Penyimpanan dan Perpindahan Energi

Bentuk Energi dalam Benda dan Jalur Perpindahannya

Energi diukur dalam joule dengan simbol $\text{J}$ . Dalam perhitungan, kita perlu melihat tempat energi berada dan cara energi berpindah dari satu sistem ke sistem lain. Benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Benda yang berada di tempat tinggi memiliki energi potensial gravitasi. Baterai dan biomassa memiliki energi kimia. Energi dapat berpindah melalui pemanasan, radiasi, kerja mekanis, atau kerja listrik.

Energi kinetik, energi potensial gravitasi, energi kimia, dan energi yang berpindah melalui pemanasan tetap diukur dalam joule. Pilih rumus sesuai benda atau proses yang sedang dihitung.

Energi dalam Sistem dan Perpindahannya

Diagram tersebut membedakan energi yang tersimpan dalam sistem dari energi yang berpindah antarsistem. Bagian kiri berisi bentuk energi yang tersimpan, sedangkan bagian kanan berisi proses perpindahan energi. Kalor adalah energi yang berpindah karena perbedaan suhu, sedangkan energi internal berada dalam bahan.

Empat Perhitungan Energi yang Sering Dipakai

Sistem energi terbarukan sering melibatkan gerak, ketinggian, perbedaan suhu, dan aliran muatan listrik. Setiap keadaan memakai perhitungan yang berbeda.

Besaran yang dihitung	Kapan muncul	Model matematis	Contoh di energi terbarukan
Energi kinetik	benda bergerak	$E_k=\frac{1}{2}mv^2$	angin memutar turbin
Energi potensial gravitasi	benda berada pada ketinggian tertentu dari titik acuan	$E_p=mgh$	air yang ditampung berada lebih tinggi dari turbin
Energi yang berpindah melalui pemanasan	dua sistem memiliki suhu yang berbeda	$Q=mc\Delta T$	fluida panas bumi memanaskan sistem pembangkit
Energi yang berpindah melalui aliran listrik	muatan listrik bergerak karena beda potensial	$E=VIt$	generator mengirim energi ke jaringan listrik

Biomassa dan baterai juga memiliki energi kimia, sedangkan panel surya menerima energi yang dibawa cahaya Matahari. Keempat rumus pada tabel menghitung energi dari gerak, ketinggian, perubahan suhu, dan daya listrik.

Pilih Rumus Berdasarkan Keadaan

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya.

E_k=\frac{1}{2}mv^2

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$E_k$	energi kinetik	$\text{J}$
$m$	massa benda	$\text{kg}$
$v$	kelajuan benda	$\text{m/s}$

Jika massa udara yang melewati turbin adalah $2 \text{ kg}$ dan kelajuannya $3 \text{ m/s}$ , energi kinetiknya adalah:

\begin{aligned} E_k &= \frac{1}{2}mv^2 \\ &= \frac{1}{2}(2 \text{ kg})(3 \text{ m/s})^2 \\ &= 9 \text{ J} \end{aligned}

Teorema usaha-energi menghubungkan usaha total dengan perubahan energi kinetik.

Energi potensial gravitasi adalah energi yang terkait dengan posisi benda dalam medan gravitasi. Untuk benda dekat permukaan Bumi, model yang umum dipakai adalah:

E_p=mgh

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$E_p$	energi potensial gravitasi	$\text{J}$
$m$	massa benda	$\text{kg}$
$g$	percepatan gravitasi	$\text{m/s}^2$
$h$	ketinggian terhadap titik acuan	$\text{m}$

Nilai $g$ di dekat permukaan Bumi sekitar $9{,}8 \text{ m/s}^2$ . Banyak perhitungan dasar memakai $g=10 \text{ m/s}^2$ agar perkalian dengan tangan lebih mudah. Hasil yang memakai nilai bulat tersebut merupakan hasil pendekatan.

