Energi

Energi
Transformasi energi.Kilatmengubah 500megajouleenergi potensial listrikmenjadienergi cahaya,energi bunyi,danenergi panas.
Simbol umum	E
Satuan SI	joule
Satuan lainnya	erg,kalori,kkal,BTU,kW⋅h,eV
Dalamsatuan pokok SI	J = kg m2s−2
Dimensi SI	ML2T−2

Dalamfisika,energiatautenagaadalahproperti fisikadari suatuobjek,dapat berpindahmelaluiinteraksi fundamental,yang dapatdiubahbentuknyanamuntak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.Jouleadalah satuanSIuntuk energi, diambil dari jumlah yang diberikan pada suatu objek (melaluikerja mekanik) dengan memindahkannya sejauh 1meterdengan gaya 1newton.

Kerjadanpanasadalah 2 contoh proses atau mekanisme yang dapat memindahkan sejumlah energi.Hukum kedua termodinamikamembatasi jumlah kerja yang didapat melalui proses pemanasan-beberapa di antaranya akan hilang sebagaipanas terbuang.Jumlah maksimum yang dapat digunakan untuk kerja disebutenergi tersedia.Sistem seperti mesin dan benda hidup membutuhkan energi tersedia, tidak hanya sembarang energi. Energi mekanik dan bentuk-bentuk energi lainnya dapat berpindah langsung ke bentukenergi panastanpa batasan tertentu.

Ada berbagai macambentuk-bentuk energi,tetapi semua tipe energi ini harus memenuhi berbagai kondisi seperti dapat diubah ke bentuk energi lainnya, mematuhi hukum konservasi energi, dan menyebabkan perubahan pada benda bermassa yang dikenai energi tersebut. Bentuk energi yang umum di antaranyaenergi kinetikdari benda bergerak,energi radiasidari cahaya danradiasi elektromagnetik,energi potensialyang tersimpan dalam sebuah benda karena posisinya sepertimedan gravitasi,medan listrikataumedan magnet,danenergi panasyang terdiri dari energi potensial dan kinetik mikroskopik dari gerakan-gerakan partikel tak beraturan. Beberapa bentuk spesifik dari energi potensial adalahenergi elastisyang disebabkan dari pemanjangan atau deformasi benda padat danenergi kimiaseperti pelepasan panas ketika bahan bakar terbakar. Setiap benda yang memiliki massa ketika diam, memilikimassa diamatausamadengan energi diam, meski tidak dijelaskan dalam fenomena sehari-hari difisika klasik.

Menurutneraca massa-energi,semua bentuk energi membutuhkan massa. Contohnya, menambahkan 25 kilowatt-jam (90 megajoule) energi pada objek akan meningkatkan massanya sebanyak 1 mikrogram; jika ada timbangan yang sebegitu sensitif maka penambahan massa ini bisa terlihat. Matahari mengubahenergi potensial nuklirmenjadi bentuk energi lainnya; total massanya akan berubah ketika energi terlepas ke sekelilingnya terutama dalam bentukenergi radiasi.

Meskipun energi dapat berubah bentuk, tetapi hukumkekekalan energimenyatakan bahwa total energi pada sebuah sistem hanya berubah jika energi berpindah masuk atau keluar dari sistem. Hal ini berarti tidak mungkin menciptakan atau memusnahkan energi. Total energi dari sebuah sistem dapat dihitung dengan menambahkan semua bentuk energi dalam sistem tersebut. Contoh perpindahan dan transformasi energi adalah pembangkitan listrik,reaksi kimia,atau menaikkan benda.

Organisme hidup juga membutuhkanenergi tersediauntuk tetap hidup; manusia misalnya, membutuhkan energi dari makanan beserta oksigen untuk memetabolismenya. Peradaban membutuhkan pasokan energi untuk berbagai kegiatan;sumber energisepertibahan bakar fosilmerupakan topik penting dalam ekonomi dan politik.Iklimdanekosistembumi juga dijalankan oleh energi radiasi yang didapat dari matahari (jugaenergi geotermalyang didapat dari dalam bumi.

