i
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan
kasih sayang-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan materi ajar
elektronik pada materi Energi Terbarukan. Materi ajar elektronik ini
disusun berdasarkan kurikulum sekolah penggerak dengan model
pembelajaran berbasis masalah dipadu STEM yang pembelajarannya
dihubungkan dengan science, technology, engineering, dan
mathematics. Penulis mengucapkan terimakasih kepada Abdul Salam M,
M.Pd., Saiyidah Mahtari, M.Pd., Dewi Dewantara, M.Pd., Drs. Muhammad
Arifuddin, M.Pd., Drs. H. Mukhlis Takwin, S.H., M.H., Ahmad Mukholik, S.Pd.,
Alm Hasiyan, Masliana, Fatmawati, Faturrahman, S.Pd.I., Purnama Sari,
Andy Azhari, S.Pd., Rizki Hidayat, S.Pd., Era Nurkumala Sari, Erni Mahrita,
Julissa Ruri Alyspa, Syah Warunadwipa Andiantosa , Aulia Ahmad Fauzi
Noor, Amirul Azis Anshari Muda, dan semua teman-teman prodi
pendidikan fisika angkatan 2018, serta berbagai pihak yang telah
membantu proses penyelesaian materi ajar ini yang tidak dapat
disebutkan satu persatu.
Tak ada gading yang tak retak, Penulis menyadari sepenuhnya
bahwa materi ajar elektronik Energi Terbarukan masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, Penulis mengharapkan kritik dan saran
yang sifatnya membangun agar bisa lebih baik lagi. Semoga materi ajar
elektronik dapat digunakan untuk meningkatkan literasi sains peserta
didik.
Banjarmasin, Januari 2022
Penulis
ii
DAFTAR ISI
PRAKATA .......................................................................................................................i
DAFTAR ISI ................................................................................................................. ii
PENGANTAR MATERI ENERGI TERBARUKAN ................................................... iv
PETA KONSEP ........................................................................................................... vi
PETUNJUK PENGGUNAAN ..................................................................................... vii
A. Energi ................................................................................................................ 2
Ayo Mencoba! ....................................................................................................... 6
Rangkuman ............................................................................................................ 8
Latihan .................................................................................................................... 8
B. Bentuk-bentuk Energi ................................................................................ 9
1. Energi Kinetik ............................................................................................. 9
2. Energi Potensial Gravitasi ................................................................... 12
3. Kalor .............................................................................................................. 15
4. Energi Listrik ............................................................................................. 16
5. Energi Cahaya ........................................................................................... 17
Ayo Mencoba! .................................................................................................. 18
Rangkuman .......................................................................................................20
Latihan ...............................................................................................................20
C. Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi .............................. 22
Ayo Mencoba! ................................................................................................. 27
Rangkuman ....................................................................................................... 29
Latihan ............................................................................................................... 29
D. Urgensi Isu Kebutuhan Energi ........................................................... 30
Rangkuman ....................................................................................................... 33
Latihan ............................................................................................................... 33
E. Sumber Energi ............................................................................................. 34
1. Energi Bahan Bakar Fosil .................................................................... 34
2. Energi Biogas ........................................................................................... 35
iii
3. Biomassa .................................................................................................... 36
4. Energi Air ................................................................................................... 37
5. Energi Angin ............................................................................................. 37
6. Energi Matahari ...................................................................................... 39
7. Energi Gelombang Laut ....................................................................... 40
8. Energi Pasang Surut ............................................................................ 40
9. Energi Panas Bumi .................................................................................. 41
Rangkuman ....................................................................................................... 42
Latihan ............................................................................................................... 43
F. Sumber Energi Terbarukan dan Tak Terbarukan ....................... 44
1. Sumber Energi Terbarukan ............................................................... 44
2. Sumber Energi Tak Terbarukan ....................................................... 45
Rangkuman ....................................................................................................... 45
Latihan ............................................................................................................... 45
G. Dampak Eksplorasi dan Penggunaan Energi ................................. 46
Rangkuman ...................................................................................................... 46
Latihan .............................................................................................................. 46
H. Upaya Pemenuhan Kebutuhan Energi ...............................................47
Rangkuman ....................................................................................................... 48
Latihan ............................................................................................................... 48
Lembar Refleksi Penggunaan Energi ................................................... 50
Lembar Refleksi Sikap terhadap Penggunaan Energi .................... 51
GLOSARIUM ............................................................................................................. 52
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 53
INFORMASI PENULIS ............................................................................................. 57
iv
PENGANTAR MATERI ENERGI TERBARUKAN
Energi terbarukan merupakan solusi dari masalah
ketersediaan energi masa depan yang semakin lama semakin
besar. Energi terbarukan bertujuan untuk mengimbangi pesatnya
pesat energi berbahan bakar dasar nuklir dan fosil. Sumber energi
terbarukan memiliki keunggulan, yaitu dapat diproduksi dalam
waktu yang relatif singkat dibandingkan dengan sumber energi
yang tak terbarukan. Selain itu, energi terbarukan memanfaatkan
sumber daya energi setempat sehingga tidak merusak lingkungan.
Sumber energi terbarukan adalah sumber energi yang bisa didaur
ulang dan dapat diperbaharui serta terdapat dalam jumlah banyak.
Sistem penyediaan energi yang dapat memenuhi kriteria adalah
sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi
terbarukan, seperti matahari, angin, air, dan biomassa. Pada
materi ajar elektronik ini materi energi terbarukan dipadukan
dengan STEM.
STEM (Science, Technology, Engineering, and
Mathematics) adalah pendekatan pembelajaran yang memadukan
empat subjek STEM menjadi suatu pembelajaran yang didasarkan
pada hubungan antar subjek dan masalah dunia nyata. Dengan
demikian pembelajaran dengan pendekatan STEM dapat melatih
peserta didik untuk menerapkan ilmu yang dipelajari di sekolah
dengan fenomena yang terjadi dalam dunia nyata. Penulis
menuangkan pendekatan STEM dalam materi ajar elektronik ini
yang diharapkan mampu meningkatkan minat peserta didik dalam
memahami materi energi terbarukan. Peserta didik sebelumnya
telah mempelajari pembahasan mengenai kimia hijau yang
merupakan salah satu tujuan program pembangunan berkelanjutan
SDGs . Wawasan peserta didik akan semakin ditingkatkan dengan
diskusi tentang energi terbarukan yang merupakan salah satu
tujuan program berkelanjutan SDGs lainnya. Dengan
memanfaatkan energi terbarukan yang ramah lingkungan akan
menjadi salah satu solusi untuk menjaga keseimbangan antara
v
ekosistem dan keanekaragaman hayati yang dipelajari dalam
materi biologi dan mengurangi efek pemanasan global. Setelah
mempelajari materi ajar energi terbarukan peserta didik
diharapkan mampu:
1. Menganalisis energi berdasarkan konsep usaha dalam
kehidupan sehari-hari.
2. Menjelaskan besaran-besaran yang terlibat pada kasus PLTA.
3. Menganalisis bentuk-bentuk energi yang terlibat pada kasus
PLTA.
4. Menganalisis keberlakuan hukum kekekalan energi mekanik
dalam kehidupan sehari-hari.
5. Mengkategorikan sumber energi terbarukan dan sumber energi
tak terbarukan yang ada di lingkungan sekitar tempat tinggal.
6. Mempresentasikan berbagai potensi sumber energi yang ada di
lingkungan sekitar tempat tinggal.
7. Memecahkan persoalan mengenai masalah pemenuhan energi
listrik dengan memberikan usulan desain proyek dengan
memanfaatkan potensi energi terbarukan.
8. Menganalisis dampak eksplorasi dan penggunaan energi
terhadap lingkungan sekitar.
Pengetahuan prasyarat dan konsepsi yang harus kamu punya
sebelum mempelajari bab ini :
1. Kamu telah mempelajari topik pengukuran.
2. Kamu telah mempelajari materi energi dan perubahan.
3. Kamu telah mempelajari gaya dan gerak.
vi
PETA KONSEP
Laju usaha yang Alih energi karena
dilakukan adalah gaya disebut
Daya Usaha Energi
Terdiri atas dua
macam yaitu
Sumber Bentuk-Bentuk
Energi Energi
Terbagi menjadi
Memenuhi
Sumber Sumber Energi
Energi Energi Tak Energi Potensial Kalor Energi
Terbarukan Terbarukan Kinetik Gravitasi Listrik
Hasil penjumlahannya membentuk
Energi
Bermanfaat sebagai akan menimbulkan Mekanik
berlaku dapat mengalami
Hukum Konversi
Kekekalan Energi
Energi
Upaya Dampak
Pemenuhan Eksplorasi dan
Kebutuhan Penggunaan
Energi Energi Kata Kunci
•Usaha
•Energi
•Daya
•Efisiensi Energi
•Hukum Kekekalalan Energi
•Konversi Energi
•Energi Terbarukan
•Energi Tak Terbarukan
vii
PETUNJUK PENGGUNAAN
Dalam modul ini, kamu akan menemukan beberapa
petunjuk yang membantu kamu untuk mempermudah
penggunaannya.
Gambar Petunjuk Keterangan
Berisi bacaan permasalahan dalam
kehidupan sehari-hari yang dapat
Motivasi memancing rasa keingintahuan
sehingga untuk bersemangat
dalam memahami materi.
Berisi teori-teori ilmiah atau
Science fenomena yang dapat menjelaskan
atau mengatasi permasalahan.
Berisi informasi mengenai aplikasi
dari submateri yang dibahas,
untuk mengetahui bagaimana
Technology teknologi bekerja, dan
menggunakan, memahami,
mengembangkan teknologi agar
mempermudah kerja manusia.
Berisi informasi tentang cara
Engineering kerja fenomena alamiah yang kita
bahas.
Perhitungan yang digunakan untuk
Mathematics
menyelesaikan teknologi.
Ayo Mencoba! Berisi contoh soal dan
penyelesaiannya.
