Apa Itu Energi, Contoh, dan Manfaatnya dalam Kehidupan Manusia?

tirto.id - Saat manusia berjalan, makan, belajar, mandi, dan beraktivitas lainnya, ia membutuhkan energi agar tubuhnya bisa bergerak. Menyalakan lampu juga butuh energi. Demikian pula ketika mengoperasikan mobil, sepeda motor, ponsel, laptop, dan masih banyak lagi.

Sekalipun terkesan sederhana, energi salah satu topik bahasan utama dalam ilmu fisika. Untuk lebih mengenal konsep energi di ilmu fisika, simak penjelasan lengkapnya berikut.

Apa yang Dimaksud dengan Energi?

Dalam semua buku teks fisika, penjelasan mengenai apa itu energi nyaris serupa. Energi adalah kemampuan atau daya untuk melakukan kerja.

Dengan rumusan lain, energi merupakan kapasitas melakukan kerja atau menghasilkan perubahan. Adapun arti 'kerja' dalam fisika adalah upaya memindahkan sesuatu dengan melawan gaya. Ilustrasinya: mengangkat beban melawan gaya gravitasi butuh energi.

Bila disederhanakan, energi adalah sesuatu yang diperlukan untuk menggerakkan atau mengubah sesuatu. Dari sini, apakah pengertian energi di atas sudah jelas? Jika belum, faktanya memang tidak gampang menjelaskan apa yang dimaksud energi.

Ilmu fisika pada dasarnya mengenal konsep energi sebagai sejenis alat untuk membantu menyeimbangkan perhitungan. Energi selalu terjaga meskipun berubah bentuk sehingga berguna untuk mengukur hasil dari segala proses fisik maupun kimia.

Seturut hukum kekekalan energi yang dicetuskan oleh fisikawan Inggris James Prescott Joule, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Maka itu, ilmuwan Fisika mengukur energi dengan membedakannya jadi berbagai bentuk, seperti kalor (panas), listrik, kinetik, potensial, dan lainnya.

Di Sistem Satuan Internasional (SI), satuan energi yang standar adalah joule (J). Maksud 1 joule ialah kerja yang diperlukan untuk memberi gaya 1 Newton agar benda bergerak 1 meter.

Namun, ini tidak mengubah fakta, bahwa energi ada tanpa esensi fisik yang jelas. Energi hanya selalu dibawa oleh sesuatu dan memengaruhi segala hal di alam semesta.

Itulah kenapa fisika menganggap energi sebagai besaran skalar, sesuatu yang mempunyai nilai (besaran) tetapi tidak mempunyai arah.

Macam-macam Bentuk Energi

Energi mewujud menjadi berbagai bentuk, seperti kinetik, potensial, termal, dan lainnya. Bentuk-bentuk energi itu dapat berubah atau saling bertukar jenis. Dari kinetik beralih ke panas atau listrik, dan banyak lagi contohnya.

Namun, energi tetap tidak bisa dihilangkan maupun diciptakan. Berbagai usaha manusia menghasilkan energi pada dasarnya mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk lain.

Laman U.S. Energy Information Administration (EIA) mengklasifikasikan bentuk-bentuk energi menjadi dua kelompok besar, yaitu energi potensial (energi tersimpan) dan energi kinetik (energi gerak). Energi potensial meliputi berbagai bentuk, seperti energi Kimia, energi mekanik, energi nuklir, dan energi gravitasi. Sementara itu, energi kinetik meliputi energi thermal (panas), energi listrik, energi gelombang, energi radiasi, dan energi gerak.

Sebagian buku teks fisika mennggolongkan bentuk-bentuk energi dalam klasifikasi agak berbeda. tetapi secara umum sama saja. Penjelasan macam-macam energi berdasarkan bentuknya adalah sebagai berikut:

1. Energi Kinetik

Energi kinetik dimiliki oleh benda yang sedang bergerak. Dengan demikian, energi kinetik adalah energi gerak. Setiap benda yang bergerak punya energi kinetik, meskipun pemicu gerakan bisa bervariasi.

Besarnya energi kinetik tergantung pada massa dan kecepatan dari benda yang bergerak. Makin besar massa benda dan kecepatan geraknya, tambah besar pula energi kinetiknya.

Contoh energi kinetik ada di gerakan turbin di pembangkit listrik, gerakan angin, gerak roda, gerakan kincir angin, dan lain sebagainya.

2. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda karena pengaruh posisi atau kondisinya. Paling mudah ditemukan, energi ini tersimpan pada benda di ketinggian.

Contoh mudahnya, buah di atas pohon menyimpan energi potensial. Energi itu seketika berubah menjadi kinetik saat buah bergerak jatuh dari pohon. Dalam kasus ini, tersimpan energi potensial gravitasi pada buah di atas pohon.

Yang juga bisa jadi contoh, saat busur panah ditarik, ia menyimpan energi potensial. Lalu, saat anak panah dilepas, energi potensial tadi berubah menjadi kinetik (gerak). Proses ini dipahami bahwa ada energi potensial pegas pada tali busur panah.

Ada beberapa jenis energi potensial, antara lain:

• Energi potensial gravitasi
• Energi potensial elastis (pegas)
• Energi potensial listrik
• Energi potensial kimia
• Energi potensial nuklir.

3. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah hasil perpaduan antara energi kinetik dan energi potensial dalam suatu sistem. Kemunculan energi mekanik bisa diamati ketika suatu sistem fisik bekerja dengan melibatkan gerak dan posisi.

Energi mekanik adalah energi yang dimiliki sebuah benda karena gerakan atau posisinya. Energi mekanik bisa berupa energi kinetik (energi gerak) ataupun energi potensial. Benda memiliki energi mekanik ketika ia bergerak atau berada di suatu posisi yang membuatnya menyimpan energi potensial.

Sebagai ilustrasi, saat mengangkat buku ke rak paling atas, kita memberikan gaya untuk melakukan kerja pada buku tersebut. Dalam kasus ini, kita mempunyai energi potensial kimia berkat metabolisme tubuh yang mencerna kalori/karbohidrat dari makanan. Energi potensial itu beralih rupa jadi gerak kinetik yang mengubah posisi benda. Dalam proses pemindahan buku tadi energi mekanik muncul.

Contoh lainnya, pendulum yang berayun mempunyai energi mekanik hasil kombinasi dari energi kinetik saat bergerak dan energi potensial saat berada di posisi tertinggi.

4. Energi Termal (Kalor/Panas)

Energi termal adalah energi yang berasal dari gerakan atom atau molekul dalam suatu benda. Semakin cepat gerakan partikel-partikel ini, semakin tinggi suhu benda tersebut.

Panas merupakan aliran energi termal. Energi termal muncul ketika suhu suatu zat naik serta menyebabkan atom dan molekul bergerak lebih cepat lalu bertabrakan satu sama lain.

Contoh energi termal adalah panas dari api atau air yang mendidih. Suhu suatu benda merupakan ukuran langsung dari energi termalnya.

5. Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang muncul akibat reaksi kimia. Jenis ini bisa disebut sebagai energi potensial yang tersimpan dalam susunan atom molekul.

Reaksi kimia terjadi ketika ikatan antar-atom dibentuk atau diputus. Pemutusan ikatan kimia membutuhkan energi, sedangkan pembentukan ikatan kimia yang baru melepaskan energi.

Makin banyak energi terlepas, ikatan kimia tambah stabil. Pada saat ikatan kimia stabil, dibutuhkan energi dalam jumlah yang sama saat terlepas untuk memutuskannya.

Banyak molekul kimia di bumi. Molekul-molekul itu menyediakan energi saat mengalami reaksi kimia. Inilah yang terjadi dalam proses mengonsumsi makanan (reaksi kimia yang mengolah karbohidrat), pernapasan (penyerapan oksigen), dan pembakaran bahan bakar. Di sisi lain, oksigen adalah molekul kaya energi yang paling umum di bumi.

Contoh energi kimia terdapat dalam reaksi pengolahan makanan di tubuh manusia. Saat mengonsumsi makanan, tubuh manusia mendapatkan energi dari karbohidrat dan lemak. Dengan energi itu, manusia bisa menggerakkan tubuh untuk berjalan, berlari, bersepeda, memasak, dan banyak aktivitas lainnya.

6. Energi Listrik

Energi listrik menjadi bagian penting dalam kehidupan manusia modern karena berguna untuk mengoperasikan banyak perangkat.

Energi listrik adalah energi yang disebabkan pergerakan muatan yang disebut elektron. Jadi, energi listrik dihasilkan oleh aliran elektron. Makin cepat muatan elektron bergerak, tambah banyak energi listrik yang ia bawa.