Bentuk-bentuk energi

Tipe energi	Deskripsi
Kinetik	(≥0), energi akibat gerak dari suatu objek
Potensial	Energi potensial terdiri dari banyak bentuk
Mekanik	Jumlah energi kinetik dan potensial
Gelombang mekanik	(≥0), bentuk energi mekanik akibat gerak osilasi suatu benda
Kimia	energi yang terkandung dalam senyawa kimia
Listrik	energi akibat medan listrik
Magnet	energi akibat medan magnet
Radiasi	(≥0), energi akibatradiasi elektromagnetiktermasukcahaya
Nuklir	energi akibatnukleonberikatanmembentuknukleus atom
Ionisasi	energi akibatikatanelektron ke atom atau molekul
Elastik	energi akibat deformasi material
Gravitasi	energi akibat medan gravitasi
Diam	(≥0) setaradenganmassa diam
Termal	Energi dalamsuatu sistem yang dipengaruhi suhu
Panas	Sejumlahenergi termalyangberpindah(dariproses) ke arah suhu yang lebih rendah
Kerja mekanik	sejumlah energi yang berpindah (dari proses) akibat perpindahan pada arah gaya

Sejarah

Artikel utama:Sejarah energidanGaris waktu termodinamika, mekanika statistika, dan proses acak

Thomas Young– orang pertama yang mengemukakan istilah "energi" dalam pandangan modern.

Kataenergiberasal daribahasa Yunani Kuno:ἐνέργεια,translit.energeia,har.'aktivitas, operasi',yang kemungkinan muncul pertama kali dalam karyaAristotelespada abad ke-4 SM. Kebalikan dengan definisi modern, energeia adalah konsep filosofis kualitatif yang sangat luas.

Pada akhir abad ke-17,Gottfried Leibnizmengusulkan idebahasa Latin:vis viva,atau gaya hidup, yang didefinisikan sebagai perkalian antara massa objek dengan kuadrat kecepatannya; ia percaya bahwa totalvis vivaadalah kekal. Untuk memperhitungkan perlambatan akibat friksi/gesekan, Leibniz membuat teori bahwa energi termal terdiri dari gerak acak dari bagian pembentuk zat, meski pada akhirnya hal ini membutuhkan waktu lebih dari satu abad untuk diterima secara umum. Analogi modern dari besaran ini (energi kinetik) hanya berbeda pada faktor pengali setengah.

Pada tahun 1807,Thomas Youngkemungkinan adalah orang pertama yang menggunakan istilah "energi" daripadavis viva.Gustave-Gaspard Coriolismenjelaskan "energi kinetik"pada tahun 1829, danWilliam Rankinememunculkan istilah "energi potensial"tahun 1853. Hukumkekekalan energijuga pertama kali dipostulatkan pada awal abad ke-19, dan berlaku pada semuasistem terisolasi.Pernah dipertentangkan apakah panas adalah substansi fisika atau bukan, atau hanyalah besaran fisika sepertimomentum.Pada tahun 1845James Prescott Joulemenemukan hubungan antara kerja mekanik dengan munculnya panas.

Pengembangan ini memunculkan teori kekekalan energi, dirumuskan formal oleh William Thomson (Lord Kelvin) dalamtermodinamika.Termodinamika memberikan penjelasan bagi pengembangan proses-proses kimia olehRudolf Clausius,Josiah Willard Gibbs,danWalther Nernst.Clausius juga mengemukakan konsepentropidanJožef Stefanmengenalkan hukumenergi radiasi.Menurutteorema Noether,hukum kekekalan energi adalah akibat daripada hukum fisika tidak berubah terhadap waktu.

Satuan

SI dan satuan berhubungan

Energi dinyatakan dalam satujoule(J).Penggunaan satuan ini dinamakan untuk menghormati jasa dariJames Prescott Jouleataspercobaannya dalampersamaan mekanik panas.Dalam istilah yang lebih mendasar1 joulesama dengan 1newton-meterdan, dalam istilahsatuan pokok SI,1 J sama dengan 1kgm²s⁻².