Berisi rangkuman materi yang
Rangkuman
dipelajari.
Berisi soal-soal yang dikerjakan
Latihan
secara mandiri.
Berisi kuesioner diri peserta didik
untuk merefleksi dirinya mengenai
penggunaan energi dan sikap
Refleksi
terhadap penggunaan energi
setelah belajar materi energi
terbarukan.
1
Motivasi
Gambar 1. PLTA Riam Kanan (Mahendra, 2019)
PLTA merupakan solusi energi terbarukan yang dapat
membantu manusia dalam memenuhi kebutuhan sehari-harinya.
PLTA memanfaatkan air sebagai sumber energi yang mudah
didapat. Di Indonesia jumlah PLTA semakin diperbanyak mengingat
kebutuhan tinggi listrik di Indonesia. Salah satunya PLTA Riam
Kanan yang merupakan salah satu unit pembangkit andalan bagi
sistem kelistrikan di wilayah Kalimantan Selatan dan Kalimantan
Tengah. Pengagas waduk riam kanan adalah Ir. Pangeran
Mohammad Noor yang merupakan gubernur pertama Kalimantan
yang diresmikan pada tanggal 30 Juni 1973. Saat ini PLTA Riam
Kanan memiliki tiga mesin pembangkit listrik masing-masing
berkapasitas 10 MW. Dalam sistem kerja PLTA terdapat konsep,
prinsip, dan hukum fisika di dalamnya. Kira-kira konsep, prinsip
apa saja yang terdapat dalam sistem kerja PLTA? Untuk
mengetahuinya, mari pelajari bab ini dengan penuh semangat.
2
A. Energi
Salah satu komponen PLTA yang paling
utama adalah bendungan. Komponen ini
menampung air dalam jumlah besar karena
turbin membutuhkan pasokan air yang cukup
dan stabil. Bendungan atau waduk PLTA Riam
Kanan dibangun dengan membendung 8 buah
sungai yang mengalir disalah satu cabang
sungai Barito yaitu sungai Riam Kanan.
Gambar 2. Kincir air (Amalia, 2021)
Banyaknya air yang mengalir pada waduk riam kanan
dinyatakan dalam besaran debit yang secara matematis
dinyatakan dengan persamaan berikut.
Q = ( 1 )
dengan:
3
Q = debit air (m /s)
3
V = volume air (m )
t = waktu (s)
Prinsip kerja turbin pada PLTA sama dengan prinsip kerja
kincir air. Kincir akan berputar jika ada gaya dorong oleh angin
dan akhirnya menggerakkan turbin. Misalnya diameter kincir
airnya 3 meter. Aliran air sungai dengan debit tertentu
menyediakan gaya dorong yang dibutuhkan untuk memutar kincir
air dan mengangkat air pada baling-baling pada kincir air hingga
ketinggian sekitar 3 meter. Gaya dorong aliran air sungai tegak
lurus dengan kincir airnya. Gaya tersebut menyebabkan kincir air
berputar disebut torsi.
r
r
α
റ
റ β
ര
i Gambar 3. Kincir air (Aliyun, 2021) ii
a
3
Secara matematis, torsi
oleh gaya dorong aliran air sungai
pada gambar 3i dinyatakan
dengan persamaan di bawah ini.
⃑റ= ⃑റ × ( 2 )
റ
Gambar 4. Prinsip kerja PLTA (Ajim, 2021)
Pada turbin PLTA memanfaatkan prinsip kerja
pesawat sederhana roda berporos yaitu roda
yang dihubungkan dengan sebuah poros yang Sedangkan pada gambar 3ii untuk
dapat berputar bersama-sama. Keuntungan α dinyatakan dengan persamaan:
roda berporos adalah untuk memudahkan
usaha/ kerja. Fungsinya untuk memperbesar = r × F sin ( 3 )
energi yang diperoleh melalui usaha yang kecil. Untuk β dinyatakan dengan
persamaan:
Mathematics = r × F cos ( 4 )
Keuntungan mekanis roda berporos dituliskan
sebagai: dengan:
KM =
റ = torsi (m.N)
റ
Dengan: = gaya dorong yang diberikan
KM = Keuntungan mekanik oleh aliran air (N)
R = Jari-jari roda besar
r = Jari-jari roda berporos kecil r = jarak ujung kincir air terhadap
(Astari & Romadoni, 2019) poros kincir (m)
റ
= sudut yang dibentuk antara
Technology dan r
Untuk melihat penerapan PLTA yang Gaya tersebut yang
menggunakan prinsip kerja roda berporos
secara nyata maka perhatikanlah video diberikan aliran sungai
tersebut: https://youtu.be/uh_HkzevgpY menyalurkan energi pada kincir
tersebut. Energi adalah faktor
Engineering perubahan posisi yang
memerlukan usaha. Oleh karena
Adapun penjelasan lebih lanjut mengenai cara
kerja pembangkit listrik tenaga air bisa
dilihat pada link berikut ini:
https://youtu.be/qqEqusrz5Y0
4
itu, kalian dapat menyebutkan
bahwa gaya dorong aliran air
Bedakan antara lambang huruf besar
W yang menyatakan usaha dan tersebut melakukan usaha.
lambang huruf kecil w menyatakan Melakukan usaha itu
gaya berat benda. Berikut ini syarat artinya cara memindahkan atau
terjadinya usaha adalah sebagai menyalurkan energi. Usaha dan
berikut: energi memiliki satuan yang sama.
1. Adanya gaya yang bekerja pada Dalam SI satuannya adalah Joule
suatu benda. (J). Dimensi dari usaha dan energi
2. Adanya perpindahan atau jarak adalah [ ][ ] .
yang dialami oleh benda. [ ] 2
Secara matematis, usaha yang dikerjakan oleh gaya
dorong aliran air dinyatakan dengan persamaan berikut ini.
റ
= Δ റ ( 5 )
dengan:
W = usaha yang dikerjakan oleh gaya (J)
റ
= gaya (N)
Δ റ = perpindahan (m)
Ada perbedaan antara usaha dalam fisika dan dalam
keseharian. Dalam keseharian, usaha diartikan sebagai segala
sesuatu yang dikerjakan oleh manusia. Sedangkan usaha dalam
fisika hanya dilakukan oleh gaya yang bekerja pada benda dan
suatu gaya dikatakan melakukan usaha pada benda hanya jika
gaya tersebut menyebabkan benda berpindah.
Seberapa lama waktu yang digunakan untuk melakukan
usaha dinyatakan dengan besaran daya. Secara matematis, daya
dinyatakan dengan persamaaan matematis berikut ini.
P = ( 6 )
dengan:
P = daya (Watt)
W = usaha (Joule)
t = waktu (s)
5
Bagaimana menentukan arah torsi/momen gaya? Momen gaya merupakan besaran
vektor, besaran vektor adalah besaran yang memiliki nilai dan arah. Maka kita harus
memperhatikan arahnya. Umumnya arah momen gaya disepakati berdasarkan arah
putaran jarum jam sebagai berikut.
Gambar 5. Arah putaran torsi (Edutafsi, 2015)
Torsi bernilai positif jika berputar searah jarum jam sedangkan, jika berputar melawan
arah jarum jam akan bernilai negatif.
Dalam kehidupan
Dalam SI, satuan usaha adalah joule (J), satuan
gaya adalah newton, dan satuan perpindahan sehari-hari, energi tidak
adalah meter sehingga sesuai dengan selalu dinyatakan dalam
persamaan 5 satuan usaha adalah sebagai satuan joule. Jika dikaitkan
berikut. (Kanginan, 2016) dengan daya, satuan energi
1 joule = 1 newton meter biasa dinyatakan dalam
Berdasarkan hubungan tersebut dapatkah kilowatt/jam (kWh).
Anda mendefinisikan satu joule?
1 kWh = 1.000 W × 60 menit
Technology
1 kWh = 1.000 W × 3.600 s
6
Untuk mengetahui komponen apa saja yang ada 1 kWh = 3,6 × 10 W.s
pada PLTA bisa di akses pada kode berikut: 1 kWh = 3,6 × 10 J
6
6
Ayo Mencoba! Usaha dan Energi
Ayo Mencoba
1. Pada suatu daerah terdapat PLTA, terdapat komponen PLTA yaitu pipa
pesat yang berfungsi menyalurkan dan mengarahkan air ke cerbong
turbin, air mengalir dalam pipa pesat yang mempunyai diameter 100 cm
dengan kecepatan 30 m/detik. Berapakah debit aliran volumenya?
റ
Diketahui : d = 100 cm = 1 m = 30 m/detik Indikator literasi sains:
Ditanya : Q ...? Mengubah data dari suatu
gambaran ke gambaran
Jawab :
lainnya.
A
റ
L
Jika:
V = . dan t =
⃑⃑റ
Maka:
ሺ . ሻ
Q = =
ቀ ቁ
⃑⃑റ
റ
= A .
1
2
റ
= . . d .
4
1
2
= . 3,14 . (1 m) . 30 m/detik
4
3
= 23,55 m /detik
3
Jadi, debit aliran volume pada pipa pesat sebesar 23,55 m /detik.
3 METER
F
2. Pada kincir air, aliran air sungai dengan debit tertentu menyediakan
gaya dorong yang dibutuhkan untuk memutar kincir air dan
mengangkat air pada baling-baling pada kincir. Gaya F memutar kincir
air hingga air terangkat sejauh 3 meter dari dasar sungai, berapakah
torsi yang dikerjakan oleh gaya F?
7
റ
Diketahui : = F Indikator literasi sains:
Mengulang kembali dan
റ = 3 m mengaplikasikan pengetahuan
yang sesuai.
Ditanya : റ...?
റ
Jawab : റ = റ ×
= (3m) × F
= 3F m.N
Maka torsi yang oleh gaya dorong aliran air sungai pada kincir air adalah
3F m.N
3. Fatma menarik meja pada lantai mendatar dengan gaya F = 300 N yang
membentuk sudut 60° terhadap bidang horizontal. Jika meja berpindah
sejauh 4 m, tentukan usaha yang dilakukan oleh Fatma!
