Rangkuman: ENERGI DAN MANFAATNYA BAGI MANUSIA Materi dan Pembelajaran IPA di SD

MODUL 07

ENERGI DAN MANFAATNYA BAGI MANUSIA

            Saat ini kata ”Energi” menjadi sebuah pembicaraan di seluruh negeri, karena saat ini terjadi krisis energi yang melanda hamper selurh Negara di dunia ini.

            Kehidupan kita di bumi in tergantung pada energi, untuk membangkitkan tenaga listrik, memasak, mengantar kita menuju tempat lain dengan kendaraan, dan masih banyak kegiatan lain yang tergantung pada energi.

Kegiatan Belajar I

Sumber Energi

            Berbicara tentang energi dan penanggulangannya tidak terlepas dari Tiga ”E” yaitu Energi, Ekonomi, dan ekologi.

”energi” di dapat dengan murah. Namun untuk mewujudkannya di perlukan dana yang cukup besar, sehingga factor ”Ekonomi” mempunyai peran yang sangat besar. Demikian juga factor ekologi yang menyangkut kelestarian alam perlu mendapatkan perhatian.

Dalam fisika terdapat hokum kekekalan energy yang menjelaskan perubahan bentuk, dari satu ke bentuk yang lain sebagai hokum Universal.

A.    Klasifikasi dan Jenis-Jenis Energi

Metode atau system pengklasifikasian energy yang dapat diterima secara umum belum ada, namun kita akan membagi bentuk-bentuk energy ke dalam 6 kelompok atau klasifikasi utama. Keenam kelompok atau energy tersebut adalah

1.      Energi mekanik yakni energy yang dapat disimpan dalam bentuk energy potensialmaupun energy kinetic

2.      Energi listrik yakni energy yang barkaitan dengan aruh dan akumulasi electron. Energi jenis ini umumnya dinyatakan dengans atuan P dan waktu t.

E = P x t

Dimana L

P = daya dalam watt

t  = waktu dalam detik

E = energy dalam joule atau watt detik

Kita harus memahami bawasannya ada keterkaitan wantara arus I, hambatan R, tegangan V, waktu t, dan daya P dengan energy E.

3.      Energi elektromagnetik yakni suatu bentuk energy yang berkaitan dengan radiasi elektromagnetik. Energi radiasi biasanya dinyatakan dengan satuan energy yang sangat kecil seperti elektronvolt (eV). Satuan energy ini juga biasa dipakai pada evaluasi energy nuklir. Radiasi elektromagnetik adalah suatu bentuk energy murni, artinya tidak berkaitan dengan massa. Energy ini terjadi hanya sebagai energy transisional yang bergerak dengan kecepatan cahaya.

4.      Energi kimia yakni energy yang keluar sebagai hasil interaksi electron di mana dua atau lebih atom dan molekul-molekul berkombinasi menghasilkan senyawa kimia yang stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energy tersimpan.

5.      Energi nuklir yakni bentuk energy yang hanya ada sebagai energy tersimpan yang bias lepas akibat interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom. Energi ini dilepaskan sebagai hasil usaha artikel-artikel untuk mendapatkan konfigurasi yang stabil.Reaksi nuklir secar aumum dapat dibagi tiga jenis, yakni :

a)      Peluruhan Radioaktif

b)      Fisi (pembelahan)

c)      Fusi (Penggabungan)

6.      Energi Panas (Termal)

Bentuk energy dasar dengan arti kata, semua bentuk energy lain dapat dikonversi secara penuh ke energy ini, tetapi pengonversian energy termal menjadi bentuk energy lain dibatasi oleh hokum ke dua termodinamika. Bentuk transisional dari energy termal adalah panas. Hukum kedua termodinamika dapat dirumuskan dengan tiga cara yang masing-masing sama dengan lainnya :

a.       Kalor secara spontan akan mengalir benda yang panas  ke benda yang dingin dan bukan sebaliknya

b.      Jika suatu system mengalami perubahan spontan, maka perubahan akan berarah sedmikian rupa ketidaktertiban system akan bertambah, atau bertahan pada nilai semulanya

c.       Jika suatu system mengalami perubahan spontan, maka perubahan akan berarah sedimikian rupa sehingga entropi system akan bertambah atau akan bertahan pada nilai sebelumnya.

