PENGANTAR ENERGI

Standar

PENGANTAR ENERGI

Oleh: Hedi Hastriawan (03111002011)

 

Energi

Tidak ada kehidupan tanpa energy, setiap gerak, peristiwa, dan kejadian di dunia diakibatkan oleh adanya energy. Tanpa energy tidak akan ada alam semesta, tata surya, bumi, manusia, dan kehidupan. Energy bisa diaritkan sebagai nyawa kehidupan. Bahkan nyawa mahluk hidup bisa kita asumsikan sebagai energy.  Dengan pemaparan ini apa yang bisa kita definisikan mengenai energy? Energi secara fisis didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Jika kita percaya akan adanya Tuhan maka kita akan sampai pada suatu analisa bahwa energy juga merupakan mahluk. Energy diciptakan oleh Allah jauh sebelum terbentuknya alam semesta. Berdasarkan teori Big Bang bahwa alam semesta berasal dari ledakan besar telur kosmik yang memiliki massa yang sangat kecil dan memiliki energy yang besar. Energy yang terkandung dalam telur kosmik ini lah yang mengembangkan alam semesta dan memberikan kehidupan bagi manusia. Dengan ini apakah energy sudah diciptakan dalam jumlah tertentu dan statis (tidak bertambah) atau apakah energy yang diciptakan ini dalam jumlah tertentu dan dinamis (bisa berkuran atau bertambah)? Pertanyaan seperti ini telah dijawab oleh hukum termodinamika I : energy tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimunahkan. Dengan ini setiap mahluk (benda mati atau hidup) memiliki energy atau bisa dijadikan sebagai sumber energy. Sumber energy akan bisa menjadi energy yang memberikan kemampuan untuk melakukan usaha jika sumber energy ini dikonversikan dengan system yang bisa merubahnya menjadi energy yang dapat digunakan dalam keadaan tertentu. Contoh minyak bumi tidak akan bisa digunakan sebagai bahan bakar jika tidak dikonversi dengan suatu alat. Maka untuk menkonversikannya dibutuhkan api, api akan membuat minyak bumi terbakar dan bisa digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak.

Saat ini pemamfaatan sumber energy untuk bisa digunakan hanya melalui konversi kita tidak tau apa yang akan terjadi di masa depan, bisa saja suatu saat nanti energy bisa dimanfaatkan tanpa konversi lagi. Dan ini mungkin bisa menjadi solusi dari krisis energy yang melanda bumi saat ini.

 

Termokimia

Termokimia ialah cabang kimia yang berhubungan dengan hubungan timbal balik panas dengan reaksi kimia atau dengan perubahan keadaan fisika. Secara umum, termokimia ialah penerapan termodinamika untuk kimia. Termokimia ialah sinonim dari termodinamika kimia.

Tujuan utama termodinamika kimia ialah pembentukan kriteria untuk ketentuan penentuan kemungkinan terjadi atau spontanitas dari transformasi yang diperlukan. Dengan cara ini, termokimia digunakan memperkirakan perubahan energi yang terjadi dalam proses-proses berikut:

  1. reaksi kimia
  2. perubahan fase
  3. pembentukan larutan

Termokimia terutama berkaitan dengan fungsi keadaan berikut ini yang ditegaskan dalam termodinamika:

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi panas dan energi kimia. Sedangkan energi kimia didefinisikan sebagai energi yang dikandung setiap unsur atau senyawa. Energi kimia yang terkandung dalam suatu zat adalah semacam energi potensial zat tersebut. Energi potensial kimia yang terkandung dalam suatu zat disebut panas dalam atau entalpi dan dinyatakan dengan simbol H. Selisih antara entalpi reaktan dan entalpi hasil pada suatu reaksi disebut perubahan entalpi reaksi. Perubahan entalpi reaksi diberi simbol ΔH.

Bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan kalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksi atau proses kimia dan fisika disebut termokimia. Secara operasional termokimia berkaitan dengan pengukuran dan pernafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan keadaan, dan pembentukan larutan.

Termokimia merupakan pengetahuan dasar yang perlu diberikan atau yang dapat diperoleh dari reaksi-reaksi kimia, tetapi juga perlu sebagai pengetahuan dasar untuk pengkajian teori ikatan kimia dan struktur kimia. Fokus bahasan dalam termokimia adalah tentang jumlah kalor yang dapat dihasilkan oleh sejumlah tertentu pereaksi serta cara pengukuran kalor reaksi.

Termokimia merupakan penerapan hukum pertama termodinamika terhadap peristiwa kimia yang membahas tentang kalor yang menyertai reaksi kimia.