റ
Diketahui: = 300 N Ditanya : W ... ? Indikator literasi sains:
= 60° Mengidentifikasi, menggunakan
dan menggeneralisasikan
∆ റ = 4 m
gambaran.
Jawab:
⃑⃑⃑റ cos s
(Dutafisika, 2018)
= ሺ ሻ ∆ റ
= ሺ300 60°ሻ4
1
= ቀ300 . ቁ 4
2
= ሺ150 ሻ 4 = 600
Jadi besar usaha yang dilakukan oleh Fatma sebesar 600 Joule.
8
Rangkuman
Rangkuman
Debit merupakan ukuran banyaknya volume air yang mengalir
pada suatu penampang tertentu atau dapat ditampung dalam
suatu tempat tiap satuan waktu.
• Torsi merupakan besaran yang menyatakan besarnya gaya yang
bekerja pada sebuah benda sehingga mengakibatkan benda
tersebut bergerak melingkar (berotasi) pada suatu poros.
Usaha diartikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda
sehingga benda itu mengalami perpindahan.
റ
= Δ റ atau = ∆s cos
• Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha.
• Daya adalah lama waktu yang digunakan untuk melakukan usaha.
Latihan Latihan Usaha dan Energi
Suatu pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin yang
diputar oleh air dari bendungan yang jatuh dari ketinggian 100 m
memiliki nilai tersebut menghasilkan daya 10 Mwatt jika efisiensi
pembangkit 50% maka debit air pada pembangkit tersebut
adalah....
Sebuah PLTA mempunyai debit air sebesar 15 m / detik dengan
3
tinggi air terjun 120 meter. Apabila efisiensi turbin bersama
generator sebesar 0,95, hitunglah besarnya daya yang
dibangkitkan generator!
Warga yang tinggal di Kecamatan Kintap provinsi Kalimantan
Selatan tempatnya tidak terjangkau PLN sehingga mereka
mencoba memanfaatkan danau bekas tambang untuk membuat
PLTA sederhana agar mendapatkan listrik. Jika jari-jari kincir air
yang mereka buat sebesar 2 meter. Jika gaya dorong aliran
airnya sebesar 476 N, energi yang disalurkan oleh gaya dorong
aliran air pada kincir air tersebut adalah....Joule.
9
B. entuk-bentuk Energi
B Bentuk-bentuk Energi
Energi berasal dari bahasa Yunani, yaitu ergon yang
berarti “kerja”. Jadi energi didefinisikan sebagai kemampuan
untuk melakukan kerja atau usaha. Energi merupakan sesuatu yang
sangat penting dalam kehidupan di alam ini terutama bagi
kehidupan manusia, karena segala sesuatu yang kita lakukan
memerlukan energi. Semua energi berasal dari sumber energi. Alam
menyediakan banyak sekali sumber energi. Angin, cahaya, air dan
bunyi memiliki energi. Proses perubahan bentuk energi dari satu
bentuk ke bentuk lainnya disebut konversi energi. Alat untuk
mengubah energi disebut konventor energi. Perubahan energi
terjadi ketika usaha sedang dilakukan. Kira-kira apakah kalian bisa
menyebutkan berbagai macam energi yang dapat ditemukan dalam
kehidupan sehari-hari? Untuk menemukan jawabannya mari kita
ulas bersama-sama tentang bentuk-bentuk energi.
1. Energi Kinetik
1. Energi Kinetik
Nama energi kinetik
diperkenalkan pertama kali oleh Lord
Kelvin, fisikawan Inggris. Kata
“kinetik” berasal dari bahasa Yunani
yang berarti “gerak”. Energi kinetik
Gambar 6. Seseorang sedang menarik busur anak berkaitan dengan gerak atau
panah (Khair, 2017) kecepatan suatu benda. Anak panah
yang lepas dari busurnya memiliki
energi kinetik sehingga anak panah
dapat melakukan usaha, yaitu
Posisi awal Posisi akhir
menancap pada target.
0 Perhatikan gambar 7 di ada
F sebuah benda bermassa m yang
s mula-mula kecepatannya diam,
Gambar 7. Benda yang melakukan gerak dari keadaan karena dipengaruhi gaya konstan F,
diam sampai kecepatan tertentu (Dokumen
Pribadi,2022)
10
benda akan bergerak secara beraturan dengan kecepatan
hingga berpindah sejauh s, diilustrasikan pada gambar 7, sehingga
usaha yang dilakukan oleh gaya adalah
റ
= Δ റ
റ
റ
Berdasarkan Hukum II Newton = . dan gerak lurus beraturan
റ
untuk kecepatan awal sama dengan nol ( 0 = 0), maka
⃑⃑റ 2
റ
റ
റ
W = ሺ . ሻ ቀ ቁ t = 0 + 2 Δ റ
2
2
റ
2 ⃑റ
1 ⃑⃑റ 2
W = . 2 Δ റ =
2 2 ⃑റ
Mathematics Dengan demikian, energi
kinetik yang dimiliki benda
Dari energi kinetik air dari aliran air datar maka kita pada saat kecepatan sama
dapat mengetahui daya air. Daya air yang tersedia dengan kemampuan untuk
1
dinyatakan sebagai berikut: P = atau dengan melakukan usaha sebesar
2
2
1
menggunakan persamaan kontinuitas = A maka W = . ⃑റ , maka secara
2
1
P = 2
3
2 matematis, dinyatakan
Dengan: dengan persamaan.
P = daya (Watt)
1
= luas penampang aliran air ሺ ሻ Ek = m
2
2
2
( 7 )
= densitas air ቀ ቁ
3
= kecepatan aliran air dengan:
(Abdullah, 2016) EK = energi kinetik (J)
m = massa benda (kg)
= kecepatan benda (m/s)
Untuk menentukan energi kinetik dari suatu benda, kalian
memerlukan massa benda dan kecepatan benda.
Kecepatan benda dinyatakan dengan persamaan.
( 8 )
⃑റ
=
റ
∆
11
dengan:
Δ റ = perpindahan benda (m)
∆ = selang waktu (s)
Pada kasus kincir air, tabung bambu yang berada pada
ujung-ujung kincir bergerak pada lintasan lingkaran. Jarak yang
ditempuh tabung bambu saat berputar adalah sebagai berikut.
Δ റ = n × Keliling lingkaran
Jika Δ റ disubstitusikan ke persamaan 8
kecepatan tabung bambu adalah sebagai berikut.
×
=
∆
× 2
= Gambar 8. Kecepatan pada kincir air
∆
(Aliyun, 2021)
= ×
∆ ( 9 )
Jika persamaan 9 disubstitusikan pada persamaan 7, sehingga
persamaan energi kinetik untuk kincir air yang berotasi adalah
sebagai berikut.
1
Ek = mሺ ሻ = ×
2
2 ∆
maka:
EK = 2m ቀ ቁ
( 10 )
dengan:
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)
12
2. Energi Potensial Gravitasi
2. Energi Potensial Gravitasi
Di bawah pengaruh gaya
Acuan 1 gravitasi Bumi, benda akan
memiliki energi yang tersimpan.
Energi tersebut biasanya disebut
dengan istilah energi potensial
Acuan 2 m gravitasi. Energi potensial
gravitasi adalah energi yang
dimiliki benda karena posisinya,
w
g yang masih tersimpan pada
Acuan 3
h benda. Gravitasi dapat usaha
yang dilakukannya tidak
dipengaruhi oleh jalan yang dilalui
sehingga disebut gaya
konservatif, sehingga memiliki
Gambar 9. Air yang jatuh dari ketinggian tertentu adalah
contoh dari energi potensial gravitasi (MUS, 2021) potensi untuk melakukan usaha.
https://www.zenius.net/
Sebuah benda dengan massa (m)
dipengaruhi oleh percepatan
റ
Gaya konservatif adalah usaha yang dilakukan gravitasi bumi ( ), dan benda
oleh gaya tersebut pada suatu benda, namun pada ketinggian (h) dari bidang
tidak bergantung pada lintasan yang ditempuh acuan. Untuk menghitung energi
benda tetapi bergantung pada posisi awal dan potensial benda terhadap bidang
posisi akhir benda. Gaya konservatif selalu sama acuan. Dari gambar 9 maka gaya
dengan nol jika benda bergerak kembali ke റ
posisi semula dalam lintasan tertutup serta ( ) yang besarnya sama dengan
⃑⃑⃑റ
റ
selalu dapat dinyatakan sebagai perbedaan gaya berat (w) benda, =w= .
antara energi potensial awal dan energi Jadi, usaha yang diperlukan dari
potensial akhir. Sedangkan gaya tidak sebuah benda tersebut.
konservatif adalah usaha yang dilakukan untuk
റ
membawa sebuah benda di bawah pengaruh gaya W = . ℎ ( 11 )
റ
tersebut yang bergantung pada lintasan atau W = ℎ
jalan yang ditempuh. Walaupun posisi awal dan
posisi akhir benda sama, tetapi lintasan yang
ditempuhnya tidak sama, usaha yang dilakukan
oleh gaya tersebut tidak sama.
