Energi

Energi Dikenali melalui Perubahan

Saat lampu menyala, air mendidih, sepeda bergerak, atau ponsel terisi ulang, ada energi yang sedang berpindah atau berubah bentuk. Dalam fisika, energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau menyebabkan perubahan.

Energi dikenali dari perubahan yang terjadi: benda bergerak, suhu berubah, cahaya muncul, suara terdengar, atau muatan listrik mengalir.

Usaha Mengukur Energi yang Dipindahkan

Energi sering dihitung lewat usaha. Pada kasus sederhana berikut, besar gaya yang bekerja tetap dan arahnya sejajar dengan perpindahan. Dalam kondisi itu, usaha dapat ditulis:

W = F \Delta s

Mulai dari sini, kita memakai Sistem Satuan Internasional (SI, International System of Units) agar satuan gaya, perpindahan, dan energi konsisten.

Keterangan simbol:

Simbol	Makna	Satuan SI
$W$	usaha atau energi yang dipindahkan	$\text{J}$
$F$	gaya	$\text{N}$
$\Delta s$	perpindahan	$\text{m}$

Misalkan kamu mendorong kotak dengan gaya $15 \text{ N}$ sehingga kotak berpindah $2 \text{ m}$ . Energi yang kamu pindahkan ke kotak melalui usaha adalah:

\begin{aligned} W &= F \Delta s \\ &= 15 \text{ N} \times 2 \text{ m} \\ &= 30 \text{ J} \end{aligned}

Jadi, kotak menerima energi sebesar $30 \text{ J}$ melalui dorongan tersebut.

Kalau gaya diberikan tetapi benda tidak berpindah, usaha mekanik pada benda bernilai $0 \text{ J}$ . Orang yang mendorong tetap memakai energi metabolik dan dapat merasa lelah, tetapi benda yang diam tidak menerima energi melalui perpindahan.

Joule adalah Satuan Energi

Dalam SI, satuan untuk energi adalah joule, dengan simbol $\text{J}$ . Karena energi dapat dihitung dari gaya dikali perpindahan, satuan joule dapat dibaca sebagai:

\begin{aligned} 1 \text{ J} &= 1 \text{ N} \cdot 1 \text{ m} \\ &= 1 \text{ kg m}^2\text{ s}^{-2} \end{aligned}

Joule adalah satuan SI turunan untuk energi, usaha, dan kalor.

Energi Berpindah dari Sumber ke Alat

Energi berpindah dari sumber menuju alat, lalu berubah menjadi bentuk yang kita perlukan.

Ikuti Energi dari Sumber ke Pemakaian

Pada panel surya, energi cahaya berubah menjadi energi listrik. Pada pembangkit listrik tenaga air, energi potensial gravitasi air berubah menjadi energi gerak turbin, lalu menjadi energi listrik. Pada tubuh, energi kimia dari makanan membantu otot melakukan kerja.

Daya Mengukur Laju Perpindahan Energi

Energi menjawab pertanyaan berapa banyak energi yang dipindahkan atau diubah bentuknya. Daya menjawab pertanyaan seberapa cepat perpindahan atau perubahan itu berlangsung.

P = \frac{E}{t}

Dari persamaan itu, energi dapat ditulis:

E = P t

Satuan daya adalah watt, dengan simbol $\text{W}$ . Satu watt berarti $1 \text{ J}$ per $1 \text{ s}$ .

1 \text{ W} = 1 \text{ J/s}

Perhatikan konteks simbolnya: $W$ miring biasanya menyatakan usaha, sedangkan $\text{W}$ tegak menyatakan satuan watt.

Satuan watt menyatakan daya, yaitu energi per waktu. Perkalian daya dengan waktu membuat $\text{kWh}$ menjadi satuan energi, dan itulah sebabnya tagihan listrik memakai kilowatt-jam.

\begin{aligned} 1 \text{ kWh} &= 1000 \text{ W} \times 1 \text{ h} \\ &= 1000 \text{ J/s} \times 3600 \text{ s} \\ &= 3{,}6 \times 10^6 \text{ J} \end{aligned}

Lampu berdaya $10 \text{ W}$ yang menyala selama $5 \text{ jam}$ memakai energi:

\begin{aligned} E &= P t \\ &= 10 \text{ W} \times 5 \text{ h} \\ &= 50 \text{ Wh} \\ &= 0{,}05 \text{ kWh} \end{aligned}

Kalau lampu yang sama menyala lebih lama, energinya bertambah. Kalau dayanya lebih besar, energinya juga bertambah untuk durasi yang sama.

Analisis Energi pada Sumber Terbarukan

Untuk menganalisis sistem energi terbarukan, tentukan sumber energinya, ikuti setiap perubahan bentuk energi, lalu bandingkan energi keluaran yang berguna dengan energi masukan.

Situasi	Pertanyaan fisika
Panel surya dipasang di atap	Berapa banyak energi cahaya yang berubah menjadi energi listrik?
Air mengalir memutar turbin	Berapa besar energi kinetik air yang dapat dipindahkan ke generator?
Lampu rumah menyala setiap malam	Berapa energi listrik yang dipakai dalam $\text{kWh}$ ?
Bahan bakar dibakar di mesin	Berapa banyak energi kimia yang berubah menjadi gerak dan panas?

Sumber energi disebut terbarukan jika dapat pulih melalui proses alam dalam skala waktu manusia. Contohnya adalah cahaya Matahari, angin, aliran air, panas bumi, dan biomassa yang dikelola dengan benar. Sumber energi disebut tak terbarukan jika terbentuk jauh lebih lambat daripada laju pemakaian manusia. Contohnya adalah batu bara, minyak bumi, dan gas alam.

Penambahan kapasitas energi terbarukan global mencapai hampir $510 \text{ GW}$ pada $2023$ . Gigawatt menyatakan daya nominal peralatan yang baru ditambahkan. Jumlah energi yang dihasilkan bergantung pada daya yang digunakan dan lama operasi.

Energi menyatakan jumlah yang dipindahkan atau diubah, daya menyatakan lajunya, dan sumber energi menyatakan asal energi sebelum dikonversi.