Energi Terbarukan | Energi | Bentuk-Bentuk Energi | Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi | Urgensi Isu Kebutuhan Energi | Sumber Energi | Sumber Energi Terbarukan dan Sumber Energi Tak Terbarukan | Dampak Eksplorasi dan Penggunaan Energi | Upaya Pemenuhan Kebutuhan Energi |
Energi
Pada musim kemarau, para petani di Desa Manggungsari ini harus memindahkan air dari Sungai Citanduy menuju ke sawah mereka. Mereka menggunakan kincir air dengan rata-rata diameter sekitar 5 meter yang pada ujung-ujungnya diberi tabung bambu untuk memerangkap air Banyaknya air yang mengalir pada Sungai Citanduy dinyatakan dalam besaran debit yang secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut.
Q = V/t
Keterangan :
Q = debit air (m3 /s)
V = volume air (m3 )
t = waktu (s)
Debit aliran air Sungai Citanduy saat kemarau berada pada kisaran 12,00 m3 /s hingga 14,50 m3 /s.
Aliran air sungai dengan debit tertentu menyediakan gaya dorong yang dibutuhkan untuk memutar kincir air dan mengangkat air pada tabung bambu hingga mencapai ketinggian sekitar 5 meter. Gaya dorong aliran air sungai tersebut tegak lurus dengan kincir airnya. Gaya tersebut menyebabkan kincir air tersebut berputar disebut torsi. Secara matematis, torsi oleh gaya dorong aliran air sungai tersebut dinyatakan dengan persamaan berikut.
τ = F r
Keterangan:
τ = torsi (N.m)
F = gaya dorong yang diberikan oleh aliran air (N)
r = jarak ujung kincir air terhadap poros kincir (m)
Gaya tersebut yang diberikan aliran sungai menyalurkan energi pada kincir tersebut. Oleh karena itu, Kalian dapat menyebutkan bahwa gaya dorong aliran air tersebut melakukan usaha.
Melakukan usaha artinya cara memindahkan atau menyalurkan energi. Usaha dan energi memiliki satuan yang sama. Dalam SI satuannya adalah Joule (J). Dimensi dari usaha dan energi adalah [M][L]/[T]2
Secara matematis, usaha yang dikerjakan oleh gaya dorong aliran air tersebut dinyatakan dengan persamaan
W = F ∆s
Keterangan :
W = usaha yang dikerjakan oleh gaya (J)
F = gaya (N)
Δs = perpindahan (m)
Seberapa lama waktu yang digunakan untuk melakukan usaha dinyatakan dengan besaran daya. Secara matematis, daya dinyatakan dengan persamaan matematis berikut ini.
P = W/t
Keterangan :
P = daya (Watt)
W = usaha (Joule)
t = waktu (s)
Dalam kehidupan sehari-hari, energi tidak selalu dinyatakan dalam satuan SI, Joule. Satuan energi, kaitannya dengan daya, biasa dinyatakan dalam kilowatt.jam (kWh).
1 kWh = 1.000 W × 60 menit
1 kWh = 1.000 W × 3.600 s
1 kWh = 3,6 × 106 W.s
1 kWh = 3,6 × 106 J
Misalkan gaya dorong yang diberikan volume air tertentu yang bergerak. Gaya F memutar kincir air hingga air terangkat sejauh 5 m dari dasar sungai, maka usaha yang dikerjakan oleh gaya F adalah sebagai berikut.
W = F Δs
W = F (5) = 5F
W = 5F Joule
Maka energi yang diberikan oleh gaya dorong aliran air sungai pada kincir air adalah 5F Joule.
Bentuk-Bentuk Energi
Energi Kinetik
Energi yang dimiliki oleh benda bergerak lurus disebut energi kinetik. Secara matematis, dinyatakan dengan persamaan.
EK = ½ mv2
Keterangan :
EK = energi kinetik (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
Untuk menentukan energi kinetik dari suatu benda, Kalian memerlukan informasi massa benda dan kecepatan benda. Kecepatan benda dinyatakan dengan persamaan.
v = Δs/Δt
Keterangan :
Δs = perpindahan benda (m)
Δt = selang waktu (s)
(Persamaan 1)
Jika ∆s disubstitusikan ke persamaan (1), kecepatan tabung putaran tabung bambu adalah sebagai berikut.
V = (n x Keliling lingkaran)/Δt
V = (n x 2 πr)/Δt
V = (n x 2 πr)/Δt
(Persamaan 2)
Jika persamaan (1) disubstitusikan pada persamaan (2), sehingga persamaan energi kinetik untuk kincir air yang berotasi adalah sebagai berikut
EK = 2m (πnr/t)2
Keterangan :
EK = energi kinetik kincir yang berotasi (J)
m = massa kincir air (kg)
n = banyaknya putaran
r = jari-jari roda kincir (m)
t = waktu yang dibutuhkan tabung bambu untuk menempuh satu putaran (s)
Energi Potensial Gravitasi
Di bawah pengaruh gaya gravitasi Bumi, benda akan memiliki energi yang tersimpan. Energi tersebut biasanya disebut dengan istilah Energi Potensial Gravitasi.
