Energi

 

A. Pengertian Energi

    Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Sebuah benda dapat dikatakan mempunyai energi bila benda itu menghasilkan gaya yang dapat melakukan usaha atau kerja. Energi merupakan kebutuhan yang esensial bagi perikehidupan manusia bahkan semua makhluk hidup. Manusia sebagai salah satu makhluk hidup memerlukan energi, tidak hanya digunakan untuk melakukan kegiatan seluruh sistem organ dalam tubuhnya, tetapi juga digunakan untuk mencari makan dan melakukan perkembangbiakan.

    Energi dan usaha dalam IPA adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Sedangkan usaha didefinisikan dengan gaya kali jarak perpindahan benda yang dikenai gaya. Untuk lebih memahami tentang perubahan dan perpindahan energi serta hubungannya dengan usaha, mari kita ambil suatu contoh. Misalkan Kita melakukan usaha terhadap sebuah batu besar dengan cara mengangkatnya. Dalam hal ini Kita telah menyalurkan energi, tetapi energi ini tidak hilang. Energi tersebut tidak habis, melainkan dipindahkan ke batu itu. Batu tersebut sekarang memiliki energi dan bisa melakukan usaha.

    Dari contoh di atas dapat disimpulkan bahwa ketika usaha dilakukan pada sistem, maka energi sistem akan meningkat. Sebaliknya, ketika sistem melakukan usaha, maka energinya akan berkurang. Jadi usaha bisa diartikan sebagai energi yang digunakan atau energi yang dipindahkan. Maka sangat tepat jika satuan energi sama dengan satuan usaha, yaitu joule (J). Jika Kita melakukan usaha sebesar 200 J pada sebuah benda, berarti Kita memindahkan 200 J energi ke benda tersebut. Ketika benda dikenai usaha, maka energi benda akan meningkat. Secara matematik hubungan ini dinyatakan sebagai W = DE. Dimana W adalah usaha dan DE adalah perubahan energi.

    Satuan internasional untuk energi adalah joule. Satuan joule merupakan satuan yang diturunkan dari satuan gaya dan satuan jarak dalam sistem MKS, yaitu newton dan meter. Dalam fisika ada beberapa satuan lainnya yang dapat dikonversikan ke dalam satuan joule. Satuan-satuan tersebut antara lain: erg, kalori, kilokalori, elektronvolt, MeV, dan kWh.

B. Bentuk - Bentuk Energi

1. Energi Kinetik

Jika kita perhatikan seseorang yang sedang berlari, maka posisi orang tersebut akan berubah setiap detiknya, perubahan posisi ini menunjukkan bahwa orang itu memiliki energi. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerakannya. Dalam fisika, energi ini muncul ketika suatu benda memiliki massa dan bergerak dengan kecepatan tertentu. Besar kecilnya energi kinetik suatu benda bergantung kepada massa dan kelajuan benda tersebut. Secara matematis energi kinetik dirumuskan sebagai

Dimana:

Ek = energi kinetik (joule)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (m/s)

Dari persamaan diatas terlihat bahwa energi kinetik suatu benda berbanding lurus dengan massa benda tersebut. Sehingga sebuah batu dengan massa 2 kg memiliki energi kinetik yang lebih besar dibandingkan dengan sebuah bola baseball dengan massa 148 gram yang dilemparkan dengan kecepatan sama. Energi kinetik suatu benda juga berbanding lurus dengan kuadrat kecepatannya. Mobil yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s mempunyai energi kinetik empat kali lipat dibandingkan ketika mobil tersebut bergerak dengan kecepatan 10 m/s.2.