13
Dengan demikian, benda
Engineering yang berada pada
ketinggian h mempunyai
Besarnya tenaga yang tersedia dari suatu sumber air energi potensial gravitasi
bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam memiliki kemampuan untuk
hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda melakukan usaha yaitu
ketinggian antara muka air pada reservoir dengan sebesar :
muka air keluar dari kincir air atau turbin air. Energi
yang tersimpan dari suatu reservoir air adalah EP = mgh
merupakan energi potensial air. Energi potensial ( 12 )
didasarkan pada ketinggian atau perbedaan
kedudukan dari tinggi jatuh. Berdasarkan ini maka dengan: h
tinggi jatuh dapat menjadi berbeda sehingga EP = energi potensial
dibutuhkan suatu tubin yang bervariasi dengan gravitasi (J)
ketinggian yang berbeda untuk mengubah energi m = massa benda (kg)
potensial air menjadi energi gerak. g = percepatan gravitasi
2
(m/s )
h = posisi benda pada
Mathematics
ketinggian tertentu (m)
Setiap benda yang
Dari energi potensial air yang dimiliki maka kita dapat
mengetahui daya air. Daya air merupakan energi tiap memiliki energi potensial
satuan waktu ቀ ቁ , sehingga persamaan 12 dapat gravitasi dapat melakukan
dinyatakan sebagai ቀ ቁ = Δℎ dengan kerja apabila benda tersebut
bergerak menuju
mensubtitusikan P terhadap ቀ ቁ dan mensubsitusikan
permukaan bumi. Suatu
terhadap ቀ ቁ maka :
benda memiliki energi
P = ℎ
Dengan: potensial jika interaksi
P = daya (Watt) antara satu benda dengan
3
= kapasitas aliran ቀ ቁ benda lainnya. Energi
potensial semakin besar jika
= densitas air ቀ ቁ
3
(Abdullah, 2016) massanya semakin besar
dan ketinggiannya semakin
tinggi.
14
Untuk menentukan energi
potensial gravitasi suatu benda, posisi
w = mg
ketinggian nol atau bidang acuan harus
ditetapkan terlebih dahulu, karena
ketinggian benda dapat bersifat relatif
bergantung pada bidang acuannya
(misalnya tanah). Misalkan pada air
terjun seperti gambar 9 dapat kita
buat tetes air untuk mengetahui
bagaimana perubahan energi
Gambar 10. Penggambaran tetes air pada
air terjun perubahan energi potensial potensialnya seperti tampak pada
gravitasi. (Dukumen Pribadi,2022)
gambar 10.
Berdasarkan gambar 9, kita dapat menentukan besar
energi potensial gravitasi yang dimiliki oleh tetes air pada air
terjun.
1. Apabila acuannya seperti acuan 1, maka energi potensial
gravitasi tetes air tersebut maksimum karena air belum jatuh.
2. Apabila acuannya seperti acuan 2, maka energi potensial
gravitasinya adalah EP = gℎ1 .
3. Apabila acuannya seperti acuan 3, maka energi potensial
gravitasinya adalah EP = gℎ2 .
Suatu benda yang ketinggian awalnya ℎ 1 dari titik acuan,
lalu mencapai ketinggian ℎ 2 dari titik acuan, perubahan energi
potensialnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
berikut.
∆ = 2 – 1 = gℎ2 − gℎ1
(13)
dengan: ∆ = perubahan energi potensial (J)
15
3. Kalor
3. Kalor
Energi mekanik
pada PLTA akan memutar
generator yang kemudian
menghasilkan arus listrik
Gambar 11. Setrika mengubah aliran listrik menjadi energi yang kemudian akan diubah
panas (Maulana, 2021) menjadi energi kalor. Salah
Technology satu alat dalam kehidupan
Dalam penerapannya pada PLTA terdapat dua hal sehari-hari yang dapat
penting yang memiliki pengaruh besar dan perlu mengubah aliran listrik
diperhatikan dalam sistem PLTA yakni ketinggian menjadi energi panas
jatuhnya air yang berhubungan dengan energi
potensial gravitasi dan debit air yang mengalir yang adalah setrika. Setrika
berhubungan dengan energi kinetik sehingga, pada dapat menghasilkan energi
proses kerja PLTA sampai pada pemakaian listrik panas akibat adanya
terjadi beberapa perubahan energi. Pertama, elemen panas yang
mengubah energi potensial yang ada di dalam aliran air berfungsi sebagai
baik itu dari bendungan atau air terjun menjadi energi
mekanik dengan bantuan turbin air. Kedua, energi hambatan listrik. Jadi,
mekanik akan memutar generator yang terjadilah ketika elemen tersebut
lompatan elektron yang kemudian menghasilkan arus dialiri oleh arus listrik
listrik (berubah menjadi energi listrik). Kemudian arus dalam waktu tertentu
listrik didistribusikan ke tempat yang membutuhkan maka sebagian arus listrik
listrik. Kemungkinan akan diubah menjadi energi
cahaya (lampu), energi panas (oven, setrika), dan yang ada akan berubah
energi gerak (gerak, mesin). menjadi energi panas.
Ketika terjadi perubahan
suhu, terdapat energi yang
Apakah ada perbedaan antara suhu dan kalor? diserap atau dilepaskan
Tentunya ada, Joseph Black pada tahun 1760 oleh benda, yaitu kalor.
merupakan orang yang pertama yang menyatakan Kalor adalah energi yang
perbedaan antara suhu dan kalor. Suhu adalah derajat
panas atau dinginnya suatu benda yang diukur oleh berpindah dari benda yang
termometer, sedangkan kalor adalah sesuatu yang suhunya lebih tinggi ke
mengalir dari benda panas ke benda lebih dingin untuk benda yang suhunya lebih
menyamakan suhunya. (Kanginan, Fisika untuk rendah ketika kedua benda
SMA/MA kelas XI, 2017) bersentuhan.
16
Ketika belajar tentang kalor, kamu juga akan mempelajari
yang namanya kalor jenis dan kapasitas kalor. Kalor jenis
adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh 1 kg zat
untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C, atau bisa juga diartikan
sebagai kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima
kalor. Masing-masing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-
beda. Sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang
diserap oleh benda bermassa tertentu untuk menaikkan suhu
sebesar 1⁰C. Secara matematis kalor dinyatakan dengan persamaan
berikut ini.
= mc∆T ( 14 )
dengan:
= kalor (J)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis (J/kg.K)
ΔT = perubahan suhu (K)
4. Energi Listrik
4. Energi Listrik
Muatan listrik
Engineering
memiliki medan listrik,
Besarnya tenaga yang tersedia dari suatu sumber air kemudian muatan listrik
bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam
hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda lainnya q dipindahkan dari
ketinggian antara muka air pada reservoir dengan satu tempat ke tempat
muka air keluar dari kincir air atau turbin air. Energi yang lain dalam pengaruh
yang tersimpan dari suatu reservoir air adalah
merupakan energi potensial air. Energi potensial di medan listrik , maka
dasarkan pada ketinggian atau perbedaan kedudukan muatan listrik q memiliki
dari tinggi jatuh. Berdasarkan ini maka tinggi jatuh energi. Secara matematis
dapat menjadi berbeda sehingga dibutuhkan suatu dinyatakan dengan
tubin yang bervariasi dengan ketinggian yang berbeda
untuk mengubah energi potensial air menjadi energi persamaan:
gerak. ( 15 )
= V I t
17
Pada persamaan tersebut, berlaku hukum ohm yang berbunyi:
“Besarnya arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar
atau konduktor akan berbanding lurus dengan beda
potensial/tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding
terbalik dengan hambatannya (R)”. Secara matematis dinyatakan
dengan persamaan:
=
atau
( 16 )
= I R
dengan:
W = energi listrik (J) I = kuat arus listrik (A)
V = beda potensial atau tegangan R = hambatan listrik (ohm)
listrik (Volt) t = selang waktu (s)
5. Energi Cahaya
5. Energi Cahaya
Selain diubah ke bentuk energi panas,
energi listrik juga dapat diubah dalam bentuk
cahaya. Dalam kehidupan sehari-hari kita
memerlukan cahaya. Sumber terang sinar
adalah dari benda yang bisa memancarkan
terang itu sendiri. Contohnya: sinar matahari.
Sedang sumber terang cahaya hanya berupa
pantulan dari benda yang bersinar. Contohnya:
cahaya bulan.
Salah satu alat dalam kehidupan
sehari-hari yang dapat mengubah aliran listrik
menjadi energi cahaya adalah lampu pijar.
Pada banyak lampu pijar, filamen kawat yang
Gambar 12. Mengubah aliran
kecil menjadi sedemikian panas sehingga
listrik menjadi energi panas
(Gischa, 2019) bersinar.
(Yulianto & Darjati, 2017)
18
Ayo Mencoba! Bentuk-bentuk Energi
Ayo Mencoba!
3
1. Pada PLTA, air sebanyak 700 m mengalir setiap detik pada pipa pesat
yang mempunyai ketinggian 80 meter. Jika massa air yang mengalir
2
700.000 kg dan percepatan gravitasi 10 m/s . Berapakah energi
potensial yang dimiliki oleh air pada PLTA tersebut!
3
Diketahui : V = 700 m Ditanya : Ep ...?
Indikator literasi sains:
h = 80 m Mengidentifikasi,
5
m = 700.000 kg = 7×10 kg menggunakan dan
menggeneralisasikan
2
g = 10 m/s
gambaran.
Jawab : Ep = ℎ
5
2
= (7×10 kg) (10 m/s ) (80 m)
5
= 5.600 × 10 J
8
= 5,6 × 10 J
Jadi, energi potensial yang dimiliki oleh air yang mengalir pada PLTA
8
tersebut adalah 5,6 × 10 J.
2. Berdasarkan soal nomor 1, hitunglah energi kinetik translasi pada pipa
pesat tersebut!
3
Diketahui : V = 700 m Ditanya : Ek ...? Indikator literasi sains:
h = 80 m Mengubah data dari
5
m = 700.000 kg = 7×10 kg suatu gambaran ke
gambaran lainnya.
2
g = 10 m/s
Jawab :
• Cari kecepatan air mengalir:
80
= = = 80 /
1
• Hitung energi kinetik translasi air:
1 2
Ek translasi =
2
1
2
5
= (7×10 kg) (80 m/s)
2
5
= 22.400 ×10 J
Jadi, energi kinetik translasi yang dimiliki oleh air yang mengalir pada
5
pipa pesat tersebut adalah 22.400 ×10 J
19
3. Air terjun niagara memiliki ketinggian 53 m. Air dengan massa sekitar
2
6000 ton jatuh setiap detik. Bila percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s jika
dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik berapa daya listrik yang
dihasilkan?
