1819–1820; Michael Faraday menemukan motor listrik tahun 1821, dan Georg Ohmmenganalisis secara matematis sirkuit listrik tahun 1827. Listrik dan magnet (dan cahaya) dihubungkan oleh James Clerk Maxwell, pada tulisannya "On Physical Lines of Force" tahun 1861 dan 1862.

Di awal abad ke-19 mulai ada perkembangan yang cepat dalam ilmu kelistrikan. Beberapa penemu sepertiAlexander Graham Bell, Ottó Bláthy, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Ányos Jedlik, Lord Kelvin,Sir Charles Parsons, Ernst Werner von Siemens, Joseph Swan, Nikola Tesla dan George Westinghouse, listrik berubah dari keingintahuan sains menjadi peralatan berguna untuk kehidupan modern, menjadi penggerak bagi Revolusi Industri Kedua.

Tahun 1887, Heinrich Hertz menemukan bahwa elektroda yang teriluminasi dengan cahaya ultraviolet dapatmenghasilkan percikan listrik lebih mudah. Tahun 1905 Albert Einstein mempublikasikan tulisan yang menjelaskan data percobaan dari efek fotolistrik sebagai hasil dari energi cahaya yang dibawa pada discrete quantized packets, menghidupkan elektron. Penemuan ini mengantarkan pada revolusi kuantum. Einstein mendapatkan Hadiah Nobel bidang Fisika tahun 1921 untuk "penemuannya dalam hukum efek fotolistrik".^[18] Efek fotolistrik juga digunakan dalam fotosel seperti yang bisa ditemukan pada panel surya dan bisa digunakan untuk memproduksi listrik secara komersial.

Alat solid-state pertama adalah detektor "cat's whisker", pertama kali digunakan tahun 1900an di penerima radio. Kawat menyerupai kumis ditempatkan berkontak dengan kristal padat (seperti kristal germanium) untuk mendeteksi signal radio dengan efek simpang kontak.^[19] Pada komponen bentuk padat, arus listrik dibatasi oleh elemen padat dan senyawa direkayasa spesifik untuk menghidupkan dan memperkuatnya. Aliran arus dapat dipahami dalam 2 bentuk: sebagai elektron bermuatan negatif dan elektron kekurangan muatan positif yang disebut lubang. Muatan dan lubang ini dapat dipahami pada fisika kuantum. Material pembangunnya biasanya adalah kristalinsemikonduktor.^[20][21]

Komponen bentuk-padat kemudian berkembang dengan munculnya transistor tahun 1947. Beberapa komponen bentuk padat yang umum adalah transistor, chip mikroprosesor, dan RAM. Sebuah tipe khusus dari RAM disebut flash RAM digunakan pada flash drives. Selain itu, solid-state drive saat ini digunakan untuk menggantikan cakram keras yang berputar mekanis. Komponen bentuk padat mulai populer tahun 1950-an dan 1960-an, transisi dari tabung vakum ke dioda semikonduktor, transistor, sirkuit terintegrasi (IC) dandiode pancaran cahaya (LED).

C. PROSES PEMBUATAN

Energi listrik tersebut diproduksi di Pembangkit-pembangkit dengan berbagai latar belakang penggerak maupun bahan bakar yang berbeda (PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTS) yang selanjutnya masuk ke dalam sistem transmisi Tegangan Tinggi (SUTT atau SUTET) sebagai sarana penghantar untuk memasok energi listrik tersebut kepusat-pusat beban yaitu: Gardu Induk.

Dari Gardu Induk energi listrik dihantarkan oleh Tegangan Menengah berpusat pada sistem trafo-trafo distribusi dan Tegangan Rendah yang berakhir pada Sambungan Rumah (SR) atau konsumen. 

Urutan deskriptif diatas, masing-masing mempunyai kendalanya yang harus diselesaikan dengan berbagai solusi teknis dan sosial. Sehingga, proses ini tidak seperti mudahnya saya bercerita ibarat memakan kacang yang hanya tinggal mengupas dari kulitnya lalu tinggal Huppps,… akan tetapi banyak faktor-faktor resiko dalam setiap pelaksanaan pekerjaannya, adapun rincian proses produksi listrik itu meliputi:

1    .      Proses Pembebasan Lahan dan Right of Way (ROW)

2    .      Proses Investigasi Struktur Tanah (Soil Investigation)

3    .      Proses Perencanaan Konstruksi Pembangkit, Transmisi, Gardu Induk dan Distribusi

4    .      Proses Pelelangan Pekerjaan (Procurement)

5    .      Proses Pelaksanaan Pekerjaan (Construction)

6    .      Proses Pengawasan Pekerjaan (Quality Control dan Quality Assurance)

7    .      Proses Produksi Energi (Energi Production)

