Home / Fisika / hukum kekekalan energi

Hukum Kekekalan Energi

  • 7 min read
Loading...

Penulis : Tiva Rahmita FMIPA Jurusan Fisika UI 2017

Pengertian Hukum Kekekalan Energi

Hukum kekekalan energi menyatakan jumlah energi dari sebuah sistem tertutup itu tidak berubah. Energi merupakan kuantitas fisik yang penting di alam. Dalam konsep fisika, benda yang saling berinteraksi dalam sistem yang tertutup selalu mematuhi hukum kekekalan energi (hukum termodinamika I) yang berbunyi:

Jumlah energi selalu konstan di setiap proses. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan”

Fenomena Energi

Energi memiliki bentuk yang bermacam-macam. Diantaranya adalah energi kinetik atau energi gerak dan energi potensial atau energi yang tersimpan.

Pada peristiwa suatu benda yang bergerak melambat secara vertikal melawan gaya gravitasi, energi kinetik berubah menjadi energi potensial. Ketika benda tersebut bergerak dipercepat kembali menuju bumi, maka energi potensial kembali berubah menjadi energi kinetik.

Contoh fenomenanya adalah ketika pendulum diayunkan ke atas, energi kinetik berubah menjadi energi potensial. Ketika pendulum berhenti sementara di

Loading...
titik tertingginya, energi kinetik sama dengan nol dan semua energi sistem merupakan energi potensial. Ketika pendulum diayunkan ke bawah, energi potensial tadi berubah menjadi energi kinetik. Dalam setiap saat, jumlah energi kinetik dan energi potensial pada pendulum selalu konstan.

Contoh peristiwa lain adalah pada saat sebuah balok yang berada di puncak suatu bidang miring meluncur dipercepat menuruni bidang miring hingga mencapai titik terendah. Saat di puncak, balok dalam keadaan diam dan memiliki energi potensial. Saat menuruni bidang miring, energi potensial berubah menjadi energi kinetik dan di saat yang bersamaan terjadi gesekan antara balok dan bidang miring.

Gesekan yang terjadi menimbulkan panas atau energi termal. Pada contoh di atas, balok mengalami perubahan energi dari energi potensial menjadi energi kinetik dan energi termal.

Baca juga materi lain di Bacaboy:

Energi Mekanik

Jumlah energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep) disebut dengan energi mekanik (Em).

Energi Mekanik 1

Dikarenakan jumlah energi harus selalu sama, maka jumlah energi mekanik sebelum peristiwa sama dengan setelah peristiwa.

Energi Mekanik 2

Maka, persamaan tersebut dapat dijabarkan sebagai:

Energi Mekanik 3

Dengan mengetahui konsep kekekalan energi, manusia dapat merancang suatu sistem yang dapat mengubah suatu bentuk energi tertentu menjadi bentuk energi lain yang dapat dimanfaatkan secara praktis.

Dengan mengetahui konsep kekekalan energi, manusia dapat merancang suatu sistem yang dapat mengubah suatu bentuk energi tertentu menjadi bentuk energi lain yang dapat dimanfaatkan secara praktis.

Ruang Lingkup Konsep Kekekalan Energi

Ruang lingkup konsep kekekalan energi ini juga mencakup berbagai bentuk energi lain. Seperti energi listrik, energi kimia, energi matahari, dan energi mekanik.

Energi listrik merupakan energi yang paling banyak diubah menjadi berbagai bentuk energi lain untuk berbagai macam penggunaan. Seperti untuk menyalakan kipas angin, memanaskan setrika, dan mengisi ulang daya baterai.

Bahan bakar seperti gasolin dan bensin merupakan sumber energi kimia yang dapat memproduksi energi listrik seperti pada baterai. Baterai dapat digunakan untuk menyalakan senter dan menghasilkan energi cahaya.

Baterai sebagai sumber energi kimia
Gambar 1. Baterai sebagai sumber energi kimia

Kebanyakan sumber energi pada bumi berasal dari matahari. Energi ini dipancarkan ke bumi dalam bentuk radiasi elektromagnetik, termasuk cahaya tampak, infrared, dan radiasi UV.

Energi nuklir dihasilkan dari serangkaian proses yang melibatkan atom dan molekul menjadi suatu bentuk energi. Energi nuklir dapat diubah menjadi energi listrik yang di simpan pada pembangkit listrik dan energi panas pada senjata dan bahan peledak.

Loading...

Pada tubuh manusia, energi kimia pada makanan diubah menjadi energi panas melalui proses metabolisme. Sedangkan pada mobil, energi kimia dari bensin diubah menjadi energi gerak yang dapat memutar roda melalui proses kimia. Pada tumbuhan, energi cahaya dari matahari diubah menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis.

