Hukum Kekekalan Energi Sahabat Pustakers, pada kesempatan kali ini Pustaka Sekolah akan berbagi artikel mengenai Hukum kekekalan Energi.
Semua energi yang berada di alam ini merupakan bentuk perubahan dari
energi yang lain. Manusia memperoleh energi dengan memakan makanan yang
berasal dari hewan atau tumbuhan. Namun, tumbuhan bukanlah sumber
energi. Tumbuhan mengubah energi dari cahaya matahari menjadi energi
kimia yang tersimpan dalam makanan melalui proses fotosintesis.
Energi mekanik
Energi mekanik adalah energi yang
dimiliki benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri dari energi
potensial dan energi kinetik.
Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang
dimiliki benda karena posisinya terhadap suatu acuan. Contohnya adalah
sebutir kelapa yang ada di atas pohon. Jika diberi gaya, maka buah
kelapa itu akan jatuh. Kelapa yang jatuh memiliki energi.dengan kata
lain, kelapa dapat melakukan kerja. Apabila kita berdiri di bawah pohon
kelapa, kepala kita akan terasa sakit ketika tertimpa kelapa yang jatuh,
sedangkan kelapa yang tergeletak di tanah tidak dapat melakukan kerja.
Energi potensial akan bertambah besar ketika letak benda terhadap titik
acuan semakin besar. Kelapa yang ada di cabang rendah energi
potensialnya lebih rendah daripada kelapa yang terletak di cabang yang
tinggi. Kelapa memiliki energi potensial karena adanya pengaruh gaya
gravitasi bumi. Oleh karena itu, energi ini disebut energi potensial
gravitasi. Jadi, energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki
benda karena ketinggiannya terhadap suatu bidang datar sebagai acuan,
misalnya lantai atau tanah. Makin tinggi letak benda terhadap titik
acuan, maka energi potensialnya semakin besar.
Energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk
energi yang lain. Energi alam semesta adalah tetap, sehingga energi
yang terlibat dalam suatu proses kimia dan fisika hanya merupakan
perpindahan atau perubahan bentuk energi.
Contoh perubahan energi :- Energi radiasi diubah menjadi energi panas.
- Energi potensial diubah menjadi energi listrik.
- Energi kimia menjadi energi listrik.
Sistem adalah bagian dari alam semesta
yang menjadi pusat perhatian langsung dalam suatu percobaan tertentu.
Lingkungan adalah bagian lain dari alam semesta yang terdapat di luar
sistem. Secara umum terdapat 3 jenis sistem :
- Sistem terbuka. Suatu sistem dimana dapat terjadi perpindahan materi dan energi dengan lingkungannya. Contoh : kopi panas dalam gelas terbuka, akan melepaskan panas dan uap air ke lingkungannya.
- Sistem tertutup. Suatu sistem dimana hanya dapat terjadi perpindahan energi ke lingkungannya tetapi tidak dapat terjadi perpindahan materi. Contoh : kopi panas dalam gelas tertutup, dapat melepaskan panas / kalor ke lingkungannya tetapi tidak ada uap air yang hilang.
- Sistem terisolasi. Suatu sistem dimana tidak dapat terjadi perpindahan materi maupun energi ke lingkungannya. Contoh : kopi panas dalam suatu termos.
Sesuai dengan Hukum Termodinamika I,
yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan,
tetapi energi hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk energi
yang lain, maka jumlah energi yang diperoleh oleh sistem akan = jumlah
energi yang dilepaskan oleh lingkungan. Sebaliknya, jumlah energi yang
dilepaskan oleh sistem akan = jumlah energi yang diperoleh oleh
lingkungan.
Energi adalah kapasitas untuk melakukan
kerja ( w ) atau menghasilkan panas / kalor ( q ). Energi yang dimiliki
oleh sistem dapat berupa energi kinetik ( berkaitan dengan gerak molekul
sistem ) maupun energi potensial. Energi dalam ( E ) adalah jumlah
energi yang dimiliki oleh suatu zat atau sistem. Perpindahan energi
antara sistem dan lingkungan terjadi dalam bentuk kerja ( w ) atau dalam
bentuk kalor ( q ). Tanda untuk kerja ( w ) dan kalor ( q ) :
- Sistem menerima kerja, w bertanda ( + ).