Benda menyimpan energi internal. Ketika dua sistem berbeda suhu, sebagian energi berpindah dari sistem yang lebih panas ke sistem yang lebih dingin. Energi yang berpindah karena perbedaan suhu inilah yang disebut kalor. Jika zat tidak berubah wujud dan kalor jenisnya dianggap tetap pada rentang suhu yang dihitung, energi yang berpindah adalah:

Q=mc\Delta T

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$Q$	kalor atau energi yang berpindah	$\text{J}$
$m$	massa benda	$\text{kg}$
$c$	kalor jenis	$\text{J/(kg K)}$
$\Delta T$	perubahan suhu	$\text{K}$

Jika tidak terjadi perubahan wujud, $Q=mc\Delta T$ menghubungkan kalor yang berpindah dengan massa, kalor jenis, dan perubahan suhu.

Energi listrik dapat dihitung dari daya listrik selama selang waktu tertentu. Model berikut dipakai saat $V$ dan $I$ dianggap tetap selama interval waktu yang dihitung.

\begin{aligned} P &= VI \\ E &= Pt \\ E &= VIt \end{aligned}

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$E$	energi listrik	$\text{J}$
$P$	daya listrik	$\text{W}$
$V$	beda potensial listrik	$\text{V}$
$I$	kuat arus listrik	$\text{A}$
$t$	waktu	$\text{s}$

Di sini $E$ menyatakan energi listrik. Huruf $\text{W}$ sudah dipakai sebagai simbol satuan watt, sehingga $E$ membedakan simbol energi dari satuan daya.

Jika daya tetap, energi listrik sama dengan daya dikalikan waktu.

Satu Pembangkit Mengubah Beberapa Bentuk Energi

Pembangkit listrik tenaga air, misalnya, mengikuti rantai berikut:

Air mula-mula memiliki energi potensial gravitasi. Saat mengalir turun, energinya berubah menjadi energi kinetik aliran air, lalu energi kinetik turbin yang berputar, dan akhirnya energi listrik.

Panel surya menerima energi radiasi dari cahaya Matahari, lalu mengubah sebagian energi itu menjadi energi listrik.

Rantai energi yang lengkap menyebutkan energi awal, keluaran yang diinginkan, dan setiap tahap perubahannya.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Kekeliruan	Penjelasan yang tepat
Energi kinetik dianggap hanya bergantung pada massa	Energi kinetik juga bergantung pada kuadrat kelajuan, yaitu $v^2$
Kalor dianggap zat yang disimpan benda	Kalor adalah energi yang berpindah karena perbedaan suhu
$\text{kWh}$ dianggap satuan daya	$\text{kWh}$ adalah satuan energi karena berasal dari $P \times t$
Semua energi pada sumber terbarukan dianggap langsung menjadi listrik	Alat juga memindahkan sebagian energi ke lingkungan, sehingga hanya sebagian energi masuk yang menjadi keluaran listrik berguna

Untuk memilih rumus yang sesuai, tentukan bentuk energi yang masuk ke alat. Udara bergerak memiliki energi kinetik, air di tempat tinggi memiliki energi potensial gravitasi, fluida panas bumi membawa energi termal, biomassa menyimpan energi kimia, dan cahaya Matahari membawa energi radiasi.

Bentuk Energi dalam Benda dan Jalur Perpindahannya

Energi kinetik, energi potensial gravitasi, energi kimia, dan energi yang berpindah melalui pemanasan tetap diukur dalam joule. Pilih rumus sesuai benda atau proses yang sedang dihitung.

Energi dalam Sistem dan Perpindahannya

Empat Perhitungan Energi yang Sering Dipakai

Sistem energi terbarukan sering melibatkan gerak, ketinggian, perbedaan suhu, dan aliran muatan listrik. Setiap keadaan memakai perhitungan yang berbeda.

