Modul Ajar: SUMBER - SUMBER ENERGI

BENTUK – BENTUK ENERGI DAN PERUBAHANNYA

(Oleh: A. Budi Setiawan)

 

A.     Bentuk – Bentuk Energi

Dalam kehidupan sehari – hari kita sering menyaksikan, manusia dan hewan dapat bergerak berpindah tempat, dan juga dapat bersuara, matahari dapat memencarkan cahaya dan panas, lampu dapat menyala, kipas angin dapat berputar, baterai dapat menghasilkan arus listrik, es dapat mencair dan lain sebagianya. Itu semua terjadi karena, manusia, hewan dan benda-benda tersebut memiliki kemampuan untuk melakukan sesuatu atau untuk menghasilkan sesuatu.

Dalam teori Fisika, kemampuan yang dimiliki atau yang tersimpan untuk melakukan sesuatu atau untuk menghasilkan sesuatu disebut dengan “energi”, Dengan kata lain energi dapat didefinisikan  sebagai besaran yang menunjukkan kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha. Dan dalam satuan internasional (SI), satuan energi adalah Joule (J)

Energi sangat diperlukan oleh seluruh mahluk hidup termasuk manusia dalam menjalani kehidupan sehari-hari. Energi yang dibutuhkan tersebut bentuknya berbeda – beda sesuai dengan aktivitas usaha yang dilakukan oleh manusia tersebut. Bentuk – bentuk energi dihasilkan dari gaya – gaya fundamental seperti gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya nuklir, serta benda – benda yang berinteraksi. Oleh sebab itu, energi dapat ditemukan dalam beberapa bentuk, dinataranya:

 

1.      Energi Mekanik

Dalam kehidupan sehari – hari kita sering menjumpai mahluk hidup atau benda – benda lainnya bergerak sesuai dengan kemampuannya masing-masing. Hal itu menunjukkan bahwa mahluk hidup atau benda – benda tersebut memiliki kemampuan untuk untuk bergerak, Dimana kemampuan tersebut sering disebut dengan energi gerak atau energi mekanik.

Dalam ilmu Fisika, energi mekanik didefinisikan sebagai energi total yang dimiliki oleh suatu benda selama benda tersebut bergerak. Ada dua bentuk energi yang berkaitan dengan energi mekanik yaitu energi potensial dan energi kinetik.

a.      Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda atau muatan yang memiliki potensi untuk bergerak terhadap satu titik acuan karena pengaruh suatu gaya. Berdasarkan gaya yang mempengaruhinya, energi potensial dibedakan mejadi beberapa macam, yaitu:

·     Energi potensial gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh benda yang memiliki posisi/kedudukan untuk dapat bergerak menuju pusat gravitasi bumi karena adanya pengaruh gaya gravitasi.Energi potensial pegas

·     Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas adalah energi yang dimiliki oleh benda pada suatu pegas atau benda eleastis yang memiliki posisi/kedudukan untuk dapat bergerak menuju titik setimbang pegas karena adanya pengaruh gaya pegas.

·     Energi potensial listrik

Energi potensial listrik adalah energi yang dimiliki oleh sebuah muatan uji dalam medan listrik dari muatan sumber yang memiliki posisi/kedudukan dari muatan sumber tersebut untuk dapat berinteraksi mendekati atau menjauhi muatan sumber tersebut karena adanya pengaruh gaya elektrostattik.

 

b.      Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang sedang bergerak dengan kecepatan tertentu. Oleh sebab itu, Eenergi kinetik dapat dibedakan berdasarkan gerak yang dialami benda tersebut, yaitu:

·     Energi Kinetik Translasi

Energi kinetik translasi adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak lurus atau bergerak melingkar. Energi kinetik translasi ini besarnya didipengaruhi oleh massa benda dan kecepatan benda saat bergerak.

·     Energi Kinetik Rotasi

Energi kinetik rotasi adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak rotasi terhadap porosnya. Energi kinetik rotasi ini besarnya dipengaruhi oleh momen inersia benda dan kecepatan sudut benda saat berotasi

·     Energi Kinetik Gas

Energi kinetik gas adalah energi yang dimiliki oleh partikel – partikel gas yang bergerak pada suhu tertentu. Energi kinetik gas ini besarnya dipengaruhi oleh suhu gas tersebut.

