√Hukum Kekekalan Energi ⊗ Full Pembahasanya

Pembahasan Soal MIPA , Baik dari segi perhitungan serta rumus singkatnya, sangatlah dibutuhkan untuk membantu dalam menyelesaikan permasalahan yang dihadapi oleh setiap siswa.Kebanyakan dari siswa itu kurang menyukainya karena mereka menganggapnya sangatlah rumit dan susah dengan berbagai rumus yang ada.

√Hukum Kekekalan Energi ⊗ Full Pembahasanya

Dan jika kita lihat dari sisi yang positif, MIPA -Matemarika dan csnya jika kita nalar dari segi logika sebenarnya sangatlagh mudah. Dan kita tidak perlu menghapal rumusnya. Sebab pada dasarnya MIPA meruapakan ilmu pasti yang memang sudah di tentukan dan di golongkan solusi dari permasalahan yang ada,.

Trik Menyukai MIPA : kita jangan anggap MIPA itu pelajaran yang membosankan,dan susah, saat belajar MIPA kita hubungankan dengan dengan kehidupan sehari-hari, belajar MIPA bisa kita buat ke sebuah cerita yang menarik

Hukum kekekalan energi

Bentuk‐bentuk energi

Dalam kehidupan kita sehari‐hari terdapat banyak bentuk energi. Pada pokok bahasan usaha dan energi, kita sudah berkenalan dengan dua bentuk energi mekanik yakni energi potensial dan energi kinetik. Energi potensial terdiri dari beberapa jenis, di antaranya adalah EP gravitasi, EP elastis dan EP listrik. Energi kinetik terdiri dari dua jenis yakni energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi.

Buah mangga yang lezat dan ranum memiliki energi potensial gravitasi ketika sedang menggelayut pada tangkainya. Demikian juga ketika dirimu berada pada ketinggian tertentu dari permukaan tanah, misalnya di atap rumah ;). Energi potensial gravitasi dimiliki benda karena posisi relatifnya terhadap bumi.

Karet ketapel yang kita regangkan memiliki energi potensial elastis. Karet ketapel dapat melontarkan batu karena adanya energi potensial elastis pada karet yang diregangkan. Demikian juga busur yang ditarik oleh pemanah dapat menggerakan anak panah, karena terdapat energi potensial elastis pada busur yang diregangkan.

Selain energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki materi yang berukuran besar dan sering kita lihat dalam kehidupan sehari‐hari, terdapat juga bentuk energi yang lain. Ada energi listrik, energi nuklir, energi kimia, dll… setelah muncul teori kinetik, dikatakan bahwa energi dalam bentuk lain tersebut (energi listrik, energi kimia, dll) merupakan energi kinetik atau energi potensial pada tingkat atom atau molekul. Energi kimia yang tersimpan dalam makanan dan bahan bakar dianggap sebagai energi potensial yang tersimpan dalam molekul, akibat adanya gaya listrik antara atom penyusun molekul (disebut juga sebagai ikatan kimia). Energi listrik, energi magnetik, energi nuklir juga dapat dianggap sebagai energi kinetik atau energi potensial dalam skala atomik.

Perubahan bentuk energi

Perlu diketahui bahwa energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Pada tingkat makroskopis, kita bisa menemukan begitu banyak contoh perubahan bentuk energi. Buah mangga yang menggelayut di tangkainya memiliki energi potensial gravitasi. Pada saat buah mangga jatuh ke tanah, energi potensialnya berkurang sepanjang lintasan geraknya menuju tanah. Ketika mulai jatuh, energi potensial berkurang karena jarak vertikal buah mangga dari tanah makin kecil. EP tersebut berubah bentuk menjadi energi kinetik translasi karena kecepatan buah mangga bertambah akibat percepatan gravitasi yang bernilai konstan. Energi potensial elastis yang tersimpan pada ketapel yang diregangkan dapat berubah menjadi energi kinetik translasi batu apabila tarikan ketapel kita lepas… busur yang melengkung juga memiliki energi potensial elastis.

Energi potensial elastis pada busur yang melengkung dapat berubah menjadi energi kinetik translasi anak panah. Pada tingkat mikroskopis, kita juga bisa menemukan contoh perubahan bentuk energi. Ketika dirimu menyalakan lampu neon, pada saat yang sama terjadi perubahan energi listrik menjadi energi cahaya. Contoh lain adalah perubahan energi listrik menjadi energi kinetik rotasi (kipas angin) dll. Proses perubahan bentuk energi listrik ini sebenarnya disebabkan oleh adanya perubahan antara energi potensial dan energi kinetik pada tingkat atom atau molekul.

Perubahan bentuk energi biasanya melibatkan perpindahan energi dari satu benda ke benda lain

Perubahan bentuk energi biasanya melibatkan perpindahan energi dari satu benda ke benda lainnya. Busur yang melengkung memiliki energi potensial elastis. Ketika tarikan busur dilepaskan, energi potensial elastis busur berubah bentuk menjadi energi kinetik translasi anak panah. Pada saat yang sama energi berpindah dari busur menuju anak panah. Ketika dirimu mendorong sepeda motor yang lagi mogok, energi potensial kimia dalam tubuhmu berubah bentuk menjadi energi kinetik translasi sepeda motor. Pada saat yang sama, energi berpindah dari dirimu menuju sepeda motor. Air di bagian atas bendungan memiliki energi potensial gravitasi. Ketika air jatuh, energi potensial gravitasi air berubah menjadi energi kinetik translasi air. Selanjutnya air yang jatuh tadi menggerakan turbin. Ketika air menggerakan turbin, energi kinetik translasi air berubah menjadi energi kinetik rotasi turbin. Pada saat yang sama, energi berpindah dari air menuju turbin.