Penggunaan dalam sains

Mekanika klasik

Dalam mekanika klasik, energi yang properti yang berguna secara konsep dan matematis. Beberapa perumusan mekanika telah dikembangkan menggunakan energi sebagai konsep utama.

Kerja, sebuah bentuk energi, adalah gaya dikali jarak.

$W=\int _{C}\mathbf {F} \cdot \mathrm {d} \mathbf {s}$

Disini dikatakan bahwa kerja ($W$) sama denganintegral garisdarigayaFsepanjang lintasanC;untuk lebih detailnya lihat pada artikelkerja mekanik.Kerja dan energi adalah tergantung kerangka.

Total energi dalam sistem terkadang disebutHamiltonian,diambil dari namaWilliam Rowan Hamilton.Persamaan gerak klasik dapat ditulis dalam bentuk Hamiltonian, meski untuk sistem yang sangat kompleks dan abstrak. Persamaan klasik ini memiliki analogi langsungnya dalam mekanika kuantum nonrelativistik.

Konsep lain berkaitan dengan energi disebut sebagaiLagrangian,diambil dari namaJoseph-Louis Lagrange.Formulasi ini sama pentingnya dengan Hamiltonian, dan keduanya dapat digunakan untuk menurunkan atau diturunkan dari persamaan gerak. Konsep ini ditemukan dalam konteksmekanika klasik,tetapi berguna secara umum untuk fisika modern. Konsep Lagrangian didefinisikan sebagai energi kinetikminusenergi potensial. Umumnya, konsep Lagrange secara matematis lebih mudah digunakan daripada Hamiltonian untuk sistem non-konservatif (seperti sistem dengan gaya gesek).

Biologi

Dalam bidang biologi, energi berperan pada seluruh tingkat sistem biologis, dari biosfer sampai ke makhluk hidup terkecil.

Biosfer yaitu bagian atau lapisan dari bumi di mana terdapat kehidupan. Cakupan biosfer yaitu mulai dari sistem akar paling dalam pohon-pohon yang ada di bumi ke ekosistem bersuasana gelap di palung terdalam yang ada di samudra, hutan hutan yang dalam dan puncak gunung-gunung tinggi.Pergerakan energi terjadi di biosfer. Energi yang masuk ke biosfer berasal dari matahari. Ada banyak jenis energi yang dipancarkan matahari, namun yang diterima oleh bumi adalah sebagian kecil energi tersebut. Energi yang berasal dari matahari yang biasa digunakan oleh makhluk hidup adalah energi panas dan cahaya. Energi panas penting bagi bumi agar tetap menjadi biosfer sebagaimana energi panas dapat mempertahankan suhu bumi agar optimal bagi kehidupan. Cahaya diperlukan agar makhluk hidup dapat melihat. Selain itu, cahaya juga dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk membuat gula dan pati sebagai nutrisi bagi makhluk hidup lainnya.

Pada makhluk hidup, energi berperan dalam pertumbuhan dan perkembangan sel atau organel dari suatu organisme. Pada dasarnya, setiap aktivitas yang dilakukan oleh makhluk hidup memerlukan energi. Proses sintesis molekul, penguraian molekul, serta pemindahan molekul dari satu tempat ke tempat lain juga memerlukan energi.

Perpindahan

Kerja

Artikel utama:Kerja mekanik

Kerjadidefinisikan sebagai "integral batas"gayaF sejauh s:

$W=\int \mathbf {F} \cdot \mathrm {d} \mathbf {s}$

Persamaan di atas mengatakan bahwa kerja ($W$) sama dengan integral dariperkalian dotantaragaya($\mathbf {F}$) yang bekerja benda dan posisi benda mendekati nol ($\mathbf {s}$).

Jenis

Energi kinetik

Artikel utama:Energi kinetik

Energi kinetik adalah bagian energi yang berhubungan dengan gerakan suatu benda.