B.      Sumber – Sumber Energi

Klasifikasi dan jenis-jenis energy seperti yang kita bahas tersebut di atas dapat kita kelompokkan ke dalam dua kategori umum energy, yaitu berikut ini :

1.      Energi transisional

2.      Energi tersimpan

1)      Energi Perolehan / Celestial

Energi ini mencapai bumi dari angkasa luar. Sumber-sumber energy perolehan ini sebenarnya termasuk semua sumber yang mungkin menyediakan energy untuk bumi dari angkasa luar, di antaranya :

a.       Elektromagnetik

b.      Energi partikel

c.       Anergi gravitisional

d.      Planet-planetdan bulan

e.       Energi potnsial meteor yang sedang memasuki atmosfer bumi yang disebut dengan energy surya. 

f.       Energi potensial dari bulannya bumi yang menghasilkan aliran pasang

2)      Energi Modal

Energi modal ini merupakan energy yang telah ada pada, atau di dalam bumi, di antaranya :

a.       Energi energy atom

b.      Panas bumi (geothermal)

Sumber-sumber utama energy modal yang digunakan sekarang ini adalah energy atom. Istilah energy atom, seperti yang dipakai di sini, mempunyai arti sebagai suatu energy yang dilepaskan sebagai hasil dari suatu reaksi tertentu yang melibatkan atom-atom (termasuk energy nuklir dan kimia).

C.     Energi Terbarukan dan Energi Tidak Terbarukan

1.      Energi Terbarukan

Energi ini ternasuk ke salah satu sumber energy perolehan dan energy modal, di mana energy yang dihasilkannya tak terhabiskan dan dapat diperbaruhi. Contoh-contoh dari energy terbarukan, di antaranya :

a.       Energi Matahari

Energi ini telah ada sejak lama dirasakan manusia. Disamping untuk mengeringkan sesuatu, pada jaman romawi kuno energy matahari yang dipusatkan pada cermin digunakan untuk membakar kepal-kapal. 

b.      Energi Nuklir

Energi nuklir merupakan energy yanglahir paling baru. Masyarakat dunia baru melihat nuklir sebagai sesuatu yang menghasilkan energy yang sangat besar setelah Enrio Fermi seorang ilmuwan. Italia menemukan reaksi berantai.

c.       Energi Laut

Sebagai manusia yang hidup di zaman ini, tentunya kita sudah sangat sering mendengar, membaca dan melihat bahwa persediaan bahan bakar fosil di bumi ini kian menipis. Selain itu, penggunaannya juga dapat mengakibatkan kerusakan lingkungan. Oleh karena itu, diperlukan pemanfaatan energi alternatif, terutama yang bersumber dari sumber daya terbarukan dan tidak memberikan kerusakan pada lingkungan dalam jumlah besar.

Terdapat tiga macam energi dari laut, yaitu energi ombak, energi pasang surut, dan energi panas laut. Kenyataannya, yang paling mudah dimanfaatkan dan yang paling banyak jenisnya adalah pembangkit listrik tenaga ombak

d.      Energi Angin

Karena matahari memanaskan permukaan bumi secara tidak merata, maka terbentuklah angin. Energi Kinetik dari angin dapat Digunakan untuk Menjalankan Turbin angin, Beberapa mampu memproduksi tenaga 5 MW. Keluaran tenaga Kubus adalah fungsi dari kecepatan angin, maka Turbin tersebut paling tidak membutuhkan angin dalam kisaran 5,5 m / d (20 km / j), dan dalam praktek sangat sedikit wilayah yang memiliki angin yang bertiup terus menerus. Namun begitu di daerah Pesisir atau daerah di ketinggian, angin yang cukup Tersedia KONSTAN.

e.       Anergi Air

Pembangkit hidro adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi air untuk menghasilkan listrik.Energi mekanik yang dihasilkan turbin berasal dari energi kinetik air. Turbin yang digunakan memiliki jenis yang berbeda-beda, antara lain crossflow, pelton, francise....

f.       Energi Panas

Energi panas bumi adalah energi yang diekstraksi dari panas yang tersimpan di dalam bumi. Energi panas bumi ini berasal dari aktivitas tektonik di dalam bumi yang terjadi sejak planet ini diciptakan. Panas ini juga berasal dari panas matahari yang diserap oleh permukaan bumi. Energi ini telah dipergunakan untuk memanaskan (ruangan ketika musim dingin atau air) sejak peradaban Romawi, namun sekarang lebih populer untuk menghasilkan energi listrik. Sekitar 10 Giga Watt pembangkit listrik tenaga panas bumi telah dipasang di seluruh dunia pada tahun 2007, dan menyumbang sekitar 0.3% total energi listrik dunia.