Mobil mengubah energi kimia menjadi energi mekanik
Gambar 2. Mobil mengubah energi kimia menjadi energi mekanik

Pada skala yang lebih besar, energi kimia yang terdapat di dalam batu bara diubah melalui proses pembakaran menjadi energi panas yang dapat memanaskan air menjadi uap (steam) . Energi panas pada uap selanjutnya diubah menjadi energi mekanik yang dapat menggerakkan turbin. Turbin dihubungkan dengan generator untuk memproduksi listrik.

Contoh perubahan energi lainnya adalah pada sel surya. cahaya matahari yang menumbuk sel surya dapat diubah menjadi energi listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi energi mekanik yang menggerakkan motor listrik pada pesawat bertenaga sel surya.

Satuan Besar Energi

Besar energi suatu benda dinyatakan dalam satuan Joule disingkat J yaitu besarnya energi yang diperlukan untuk menghasilkan gaya sebesar 1 Newton sejauh 1 Meter. Oleh karena itu, 1 Joule setara dengan 1 Newton Meter (simbol: N.m) atau kg.m2/s2. Satuan Joule ini diambil dari nama seorang ilmuwan Inggris sekaligus perumus hukum kekekalan energi yaitu James Prescott Joule.

Selain itu, 1 Joule merupakan besar energi absolut terkecil yang dibutuhkan (pada permukaan bumi) untuk mengangkat suatu benda seberat 1 Kg setinggi 10 cm. Dengan adanya satuan untuk mengukur besaran energi ini, manusia dapat mengembangkan peralatan dan teknologi yang berhubungan dengan pemanfaatan energi.

Kekekalan Massa-Energi

Albert Einstein (14 Maret 1879–18 April 1955) seorang ilmuwan fisika teori asal Jerman, menciptakan sebuah rumus yang paling terkenal :

rumus kekekalan massa energi

E = energi (J)

m = massa (kg)

c = kecepatan cahaya (m. s-1)

Persamaan tersebut menjelaskan bahwa massa setara dengan energi. Ada kemungkinan massa benda berubah menjadi energi dan begitu pula energi bisa berubah menjadi massa. Sayangnya sampai sekarang belum ada yang bisa membuktikan persamaan tersebut karena keterbatasan kemampuan manusia menciptakan alat yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.

Namun, proses di alam dapat diamati sebagai pembuktian hubungan massa dan energi. Contohnya adalah proses peluruhan inti atom pada inti matahari yang memancarkan energi elektromagnetik. Energi tersebut dihasilkan dari reaksi fusi atom-atom hidrogen yang membentuk atom helium. Massa atom akan berkurang dan berubah menjadi energi yang dipancarkan.

Ketersediaan Energi di Alam

Jika energi terus-menerus dipakai, apakah di masa depan akan energi akan habis?. Berdasarkan hukum kekekalan energi, jumlah energi di alam ini konstan atau jumlahnya sama dari dahulu hingga sekarang. Oleh karena itu, energi tidak akan pernah habis namun yang bisa habis adalah sumber energi.

Misalkan saja sumber energi yang tidak bisa diperbarui yaitu batu-bara, minyak bumi, dan gas bumi. Sumber energi ini memiliki jumlah yang terbatas dan proses pembentukannya membutuhkan waktu hingga jutaan tahun. Jika dilakukan eksploitasi terus-menerus, maka suatu saat sumber energi ini akan habis sehingga bisa menyulitkan umat manusia.

Berbeda halnya dengan energi angin, energi matahari, energi air, panas bumi, dan energi biomassaa yang dapat diperbarui. Keberadaannya tidak akan habis di alam ini. Sumber energi jenis inilah yang perlu dimanfaatkan dengan optimal oleh manusia karena jumlahnya yang berlimpah dan berkelanjutan.

Contoh Soal Latihan

Apakah bunyi dari hukum kekekalan energi?

Jumlah energi selalu konstan di setiap proses. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan

Apakah energi di alam suatu saat akan habis?

Berdasarkan hukum kekekalan energi, energi tidak akan pernah habis dan jumlahnya selalu konstan. Energi hanya berubah bentuk menjadi bentuk lain.

Bagaimanakah hubungan massa dan energi menurut persamaan yang diciptakan oleh Einstein?

Massa dan energi adalah setara berdasarkan hukum kekekalan massa-energi E = mc^2. Massa bisa berubah menjadi energi dan energi bisa berubah menjadi massa.

Daftar Pustaka

  • Britannica.com. Conservation of energy. Diakses pada 28 Maret 2020, dari https://www.britannica.com/science/conservation-of-energy
  • National Aeronautics and Space Administration. Conservation of energy. Diakses pada 29 Maret 2020, dari https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/thermo1f.html
  • Opentextbc.ca. Conservation of energy. Diakses pada 29 Maret 2020, dari https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/conservation-of-energy/
  • Brown, Theodore L.; LeMay, H. Eugene; Bursten, Bruce E.; Murphy, Catherine J.; Woodward, Patrick (2009), Chemistry: The Central Science, AP Edition (13th ed.), Upper Saddle River, NJ: Pearson/Prentice Hall

Baca juga:

Loading...