8    .      Proses Distribusi (Distribution)

9    .      Proses Pemeliharaan dan Operasional

D. Manfaat Energi Listrik untuk Kehidupan Sehari Hari

1.      Membantu dalam operasional pabrik

2.      Membantu manusia dalam kehidupan sehari-hari

3.      Membantu mempermudah pekerjaan

 

E. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN MASING-MASING PEMBANGKIT LISTRIK

PLTA
Keuntungan :
1.       Respon pembangkit listrik yang cepat dalam menyesuaikan kebutuhan beban
2.       Sehingga pembangkit listrik ini sangat cocok digunakan sebagai pembangkit listrik tipe peak untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan                                                 
3.      Kapasitas daya keluaran PLTA relatif besar dibandingkan dengan pembangkit energi terbarukan lainnya dan teknologinya bisa dikuasai dengan baik oleh Indonesia. 
4.      PLTA umumnya memiliki umur yang panjang, yaitu 50-100 tahun. 
5.      Bendungan yang digunakan biasanya dapat sekaligus digunakan untuk kegiatan lain, seperti irigasi atau sebagai cadangan air dan pariwisata. 
6.      Bebas emisi karbon yang tentu saja merupakan kontribusi berharga bagi lingkungan. 
7.      Tidak menyebabkan polusi gas rumah kaca
Kelemahan :
1.    Mebutuhkan inventasi yang besar.

2.    Membutuhkan lahan yang luas untuk membuat pusat listrik yang berkapasitas besar

3.    Penetapan sumber daya angin dan persetujuan untuk pengadaan ladang angin merupakan proses yang paling lama untuk pengembangan proyek energi angin, dapat memakan waktu hingga 4 tahun dalam kasus ladang angin yang besar yang membutuhkan studi dampak lingkungan yang luas.

4.    Memerlukan lapangan yang luas dan terbuka (mengurangi areal pertanian dan bangunan).

5.    Mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian.

6.    Derau aerodinamis merupakan masalah lingkungan, oleh karena itu kecepatan perputaran rotor perlu dibatasi di bawah 70m/s.

PLTU
Kelebihan :
1.      Efisiensi Tinggi.
2.      Cocok untuk memenuhi beban dasar.
3.      Daya yang dihasilkan besar.
4.       Bisa menggunakan segala jenis bahan bakar (cair, padat, atau gas).
5.      Biaya perawatan murah (penggantian suku cadang tidak terlalu sering).
6.      Usia mesin lebih lama.
7.      Tidak terlalu sering diadakan pemeriksaan bagian –bagian turbin
Kekurangan :
1.      Proses start lama. 
2.      Membutuhkan lahan yang luas.
3.      Membutuhkan air pendingin yang cukup banyak sehingga biasanyaditempatkan didaerah yang dekat dengan sumber air yang melimpah.
4.      Investasi awal mahal.
5.      Proses pembangunan lama.
6.      Emisi gas buang tidak ramah lingkungan (biasanya untuk bahan bakarbatubara atau residu).
7.      Fondasi berat

PLTGU
Kelebihan PLTGU

1.      Dapat memperbaiki efisiensi (dibandingkan yang hanya menggunakan PLTG).
2.      Daya yang dihasilkan menjadi lebih besar.
3.      Pembangunan dapat dilakukan secara bertahap (pertama dibangun PLTG dan selanjutnya ditambah PLTU).
4.      Dapat dibangun dengan beberapa turbin gas dan HRSG untuk satu turbin uapsehingga pengoperasian PLTG dapat bergantian tanpa melakukan shutdown pada bagian PLTU.
5.      Jumlah air pendingin tidak terlalu banyak jika dibandingkan dengan PLTUkonvensional untuk daya yang sama.
6.       Proses start lebih cepat dibandingkan PLTU konvensional.
7.      Tidak membutuhkan lahan yang luas.
8.      Emisi lebih ramah lingkungan karena menggunakan bahan bakar gas

Kerugian:
1.      Emisi gas buang tidak ramah lingkungan (biasanya untuk bahan bakarbatubara atau residu).
2.      Proses pembangunan lama.
3.      Membutuhkan lahan yang luas.

PLTP
Kelebihan :
1.      Biaya operasional lebih murah daripada PLTU, karena tidak perlu membeli bahan bakar,
Kekurangan :
1.      Memerlukan biaya investasi yang besar terutama untuk biaya eksplorasi dan pengeboran perut bumi.