$E_{k}=\int \mathbf {v} \cdot \mathrm {d} \mathbf {p}$

Persamaan di atas menyatakan bahwa energi kinetik ($E_{k}$) sama denganintegraldariperkalian dotkecepatan($\mathbf {v}$) sebuah benda danmomentumbenda mendekati nol ($\mathbf {p}$).

Energi potensial

Artikel utama:Energi potensial

Berlawanan denganenergi kinetik,yang adalah energi dari sebuahsistemdikarenakan gerakannya, atau gerakan internal dari partikelnya,energi potensialdari sebuah sistem adalah energi yang dihubungkan dengan konfigurasi ruang dari komponen-komponennya dan interaksi mereka satu sama lain. Jumlah partikel yang mengeluarkan gaya satu sama lain secara otomatis membentuk sebuah sistem dengan energi potensial. Gaya-gaya tersebut, contohnya, dapat timbul dari interaksi elektrostatik (lihathukum Coulomb), ataugravitasi.

Energi dalam

Artikel utama:Energi dalam

Energi internaladalahenergi kinetikdihubungkan dengan gerakanmolekul-molekul,danenergi potensialyang dihubungkan dengangetaranrotasidan energilistrikdariatom-atomdi dalam molekul. Energi internal seperti energi adalah sebuahfungsi keadaanyang dapat dihitung dalam sebuah sistem.

Energi listrik

Energi listrikmerupakan energi yang berkaitan dengan perhitungan aruselektronyang dinyatakan dalam satuanWatt-jam atau kiloWatt-jam. Perpindahan energi listrik terjadi dalam bentuk aliran elektron melaluikonduktorjenis tertentu. Energi listrik dapat disimpan sebagai energi medanelektrostatikmelaluimedan listrikyang dihasilkan oleh terkumpulnya muatan elektron pada pelat-pelatkapasitor.Total energi medan listrik ditambah dengan energimedan elektromagnetik,sama dengan energi yang berkaitan denganmedan magnetyang timbul akibat aliran elektron melaluikumparaninduksi.

Energi mekanik

Bentuk perubahanenergi mekanikadalah kerja. Energi mekanik tersimpan dalam bentukenergi potensialatauenergi kinetik.

Energi elektromagnetik

Energi elektromagnetikadalah bentuk energi yang berkaitan denganradiasi elektromagnetik.Energi radiasi dinyatakan dalam satuan elektron-Volt (eV) atau mega elektron-Volt (MeV). Radiasi elektromagnetik tidak berkaitan denganmassadan merupakan bentuk energi murni. Apabilapanjang gelombangnya semakin pendek danfrekuensinya semakin tinggi, maka energi transmisi semakin besar atau semakin energetik. Sumber radiasi atau panjang gelombang radiasi elektromagnetik dibagi atas beberapa kelas. Radiasisinar gamma(y) merupakan jenis radiasi yang paling energetik dari energi elektromagnetik.Sinar Xdihasilkan oleh keluar orbitnya elektron. Radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik timbul akibat getaran atom. Kelompok energi elektromagnetik ini termasuk radiasi ultraviolet atau radiasi temperatur tinggi, radiasi tembus pandang dan kelompok radiasi temperatur rendah atausinar inframerah.Jenis radiasi elektromagnetik yang lainnya adalah radiasi gelombang milimeter dan gelombang mikro yang digunakan untuk radar sertamicrowave-cookers.

Energi kimia

Energi kimiamerupakan hasil interaksi elektron antara dua atau lebih atom/molekulyang mengalami pencampuran. Reaksi kimia ini menghasilkansenyawa kimiayang stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan. Bila energi dilepas dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksieksotermis.Satuan energi kimia dinyatakan dalam kiloJoule,satuan panas Britania,atau kiloKalori.Bila energi dalam reaksi kimia terserap maka disebut dengan reaksiendotermis.Reaksi kimia eksotermis adalah sumber energibahan bakaryang sangat penting bagi manusia dalam proses pembakaran yang melibatkanoksidasidaribahan bakar fosil.