2.      Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang timbul karena adanya pergerakan muatan dalam hal ini elektron dari satu titik ke titik lain karena adanya beda potensial antara kedua titik tersebut. Energi listrik atau sering disebut tenaga listrik merupakan salah satu energi utama yang diperlukan untuk memfungsikan/mengaktifkan alat – alat elektronik. Dimana energi ini tersimpan dalam arus listrik dan tegangan listrik. Energi listrik juga dapat  tersimpan dalam sel kimia, seperti pada baterai.

Satuan energi dalam SI adalah Joule (J). Tetapi, dalam kehidupan sehari-hari satuan energi ini sangat kecil untuk digunakan pada pemakaian listrik di rumah tangga. Maka untuk pemakaian listrik di rumah tangga ini, PLN menggunakan satuan yang lebih besar yaitu kWh (kilowatt hour), dan alat ukurnya disebut kWh meter.

Satu kWh didefinisikan sebagai besarnya energi listrik yang digunakan oleh setiap bangunan rumah dengan sepesifikasi daya 1.000 watt (1kW) selama 1 jam (3.600 s). Dengan demikian 1 kWh setara dengan 1.000 watt x 3.600 s = 3,6 x 10⁶ Joule = 3,6 MJ.

 

3.      Energi Panas

Energi panas sering disebut dengan istilah kalaor. Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah tempat karena adanya perbedaan suhu.

Benda yang menyerap atau melepaskan kalor akan mengalami dua perubahan, yaitu perubahan suhu atau perubahan wujud. Kalor yang menyebabkan benda berubah suhu, besarnya dipengaruhi oleh kapasitas kalor dan perubahan suhu yang dialami oleh benda tersebut. Sedang kalor yang menyebabkan benda berubah wujud besarnya dipengaruhi oleh massa benda dan kalor laten benda.

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan oleh setiap gram massa benda untuk merubah suhu benda sebesar 1 ^oC. Sedangan kalor laten adalah banyaknya kalor yang diserap atau dilepas merubah wujud setiap gram massa benda tersebut.

Satuan kalor adalah Joule atau kalori,  dimana 1 kalori = 4,2 Joule atau  1 Joule = 0,24 kalori.

 

4.      Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang dihasilkan oleh senyawa kimia yang stabil akibat interaksi elektron antar atom atau antar molekul. Jadi kalau ada atom berinteraksi dengan atom akan dihasilkan energi kimia.

Tidak jauh seperti manusia, manusia juga kalau saling bertemu ada energi yang dihasilkan,  entah itu berupa perasaan yang menyebabkan bahagia atau perasaan sedih yang membuat menangis

Energi kimia juga didefinisikan sebagai potensi suatu zat kimia untuk mengalami reaksi kimia lalu berubah menjadi zat lain. Wujud energi kimia hanya dapat terjadi dalam alat penyimpanan energi.

Beberapa contoh media penyimpanan energi kimia yang biasa kita temui antara lain baterai, makanan, dan bensin.

 

5.      Energi Radiasi

Energi radiasi adalah energi yang dipancarkan dari berbagai sumber berupa gelombang elektromagnetik, baik dalam ruang hampa maupun dalam medium suatu zat. Sumber energi radiasi dapat berupa peluruhan radioaktif, produksi mesin, ataupun benda luar angkasa seperti matahari.

Ketika berbicara energi radiasi, tidak hanya mencakup cahaya matahari atau cahaya tampak saja, tetapi harus mencakup seluruh spektrum gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang radio, gelombang televisi, gelombang mikro, imfra merah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar X dan sinar Gamma.

Menurut teori kuantum Planck, besarnya energi radiasi besarnya hanya bergantung pada frekuensi dari gelombang elektromagnetik yang diradiasikan, dan tidak bergantung pada intensitas gelombangnya. Oleh sebab itu pada spektrum gelombang elektromagnetik, sinar Gamma memiliki energi radiasi paling besar, karena frekuensinya paling besar. Sedangkan gelombang radio memiliki energi radiasi paling kecil.