PLTD
Kelebihan :
1.      Penggunaan bahan bakar menentukan tingkat efisiensi pembakaran dan prosesnya.
2.      Lokasi bisa dimana saja (pantai sampai pegunungan) dengan kapasitas bisa disesuaikan, malahan di desa terpencil dengan pengguna sedikit,
Kekurangan :
1.      Menggunakan sumber daya alam terbatas/tak terbaharukan/fosil

PLTS
Kelebihannya :
1.      Memanfaatkan sinar matahari tanpa biaya,cocok sekali untuk daerah tropika.
2.      Praktis dan hematEnergi yang terbarukan/ tidak pernah habis.
3.      Bersih, ramah lingkungan.
4.      Umur panel sel surya panjang/ investasi jangka panjang
5.      Praktis, tidak memerlukan perawatan
6.      Sangat cocok untuk daerah tropis seperti Indonesia
Kekurangan :
1.      Ketergantungan oleh sinar matahari, tetapi untuk hal ini diatasi dengan kekuatan penyimpanan aki/baterei
2.      Biaya awal relatif mahal

PLTO
Kelebihan :
energi bisa diperoleh secara gratis,tidak butuh bahan bakar,tidak menghasilkan limbah,mudah dioperasikan dan biaya perawatan rendah,serta dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang memadai
Kekurangan :
Bergantung pada ombak; kadang dapat energi, kadang pula tidak,Perlu menemukan lokasi yang sesuai dimana ombaknya kuat dan muncul secara konsisten.

PLTG
Kelebihan :
1.      Fleksibel dalam pengoperasian.
2.      Start– stop cepat.
3.      Cocok untuk memenuhi beban puncak
4.      Fondasi lebih ringan.
5.      Masa pembangunan cepat.
6.      Tidak membutuhkan lahan yang luas.
7.      Bisa dibangun di daerah padat ( pusat kota ).
8.      Ramah lingkungan.
9.      Investasi awal cukup murah.
Kekurangan :
1.      Spare part mahal.
2.      Perlu sering dilakukan pemeriksaan terhadap area yang dilewati gas panas.
3.      Daya yang dihasilkan rendah.
4.      Usia tidak panjang.
5.      Efisiensi rendah.
6.      Hanya bisa menggunakan bahan bakar jenis tertentu (cair dan gas).

PLTSa
Kelebihan :
PLTS menghasilkan energi listrik yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat. Hal ini berarti mambantu menutupi defisit energi listrik PLN. Jadi, sudah waktunya sampah diolah jadi energi listrik. Dengan begitu, krisis listrik yang dihadapi dapat teratasi dan tarif pun bisa murah.Keberadaan TPA tidak hanya menguntungkan pengelola tetapi juga masyarakat sekitar. Adanya PLTS membuat masyarakat sekitar TPA dapat menggunakan listrik dengan gratis. Solusi ini dapat mencegah penolakan masyarakat sekitar terhadap keberadaan TPA.
Kekurangan :
dibutuhkan sampah dalam jumlah besar, yang mengakibatkan diperlukannya beaya tinggi untuk penyediaan sampah itu atau untuk mengganti kekurangan sampah itu dengan energi lainproyek tersebut bukan proyek yang mendatangkan untungmencemari lingkungan hidup dan mendatangkan penyakitakan memicu orang-orang untuk memerbesar produksi sampah

PLTN
Keuntungan :
Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) – gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas)Tidak mencemari udara – tidak menghasilkan gas-gas berbahaya seperti karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia.Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal)Biaya bahan bakar rendah – hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan. Ketersedian bahan bakar yang melimpah – sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan

Kekurangan :
Risiko kecelakaan nuklir – kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building).Limbah nuklir – limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun

PLTPS

Keuntungan
Setelah dibangun energi listrik yang dihasilkan bisa dimanfaatkan secara gratis,tidak membutuhkan bahan bakar,tidak menimbulkan efek rumah kaca,produksi listrik stabil karena pasang surut air laut bisa diprediksi.

Kekurangan
bukan energi masa depan karena memiliki berbagai kelemahan.Biaya pembuatan dam mahal dan merusak ekosistem dipesisir pantai.

F. Penerapan

1. KOMPOR LISTRIK 

Kompor listrik merupakan alat yang sangat akrab di lingkungan rumah tangga karena sebagian besar warga mayarakat menggunakannya sebagai alat untuk masak memasak. Mengapa alat ini demikian populer, itu karena kepraktisan dan kemudahan dalam memakaianya, yaitu tinggal menghubungkannya dengan stop-kontak listrik saja. Dibandingkan dengan kompor gas, kompor listrik mempunyai kekurangan, yaitu waktu pemanasannya yang relatif lambat untuk kapasitas yang sama. Permasalahan lain bagi masyarakat kelas menengah ke bawah adalah pada penyediaan daya listriknya. Biasanya kompor memerlukan daya listrik yang relatif besar, yaitu minimal 1000 W, sedangkan kapasitas daya sebesar itu jarang ada di perumahan menengah ke bawah.