2.      Energi Tidak Terbarukan

Energi tak terbarukan adalah energi yang diperoleh dari sumber daya alam yang waktu pembentukannya sampai jutaan tahun. Dikatakan tak terbarukan karena, apabila sejumlah sumbernya dieksploitasikan, maka untuk mengganti sumber sejenis dengan jumlah sama, baru mungkin atau belum pasti akan terjadi jutaan tahun yang akan datang. Hal ini karena, disamping waktu terbentuknya yang sangat lama, cara terbentuknya lingkungan tempat terkumpulkan bahan dasar sumber energi inipun tergantung dari proses dan keadaan geologi saat itu.

Contoh dari Energi tak terbarukan yang sangat dikenal, yaitu minyak bumi. Dari cara terbentuknya, Minyak bumi atau minyak mentah merupakan senyawa hidrokarbon yang berasal dari sisa-sisa kehidupan purbakala (fosil), baik berupa hewan, maupun tumbuhan.

Dewasa ini di berbagai negara di belahan dunia termasuk Indonesia, aktivitas pencarian energi alternatif untuk menggantikan energi tak terbarukan tengah digalakkan, biasanya dengan melakukan penelitian mengenai kandungan senyawa kimiawi terhadap spesies tumbuhan tertentu, dilanjutkan dengan berbagai proses percobaan, agar energi yang dihasilkan setara dengan atau paling tidak, mendekati besarnya energi yang diperoleh dari sumber energi tak terbarukan itu.

D.    Perubahan, Pemanfaatan dan Penerapan Energi

            Ketika sebuah batu jatuh dari suatu ketinggian, batu tersebut memiliki energi. Jika batu tersebut jatuh ke tanah, energi ini akan diubah menjadi energi panas (dapat teramati pada tanah yang menjadi hangat ketika terkena batu) dan energi bunyi.
Jika jumlah energi tersebut dihitung, jumlah total energi tersebut adalah sama. Energi gerak yang dimiliki batu yang jatuh akan sama dengan energi bunyi ditambah energi kalor. Untuk mengetahui perhitungan energi secara kuantitatif akan dijelaskan pada bagian lain. Jadi, energi tidak pernah hilang, tetapi diubah ke dalam bentuk energi lain.
Dengan konsep di atas, maka energi dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Tidak semua energi dapat langsung dimanfaatkan tetapi perlu diubah ke bentuk lain.
Contoh perubahan energi antara lain sebagai berikut :

1)      Energi listrik menjadi energi panas, misalnya pada setrika listrik, kompor listrik, dan solder listrik.

2)      Energi listrik menjadi energi cahaya, misalnya pada lampu.

3)      Energi listrik menjadi energi kimia, misalnya pada penyetruman (pengisian) aki.

4)      Energi cahaya menjadi energi kimia, misalnya fotosintesis.

Penerangan yang terjadi akibat sumber cahaya yang dibuat oleh manusia, misalnya lilin, lampu, obor dll. Untuk mendapatkan terang cahaya yang memadai dalam suatu ruang kegiatan, harus dipertimbangkan iluminasi (kuat penerangan), sudut penyinaran lampu, jenis dan jarak penempatan lampu yang diperlukan sesuai dengan kegiatan yang ada dalam suatu ruangan.

Tenaga surya adalah perangkat masak yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi. Berhubung kompor jenis ini tidak menggunakan bahan bakar konvensional dan biaya operasinya rendah, organisasi kemanusiaan mempromosikan penggunaannya ke seluruh dunia untuk mengurangi penggundulan hutan dan penggurunan, yang disebabkan oleh penggunaan kayu sebagai bahan bakar untuk memasak. Kompor surya dapat digunakan di luar rumah, terutama dalam situasi ketika konsumsi bahan bakar minimal atau risiko kebakaran menjadi pertimbangan penting.

Pembangkit listrik adalah bagian dari alat industri yang dipakai untuk memproduksi dan membangkitkan tenaga listrik dari berbagai sumber tenaga, seperti PLTU, PLTN, PLTA, dan lain-lain. Bagian utama dari pembangkit listrik ini adalah generator, yakni mesin berputar yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip medan magnet dan penghantar listrik. Mesin generator ini diaktifkan dengan menggunakan berbagai sumber energi yang sangat bemanfaat dalam suatu pembangkit listrik.

Sumber segala energi adalah energi matahari (surya). Apa yang terjadi kalau tidak ada energi surya? Tentu saja tidak ada panas, sirkulasi energi mencakup seluruh kehidupan di muka bumi terhenti dan tetumbuhan musnah karena tidak terjadi proses fotosintesis. Jika cuaca sedang cerah, matahari memancarkan sekitar 1.000 watt energi per-meter persegi. 30 % dari energi surya ini dipantulkan kembali ke angkasa, 47% dikonversi menjadi panas, 23 % digunakan untuk seluruh siklus kerja yang terdapat di muka bumi, 0,25 % terserap oleh angin, gelombang laut dan aliran air dan sebagian sangat kecil 0,025% disimpan melalui fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi surya ini, dan salah satunya adalah memanfaatkan energi surya sebagai sumber daya listrik dengan menggunakan sel-sel fotovoltaik (sel surya).