 

 

 

Hukum termodinamika

Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika. Sejak perumusannya, hukum-hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam fisika dan berbagai cabang ilmu lainnya yang berhubungan dengan termodinamika. Hukum-hukum ini sering dikaitkan dengan konsep-konsep yang jauh melampau hal-hal yang dinyatakan dalam kata-kata rumusannya.

 

Hukum termodinamika I

Hukum Termodinamika Pertama berbunyi “energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain.” Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.

 

Hukum termodinamika II

Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor.

 

Energi listrik

Energi listrik adalah energi akhir yang dibutuhkan bagi peralatan listrik/energiyang tersimpan dalam arus listrik untuk menggerakkan motor, lampu penerangan, memanaskan, mendinginkan ataupun untuk menggerakkan kembali suatu peralatan mekanik untuk menghasilkan bentuk energi yang lain. Energi yang dihasilkan dapat berasal dari berbagai sumber, seperti air, minyak, batu bara, angin, panas bumi, nuklir, matahari, dan lainnya. Energi ini besarnya dari beberapa volt sampai ribuan hingga jutaan volt.

 

Listrik

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:

  • Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.
  • Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

Bersama dengan magnetisme, listrik membentuk interaksi fundamental yang dikenal sebagai elektromagnetisme. Listrik memungkinkan terjadinya banyak fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di dalam aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik.

 

 

Sifat-sifat listrik

Listrik memberi kenaikan terhadap 4 gaya dasar alami, dan sifatnya yang tetap dalam benda yang dapat diukur. Dalam kasus ini, frasa “jumlah listrik” digunakan juga dengan frasa “muatan listrik” dan juga “jumlah muatan”. Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.

Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan “C”. Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, “Q=0,5 C” berarti “kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb”.

Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).

Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik..

 

Berkawan dengan listrik

Aliran listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif.

Dengan listrik arus bolak-balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang biasanya di pasang di dua tempat (satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di rumah). Karena itu jika kita memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki (ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan mengalami kejutan listrik (“terkena strum”).

Daya listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau batere. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam batere, tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum, meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif batere/aki ke kutub negatif.

 

Sistem listrik yang masuk ke rumah kita, jika menggunakan sistem listrik 1 fase, biasanya terdiri atas 3 kabel:

Pertama adalah kabel fase (berwarna merah/hitam/kuning) yang merupakan sumber listrik bolak-balik (fase positif dan fase negatif berbolak-balik terus menerus). Kabel ini adalah kabel yang membawa tegangan dari pembangkit tenaga listrik (PLN misalnya); kabel ini biasanya dinamakan kabel panas (hot), dapat dibandingkan seperti kutub positif pada sistem listrik arus searah (walaupun secara fisika adalah tidak tepat).

 

Kedua adalah kabel netral (berwarna biru). Kabel ini pada dasarnya adalah kabel acuan tegangan nol, yang disambungkan ke tanah di pembangkit tenaga listrik, pada titik-titik tertentu (pada tiang listrik) jaringan listrik dipasang kabel netral ini untuk disambungkan ke ground terutama pada trafo penurun tegangan dari saluran tegangan tinggi tiga jalur menjadi tiga jalur fase ditambah jalur ground (empat jalur) yang akan disalurkan kerumah-rumah atau kelainnya.

Untuk mengatasi kebocoran (induksi) listrik dari peralatan tiap rumah dipasang kabel tanah atau ground (berwarna hijau-kuning) dihubungkan dengan logam (elektroda) yang ditancapkan ke tanah untuk disatukan dengan saluran kabel netral dari jala listrik dipasang pada jarak terdekat dengan alat meteran listrik atau dekat dengan sikring.

Dalam kejadian-kejadian badai listrik luar angkasa (space electrical storm) yang besar, ada kemungkinan arus akan mengalir dari acuan tanah yang satu ke acuan tanah lain yang jauh letaknya. Fenomena alami ini bisa memicu kejadian mati lampu berskala besar.

 

Ketiga adalah kabel tanah atau Ground (berwarna hijau-kuning). Kabel ini adalah acuan nol di lokasi pemakai, yang disambungkan ke tanah (ground) di rumah pemakai, kabel ini benar-benar berasal dari logam yang ditanam di tanah di rumah kita, kabel ini merupakan kabel pengamanan yang disambungkan ke badan (chassis) alat2 listrik di rumah untuk memastikan bahwa pemakai alat tersebut tidak akan mengalami kejutan listrik.

Kabel ketiga ini jarang dipasang di rumah-rumah penduduk, pastikan teknisi (instalatir) listrik anda memasang kabel tanah (ground) pada sistem listrik di rumah. Pemasang ini penting, karena merupakan syarat mutlak bagi keselamatan anda dari bahaya kejutan listrik yang bisa berakibat fatal dan juga beberapa alat-alat listrik yang sensitif tidak akan bekerja dengan baik jika ada induksi listrik yang muncul di chassisnya (misalnya karena efek arus Eddy).