- Sistem menerima kalor, q bertanda ( + ).
- Sistem melakukan kerja, w bertanda ( – ).
- Sistem membebaskan kalor, q bertanda ( – ).
Energi dalam ( E ) termasuk fungsi
keadaan yaitu besaran yang harganya hanya bergantung pada keadaan
sistem, tidak pada asal-usulnya. Keadaan suatu sistem ditentukan oleh
jumlah mol ( n ), suhu ( T ) dan tekanannya ( P ). Energi dalam juga
termasuk sifat ekstensif yaitu sifat yang bergantung pada jumlah zat.
Misalnya : jika E dari 1 mol air = y kJ maka E dalam 2 mol air ( T,P ) =
2y kJ. Nilai energi dalam dari suatu zat tidak dapat diukur, tetapi
yang diperlukan dalam termokimia hanyalah perubahan energi dalam (
DE ).
DE = E2 – E1
- E1 = energi dalam pada keadaan awal
- E2 = energi dalam pada keadaan akhir
DE = Ep – Er
- Ep = energi dalam produk
- Er = energi dalam reaktan
Kerja yang dilakukan oleh sistem :
- w = – F. s ( kerja = gaya x jarak )
F = P. A
maka :- w = – ( P. A ) . h
- w = – P. ( A . h )
w = – P. DV
- Satuan kerja = L. atm
- 1 L. atm = 101,32 J
Contoh : Hitunglah besarnya kerja ( J )
yang dilakukan oleh suatu sistem yang mengalami ekspansi melawan P = 2
atm dengan perubahan V = 10 L !
Jawaban :w = – P. DV
- = – 2 atm x 10 liter
- = – 20 L.atm = – 2.026,4 J
Kalor adalah energi yang berpindah dari
sistem ke lingkungan atau sebaliknya, karena adanya perbedaan suhu yaitu
dari suhu lebih tinggi ke suhu lebih rendah. Perpindahan kalor akan
berlangsung sampai suhu antara sistem dan lingkungannya sama. Meskipun
kita mengatakan bahwa sistem “ menerima “ atau “ membebaskan “ kalor,
tetapi sistem tidak mempunyai energi dalam bentuk “ kalor “. Energi
yang dimiliki sistem adalah energi dalam ( E ), yaitu energi kinetik dan
potensial. Perpindahan kalor terjadi ketika molekul dari benda yang
lebih panas bertumbukan dengan molekul dari benda yang lebih dingin.
Satuan kalor = kalori ( kal ) atau joule ( J ).
1 kal = 4, 184 J
Mengukur jumlah kalor :q = m x c x DT
atauq = C x DT ; q = m x L
dengan :- q = jumlah kalor ( J )
- m = massa zat ( g )
- DT = perubahan suhu ( oC atau K )
- c = kalor jenis ( J / g.oC ) atau ( J / g. K )
- C = kapasitas kalor ( J / oC ) atau ( J / K )
- L = kalor laten ( J / g ) = kalor peleburan / pelelehan dan kalor penguapan.
Contoh : Berapa joule diperlukan untuk memanaskan 100 gram air dari 25 oC menjadi 100 oC? ( kalor jenis air = 4,18 J / g.K )
Jawaban :q = m x c x DT
- = 100 x 4,18 x ( 100 – 25 ) = 31.350 J = 31, 35 kJ.
DE = q + w
- w = P. DV
DE = qp + w
Contoh : Suatu reaksi eksoterm mempunyai
harga DE = – 100 kJ. Jika reaksi berlangsung pada P tetap dan V sistem
bertambah, maka sebagian DE tersebut digunakan untuk melakukan kerja.
Jika jumlah kerja yang dilakukan sistem = – 5 kJ, maka :
qp = DE – w
- = -100 kJ – ( -5 kJ ) = – 95 kJ
Jika reaksi berlangsung pada sistem tertutup dengan volume tetap ( DV = 0 ) artinya = sistem tidak melakukan kerja ( w = 0 ).
DE = qv + w
DE = qv + 0
DE = qv
Hal ini berarti bahwa semua perubahan energi dalam ( DE ) yang berlangsung pada sistem tertutup akan muncul sebagai kalor.
Demikianlah artikel memngenai Hukum kekekalan energi, semoga artikel ini dapat memberikan informasi yang bermanfaat bagi kita semua.
EmoticonEmoticon