Artikel ini merupakan salah satu bagian dari rangkaian tulisan tentang energi terbarukan, sebelumnya saya telah menerbitkan artikel tentang biomassa dan energi angin. Dalam tulisan ini karakteristik energi surya dipaparkan secara ringkas, termasuk keuntungan dan kerugiannya serta potensi pemanfaatannya di Indonesia.

Air bersih yang dihasilkan dari proses distilasi didapatkan dengan jalan melakukan penguapan terhadap air sumber / air baku. Cara ini efektif untuk menghilangkan garam yang menyebabkan rasa asin pada air. Ada dua cara sederhana dalam membuat alat distilasi air ini, yakni menggunakan kompor atau menggunakan sinar matahari.
Stove-top still merupakan model sederhana untuk alat distilasi dengan menggunakan kompor. Pertama-tama kompor memanaskan air yang ada sebuah belanga. Pemanasan tersebut akan menghasilkan uap panas yang akan dipakai untuk memanaskan belanga kedua yang berisi air sumber yang nantinya akan berisi air bersih. Pemanasan pada belanga kedua juga akan memicu munculnya uap air dari air sumber. Butiran-butiran uap air ini akan tertahan poleh membran plastik dan akhirnya akan jatuh pada wadah air bersih yang terletak ditengah-tengah belanga kedua.

Prinsip Kerja Panel Surya.

Prinsip kerja panel surya dikenal dengan prinsip photoelectric. Prinsip ini dapat dijelaskan, sbb: foton – partikel kecil yang mengandung energi – terdapat di dalam cahaya matahari. Foton akan melepaskan elektron-elektron yang menimbulkan aliran listrik jika foton ini mengenai permukaan sel fotovoltaik atau sel surya. Sel surya ini terbuat dari material semikonduktor – suatu bahan yang bersifat menghantar listrik pada suhu tinggi – yang mengandung silikon.

Selanjutnya, sekelompok sel surya disusun dalam bentuk panel-panel berukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang kedap air. Rangkaian panel dirancang sedemikian rupa agar dapat mengubah energi surya menjadi listrik secara efisien, yang dikenal sebagai panel surya. Rancangan panel surya dirangkai secara seri atau paralel, untuk memperoleh output tegangan dan arus listrik yang diinginkan yaitu arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC).

Jumlah energi yang diterima akan mencapai optimal jika posisi sel surya (tegak lurus) terhadap sinar matahari. Tentu saja tergantung dari rancangan konstruksi sel / panel surya itu sendiri. Sebuah sel surya dapat menghasilkan tegangan konstan sebesar 0.5 V sampai 0.7 V dengan arus sekitar 20 mA. Ini berarti bahwa sebuah sel surya akan menghasilkan daya, sekitar: 0.6 V x 20 mA = 12 mW [1]. Pada akhirnya, listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat langsung digunakan atau disimpan lebih dahulu di dalam baterai.

Keuntungan Energi Surya

  Tersedia bebas dan dapat diperoleh secara gratis di alam.

  Persediaan energi surya hampir tak terbatas, yang bersumber dari matahari (surya).

  Tanpa polusi dan emisi gas rumah kaca sehingga dapat mengurangi pemanasan global.

  Dapat dibangun di daerah terpencil karena tidak memerlukan transmisi energi maupun transportasi sumber energi.

Kerugian Energi Surya

  Secara umum membutuhkan investasi awal yang besar (mahal).

  Untuk mencapai efisiensi rata-rata yang tinggi, pada umumnya tipe sel surya memerlukan permukaan areal yang luas. Oleh karenanya anda seringkali menjumpai panel-panel fotovoltaik berbentuk persegi empat yang menyerupai lembaran papan kayu lapis.

  Efisiensi sel surya sangat dipengaruhi oleh polusi udara dan kondisi cuaca.

  Sel surya hanya mampu membangkitkan energi sepanjang siang hari saja.

  Pembuatan sel surya masih mahal.