EP = mgh
Keterangan :
EP = energi potensial gravitasi (J)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (10 m/s2 )
h = posisi benda pada ketinggian tertentu (m)
Kalor
Ketika terjadi perubahan suhu pada benda, terdapat energi yang diserap atau dilepaskan oleh benda, yaitu kalor. Secara matematis kalor dinyatakan dengan persamaan berikut ini.
Q = mc∆T
Q = kalor (J)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis (J/kg.K)
ΔT = perubahan suhu (K)
Energi Listrik
Muatan listrik Q memiliki medan listrik, kemudian muatan listrik lainnya q dipindahkan dari satu tempat ke tempat yang lain dalam pengaruh medan listrik Q, maka muatan listrik q memiliki energi. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan:
W = V I t
Pada persamaan tersebut, berlaku Hukum Ohm.
W = energi listrik (J)
V = beda potensial atau tegangan listrik (Volt)
I = kuat arus listrik (A)
R = hambatan listrik (ohm)
t = selang waktu (s)
Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi
Energi mekanik merupakan energi yang terlibat pada suatu benda yang berada pada posisi tertentu dan bergerak pada keadaan tertentu. Sederhananya, energi mekanik dinyatakan dengan persamaan berikut ini.
EM = EK + EP
Keterangan
EM = energi mekanik (J)
EK = energi kinetik (J)
EP = energi potensial gravitasi (J)
Hukum Kekekalan Energi yang bunyinya adalah sebagai berikut.
“Energi bersifat kekal, artinya energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi dapat berubah bentuk”
Pernyataan tersebut dinyatakan secara sederhana dengan persamaan berikut ini
Energi Awal = Energi Akhir
Sehingga yang terjadi pada apel jatuh sebenarnya adalah sebagai berikut.
Energi Awal = Energi Akhir
Energi pada posisi A = Energi pada posisi B
EPA + EKA = EPB + EKB
EPA + 0 = 0 + EKB
EPA = EKB
Energi potensial berubah bentuk menjadi energi kinetik. Perubahan bentuk energi seperti yang dialami oleh apel jatuh biasanya disebut dengan istilah konversi energi. Konversi energi dimanfaatkan manusia untuk menunjang pekerjaan manusia dalam memenuhi kebutuhannya sehari-hari.
Namun dalam kenyataannya, dalam konversi energi, energi akhir yang dihasilkan tidak seluruhnya terkonversi dalam bentuk energi yang diharapkan, sehingga energi akhir yang dihasilkan bisa terdiri atas dua, yaitu energi yang diharapkan (yang dapat dimanfaatkan) atau energi yang tidak diharapkan.
Ketika bola berbenturan dengan lantai, timbul suara benturan bola dengan lantai, setelah itu bola memantul ke arah semula, namun tidak mencapai ketinggian awalnya.
Seberapa efektif energi yang dapat dimanfaatkan dinyatakan dalam persentase perbandingan antara energi yang dihasilkan (dapat dimanfaatkan) dengan energi yang diterima atau biasa disebut dengan istilah efisiensi. Secara sederhana, efisiensi dinyatakan dalam persamaan berikut ini.
η = Edihasilkan/ Editerima × 100%
η = efisiensi energi (%)
Edihasilkan = energi yang dihasilkan (J)
Editerima = energi yang diterima (J)
Dalam kehidupan sehari-hari, energi tidak selalu dinyatakan dalam satuan SI, Joule. Satuan energi, kaitannya dengan daya, biasa dinyatakan dalam kilowatt.jam (kWh).
1 kWh = 1.000 W × 60 menit
1 kWh = 1.000 W × 3.600 s
1 kWh = 3,6 × 106 W.s
1 kWh = 3,6 × 106 J
Dalam kehidupan sehari-hari biasanya satuan kWh, digunakan untuk menghitung energi listrik yang digunakan beserta biaya yang harus dikeluarkan. Berikut ini contoh sederhana kegunaan perhitungannya dalam kehidupan sehari-hari.
Pada hari ini, televisi digunakan selama 3 jam. Televisi tersebut dihubungkan dengan sumber listrik dengan tegangan 220 V dan arus 2 A. Jika harga tiap kWh adalah Rp2.000, tentukanlah biaya penggunaan televisi tersebut.
Jawaban: Energi yang terpakai untuk televisi selama 3 jam:
W = V.I.t W = 220.2.3
W = 440.3
W = 1320 Wh
W = 1,32 kWh
Biaya yang dibutuhkan:
W × Rp2.000 = 1,32 × Rp2.000
W × Rp2.000 = 1,32 × Rp2.000
W × Rp2.000 = Rp2.640
Urgensi Isu Kebutuhan Energi
Pada era teknologi industri dan digital ini, energi telah menjadi kebutuhan dasar untuk kelangsungan hidup manusia. Hal tersebut terjadi karena manusia sudah memiliki ketergantungan terhadap teknologi yang mempermudah pekerjaannya, sehingga kebutuhan energi ini sangat penting untuk dipenuhi. Dampaknya adalah kebutuhan akan energi listrik meningkat.