Energi nuklir

Energi nuklirmerupakan energi dalam bentuk tersimpan yang dapat dilepas. Pembentukan energi nuklir merupakan akibat dari interaksipartikeldengan atau dalaminti atom.Energi ini dilepas sebagai hasil usaha partikel-partikel untuk memperoleh kondisi yang lebih stabil. Satuan energi nuklir adalah juta elektron reaksi.Peluruhan radioaktif,fisidanfusiterjadi selama reaksi nuklir berlangsung.

Energi termal

Energi termaladalah bentuk energi dasar yang dapat dikonversi secara penuh menjadi energi panas. Pengubahan energi termal ke energi lain dibatasi olehHukum Termodinamika Kedua.Bentuk transisi dari energi termal dapat pula dalam bentuk energi tersimpan sebagaikalor latenatau kalor sensibel yang berupaentalpi.

Termodinamika

Energi dalam

Energi dalamadalah jumlah dari semua elemen energi mikroskopik yang ada pada sistem. Energi dalam merupakan energi yang dibutuhkan untuk menciptakan sistem. Energi dalam berhubungan denganenergi potensial,sepertistruktur molekul,struktur kristal,gerak partikel, dan aspek geometri lain. Termodinamika berfokus pada perubahan energi dalam, tetapi bukan nilai absolutnya.

Hukum pertama termodinamika

Hukum pertama termodinamikamenyatakan bahwa energialways conserveddan aliran panas merupakan bentuk perpindahan energi. Untuk sistemhomogen,dengansuhudan tekanan yang telah ditentukan, rumus penurunan dari hukum pertama, bahwa sistem yang hanya berdasar dari gayatekanandan perpindahan panas (misalnyasilinderpenuh berisigas), perubahan diferensial energi dalam sistem dirumuskan dengan

$\mathrm {d} E=T\mathrm {d} S-P\mathrm {d} V\,$,

dengan suku pertama di sebelah kanan adalah panas yang dipindahkan ke dalam sistem, dinyatakan dalamtemperaturTdanentropiS(nilai entropi naik dan perubahan dSbernilai positif ketika sistem dipanaskan, dan suku terakhir di sebelah kanan adalah kerja yang dilakukan pada sistem, di mana tekananPdan volumeV(tanda negatif berasal dari kompresi pada sistem yang membutuhkan kerja yang dilakukan pada sistem sehingga perubahan volume, dV,bernilai negatif ketika kerja dilakukan pada sistem).

Persamaan ini sangat spesifik, mengabaikan semua energi kimia,listrik,nuklirmaupungravitasi.Rumus umum hukum pertama termodinamika nilainya tetap valid meskipun pada situasi di mana sistem tidak homogen. Untuk kasus ini, perubahan energi dalam pada sistemtertutupdinyatakan dengan

$\mathrm {d} E=\delta Q+\delta W$

dengan$\delta Q$adalah panas yang masuk dalam sistem dan$\delta W$adalah kerja yang dilakukan pada sistem.

Transformasi

Transformasi energi atau konversi energi merupakan proses pengubahan energi dari satu bentuk energi ke suatu bentuk energi yang lain atau berbeda.Prinsip transformasi energi dimanfaatkan oleh manusia menjadi suatu sistem yang mampu menghasilkan usaha.Setiap proses transformasi energi pasti mengalami kerugian.Setiap kerugian dalam transformasi energi dipengaruhi olehlingkungan.Ini disebabkan oleh sifat alami energi yang cenderung dapat terseba ke mana-manar.Kegiatan konversi energi yang terencana wajib memiliki beberapa prinsip umum. Validitas dari prinsipnya harus berupa bukti empiris sehingga dapat digunakan oleh pemakai akhir energi. Prinsip utama dalam transformasi energi adalah penghematan energi, pengurangan rugi energi dan peningkatanefisiensi energiyang dikelola melaluimanajemen energi.Transformasi energi dilakukan dengan memperhatikan manajemen energi tanpa mempertimbangkan kondisi keragaman teknologi dari pemakai energi di bagian akhir siklus energi.Proses transformasi energi dapat dilakukan dengan menggunakanmesin konversi energi.Pengubahan energinya dapat dalamenergi mekanis,energi listrik,energi kimia,energi nuklirdanenergi termal.