Karena berbagai kekurangan tersebut, kemampuan sel surya dalam menghasilkan tenaga listrik belum dapat mencapai efisiensi tertinggi. Tambahan pula sel-sel surya tersebut jika belum dapat diproduksi sendiri maka harus diadakan dengan cara impor. Maka pemanfaatannya menjadi lebih mahal dibandingkan dengan pemanfaatan energi fosil (minyak, gas dan batubara). Saat ini biaya energi surya diperkirakan mencapai dua kali lipat biaya energi fosil.

E.     Energi pada Pembelajaran IPA di SD

Kegiatan Pembelajarn IPA yang mendukung siswa untuk lebih memahami materi energy

1.      Water Rocket

Roket air adalah sejenis roket model yang menggunakan air sebagai reaksi massa. Wahana tekan yang berfungsi sebagai mesin roket biasanya terbuat dari botol plastik bekas minuman ringan. Air dipaksa keluar oleh udara yang bertekanan, biasanya udara yang telah terkompresi.

Istilah "aquajet" telah digunakan di bagian Eropa di tempat yang lebih umum "roket air" dan di beberapa tempat mereka juga disebut sebagai "roket botol" (yang dapat membingungkan sebagai tradisional istilah ini merujuk pada sebuah kembang api di tempat lain).

Mesin roket air yang paling umum digunakan untuk mendorong model roket, tetapi juga telah digunakan pada model perahu, mobil, dan roket-dibantu glider. ^[1] Roket air juga populer di sekolah percobaan sains

Pada awal perkembangan roket, roket digerakan dari hasil pembakaran bahan bakar minyak gas dan oksigen cair, untuk menghasilkan gas panas yang meledak ke bawah dan mendorong roket ke atas. Untuk roket V-2 yang dikembangkan Hitler, menggunakan turbin uap untuk memompa alkohol dan oksigen cair ke dalam ruang bakar yang menghasilkan ledakan beruntun yang mendorong roket ke atas. Prinsip kerja roket merupakan penerapan dari Hukum Newton III tentang gerak, dimana energi panas diubah menjadi energi gerak.
Prinsip kerja dari roket berbahan bakar cair dan padat sama, di mana hasil pembakaran menghasilkan gaya dorong ke atas. Kelebihan dari roket berbahan bakar padat mampu menyimpan bahan bakar dengan dengan jumlah besar untuk ruang penyimpanan yang sama, karena telah dipadatkan, sedangkan bahan bakar cair tidak bisa dimampatkan

2.      Cara Membuat

Bahan roket air :

1.      botol aqua bekas 1500 ml/600 ml

2.       polyfoam atau sterofoam (gabus)

3.      double tape

4.      isolasi

5.      kertas tebal (BC, ivory) ukuran 20 x 15 cm

Cara membuat :       

1.      Botol dibersihkan

2.      Stiker botol dikelupas, lingkaran biru di leher botol dibuang

3.      Ukur keliling bagian di atas leher botol, bagi empat bagian sama rata tandai dengan ballpoint (untuk panduan menempelkan sirip roket)

4.      Potong gabus menjadi segitiga tidak sama sisi ukuran 10.5 x 9.5 x 4 cm, sudut 90 derajat sebanyak 4 buah, lapisi sirip dengan isolasi agar tidak mudah pecah

5.      masing-masing tempeli dengan double tape pada bagian sisi terpanjang

6.      tempelkan di botol yang sudah ditandai dengan ballpoint. pastikan posisi sirip lurus ke atas dan tidak miring (agar roket bisa meluncur dengan tegak )

7.      agar sirip menempel lebih kuat, lapisi dengan isolasi pada pertemuan antara gabus sirip dengan botol pada setiap sisinya. atau bisa juag dengan ditetesi lem bakar

8.       Langkah selanjutnya membuat kerucut di ujung roket agar roket lebih dinamis Kertas tebal dibentuk kerucut, di beri isolasi, kemudian dipotong melingkar

9.      tempelkan kerucut di pantat botol, pastikan ujungnya tidak menceng, tetapi tegak lurus ke atas beri pemberat (di dalam kerucut) berupa kerikil 3 biji (atau bahan lainnya) rekatkan kerucut pada botol dengan isolasi sampai benar-benar kuat dan semua permukaan kerucut dilapisi dengan isolasi.

10.  untuk mempermanis penampilan, badan roket diberi warna bisa di cat warna-warni atau di tempeli isolasi warna warni. usahakan tidak menggunakan aksesoris pita/kertas krep karena bisa mengurangi daya luncur roket.(roket tidak bisa tinggi)

Roket siap diluncurkan       
tips : untuk meluncurkan roket, air bisa diberi warna agar tampak lebih menarik air dicampur sedikit sabun/deterjen agar daya dorong roket lebih kuat