Diketahui : h = 53 m
Indikator literasi sains:
m = 6.000 ton = 6.000.000 kg Mengusulkan cara untuk
t = 1 s menyelidiki pertanyaan
Ditanya : P ...? ilmiah.
Jawab : P =
ሺ ℎሻ
=
ቀሺ6.000.000 ሻ ሺ9,8 −2 ሻ ቁ ሺ53 ሻ
=
1
= 3. 116.400.000 W
= 3.116,4 MW
Jadi, daya listrik yang dihasilkan yaitu 3.116 MW.
4. Sebuah peralatan listrik dipasang pada tegangan listrik sebesar 12 volt dan
arus yang mengalir adalah sebesar 750 mA. Hitunglah besarnya energi
listrik yang dibutuhkan dalam jangka waktu 1 menit?
Diketahui : V = 12 volt Ditanya: W...?
Indikator literasi sains:
I = 750 mA = 0,75 A Menganalisis data serta
t = 1 menit = 60 s menggambarkan
kesimpulan yang sesuai.
Jawab : W = V . I . t
= 12 volt . 0,75 A . 60 s
= 540 joule
Jadi, besarnya energi listrik yang dibutuhkan dalam jangka waktu 1 menit
sebesar 540 joule.
20
Rangkuman
Rangkuman
• Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya
(atau kecepatannya)
1
Ek =
2
2
• Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki benda yang
berada pada ketinggian tertentu terhadap bidang acuan
Ep = mgh
• Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih
tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda
bersentuhan.
• Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh mengalirnya
muatan listrik dalam suatu rangkaian listrik tertutup.
• Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh benda-benda
yang dapat memancarkan cahaya.
Latihan Latihan Bentuk-bentuk Energi
1. Air terjun memiliki debit 800 Liter/sekon. Ketinggian air terjun
2
tersebut 20 m dan percepatan gravitasinya 10 m/s . Jika daya
adalah energi per satuan waktu, berapa daya yang dihasilkan air
3
terjun? (ρair = 1 gr/cm )
2. Air mengalir pada pipa pesat di PLTA setinggi 10 m dengan debit
3
25 m /s untuk mampu menggerakkan turbin PLTA. Jika 25% energi
air dapat diubah menjadi energi listrik dan massa jenis air 1.000
3
kg/m , tentukan daya keluaran generatornya!
3
3. Air terjun setinggi 42 m dengan debit 10 m /s dimanfaatkan untuk
memutar suatu generator listrik. Jika 10% energi air terjun
berubah menjadi energi listrik dan energi listrik tersebut
digunakan untuk mendidihkan air yang bersuhu 20° C (P = 1 atm),
maka dalam waktu 1 menit, mampu mendidihkan air sebanyak...
21
Latihan Bentuk-bentuk Energi
4. Salin tabel di bawah pada buku latihan Kalian dan isilah jawabannya.
A. Tentukan besaran-besaran yang perlu diketahui untuk mengetahui
besar energi terkait beserta dimensi dan alat ukurnya.
No. Besaran Besaran Satuan SI Alat Ukur Dimensi
1 Energi Kinetik
2 Energi Potensial
3 Kalor
4 Energi Listrik
B. Tentukanlah satuan SI dan dimensi dari besaran yang merupakan
konstanta berikut ini.
No. Bentuk Energi Besaran Satuan SI Dimensi
1 Energi Potensial Gravitasi
2 Kalor
C. Buktikanlah bahwa persamaan ini memiliki dimensi yang sama dengan
energi.
Dimensi
No. Bentuk Energi Persamaan Dimensi
Energi
1 Energi Kinetik
[ ][ ]
2 Energi Potensial Gravitasi
[ ] 2
3 Kalor
22
C Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi
C. Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi
Kali ini kita akan
Acuan 1 EPmaks= mgh belajar proses dan perubahan
1 = 0
yang terjadi di alam pada
bahasan perubahan energi.
Kita dapat memulainya dari
Acuan 2 -EP + EK sistem yang sederhana
1 2
= -mgh + m terlebih dahulu. Misalkan
2
fenomena air terjun pada
gambar 13.
Acuan 3
Air yang sudah jatuh
1 2
EKmaks= m
2 dari ketinggian tertentu pada
acuan 1 menuju acuan 3. Energi
ℎ = 0 yang terlibat pada air yang
Gambar 13. Tinjauan energi pada air terjun (MUS, jatuh tersebut adalah energi
2021)
mekanik.
Energi mekanik merupakan energi yang terlibat pada
suatu benda yang berada pada posisi tertentu dan bergerak pada
keadaan tertentu. Energi mekanik adalah energi yang dihasilkan
oleh benda karena sifat geraknya. Energi mekanik didefinisikan
sebagai penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik.
Sederhananya, energi mekanik dinyatakan dengan
persamaan berikut ini.
EM = EK + EP
( 17 )
dengan:
EM = energi mekanik (J) EP = energi potensial gravitasi (J)
EK = energi kinetik (J)
23
Tetes air yang jatuh akan
mengalami perubahan energi kinetik dan
1 energi potensial gravitasi. Lihat kembali
gambar 13 air jatuh sehingga saat tetes
air jatuh berada pada ketinggian h 1 dari
2 ℎ1
permukaan tanah, tetes air itu memiliki
kecepatan 1. Setelah itu tetes air
mencapai ketinggian h 2 dari permukaan
ℎ2
3 tanah, kecepatan tetes air yang jatuh
berubah menjadi 2 .
Saat tetes air
Gambar 14. Penggambaran tetes air pada air terjun tersebut berada pada
Technology ketinggian h 1, energi potensial
Energi mekanik dalam penerapannya juga terdapat gravitasinya adalah Ep 1 dan
pada panah Compound bow yang dalam memanah energi kinetiknya Ek 1. Saat
modern, busur majemuk adalah busur yang tetes air tersebut mencapai
menggunakan sistem tuas, biasanya kabel dan
katrol, untuk menekuk anggota badan. ketinggian h 2, energi potensial
gravitasinya adalah Ep 2 dan
energi kinetiknya Ek 2. Untuk
gerak jatuh tetes air berlaku:
Gambar 15. Panah Compound bow (Mukhtar &
Rubiono, 2020) W = - ΔEP = -(EP2 – EP1) ( 18 )
Teorema usaha energi:
Saat anak panah dilepaskan dari busurnya, anak
panah akan bergerak sebagai akibat transfer energi W = ΔEk = ሺEK2 – EK1) ( 19 )
potensial dari busur menjadi energi kinetik anak
panah. Gerak anak panah memiliki komponen Subtitusikan persamaan 18 dan
kecepatan yaitu kecepatan awal sesaat setelah 19 menjadi:
lepas dari busur dan kecepatan saat bergerak di
udara. Gerak anak panah sangat dipengaruhi oleh -(EP2 – EP1) = EK2 – EK1
kecepatan awal saat anak panah dilepaskan dari -EP2 + EP1 = EK2 – EK1
busurnya. Kecepatan saat bergerak di udara akan EP1 + EK1 = EP2 + EK2
cenderung berkurang karena pengaruh aerodinamis. 1 1
2
Selain itu, lintasan gerak anak panah akan mgh1 + m 1 = mgh2 + m 2 2
2
2
cenderung berubah karena gaya beratnya yang
berkaitan dengan faktor gravitasi bumi.
24
Oleh karena EM = EP + EK ,
Engineering
sehingga dapat kita tulis
Performansi memanah tergantung pada kesesuaian
yang tepat antara panah dan busur. Untuk performa sebagai berikut:
terbaik, panah harus menekuk di sekitar haluan dan
menghindari kontak apa pun yang dapat membelokkan EM1 = EM2 ( 20 )
panah dari lintasan yang diinginkan. Pemanah menarik
busur dari situasi penyangga ke dalam situasi ditarik
sepenuhnya gerakan ini disebut menarik. Untuk itu, dengan:
pemanah mengaitkan dua atau tiga jari atau ibu jari EM1 = energi mekanik awal
dari "tangan poros" pada tali busur. Dengan tangan EM2 = energi mekanik akhir
lainnya, "tangan busur", si pemanah memegang busur di
pegangannya. Selama membidik, seorang pemanah Persamaan di atas dikenal
memegang busur yang direntangkan sementara sebagai hukum kekekalan
sepotong kecil logam atau clicker, menekan panah ke energi mekanik yang
samping pada busur. Pada akhir fase membidik, berbunyi:
pemanah menarik panah ke belakang hingga clicker
tergelincir di atas kepala panah dan menyebabkan bunyi “Pada sistem terisolasi
klik, lalu pemanah menembak. Saat anak panah (hanya bekerja gaya berat
dipercepat selama kekuatan gaya dari busur dan saat dan tidak ada gaya luar
anak panah keluar dari haluan maka cenderung lentur yang bekerja) energi total
secara longitudinal, mungkin memiliki sudut serang
bukan nol, dan mungkin memiliki kecepatan rotasi mekanik sistem berlaku
longitudinal bukan nol. Posisi siku harus sejajar dengan konstan”
garis gaya, yaitu jarak garis bahu dan garis gaya yang
paling pendek. Garis ini disebut draw force line (DFL). Dengan bantuan
diagram Cartesius seperti
pada Gambar 13 Kalian juga
Mathematics
dapat mencoba untuk
Energi dan kecepatan sebuah anak panah merupakan
fungsi dari massa anak panah. Kecepatan anak panah menganalisis peristiwa air
sebuah turnamen recurve bow dapat mencapai 65 m/dtk yang jatuh tersebut.
dengan percepatan 700 – 1000g. Sedangkan anak panah Setetes air bermassa m.
dengan bahan komposit dapat mencapai 100 m/detik Awalnya, air yang dalam
dengan percepatan 1500 – 1800 m/detik. Sistem keadaan diam berada di
penembakan panah baru yang menggunakan udara
terkompresi sebagai sumber tenaga, memungkinkan acuan 1, yaitu pada
peluncuran anak panah dengan kecepatan lebih dari 60 ketinggian h dari
m/detik. Riset terhadap 7 orang pemanah terlatih permukaan tanah, pada
tingkat junior dan nasional Jerman menghasilkan keadaan tersebut energi
kecepatan anak panah berkisar 186,06 – 230,72 potensial gravitasinya
m/detik.
