BENTUK-BENTUK ENERGI

 

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