2. Energi Potensial

Energi potensial merupakan energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukannya atau kondisinya. Energi potensial memiliki beberapa bentuk diantaranya: energi potensial gravitasi, energi potensial pegas, energi potensial listrik, dan lain-lain. gaya tarik gravitasi antara bola dan bumi merupakan interaksi gaya antara anggota sistem.

a. Energi potensial

    Jika benda bergerak menjauhi bumi, maka energi yang tersimpan dalam sistem merupakan hasil interaksi gravitasi antara benda dan bumi. Energi yang tersimpan dalam sistem ini disebut energi potensial gravitasi yang disimbolkan dengan Ep. Pada bola yang dilempar ke atas, gravitasi merupakan gaya luar, perubahan energi potensial bola adalah negatif usaha yang dilakukan, sehingga energi potensial gravitasi dinyatakan sebagai

Ep = m.g.h

dimana

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2 )

h = ketinggian benda (m)

b. Energi Potensial elastis

Perhatikan tali busur yang ditarik seperti ditunjukkan pada Gambar 6,

Usaha di lakukan oleh pemanah pada tali busur, sehingga tali busur menyimpan energi. Misalkan sistem terdiri dari tali busur, anak panah, bumi. Pada sistem tersebut energinya bertambah. Ketika tali busur dan anak panah dilepaskan, energi berubah menjadi energi kinetik. Energi yang tersimpan dalam tali busur yang meregang disebut energi potensial elastis. Energi potensial elastis ini dimiliki oleh benda-benda elastis, seperti karet, bola karet, pegas, dan lain-lain. Benda terdorong oleh pegas karena pegas yang tertekan memiliki energi potensial pegas. Besarnya energi potensial pegas dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : 

dimana : Ep = 1/2 . k . Dx²

Ep = energi potensial pegas (joule)

k = konstanta pegas (N/m)

Dx = perubahan panjang pegas (m)

3. Energi Mekanik

   

 Sebuah benda yang sedang jatuh bebas sekaligus memiliki dua buah energi, yaitu energi kinetik dan energi potensial gravitasi. Penjumlahan kedua energi tersebut dinamakan energi mekanik. Besarnya energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda pada setiap perubahan posisi selalu tetap. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi mekanik. Artinya jika pada suatu posisi energi potensial yang dimiliki benda maksimal, maka pada posisi tersebut energi kinetiknya minimal. Sebaliknya jika pada saat posisi energi kinetik maksimal, maka energi potensialnya minimal, seperti terlihat pada Gambar disamping.

Energi mekanik (EM) terdiri dari energi potensial (EP) dan energi kinetik (EK). Pada pokok bahasan Usaha dan Energi, telah dipelajari dua jenis energi potensial yakni energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis.

EM = EK + EP

EM = EK + EPgravitasi atau EM = EK + EPelastis

di mana:

Em​ = energi mekanik (Joule)

Ek​ = energi kinetik

Ep​ = energi potensial

 

Energi mekanik selalu tetap

EMawal = EMakhir

EPgravitasi = EK

m g h = ½ m v2

Keterangan :

m = massa benda (kg),

g = percepatan gravitasi (m/s2 ),

h = ketinggian (m),

v = kelajuan akhir (m/s)

4. Energi Listrik

    Energi listrik adalah energi yang ditimbulkan oleh benda yang bermuatan listrik. Muatan listrik yang diam (statis) menimbulkan energi potensial listrik, sedangkan muatan listrik yang bergerak (dinamis) menimbulkan arus listrik dan energi magnet. Untuk mengetahui besar energi Listrik maka kita harus menghitung daya Listrik terlebih dahulu.

    Daya Listrik dapat dilihat pada label yang tertera pada peralatan listrik tersebut. Daya listrik yang dihasilkan oleh berbagai peralatan listrik dapat pula kita ketahui dengan mengalikan beda potensial dengan kuat arus yang melalui peralatan itu. Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

P = V × I

dengan

P = daya (watt (W))

V = beda potensial (volt (V))

I = kuat arus (ampere (A)

Adapun rumus dari energi Listrik yaitu :

W = P × t

mengingat P = V × I, maka

W = V × I × t

Karena V = I × R, maka persamaan di atas dapat pula ditulis

W = I² × R × t

Dengan :

W = energi listrik ( Joule (J))

P = daya ( watt (W) )

t = waktu (sekon (s) )

I = kuat arus ( ampere (A))

R = hambatan  (ohm (Ω))

    Untuk penggunaan sehari-hari, biasanya daya diukur dalam satuan kilowatt (kW), dan waktu diukur dalam satuan jam (hour, disingkat h). Jika satuan-satuan ini yang digunakan, maka energi listrik bersatuan kilowatt jam (kWh).