 

Unit-unit listrik SI

 

Simbol

Nama kuantitas

Unit turunan

 

Unit dasar

I

Arus

ampere

A

A

Q

Muatan listrik, Jumlah listrik

coulomb

C

A·s

V

Perbedaan potensial

volt

V

J/C = kg·m2·s−3·A−1

R, Z

Tahanan, Impedansi, Reaktansi

ohm

Ω

V/A = kg·m2·s−3·A−2

ρ

Ketahanan

ohm meter

Ω·m

kg·m3·s−3·A−2

P

Daya, Listrik

watt

W

V·A = kg·m2·s−3

C

Kapasitansi

farad

F

C/V = kg−1·m−2·A2·s4

 

Elastisitas

reciprocal farad

F−1

V/C = kg·m2·A−2·s−4

ε

Permitivitas

farad per meter

F/m

kg−1·m−3·A2·s4

χe

Susceptibilitas listrik

(dimensionless)

 

Konduktansi, Admitansi, Susceptansi

siemens

S

Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2

σ

Konduktivitas

siemens per meter

S/m

kg−1·m−3·s3·A2

H

Medan magnet, Kekuatan medan magnet

ampere per meter

A/m

A·m−1

Φm

Flux magnet

weber

Wb

V·s = kg·m2·s−2·A−1

B

Kepadatan medan magnet, Induksi magnet, Kekuatan medan magnet

tesla

T

Wb/m2 = kg·s−2·A−1

 

Reluktansi

ampereturns per weber

A/Wb

kg−1·m−2·s2·A2

L

Induktansi

henry

H

Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2

μ

Permeabilitas

henry per meter

H/m

kg·m·s−2·A−2

χm

Susceptibilitas magnet

(dimensionless)

 

Pembangkit listrik

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

Di dalam pembangkit listrik tenaga panas, daya mekanik dihasilkan oleh mesin panas yang mengubah energi panas, seringkali dari pembakaran bahan bakar, menjadi energi putar. Sebagian besar pembangkit listrik panas menghasilkan uap, dan oleh karenanya ia sering juga disebut pembangkit listrik tenaga uap. Tidak semua energi panas dapat dialihbentukkan menjadi energi listrik, menurut hukum kedua termodinamika. Sehingga, selalu terdapat panas terbuang ke lingkungan. Jika buangan panas ini dimanfaatkan, untuk proses industri atau pemanasan distrik, maka pembangkit listrik biasa disebut sebagai pembangkit listrik kogenerasi atau pembangkit listrik kombinasi. Di negara-negara di mana pemanasan distrik menjadi hal biasa, terdapat pembangkit panas yang disebut pembangkit didih panas saja. Suatu jenis pembangkit listrik yang penting di Timur Tengah menggunakan produk sampingan panas untuk desalinasi air laut menjadi air minum.

Pembangkit listrik tenaga panas dikelompokkan menurut jenis bahan bakar dan jenis penggerak primer yang dibangun.

 

Bahan bakar

  • Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN)menggunakan panas sebuah reaktor nuklir untuk menggerakkan generator turbin uap. Kira-kira 20% pembangkitan listrik di Amerika Serikat dihasilkan oleh PLTN.
  • Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil juga dapat menggunakan generator turbin uap di dalam kasus pembangkit berbahan bakar gas alam yaitu turbin gas. Pembangkit listrik tenaga batubara (PLTB) menghasilkan listrik dengan membakar batubara untuk menguapkan air, dan memiliki dampak samping buangan karbon dioksida yang cukup besar, yang dilepaskan dari pembakaran batubara dan berperan bagi pemanasan global. Kira-kira 50% pembangkitan listrik di Amerika Serikat dihasilkan dari PLTB.
  • Pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTPB) menggunakan uap yang disarikan dari bebatuan yang panas dari bawah tanah.
  • Energi terbarukan atau Pembangkit listrik tenaga biomassa dapat dibahanbakari oleh ampas tebu, sampah kota, metana dari peternakan, atau bentuk biomassa lainnya.
  • Di dalam industri peleburan baja, gas buang tanur tinggi berbea rendah, kendati kepadatan-energi-rendah, bahan bakar.
  • Panas buangan dari proses industri kadang-kadang cukup ekonomis untuk digunakan sebagai sumber pembangkit, biasanya di dalam turbin dan pendidih uap.
  • Pembangkit listrik tenaga surya menggunakan cahaya matahari untuk mendidihkan air, yang kemudian uapnya menggerakkan turbin.
  • Pembangkit turbin uap menggunakan tekanan dinamis yang dihasilkan oleh desakan uap untuk menggerakkan lengan kipas. Hampir semua pembangkit listrik non-hidro yang besar menggunakan sistem ini. Kira-kira 80% semua energi listrik yang dibuat di dunia menggunakan turbin uap.
  • Pembangkit turbin gas menggunakan tekanan dinamis dari gas yang mengalir (udara dan hasil pembakaran) untuk menggerakkan turbin secara langsung. Pembangkit turbin bakar gas alam (juga minyak bumi) dapat segera memulai gerakan dan biasa digunakan untuk memasok energi “puncak” selama masa padat penggunaan, kendati berbea lebih mahal daripada pembangkit biasa. Biasanya berupa satuan-satuan yang cukup kecil, dan kadang-kadang tak berawak, dioperasikan dari kejauhan. Jenis ini dirintis oleh Britania Raya, Princetown.