25
bernilai maksimum, sehingga energi potensial gravitasi sama
dengan energi mekanik. Kemudian, tetes air jatuh dan akhirnya
sampai di posisi 3 pada ketinggian minimum dengan kecepatannya
റ
. Sesaat menyentuh permukaan tanah, kecepatan tetes air
maksimum, sehingga energi kinetik sama dengan energi mekanik
di posisi 3.
Sebenarnya, energi menunjukkan cara alam
mempertahankan “nilainya” dalam kata lain nilai energi mekanik
awal dan energi mekanik akhir bersifat konstan. Misal, pada kasus
tetes air ini, nilai energi mekanik tetes air pada posisi 1 akan sama
dengan nilai energi mekanik tetes air pada posisi 3, namun bentuk
energinya berubah. Maka, pada peristiwa jatuhnya air jatuh dari
ketinggian tertentu ini berlaku 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 ( 21 )
Sehingga yang terjadi pada air 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 ( 22 )
Jadi, pada peristiwa air jatuh pada ketinggian tertentu,
energi potensial berubah bentuk menjadi energi kinetik. Perubahan
bentuk energi seperti yang dialami oleh air jatuh biasanya disebut
dengan istilah konversi energi. Konversi energi dimanfaatkan
manusia untuk menunjang pekerjaan manusia dalam memenuhi
kebutuhannya sehari-hari.
26
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. Misalnya Kalian
menjatuhkan bola basket ke lantai seperti pada Gambar 16.
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.
ℎ
= × 100% ( 23 )
Gambar 16. Bola basket memantul dengan:
setelah bertumbukan dengan lantai η = efisiensi energi (%)
tetapi tidak dapat mencapai ketinggian
Edihasilkan = energi yang dihasilkan (J)
semula (Puspaningsih,
Tjahjadarmawan, & Krisdianti, 2021) Editerima = energi yang diterima (J)
Seperti yang sudah diketahui bahwa dalam kehidupan
sehari-hari satuan energi yang kaitannya dengan daya biasa
dinyatakan dalam kilowatt/jam (kWh) biasanya digunakan untuk
menghitung energi listrik yang digunakan beserta biaya yang
harus dikeluarkan.
27
Ayo Mencoba! Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Ayo Mencoba!
1. Air tumpah di atas meja dari ketinggian 2 meter sehingga air menetes
2
jatuh ke lantai. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s , maka
kecepatan tetes air setelah berpindah sejauh 0,5 meter dari posisi
awalnya adalah...
Diketahui: h1 = 2 m Ditanya: 1 ...? Indikator literasi sains:
1 = 0 m/s 2 Menganalisis data serta
2
g = 10 m/s menggambarkan
kesimpulan yang sesuai.
h2 = 2 m – 0,5 m = 1,5 m
Jawab: Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik:
Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
1
1
2 =
2
m. .h1 + m. 1 m. .h2 + m. 2
2
2
1
m. 10 (2) + 0 = m. 10 (1,5) + m. 2
2
2
1
20 m = 15 m + m . 2
2
2
20m – 15m = 1 2
2
2
5m = 1 2
2
2
2 = ξ10 m/s
2 = 3,16 m/s
Jadi, kecepatan tetes air setelah berpindah sejauh 0,5 meter dari posisi
awalnya sebesar 3,16 m/s.
2. Air terjun setinggi 20 m memiliki kecepatan di titik tertinggi sebesar 8
m/s. Volume air yang jatuh setiap sekon sebesar 500 L. Jika percepatan
gravitasi di tempat tersebut, tentukan energi kinetik air terjun di
2
ketinggian 12 m. (g =10 m/s )
Diketahui: h1 = 20 m Ditanya: Ek2 ...? Indikator literasi sains:
1 = 8 m/s 2 Menganalisis data
-3
= 500 L = 500 × 10 m 3 serta menggambarkan
kesimpulan yang
2
g = 10 m/s sesuai.
h2 = 12 m
28
Jawab: Massa air yang jatuh tiap sekon:
mair = air × V
= (1000 kg/m³) × (500 × 10 m )
-3
3
= 500 kg
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik:
Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
1 2
2 2 = 500 kg. 10 m/s .20m + Ek2
(500kg)(10m/s )(20m)+( 20 m)ሺ8m/s )
2
2
100.000 J+16.000 = 60.000 J+ Ek2
116.000 J = 60.000 J + Ek2
116.000 J - 60.000 J = Ek2
56.000 J = Ek2
Jadi, energi kinetik di ketinggian 12 m adalah 56.000 J.
3. Sebuah air terjun setinggi 30 meter digunakan untuk pembangkit listrik
3
tenaga air. Jika setiap detik air yang mengalir sebanyak 15 m dan efisiensi
generator yang digunakan adalah 50%, maka daya yang dihasilkan adalah...
( ρ = 1.000 kg/m³)
Diketahui : ∆h = 30 m Ditanya : P ...? Indikator literasi sains:
t = 1 s Menganalisis data serta
3
V = 15 m menggambarkan
kesimpulan yang
= 50% sesuai.
Jawab : Usaha yang dilakukan adalah:
3
2
W = m. . ∆h = ρ. V. g. ∆h = 1.000 kg/m³ . 15 m . 10 m/s . 30 m = 4,5 × 10 J
ര
6
ℎ
= × 100%
ℎ
50% = × 100%
6
4,5 × 10
6
dihasilkan = 2, 25 × 10 J
6
ℎ 2,25 × 10 J
out = = = 2.250.000 W = 2250 kW
t 1
Jadi, daya yang dihasilkan sebesar 2250 kW.
29
Rangkuman
Rangkuman
• Prinsip kerja-energi menyatakan bahwa kerja total yang dilakukan
pada sebuah benda (oleh gaya total) sama dengan perubahan energi
kinetik benda tersebut :
1 2 1 2
Wtotal = m 2 - m 1
2
2
• Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi dapat diubah dari
satu jenis ke jenis lainnya, tetapi energi total tetap konstan. Hukum ini
berlaku bahkan jika ada gesekan, karena panas yang dihasilkan dapat
dianggap sebagai bentuk energi.
Latihan
• Energi mekanik adalah energi yang dihasilkan oleh benda karena sifat
F
geraknya.
EM = EK + EP
• Bunyi hukum kekekalan energi mekanik “Pada sistem terisolasi (hanya
bekerja gaya berat dan tidak ada gaya luar yang bekerja) energi total
mekanik sistem berlaku konstan”. Persamaan hukum kekekalan energi
mekanik:
Energi Awal = Energi Akhir
1
1
mgh1 + m 1 = mgh2 + m 2
2
2
2 2
Latihan Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Latihan
1. Air jatuh bebas dari ketinggian 20 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10
2
m/s maka kecepatan air terjun pada saat berada 15 meter di atas tanah
adalah...
3
2. Air terjun setinggi 100 m mengalirkan air sebanyak 1.200 m tiap 2 sekon.
Tiga pertempat energi kinetik air ketika jatuh diubah menjadi energi listrik
2
oleh generator hidroelektrik. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s , daya
keluaran generator tersebut adalah...
3. Kabel transmisi yang sangat panjang dibuat untuk mentransmisikan listrik
dari kota A ke kota B. Tegangan yang tinggi digunakan dengan tujuan untuk
memperkecil daya yang hilang. Daya listrik 100 MW ingin dikirim ke kota B
yang berjarak 100 km dengan kabel yang hambatannya 0,1 ohm tiap
kilometer pada tegangan 100 kV. Daya listrik yang hilang dalam
pentransmisian tersebut adalah...
30
D Urgensi Isu Kebutuhan Energi
D. Urgensi Isu Kebutuhan Energi
Pada era teknologi
Daya listrik adalah kemampuan suatu peralatan industri dan digital ini, energi
listrik untuk melakukan usaha akibat adanya telah menjadi kebutuhan dasar
perubahan kerja dan perubahan muatan listrik tiap untuk kelangsungan hidup
satuan waktu. Besarnya daya listrik yang dilakukan manusia. Hal tersebut terjadi
oleh peralatan listrik dipengaruhi oleh keberadaan
tegangan listrik, kuat arus listrik, dan hambatan karena manusia mengalami
listrik di dalam rangkaian listrik tertutup, serta ketergantungan terhadap
keadaannya terhadap waktu. Ketiga besaran listrik berbagai teknologi yang dapat
tersebut menjadi penentu dari besarnya daya listrik mempermudah pekerjaannya,
yang diperlukan oleh peralatan listrik untuk bekerja salah satu contohnya seperti
secara optimal.
Handphone sehingga
Mathematics kebutuhan energi ini sangat
Nilai daya listrik umumnya dicantumkan pada label penting untuk dipenuhi.
peralatan listrik untuk menunjukkan besarnya energi Dampaknya adalah kebutuhan
yang dibutuhkan oleh perangkat listrik untuk dapat akan energi listrik meningkat.
bekerja tiap satuan waktu. Daya listrik berlebih
yaitu suatu kondisi dimana jumlah daya yang terpakai Hal tersebut terlihat dari data
melebihi jumlah daya listrik yang dimiliki. Daya yang ditampilkan pada gambar
listrik yang berlebih dapat merusak peralatan 15. Pemerintah Indonesia telah
elektronika. Pada dasarnya, sumber listrik yang memberikan kewenangan
tersedia harus seimbang dengan daya listrik yang kepada PT. Perusahaan Listrik
beroperasi. Sebagai contoh, jika sumber listrik yang
memiliki daya 900 VA, daya listrik yang beroperasi Negara (PLN) untuk penyediaan
seharusnya tidak melebihi daya 900 VA tersebut. energi kelistrikan dalam skala
Jika terjadi ketidakseimbangan, akan nasional. PT. PLN masih
mengakibatkan sering terputusnya aliran listrik atau memiliki persoalan
dikenal dengan istilah “sekring meteran turun." Atas keterbatasan kemampuan
dasar inilah, diperlukan perhitungan daya listrik yang finansial dalam memenuhi
harus disediakan agar terhindar dari
ketidakseimbangan daya. kebutuhan listrik masyarakat.