Besaran yang dihitung	Kapan muncul	Model matematis	Contoh di energi terbarukan
Energi kinetik	benda bergerak	$E_k=\frac{1}{2}mv^2$	angin memutar turbin
Energi potensial gravitasi	benda berada pada ketinggian tertentu dari titik acuan	$E_p=mgh$	air yang ditampung berada lebih tinggi dari turbin
Energi yang berpindah melalui pemanasan	dua sistem memiliki suhu yang berbeda	$Q=mc\Delta T$	fluida panas bumi memanaskan sistem pembangkit
Energi yang berpindah melalui aliran listrik	muatan listrik bergerak karena beda potensial	$E=VIt$	generator mengirim energi ke jaringan listrik

Pilih Rumus Berdasarkan Keadaan

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya.

E_k=\frac{1}{2}mv^2

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$E_k$	energi kinetik	$\text{J}$
$m$	massa benda	$\text{kg}$
$v$	kelajuan benda	$\text{m/s}$

Jika massa udara yang melewati turbin adalah $2 \text{ kg}$ dan kelajuannya $3 \text{ m/s}$ , energi kinetiknya adalah:

\begin{aligned} E_k &= \frac{1}{2}mv^2 \\ &= \frac{1}{2}(2 \text{ kg})(3 \text{ m/s})^2 \\ &= 9 \text{ J} \end{aligned}

Teorema usaha-energi menghubungkan usaha total dengan perubahan energi kinetik.

Energi potensial gravitasi adalah energi yang terkait dengan posisi benda dalam medan gravitasi. Untuk benda dekat permukaan Bumi, model yang umum dipakai adalah:

E_p=mgh

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$E_p$	energi potensial gravitasi	$\text{J}$
$m$	massa benda	$\text{kg}$
$g$	percepatan gravitasi	$\text{m/s}^2$
$h$	ketinggian terhadap titik acuan	$\text{m}$

Q=mc\Delta T

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$Q$	kalor atau energi yang berpindah	$\text{J}$
$m$	massa benda	$\text{kg}$
$c$	kalor jenis	$\text{J/(kg K)}$
$\Delta T$	perubahan suhu	$\text{K}$

Jika tidak terjadi perubahan wujud, $Q=mc\Delta T$ menghubungkan kalor yang berpindah dengan massa, kalor jenis, dan perubahan suhu.

Energi listrik dapat dihitung dari daya listrik selama selang waktu tertentu. Model berikut dipakai saat $V$ dan $I$ dianggap tetap selama interval waktu yang dihitung.

\begin{aligned} P &= VI \\ E &= Pt \\ E &= VIt \end{aligned}

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$E$	energi listrik	$\text{J}$
$P$	daya listrik	$\text{W}$
$V$	beda potensial listrik	$\text{V}$
$I$	kuat arus listrik	$\text{A}$
$t$	waktu	$\text{s}$

Di sini $E$ menyatakan energi listrik. Huruf $\text{W}$ sudah dipakai sebagai simbol satuan watt, sehingga $E$ membedakan simbol energi dari satuan daya.

Jika daya tetap, energi listrik sama dengan daya dikalikan waktu.

Satu Pembangkit Mengubah Beberapa Bentuk Energi

Pembangkit listrik tenaga air, misalnya, mengikuti rantai berikut:

Air mula-mula memiliki energi potensial gravitasi. Saat mengalir turun, energinya berubah menjadi energi kinetik aliran air, lalu energi kinetik turbin yang berputar, dan akhirnya energi listrik.

Panel surya menerima energi radiasi dari cahaya Matahari, lalu mengubah sebagian energi itu menjadi energi listrik.

Rantai energi yang lengkap menyebutkan energi awal, keluaran yang diinginkan, dan setiap tahap perubahannya.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Kekeliruan	Penjelasan yang tepat
Energi kinetik dianggap hanya bergantung pada massa	Energi kinetik juga bergantung pada kuadrat kelajuan, yaitu $v^2$
Kalor dianggap zat yang disimpan benda	Kalor adalah energi yang berpindah karena perbedaan suhu
$\text{kWh}$ dianggap satuan daya	$\text{kWh}$ adalah satuan energi karena berasal dari $P \times t$
Semua energi pada sumber terbarukan dianggap langsung menjadi listrik	Alat juga memindahkan sebagian energi ke lingkungan, sehingga hanya sebagian energi masuk yang menjadi keluaran listrik berguna