Masalah tidak hanya sampai pada bagaimana kebutuhan energi listrik dapat tercukupi, pada rapat terbatas yang diselenggarakan pada 3 April 2019 melalui video conference, Presiden Joko Widodo menyampaikan bahwa terdapat 433 desa di Indonesia yang belum mendapatkan aliran listrik.
Menurut Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM), Arifin Tasrif, dan Direktur Utama PLN, Zulkifli Zaini, faktorfaktor yang menjadi kendala elektrifikasi 433 desa tersebut adalah adanya hambatan di sisi keamanan, masalah infrastruktur karena berada di daerah terpencil, sehingga sumber-sumber energi pada desa tersebut yang harus dimanfaatkan.
Sumber Energi
Energi dari Bahan Bakar
Fosil Bahan bakar fosil terbentuk dari proses ilmiah yang dialami oleh sisasisa hewan dan tanaman purba dalam kurun waktu yang sangat lama dengan orde jutaan tahun. Bahan bakar fosil tersusun atas senyawa Hidrokarbon. Contoh bahan bakar fosil adalah batubara, minyak bumi, gas alam, dan lain-lain.
Energi Biogas
Energi biogas berasal dari limbah organik yang diolah melalui proses anaerobic digestion dengan bantuan bakteri tanpa oksigen, contohnya kotoran sapi, sampah dedaunan, dan sampah-sampah lain yang berasal dari organisme yang belum lama mati atau organisme hidup.
Energi Air
Energi air merupakan salah satu energi paling banyak digunakan untuk keperluan pembangkit energi listrik, khususnya di Indonesia. Air ada dimana-mana, jumlahnya tidak pernah habis, dan tetap. Prinsip kerjanya adalah aliran air di permukaan Bumi dibendung kemudian dialirkan menuju ke tempat yang lebih rendah untuk memutar turbin sehingga menghasilkan energi listrik.
Energi Angin
Energi angin merupakan sumber energi yang memanfaatkan angin untuk memutar kincir angin sehingga dihasilkan energi listrik.
Energi Matahari
Energi matahari merupakan sumber energi yang memanfaatkan matahari untuk menyinari atau memberi energi pada perangkat lempengan logam sel surya, sehingga menghasilkan energi listrik.
Energi Gelombang Laut
Energi gelombang laut atau ombak merupakan energi yang bersumber dari gerak naik turunnya gelombang air laut. Gerakan naik turun gelombang air tersebut memberikan tekanan pada turbin, hingga turbin dapat berputar dan menghasilkan energi listrik. Sebagai negara maritim, Indonesia memiliki potensi tinggi yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dari gelombang laut. Namun, sumber ini masih dalam taraf pengembangan di Indonesia.
Sumber Energi Terbarukan dan Sumber Energi Tak Terbarukan
Sumber energi dapat dikategorikan menjadi dua jenis, yaitu sumber energi terbarukan dan sumber energi tak terbarukan.
Sumber Energi Terbarukan
Sumber energi terbarukan merupakan sumber energi yang dapat digantikan oleh proses alami dalam kurun waktu yang sebanding dengan penggunaannya, sehingga tidak akan pernah dapat habis.
Sumber Energi Tak Terbarukan
Sumber energi tak terbarukan merupakan sumber energi yang terbatas dan proses pergantiannya dalam kurun waktu yang sangat lama secara alami, sehingga pada akhirnya dapat habis.
Dampak Eksplorasi dan Penggunaan Energi
Sumber energi yang tidak ramah lingkungan dan pengolahannya menghasilkan sisa buangan berupa karbon yang merupakan salah satu gas rumah kaca. Hal lainnya yang perlu diperhatikan adalah terkait penggunaan energi. Penggunaan energi yang kurang bijak juga dapat menyebabkan kerusakan pada lingkungan.
Upaya Pemenuhan Kebutuhan Energi
Untuk mengatasi berbagai masalah pemenuhan kebutuhan energi, para pemimpin dunia, termasuk Indonesia, berkumpul dan bersepakat hingga dihasilkan sebuah program yang disebut Sustainable Development Goals (SDGs).
Program tersebut berisi rumusan 17 target untuk mengatasi kemiskinan dan kesenjangan sosial, serta masalah lingkungan. Harapannya, target-target tersebut dapat dicapai pada 2030. Salah satu program SDGs kaitannya dengan energi dan dampaknya pada lingkungan adalah SDG7, affordable and clean energy, yaitu memastikan ketersediaan energi yang ramah lingkungan bagi seluruh masyarakat.
Baca Kumpulan: Rangkuman IPA Kelas 10 SMA