Tidak kalah pentingnya adalah sumber energi listrik yang
digunakan masih dominan berasal dari sumber energi fosil yang
semakin lama semakin mengalami penurunan terutama dari sisi
kuantitas karena itu semua barang yang tidak terbarukan dan
suatu saat habis.
31
Gambar 17. Grafik konsumsi energi listrik Indonesia tahun 2013 sampai
2019, dan target konsumsi energi listrik tahun 2020 (Lidwina, 2020)
Masalah yang
Technology dihadapi tidak hanya sampai
Teknologi smart grid merupakan teknologi jaringan pada memenuhi kebutuhan
listrik pintar yang dapat mengintegrasikan aksi- energi listrik dapat tercukupi
aksi atau kegiatan dari semua pengguna. Dalam
bahasa sederhana Smart grid adalah sistem sampai daerah terpencil,
pendistribusian tenaga listrik yang terhubung rapat terbatas
membentang dari beberapa pusat pembangkit diselenggarakan pada 3 April
listrik (PLTD, PLTMH, PLTB, dll) ke beberapa ” 2019 melalui video
jaringan ” listrik untuk dapat dihubungkan ke conference, Presiden kita,
pelanggan sebagai pengguna energi listrik dalam
memberikan kemudahan dalam menjalankan bapak Joko Widodo telah
aktifitas di rumah, kantor dan di unit usaha menyampaikan bahwa ada
(bisnis/ Industri/ sosial) . 433 desa di Indonesia yang
belum mendapatkan aliran
listrik. Pelayanan yang
Engineering dilakukan PT. PLN ini masih
belum menjangkau seluruh
Untuk penjelasan lebih lanjut mengenai cara kerja wilayah terutama daerah-
smart grid dapat disaksikan pada video berikut: daerah terpencil. Secara
https://youtu.be/pJPggse9M_0 lengkapnya, Kalian dapat
melihat datanya pada
Gambar 18.
32
Gambar 18. Persentase jumlah desa yang belum terelektrifikasi di
Indonesia tahun 2019 Nova Wahyudi dalam (Puspaningsih,
Tjahjadarmawan, & Krisdianti, 2021)
Ketimpangan dalam pemenuhan energi di Indonesia masih
cukup tinggi. Data yang dirilis oleh Kementerian ESDM mencatat
bahwa capaian rasio elektrifikasi daerah sampai dengan semester
1-2018 untuk DKI Jakarta sudah mencapai sebesar 99,99%.
Sementara itu, rasio elektrifikasi kawasan Indonesia timur sebagai
contoh NTT, baru mencapai 61,01%. Rendahnya rasio elektrifikasi
daerah sejalan dengan rendahnya kesejahteraan masyarakat.
Menurut Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM),
Ariin Tasrif, dan Direktur Utama PLN, Zulkili Zaini, faktor-faktor
yang menjadi kendala elektriikasi 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. Berdasarkan hal-hal yang telah
diulas di atas, Kalian dapat memahami bahwa Indonesia masih perlu
mengeksplorasi potensi dan kekayaan alam untuk memenuhi
kebutuhan energi listrik dan mengupayakan ketersediaannya bagi
daerah yang belum dialiri energi listrik.
33
Rangkuman
Rangkuman
• Urgensi adalah suatu hal yang sifatnya mendasar atau sangat
penting.
• Energi menjadi kebutuhan dasar dalam kelangsungan hidup manusia,
namun saat ini listrik di Indonesia sebagian besar berasal dari fosil.
• Fosil adalah segala sesuatu yang menghasilkan energi dan berasal
dari sisa-sisa atau bekas-bekas makhluk hidup yang menjadi batu
atau mineral namun memerlukan waktu berjuta-juta tahun lamanya,
oleh karena itu energi fosil akan mengalami keterbatasan untuk itu
perlu mengeksplorasi potensi dan kekayaan alam untuk memenuhi
kebutuhan energi listrik untuk mengupayakan ketersediaannya bagi
daerah yang belum dialiri energi listrik.
Latihan Latihan Urgensi Isu Kebutuhan Energi
Carilah informasi mengenai pertumbuhan penduduk di Indonesia dari
sumber terpercaya. Informasi dapat berupa grafik, tabel, dan lain-lain.
Jelaskanlah kaitannya dengan data penggunaan energi listrik
masyarakat Indonesia yang ditunjukkan pada gambar 17.
34
E E. Sumber Energi
Sumber Energi
Sumber energi adalah asal dari suatu daya
atau tenaga yang digunakan untuk proses
kegiatan manusia. Sumber energi adalah
Sumber energi adalah segala
segala sesuatu yang bisa menghasilkan
sesuatu di sekitar kita yang mampu energi baik secara langsung maupun secara
menghasilkan suatu energi baik yang konveksi. Jenis sumber energi
kecil maupun besar. Terdapat berdasarkan asalnya ada dua: a). Energi
primer yaitu energi yang terdapat di alam
berbagai jenis sumber energi yang
yang belum di olah. b). Energi sekunder
dapat dimanfaatkan saat ini, yaitu yaitu energi hasil pengolahan sumber
sebagai berikut: energi primer.
1. Energi Bahan Bakar Fosil
1. Energi Bahan Bakar Fosil
Bahan bakar fosil terbentuk dari proses ilmiah yang
dialami oleh sisa-sisa 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.
• Batubara adalah batuan sedimen yang berasal dari material
organik, yang memiliki kandungan utama berupa karbon,
hidrogen dan oksigen. Batubara ini merupakan hasil akumulasi
material organik pada suatu lingkungan pengendapan tertentu.
Batubara dihasilkan dari proses pembusukan tumbuh-
tumbuhan yang mengalami proses biokimia dan geokimia
dalam waktu yang sangat lama. Batubara merupakan salah
satu sumber energi yang penting bagi dunia, yang digunakan
sebagai bahan bakar pembangkit listrik hampir 40% di seluruh
dunia. Manfaat batubara yaitu sebagai bahan bakar yang
dapat digunakan untuk berbagai industri dan pembangkit
listrik.
• Minyak bumi adalah zat cair licin dan mudah terbakar yang
terjadi sebagian besar karena hidrokarbon. Menurut teori,
minyak bumi berasal dari sisa-sisa binatang kecil dan
tumbuhan yang hidup di laut jutaan tahun yang lalu yang
mengendap dan mendapat tekanan dari lempengan bumi
35
sehingga secara alami larut dan berubah menjadi minyak bumi.
Manfaat minyak bumi yaitu hampir semua produk dari minyak
bumi dan gas alam dimanfaatkan dan dipergunakan untuk
bahan bakar dan juga sebagai bahan baku industri.
• Gas alam biasanya terbentuk bersama minyak bumi. Keduanya
berasal dari tumbuhan dan hewan yang mati jutaan tahun lalu.
Gas alam dan minyak bumi merupakan sumber utama energi
dunia, yaitu mencapai 65,5%. Manfaat gas alam yaitu sebagai
bahan bakar dan sekaligus sebagai bahan baku industri.
Batubara dan minyak bumi
sebenarnya bisa diperbaharui tapi
memerlukan waktu jutaan tahun.
Salah satu pemanfaatan sumber
energi dari bahan fosil yaitu
batubara yang biasa digunakan pada
pembangkit Listrik Tenaga Uap
(PLTU), salah satu PLTU yang ada di
Kalimantan Selatan adalah PLTU Gambar 19. Pembangkit Listrik Tenaga Uap di
Asam-Asam. Asam-Asam (Illoenx, 2021)
2. Energi Biogas
2. 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
Gambar 20. Pembangkit Listrik Tenaga
hidup.
Biogas di Indonesia (Wardani, 2018)
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
biogas di Kalimantan silakan telusuri link berikut : http://litbang.
kemenperin.go.id/jrti/article/view/7361
36
3. Biomassa
3. Biomassa
Biomassa adalah bahan
organik yang dihasilkan melalui proses
fotosintetik, baik berupa produk
maupun buangan. Konversi biomassa
menjadi energi dapat melalui proses
termokimia, biokimia, atau ekstraksi
biji yang berminyak. Contoh biomassa
antara lain adalah tanaman,
pepohonan, rumput, ubi, limbah
pertanian, limbah hutan, tinja dan
kotoran ternak. Limbah dari budidaya
pertanian, perkebunan, kehutanan,
Gambar 21. Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa
peternakan, maupun perikanan juga Pertama di Kalimantan (Saputra E. , 2018)
dapat digunakan sebagai sumber
bioenergi.
Sumber energi biomassa mempunyai beberapa kelebihan,
antara lain merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui
(renewable) sehingga dapat menyediakan sumber energi secara
berkesinambungan (suistainable). Manfaat biomassa yaitu
merupakan salah satu bahan baku produksi bioenergi yang berasal
dari sampah (pengganti bahan bakar minyak). Energi yang diperoleh
dari biomassa ini dapat diubah menjadi energi listrik dengan cara
mengolah biomassa menjadi bahan bakar nabati, misalnya etanol
atau biodisel. Bahan bakar nabati ini selanjutnya dapat digunakan
sebagai bahan bakar generator atau diesel untuk menghasilkan
listrik.
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
biomassa di Kalimantan silakan telusuri link berikut : https://
www.validnews.id/ekonomi/kalbar-jadi-kandidat-pilot-project-
biomassa
37
4. Energi Air
4. Energi Air
Energi air pada dasarnya adalah pemanfaatan energi
potensial gravitasi. Manfaat energi air yaitu dapat dikonversi
menjadi energi listrik (kincir air) dalam skala besar pada PLTA.
