BENTUK-BENTUK ENERGI
Energi yang dimiliki oleh suatu benda bisa
bermacam-macam bentuk, diantaranya energi kinetik, energi potensial, energi
mekanik, energi panas, energi listrik, energi kimia, dan energi nuklir.
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. 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 tersebut 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.
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.
Jika Kita mengangggap sistem terdiri dari bola dan
bumi, maka gaya tarik gravitasi antara bola dan bumi merupakan interaksi gaya
antara anggota sistem. 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 contoh bola yang dilempar ke atas, gravitasi
merupakan gaya luar, perubahan energi potensial bola adalah negatif usaha yang
dilakukan, sehingga energi potensial gravitasi dinyatakan sebagai:
𝐸 = 𝑚𝑔ℎ
dimana
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian benda (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.
Sebagai contoh, sebuah roller-coaster yang mulai
dari keadaan diam di puncak, dan meluncur ke bawah tanpa gesekan dari bukit
trek ke bagian paling dasar trek dan naik ke bukit berikutnya. Pada awalnya,
roller-coaster hanya memiliki energi potensial. Sementara pada saat meluncur
menuruni bukit, roller-coaster tersebut kehilangan energi potensial dan
mendapat energi kinetik, tetapi jumlah keduanya tetap konstan. Di kaki / dasar
trek, energi kinetiknya maksimum, dan pada saat menaiki bukit lagi, energi
kinetik berubah kembali menjadi energi potensial. Ketika roller-coaster kembali
berhenti di puncak berikutnya, semua energinya adalah energi potensial.
Dengan mengetahui bahwa energi potensial sebanding
dengan ketinggian vertikal, kekekalan energi menunjukkan kepada kita bahwa
(dengan tidak adanya gesekan), roller-coaster berhenti
pada ketinggian yang sama dengan ketinggain awalnya. Jika kedua bukit memiliki
ketinggian yang sama, roller-coaster hampir tidak dapat mencapai bukit kedua
ketika berhenti. Jika bukit kedua lebih rendah dari yang pertama, tidak semua
energi kinetik roller-coaster diubah menjadi energi potensial, sehingga
perjalanan terus dilanjutkan melalui puncak dan menuruni sisi berikutnya.
4. Energi 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).
5. 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. Sama halnya dengan energi potensial
gravitasi yang sudah dibahas di bagian 2, energi potensial listrik pun akan
dimiliki oleh suatu muatan jika berada pada posisi tertentu terhadap muatan
yang lain. Berbeda halnya dengan energi potensial gravitasi yang timbulkan oleh
benda yang memiliki massa, energi potensial listrik timbul karena adanya benda
yang bermuatan listrik.
Ketika sebuah baterai digunakan untuk mengalirkan
arus listrik di dalam suatu konduktor, energi kimia yang berada di dalam
baterai diubah menjadi energi kinetik sehingga muatan listrik bergerak. Di
dalam konduktor, energi kinetik ini cepat menghilang karena tumbukkan antara
muatan yang mengalir dan atom-atom penyusun konduktor, sehingga menyebabkan
suhu konduktor meningkat. Dengan kata lain energi kimia yang berasal dari
baterai diubah menjadi energi dalam sehingga suhu konduktor meningkat.
Energi dalam adalah energi kinetik yang dihubungkan
dengan gerakan molekul-molekul, dan energi potensial yang dihubungkan dengan
getaran rotasi dan energi listrik dari atom-atom di dalam molekul. Sama seperti
energi, energi dalam adalah sebuah fungsi keadaan yang dapat dihitung dalam
sebuah sistem.
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.
7. Energi Nuklir
Pada reaksi kimia jumlah total nomor atom dan
jumlah total nomor massa atom dari seluruh partikel yang terlibat di dalam
reaksi tidak mengalami perubahan. Hal ini menunjukkan bahwa massa dan muatan
listrik adalah kekal. Apakah hal ini berlaku pada reaksi nuklir?
Di dalam setiap reaksi kimia selalu terjadi
penyerapan atau pelepasan energi. Contoh, pada pembakaran bensin terjadi
pelepasan energi, dan terjadi pemisahan air menjadi hidrogen dan oksigen
melalui penyerapan energi elektrolisis. Pada reaksi nuklir dapat pula terjadi
pelepasan atau penyerapan energi, tetapi pada umumnya kita lebih tertarik pada
pelepasan energi, karena ketika hal itu terjadi kuantitas pelepasannya sangat
dahsyat. Energi yang dilepaskan pada reaksi nuklir ini sangat besar, hal ini
melanggar Hukum Kekekalan Energi.
Pada tahun 1905, Albert Einstein mempublikasikan
Teori Relativitas. Menurut Einstein, massa merupakan bentuk lain dari energi
berkurangnya massa dalam suatu sistem akan diiringi dengan meningkatnya energi.
Pada tahun 1932 Cockcroft dan Walton, dengan menggunakan akselerator menembak
lithium dengan menggunakan proton dan menghasilkan dua buah partikel alpha
untuk setiap satu proton.
Ternyata massa dua partikel alpha lebih kecil
daripada jumlah massa proton dan massa inti litium. Didapatkan bahwa energi
kinetik kedua partikel alpha jauh lebih besar daripada energi kinetik awal
proton. Dari hasil perhitungan menunjukkan bahwa energi ekstra yang dimiliki
oleh partikel alpha tepat sebanding dengan massa yang hilang, hal ini sesuai
dengan persamaan energi dari Einstein.
Hukum Kekekalan Energi yang telah dikenal sebelum
Einstein, telah dilanggar: energi muncul karena diciptakan. Faktanya, energi
tidak dapat diciptakan, melainkan massa berubah menjadi energi. Sejak tahun
1932, ratusan eksperimen nuklir yang sejenis telah dilakukan untuk mengecek
hubungan massa-energi dari Einstein, ternyata hasilnya selalu valid. Energi
yang dihasilkan dari perubahan massa nuklir disebut energi nuklir. Reaksi fisi
dan reaksi fusi adalah dua jenis reaksi nuklir yang menghasilkan energi nuklir
yang sangat besar.
https://files1.simpkb.id/guruberbagi/rpp/680727-1670637554.pdf