 

Penggerak primer

 

Kalor

Perubahan energi dalam reaksi kimia selalu dapat dibuat sebagai panas, sebab itu lebih tepat bila istilahnya disebut panas reaksi.

Kebanyakan, reaksi kimia tidaklah tertutup dari dunia luar. Bila temperatur dari campuran reaksi naik dan energi potensial dari zat-zat kimia yang bersangkutan turun, maka disebut sebagai reaksi eksoterm. Namun bila pada pada suatu reaksi temperatur dari campuran turun dan energi potensial dari zat-zat yang ikut dalam reaksi naik, maka disebut sebagai reaksi endoterm.

Ada beberapa macam jenis perubahan pada suatu sistem. Salah satunya adalah sistim terbuka, yaitu ketika massa, panas, dan kerja, dapat berubah-ubah. Ada juga sistim tertutup, dimana tidak ada perubahan massa, tetapi hanya panas dan kerja saja. Sementara, perubahan adiabatis merupakan suatu keadaan dimana sistim diisolasi dari lingkungan sehingga tidak ada panas yang dapat mengalir. Kemudian, ada pula perubahan yang terjadi pada temperature tetap, yang dinamakan perubahan isotermik.

Pada perubahan suhu, ditandai dengan ∆t (t menunjukkan temperatur), dihitung dengan cara mengurangi temperatur akhir dengan temperatur mula-mula.

∆t = takhir – tmula-mula

Demikian juga, perubahan energi potensial;

∆(E.P) = (E.P)akhir – (E.P)mula-mula

Dari definisi ini didapat suatu kesepakatan dalam tanda aljabar untuk perubahan eksoterm dan endoterm. Dalam perubahan eksotermik, energi potensial dari hasil reaksi lebih rendah dari energi potensial pereaksi, berarti EPakhir lebih rendah dari EPmula-mula. Sehingga harga ∆(E.P) mempunyai harga negatif. Pada reaksi endoterm, terjadi kebalikannya sehingga harga ∆(E.P) adalah positif.

Pada suatu reaksi, reaksi pembentukannya didefinisikan sebagai reaksi yang membentuk senyawa tunggal dari unsur-unsur penyusunnya (contoh:C + ½O2 + 2H2 → CH3OH). Sementara panas pembentukannya didasarkan pada 1 mol senyawa terbentuk. Panas pembentukan standar yaitu 298.15 K (∆H°f298).

Panas standar adalah pada 25°C, seperti contoh reaksi

  • 4HCl(g) → 2H2(g) + 2Cl2(g)  ∆H°298 = (4)(92307)
  • 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)  ∆H°298 = (2)(-241818)

Sementara, panas reaksi pada temperatur tidak standar

  • DHOT = DH0298 + òT298 D Cp dT

Dapat disimpulkan bahwa kalor reaksi (∆H) adalah kalor yang diserap (diperlukan) atau dilepaskan (dihasilkan) dalam reaksi, disebut juga perubahan entalpi.  Pada beberapa reaksi kimia jumlah kalor reaksi dapat diukur melallui suatu percobaan di dalam laboratorium. Pengukuran kalor reaksi tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut kalorimeter.  Kalorimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang diberikan atau diambil dalam suatu proses tertentu. Sebuah termometer sederhana terdiri dari bejana terisolasi, alat pengaduk, dan termometer.

 

 

Daftar Pustaka

http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar (Online, diakses pada 08 Oktober 2012, Pukul

      18.00 WIB)

http://id.wikipedia.org/wiki/Energi (Online, diakses pada 08 Oktober 2012, Pukul 18.00

      WIB)

http://id.wikipedia.org/wiki/Kalor (Online, diakses pada 08 Oktober 2012, Pukul 18.00 WIB)

http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika (Online, diakses pada 08 Oktober 2012, Pukul

     18.00 WIB)

http://id.wikipedia.org/wiki/Termokimia (Online, diakses pada 08 Oktober 2012, Pukul

      18.00 WIB)

http://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrik (Online, diakses pada 08 Oktober 2012,

      Pukul 18.00 WIB)

 

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s