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 Gambar 22. Pembangkit Listrik Tenaga Air di
rendah untuk bisa memutar turbin Kalimantan Selatan (Hidayat, 2016)
pada sistem sehingga menghasilkan
energi listrik.
Banyaknya sungai dan danau air tawar membuat Indonesia
membangun banyak Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) di
seluruh wilayahnya. Potensi tenaga air di seluruh Indonesia
diperkirakan sebesar 75.684 MW, tetapi yang sudah dimanfaatkan
masih 100 MW dengan jumlah pembangkit sekitar 800 buah.
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
air di Kalimantan silakan telusuri link berikut : https://www.
jawapos.com/ekonomi/energi/24/11/2021/transisi-energi-potensi-
plta-di-kaltara-capai-21-955-mw/?page=all
5. Energi Angin
5. Energi Angin
6.
Angin bergerak dari daerah suhu panas ke daerah suhu
dingin. Energi angin dapat terjadi jika ada perbedaan suhu. Pada
saat angin bertiup, angin disertai dengan energi kinetik (gerakan)
yang bisa melakukan suatu pekerjaan. Manfaat energi angin:
membantu kapal berlayar serta diubah menjadi energi listrik (kincir
angin).
38
Energi angin merupakan
sumber energi yang memanfaatkan
angin untuk memutar kincir angin
yang akan menghasilkan energi
mekanik dan dikonversi menjadi
energi listrik oleh generator. Berbeda
dengan batu bara, gas, dan minyak
bumi, kincir angin tidak
menyebabkan polusi bagi lingkungan,
sehingga kincir angin dipercaya
ramah lingkungan. Oleh sebab itu,
pada tahun 1930, pemerintah Gambar 23. Rancangan Pembangkit Listrik Tenaga
Bayu di Kalimantan Selatan (Suherni, 2021)
Amerika mulai menggunakan kincir
angin sebagai sumber energi listrik
utamanya.
Di daerah California, saat ini sudah ada 13.000 kincir angin
yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik hingga 1,5 – 4
juta kWh setiap tahunnya, ini berarti setiap kincir angin digunakan
untuk menyuplai kebutuhan listrik 150 hingga 400 rumah. Namun,
ketika tidak ada angin yang berhembus, maka tidak akan ada
energi listrik yang dihasilkan, sehingga masih diperlukan sejumlah
batubara, gas, atau minyak bumi untuk memenuhi energi listrik
pada saat tersebut. Tidak kalah dengan California, Indonesia telah
membangun beberapa unit kincir angin di Yogyakarta dengan
kapasitas masing-masing 80 KW dan menargetkan pembuatan
Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) yang mampu menghasilkan
250 MW pada tahun 2025.
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
angin di Kalimantan silakan telusuri link berikut :
https://mediaindonesia.com/nusantara/187969/potensi-listrik-
tenaga-bayu-di-kalsel-capai-1400-megawatt
39
6. Energi Matahari
6. Energi Matahari
7.
Matahari dapat terus-
menerus bersinar karena terjadi
reaksi fusi berantai pada inti
matahari. Energi matahari diperoleh
dari cahaya panas yang merupakan
komponen dari panas matahari.
Energi matahari merupakan sumber
energi yang paling besar dari semua
sumber energi. Manfaat energi
matahari: sebagai penerangan,
membantu proses pengeringan,
berperan dalam proses fotosintesis, Gambar 24. Pembangkit Listrik Tenaga Surya di
serta dapat diubah menjadi energi Kalimantan Timur (Abdila, 2021)
listrik (panel surya).
Energi matahari merupakan sumber energi yang
memanfaatkan matahari untuk menyinari atau memberi energi
pada perangkat lempengan logam sel surya, sehingga menghasilkan
energi listrik. Melalui penggunaan panel surya, energi matahari
dapat diubah menjadi energi listrik. Energi yang diperoleh saat
matahari bersinar terang akan disimpan dalam baterai agar dapat
digunakan saat cuaca mendung atau bahkan malam hari. Pada saat
cuaca mendung, energi listrik yang diperoleh tidak dapat dihasilkan
secara maksimal. Penggunaan energi surya di Indonesia diterapkan
dalam dua macam teknologi, yaitu teknologi energi surya termal
dan energi surya fotovoltaik. Suhu yang tinggi dari energi surya
termal digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan
hasil pertanian, dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik
digunakan untuk menghasilkan listrik yang nantinya dapat
digunakan untuk menyalakan lampu, memutar pompa air,
menyalakan televisi, dan sebagai energi alat telekomunikasi.
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
matahari di Kalimantan silakan telusuri link berikut :
https://docplayer.info/62371127-Analisis-potensi-energi-
matahari-di-kalimantan-barat.html
40
7. Energi Gelombang Laut
7. Energi Gelombang Laut
8. 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
Gambar 25. Pembangkit Listrik Tenaga
gelombang laut. Namun, sumber ini masih Gelombang Laut (Pusparani, 2018)
dalam taraf pengembangan di Indonesia.
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
gelombang laut di Kalimantan silakan telusuri link berikut :
https://jurnal.untan.ac.id/index.php/jpositron/article/view/14536/0
8. Energi Pasang Surut
8. Energi Pasang Surut
Energi pasang surut
merupakan energi yang bersumber
dari proses pasang surut air laut.
Terdapat dua jenis sumber energi
pasang surut air laut, yaitu
perbedaan tinggi rendah air laut saat
pasang dan surut, dan arus pasang
surut terutama pada selat-selat yang Gambar 26. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut
(Masli, 2018)
kecil.
Energi air pasang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan
listrik seperti halnya listrik tenaga air tetapi dalam skala yang lebih
besar. Pada saat air pasang, air bisa ditahan di belakang
bendungan. Ketika surut, maka tercipta perbedaan ketinggian air
antara air pasang yang ditahan di bendungan dan air laut, dan air
laut dibelakang bendungan bisa mengalir melalui turbin yang
41
berputar, untuk menghasilkan listrik. Tekanan yang dihasilkan oleh
air laut memutar turbin sehingga menghasilkan energi listrik.
Seperti energi gelombang laut, Indonesia sebagai negara maritim
memiliki potensi dalam pemanfaatan energi pasang surut air laut,
namun masih dalam taraf pengembangan.
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
pasang surut air laut di Kalimantan silakan telusuri link berikut :
https://www.researchgate.net/publication/311379103_IDENTIFIKASI
_POTENSI_ENERGI_PASANG_SURUT_MENGGUNAKAN_ALAT_FLOATING_
DAM_DI_PERAIRAN_KALIMANTAN_BARAT_INDONESIA
9. Energi Panas Bumi
9. Energi Panas Bumi
Energi panas bumi adalah energi
panas yang berasal dari dalam bumi.
Energi panas ini dihasilkan di dalam inti
bumi yang ditimbulkan oleh peristiwa
peluruhan partikel-partikel radioaktif di
dalam batuan. Inti bumi terbentuk dari
magma yang mengalir menembus
Gambar 27. Pembangkit Listrik Tenaga Panas
berbagai lapisan batuan di bawah tanah. Bumi (Saputra A. , 2018)
Saat mencapai reservoir air bawah tanah, terbentuklah air
panas bertekanan tinggi yang keluar ke permukaan bumi melalui
celah atau retakan di kulit bumi, maka timbul sumber air panas
yang biasa disebut uap panas. Salah satu sumber energi yang dapat
dikembangkan di Indonesia adalah geothermal atau panas bumi.
Indonesia merupakan negara dengan sistem hidrotermal
untuk sumber geothermal terbesar di dunia dengan potensi lebih
dari 17.000 MW yang dapat menghemat 40 persen sumber daya
panas bumi dunia.
42
Mathematics
Kondisi geologis Indonesia yang terletak
Berdasarkan kajian Think Geo Energy
pada 2020, Indonesia menempati posisi pada pertemuan tiga lempeng tektonik
kedua dengan sumber daya panas bumi utama (Lempeng Eurasia, Indo-Australia
terbesar di dunia, dengan potensi dan Pasifik) memberikan dampak
mencapai 23,76 gigawatt (GW). donesia banyaknya energi panas bumi di
memiliki potensi dan cadangan energi
yang sangat melimpah, namun belum Indonesia. Indonesia menempati urutan
mampu digunakan secara optimal di keempat di dunia, bahkan dari variabel
seluruh penjuru negeri. Tenaga suhu tinggi, Indonesia menempati urutan
matahari 112 GWp, hidro dan minihidro kedua. Jumlah potensi energi panas bumi
75 GW, energi berbasis bayu memiliki di Indonesia sangat besar yaitu lebih dari
potensi 950 MW, sedangkan biofuel dan
biomassa memiliki potensi yang amat 252 lokasi yang tersebar di Sumatera,
besar hingga mencapai 60 GW. Saat ini Jawa, Nusa Tenggara, Bali, Sulawesi
hanya beberapa daerah yang telah hingga Maluku.
mengaplikasikan energi terbarukan
tersebut.
Jika Kalian ingin menelusuri lebih lanjut mengenai potensi energi
panas bumi di Kalimantan silakan telusuri link berikut :
https://www.panasbuminews.com/potensi-panasbumi-kalimantan-
barat-tersebar-di-lima-titik/
Rangkuman
Rangkuman
• Sumber energi adalah segala sesuatu yang bisa menghasilkan energi.
• Bahan bakar fosil adalah materi alami seperti minyak, batu bara dan
gas alam yang terkubur dalam perut bumi dengan tujuan untuk
menghasilkan energi.
• Biogas adalah gas yang dapat dibakar dan dihasilkan melalui aktivitas
anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk
diantaranya kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah
tangga), atau degradasi anaerobik bahan-bahan organik oleh bakteri-
bakteri anaerobik.