Karena aliran elektron menyebabkan energi gerak, listrik menjadibagian dari bentuk energi kinetik. Energi listrik bisa diproduksi dengan pengaruh tangan manusia maupun proses alam murni.

Energi listrik dapat diproduksi dari berbagai sumber, termasuk pembangkit listrik tenaga air, tenaga angin, tenaga surya, tenaga gelombang, dan bahan bakar fosil (batu bara dan minyak bumi). Sementara itu, proses di alam membentuk listrik berupa petir.

7. Energi Nuklir

Energi nuklir merupakan energi yang dilepaskan dari nukleus (inti atom) yang terdiri dari proton dan neutron. Sumber energi nuklir dapat dihasilkan dengan dua cara reaksi nuklir.

Pertama, energi nuklir bisa dihasilkan dari proses fisi: ketika inti atom terpecah menjadi beberapa bagian. Kedua, energi nuklir dapat tercipta dari proses fusi, yaitu proses saat inti atom menyatu.

Hingga kini sebagian besar produksi energi nuklir di dunia berlangsung melalui proses fisi nuklir. Sementara itu, teknologi fusi nuklir masih dalam tahap riset dan pengembangan.

Meski bisa digunakan menjadi senjata pemusnah massal, energi nuklir tidak selamanya menakutkan. Banyak negara sudah memanfaatkan energi nuklir untuk pembangkit listrik yang efisien sekaligus minim polusi. Meskipun demikian, reaktor nuklir tetap menyimpan risiko bahaya amat besar, terutama jika mengalami kebocoran.

8. Energi Radiasi

Energi radiasi acap disebut juga energi elektromagnetik. Energi radiasi adalah energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik, seperti cahaya, sinar UV, sinar X, sinar gamma, sinar inframerah, gelombang radio, hingga radiasi thermal.

Termasuk bentuk energi kinetik, energi radiasi ditransmisikan melalui partikel elementer yang dinamakan foton.

Ketika gelombang elektromagnetik menyentuh sebuah benda, interaksinya dengan foton membuat molekul di permukaan objek bergerak lebih cepat. Perubahan sifat-sifat molekul lantas menghasilkan energi panas dan bentuk lainnya.

Intensitas energi radiasi bergantung pada jumlah foton yang tersisa di permukaan benda saat terpapar gelombang elektromagnetik. Adapun warnanya berkaitan dengan frekuensi dan panjang gelombang.

Radiasi elektromagnetik dari cahaya matahari merupakan sumber utama energi radiasi yang digunakan di bumi saat ini. Gelombang elektromagnetik dari cahaya matahari dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dan panas.

9. Energi Gravitasi

Energi gravitasi adalah energi potensial yang tersimpan dalam benda karena posisinya di ketinggian. Namun, yang lebih tepat, energi gravitasi adalah energi yang terkait dengan gaya gravitasi.

Bentuk energi ini berkaitan dengan gaya gravitasi. Bumi, matahari, planet, dan bintang-bintang merupakan penghasil gravitasi. Karena biasanya tersimpan dalam benda, energi gravitasi juga termasuk jenis energi potensial.

Gravitasi merupakan gaya taik-menarik dua benda ke arah satu sama lain. Gravitasi dari bumi, misalnya, membuat kita mampu berjalan di tanah dan benda-benda dari ketinggian terjatuh. Tanpa gravitasi, benda-benda mudah melayang seperti astronot ketika berada di luar angkasa.

Energi gravitasi dapat diubah menjadi energi kinetik saat objek di bumi terjatuh. Energi gravitasi, dalam konteks alam semesta, juga memengaruhi gerakan planet, bintang, dan bahkan galaksi.

10. Energi Magnetik

Energi magnetik adalah energi yang muncul karena medan magnet. Mengingat arus listrik menghasilkan medan magnet, energi magnetik disebabkan muatan listrik yang bergerak.

Medan magnet dapat dihasilkan oleh magnet permanen, elektromagnet, maupun medan listrik yang berubah-ubah. Karena berupa energi tersimpan, energi magnetik termasuk dalam kategori bentuk energi potensial.