Manajemen

Manajemen energiselalu berkaitan dengan transformasi energi. Prinsip umum manajemen energi dan transformasi energi adalah sama. Masing-masing harus menggunakan prinsip yang bersifat umum dan telah memiliki tingkat keabsahan yang dapat ditunjukkan melalui bukti empiris. Manajemen energi tidak dipengaruhi oleh tingkat keragaman pengguna akhir energi. Kondisi ini berlaku untuk segi standar teknis,ekonomimaupunlingkungan.Konversi energi di dalam ka gian manajemen energi berarti bahwa setiap proses perubahan energi harus dapat dibuat mengalami kerugian energi dengan jumlah yang sesedikit mungkin. Manajemen energi dalam hal ini berperan dalam meningkatkanefisiensi energiyang dipengaruhi oleh adanya kegiatan konversi energi. Manajemen energi yang efektif tercapai melalui tahap pengumpulan dan penyampaian informasi. Tahap pengumpulan informasi meliputi analisisdatasejarahenergi,audit energi,akuntansi, analisis teknik serta pembuatanproposalinvestasidengan studi kelayakan sebagai acuannya. Sementara tahap penyampaianinformasimeliputipelatihandan pemberian informasi kepada personel yang bekerja di bidang energi.Program manajemen energi disesuaikan dengan kemampuan anggaran perusahaan dalam pembiayaan energi. Indeks kinerja utama pada energi-energi yang penting dkenali untuk keperluan penghematan energi. Pekerjaan manajemen energi ini dapat dilakukan olehkonsultandai pihak internal maupun eksternal.

Lihat pula

Energi dalam ilmu alam

• Konversi energi
• enthalpy
• exergy
• daya (fisika)
• Energi orbital spesifik
• termodinamika
• entropi termodinamika

Topik utama

• Daftar topik energi
• Krisis energi
• Pengembangan energi
• Teknologi energi
• Kebijakan energi
• Energi terbaharui

Artikel lainnya

• Keseimbangan energi
• Energy demand managementandDSM
• Penyimpanan energi
• Transmisi energi
• EU Energy Label
• Spiritual energy(seperti contoh padaNew Age)
• Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Indonesia

Referensi

Daftar pustaka

• Ismail dan Rahman, R. A. (2020).Energi Angin: Turbin Angin(PDF).Ponorogo: Uwais Inspirasi Indonesia.ISBN978-623-227-451-8.
• Pudjanarsa, A. dan Nursuhut, D. (2013).Mesin Konversi Energi.Yogyakarta: ANDI.ISBN978-979-29-3452-6.Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Sutikno, dkk. (2019).Konversi Energi: Manejemen, Prinsip, dan Aplikasi(PDF).Yogyakarta: UAD Press.ISBN978-602-0737-31-7.
• Saleh, A. S., dan Bahariawan, A. (2018).Buku Ajar Energi dan Elektrifikasi Pertanian.Sleman: Deepublish.ISBN978-602-475-036-7.Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Widjonarko, dkk. (2020).Teknologi Penyimpanan Energi dan Perkembangannya(PDF).Jember: UPT Penerbitan Universitas Jember.ISBN978-623-7973-58-4.

Pranala luar

• Situs Berita Energi Terbarukan
• Portal Media Informasi Teknologi dan Energi HijauDiarsipkan2009-08-15 diWayback Machine.
• Energy EncyclopediaEncyclopedia of free energy
• Conversions of energy units
• Renewable Energy
• What does energy really mean? From Physics WorldDiarsipkan2004-08-03 diWayback Machine.
• Glossary of Energy Terms
• International Energy Agency IEA -OECD

Bacaan lanjutan

• Feynman, Richard.Six Easy Pieces: Essentials of Physics Explained by Its Most Brilliant Teacher.Helix Book. See the chapter "conservation of energy" for Feynman's explanation of what energy is and how to think about it.
• Einstein, Albert(1952).Relativity: The Special and the General Theory (Fifteenth Edition).ISBN 0-517-88441-0