    Dari sekian banyak bentuk energi yang kita ketahui, energi listrik merupakan salah satu bentuk energi yang paling banyak dimanfaatkan oleh manusia karena energi listrik adalah energi yang mudah diubah ke bentuk energi yang lain. Perubahan energi listrik menjadi energi bentuk lain, misalnya:

· Energi listrik berubah menjadi energi cahaya, contoh: lampu

· Energi listrik berubah menjadi energi kalor, contoh: setrika, solder, dan kompor

· Energi listrik berubah menjadi energi mekanik, contoh: motor tape

· Energi listrik berubah menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain)

 

5. Enegi Termal

    Energi termal didefinisikan sebagai jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh atom-atom dan molekul-molekul yang membentuk zat. Menurut teori kinetik-molekul, benda panas memiliki energi yang lebih besar dibandingkan dengan benda yang dingin. Jika kedua buah benda yang memiliki perbedaan suhu tersebut disentuhkan, maka sejumlah energi akan mengalir dari benda panas (bersuhu tinggi) ke benda yang dingin (suhunya lebih rendah). Misalkan kita memanaskan air dalam panci dengan menggunakan kompor listrik. Begitu proses pemanasan dimulai, elemen kompor listrik secara bertahap suhunya meningkat sebab energi kinetik rata-rata molekul-molekul elemen listrik meningkat sebanding dengan kenaikan suhunya.

    Energi panas dari elemen kompor listrik mengenai molekul-molekul air; akibatnya suhu panci dan air meningkat sebanding dengan jumlah energi panas yang disalurkan oleh elemen kompor ke panci dan air. Hal sejenis terjadi jika ketika air panas dalam panci diletakkan di atas es. Air panas dalam panci molekul-molekulnya memiliki energi kinetik tingggi; sedangkan es molekul-molekulnya memiliki energi kinetik yang rendah. Akibatnya ada aliran energi dari air panas dalam panci ke es. Berdasarkan dua kasus tersebut, energi panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Energi yang berpindah dari benda satu ke benda lainnya karena perbedaan suhu disebut kalor (heat). Kalor adalah salah satu bentuk energi seperti halnya energi kinetik atau energi potensial, maka satuan kalor sama dengan satuan energi, yaitu joule (disingkat J). Satuan lebih besar yang sering digunakan adalah kilojoule (disingkat kJ).

6. Energi Kimia

    Energi kimia adalah energi yang tersimpan secara kimiawi. Makanan yang kita makan menghasilkan energi kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh. Dengan adanya energi kimia ini kita bisa beraktivitas. Minyak bumi mengandung energi kimia yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik energi kimia dalam makanan maupun energi kimia dalam minyak bumi berasal dari energi matahari. Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses fotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandung energi kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga tumbuhan dan hewan memiliki energi. Tumbuhan dan hewan yang mati milyaran tahun yang lalu menghasilkan minyak bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat untuk menggerakkan kendaraan, alat-alat pabrik, ataupun kegiatan memasak.

REFERENSI

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I,  Jakarta : Penerbit Erlangga.  

Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I . Jakarta : Penerbit Erlangga.  

Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik–Jilid I. Jakarta : Penebit Erlangga.  

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas . Jakarta : Penerbit 

Erlangga.  

Serway, Raymond A. & Jewett, Jhon W. 2004. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : 

Penerbit Salemba Teknika 

Kandi, & Winduono, Y. (2012). Energi dan Perubahannya Untuk Guru SD. Pusat Pengembangan Dan Pemberdayaan Pendidik Dan Tenaga Kependidikan Ilmu Pengetahuan Alam.