Energi magentik berperan penting dalam berbagai aplikasi teknologi terkini, seperti motor listrik, generator, hingga perangkat penyimpanan data. Energi magnetik juga ada di alam, seperti medan magnet bumi yang melindungi planet kita dari radiasi kosmik.

Contoh Penerapan dan Manfaat Energi dalam Kehidupan Sehari-Hari

Manfaat energi bagi manusia sangat banyak. Bahkan, kehidupan manusia tidak mungkin bisa terjadi tanpa energi. Contoh energi dalam kehidupan sehari hari mudah ditemukan.

Salah satu contoh sederhana penerapan energi dalam kehidupan sehari-hari adalah saat energi Kimia berubah jadi gerak (energi kinetik).

Perubahan terjadi saat manusia makan makanan, mendapatkan karbohidrat yang berubah menjadi kalori buat energi tubuh, dan kemudian memakai energi tadi saat menggerakkan benda, seperti mengayuh sepeda, memindah meja, atau memukul bola pingpong.

Contoh bentuk energi dan jumlah energi juga bisa ditemui saat menyalakan lampu. Energi listrik berubah menjadi cahaya dan panas. Jumlah energi listrik dan nyala lampu pun bisa diukur.

Berikut daftar contoh penerapan energi dalam kehidupan sehari-hari dan manfaatnya bagi manusia:

1. Contoh Penerapan Energi Listrik

• Listrik untuk menyalakan lampu
• Listrik untuk mengoperasikan ponsel dan komputer
• Listrik untuk mengoperasikan televisi
• Listrik untuk menyambungkan internet
• Listrik untuk menyalakan mesin motor/mobil
• Listrik untuk menyalakan kulkas, setrika, dan perangkat rumah tangga lain.

2. Contoh Penerapan Energi Thermal

• Pemanas ruangan
• Panas untuk memasak makanan dan air
• Panas matahari untuk mengeringkan pakaian
• Panas untuk penggerak mesin uap
• Panas untuk menghangatkan badan.

3. Contoh Penerapan Energi Mekanik

• Energi mekanik di mesin kapal, mobil, motor
• Energi mekanik di mesin-mesin pabrik
• Energi mekanik di pergerakan tubuh manusia
• Energi mekanik di aktivitas bersepeda
• Energi mekanik di pergerakan tubuh hewan, seperti saat burung terbang.

4. Contoh Penerapan Energi Radiasi

• Cahaya matahari menghasilkan listrik
• Cahaya matahari membantu fotosintesis tanaman
• Cahaya matahari menghangatkan bumi
• Menghangatkan tubuh dengan mendekat ke api unggun
• Cahaya lampu menghangatkan ruangan

5. Contoh Penerapan Energi Nuklir

• Pembangkit listrik tenaga nuklir
• Nuklir untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa
• Nuklir untuk membuat teleskop luar angkasa
• Nuklir untuk penghasil panas yang dibutuhkan industri.

6. Contoh Penerapan Energi Kimia

• Makanan diolah tubuh manusia jadi energi
• Baterai menghasilkan listrik
• Hasil pembakaran batu bara untuk pembangkit listrik
• Hasil pembakaran bensin untuk penggerak mobil/motor
• Hasil pembakaran kayu untuk menghasilkan panas
• Hasil pembakaran gas untuk menghasilkan listrik dan panas.

7. Contoh Penerapan Energi Kinetik

• Pembangkit listrik tenaga air
• Pembangkit listrik tenaga angin
• Kincir Angin
• Pesawat terbang
• Aktivitas berjalan dan berlari
• Roda kendaraan berputar

8. Contoh Penerapan Energi Potensial

• Menjatuhkan benda dari ketinggian
• Anak panah diluncurkan dengan tali busur
• Peluru ditembakkan dari pistol
• Air dari bendungan untuk pembangkit listrik (PLTA)
• Tangki air ditaruh di atas atap rumah

9. Contoh Penerapan Energi Magnetik

• Generator pembangkit listrik
• Perangkat pengeras suara
• Mesin bel
• Dinamo
• Kereta maglev
• Kompas.

10. Contoh Penerapan Energi Gravitasi

• Pembangkit listrik tenaga air
• Pesawat luar angkasa memanfaatkan energi gravitasi planet untuk menambah kecepatan (ketapel gravitasi)
• Mesin roller coaster
• Tenaga pasang surut air laut untuk pembangkit listrik
• Benda-benda di bumi memiliki berat.