 

6.      Energi Nuklir

Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan dari reaksi antarpartikel di dalam inti atom. Sumber energi nuklir yaitu energi ikat pada partikel bebas. Energi nuklir dihasilkan dari sumber energi yang rendah karbon, murah dan aman untuk dimanfaatkan. Bahan baku yang digunakan berupa uranium dan plutonium. Pemanfaatan energi nuklir telah diusahakan oleh para ilmuwan sejak awal abad ke-19 Masehi melalui penggunaan reaktor nuklir.

Selain untuk pembangkit listrik (PLTN), nuklir juga dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang kehidupan manusia yaitu pangan/pertanian, kesehatan, industri, sumber daya alam dan lingkungan.

Penggunaan energi nuklir harus diawasi oleh para ahli, karena energi radiasi nuklir dosis tinggi dapat menyebabkan sel-sel tubuh rusak, sehingga menimbulkan berbagai komplikasi. Bagian tubuh yang paling rentan mengalami kerusakan akibat paparan radiasi nuklir dosis tinggi adalah lambung, usus, mulut, pembuluh darah, dan sel-sel yang memproduksi darah di sumsum tulang.

B.     Konversi  Energi

Konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari satu bentuk ke satu atau beberapa bentuk energi lainnya. Dalam satu sistem atau proses konversi energi sering kali ditemukan, sebagai contoh:

§    Pada kendaraan bermotor terjadi konversi dari energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar menjadi energi gerak pada motor dan energi panas

§     Pada lampu bohlam, terjadi konversi dari energi listrik menjadi energi radiasi cahaya dan energi panas.

§   Ketika kita makan maka energi kimia yang tersimpan dalam makanan akan berubah menjadi energi untuk bergerak, dan ketika kita banyak bergerak seperti berolahraga maka tubuh kita akan merasa panas, itulah proses konversi energi dari energi kimia menjadi energi gerak kemudia berubah lagi menjadi energi panas.

Masih banyak lagi contoh-contoh konversi energi yang dapat kita temukan dalam kehidupan sehari-hari

Lalu bagaimana dengan nilai/besar dari sebuah energi, apakah pada saat terjadi perubahan bentuk, nilai/besar energinya ikut berubah atau tetap ?

Menurut hukum kekekalan energi, besarnya energi tidak akan bertambah atau berkurang walaupun bentuknya berubah, dalam arti lain besar/nilai suatu energi akan tetap. Sebagai contoh, kendaraan bermotor pada saat dinyalakan dan digunakan, itu akan merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi gerak. Kalau kita hitung besarnya energi kimia dari bahan bakar tidak akan sama dengan besarnya energi gerak yang dihasilkan. Hal itu dikarenakan energi kimia dari bahan bakar tidak semuanya dirubah menjadi energi gerak, tetapi sebagian lagi ada yang dirubah menjadi energi panas, makanya setiap kendaraan dipasang knalpot untuk membuang panas dari mesin kendaraan. Jadi, kalau dijumlahkan besar energi gerak dengan energi panas pada kendaraan sebagai output secara teoritis akan sama dengan besar energi kimia dari bahan bakar sebagai input.

Besarnya energi dalam suatu sistem/proses dapat berubah, jika ada gaya luar yang bekerja pada sistem/proses tersebut. Gaya tersebut nantinya akan menghasilkan usaha. Sebagai contoh misalkan sebuah mobil sedang melaju di jalan raya dengan kecepatan konstan v, tiba-tiba supir menginjak pedal rem secara perlahan, sehingga kecepatan mobil menjadi melambat. Hal itu menunjukkan bahwa energi kinetik mobil mengalami perubahan semakin kecil. Pada saat sopir menginjak pedal rem itu artinya ada gaya gesek yang bekerja antara kanvas rem dengan roda mobil, sehingga timbul usaha yang dilakukan oleh gaya gesek selama pengereman mobil tersbut, dan selama itu pula terjadi perubahan besar/nilai energi kinetik yang dialami mobil. Dan besarnya usaha yang dilakukan gaya gesek selama pengereman sebanding dan setara dengan besarnya perubahan energi kinetik yang dialami mobil, secara matematis dituliskan:

                                                         W = Ek₁ – Ek₂

Jadi, secara umum dapat disimpulkan bahwa besarnya usaha yang dialami oleh suatu benda sama dengan besarnya perubahan nilai energi yang dialami oleh benda tersebut.

_{#sumber energi  #sumber energi terbarukan  #modul ajar fisika}