Kerja selalu dilakukan ketika terjadi perpindahan energi

Pada masing‐masing contoh yang telah diulas sebelumnya, perpindahan energi selalu disertai dengan usaha alias kerja. Ketika energi berpindah dari busur menuju anak panah, busur melakukan kerja pada anak panah. Ketika energi berpindah dari dirimu menuju sepeda motor, dirimu melakukan kerja pada sepeda motor. Ketika energi berpindah dari air menuju turbin, air melakukan kerja pada turbin. Seandainya tidak ada kerja yang dilakukan, tidak mungkin anak panah bergerak ketika busur dilepaskan, sepeda motor butut yang lagi mogok juga tidak mungkin bergerak ketika didorong. Demikian juga dengan turbin. Tapi kenyataannya anak panah, sepeda motor mogok dan turbin bergerak. Disimpulkan bahwa usaha alias kerja (W) selalu dilakukan ketika energi berpindah dari satu benda ke benda yang lainnya.

Walaupun sudah mengetahui bahwa energi selalu berubah bentuk dari satu benda ke benda yang lain, tetapi ilmuwan belum bisa menyimpulkan bahwa energi kekal. Ilmuwan dibingungkan dengan keberadaan kalor. Kalor selalu muncul akibat adanya gesekan. Misalnya dirimu mendorong sebuah balok yang berada di atas lantai. Ketika mendorong balok, energi potensial kimia dalam tubuhmu berubah bentuk menjadi energi kinetik translasi balok. Pada saat yang sama, energi berpindah dari dirimu menuju balok. Ketika energi berpindah dari dirimu menuju balok, dirimu melakukan kerja pada balok (W = Fs). Tentu saja balok bergerak.

Setelah bergerak, balok biasanya berhenti. Balok berhenti akibat adanya gaya gesekan. Di mana ada gesekan, di situ ada kalor. Coba gesekan kedua telapak tanganmu. Kedua telapak tanganmu terasa hangat ya ? hal yang sama terjadi pada balok. Permukaan lantai dan alas balok menjadi hangat akibat adanya gesekan. Gaya gesekan disebut juga sebagai gaya disipatif karena gaya gesekan memperkecil atau melenyapkan energi mekanik total (energi mekanik = energi potensial + energi kinetik). Untuk kasus ini, gaya gesekan melenyapkan energi kinetik translasi balok. Energi kinetik translasi balok berasal dari energi potensial kimia.

Kalor

Sebelum abad kesembilan belas, tidak seorang ilmuwan pun yang tahu apa itu kalor atau panas. Muncul sebuah teori yang mengatakan bahwa kalor itu sejenis zat tertentu (zat tersebut dijuluki caloric). Tetapi keberadaan zat bernama caloric tidak bisa dibuktikan keberadaannya. Sejak akhir tahun 1830, James Joule (1818‐1889) melakukan eksperimen dan ditemukan bahwa energi kinetik yang hilang selalu sama dengan kalor yang dihasilkan.

Kalor maupun energi kinetik tidak bersifat kekal secara terpisah. Yang selalu kekal adalah jumlah total energi kinetik dan kalor. Berdasarkan hasil eksperimen yang diperolehnya, Joule membuat perbandingan dengan perpindahan kalor dari benda bersuhu tinggi (benda panas) ke benda bersuhu rendah (benda dingin). Joule menyimpulkan bahwa kalor merupakan energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Ini adalah pengertian kalor dari sudut pandang makroskopis. Dari sudut pandang mikroskopis, kalor dapat dijelaskan menggunakan teori kinetik.

Dalam pokok bahasan teori kinetik gas, kita belajar bahwa suhu suatu benda merupakan ukuran dari energi kinetik molekul‐molekul penyusun benda tersebut. Semakin tinggi suhu benda, semakin besar energi kinetik molekul‐molekul penyusun benda. Energi kinetik berkaitan dengan kecepatan gerak. Semakin besar energi kinetik (EK besar) molekul‐molekul, semakin besar kecepatan gerak (v besar) molekul‐molekul tersebut. Apabila kita menyentuhkan benda yang bersuhu tinggi (benda panas) dengan benda yang bersuhu rendah (benda dingin), secara otomatis kalor mengalir dari benda bersuhu tinggi menuju benda bersuhu rendah. Ketika suhu benda meningkat, energi kinetik molekul‐molekul penyusun benda semakin besar (kecepatan gerak molekul makin besar). Dapat disimpulkan kalor merupakan energi kinetik molekul‐molekul yang bergerak cepat.

Setelah mengetahui bahwa kalor merupakan energi yang berpindah karena perbedaan suhu (pengertian makroskopis) atau kalor merupakan energi kinetik molekul‐molekul yang bergerak cepat (pengertian mikroskopis), akhirnya para ilmuwan merumuskan hukum kekekalan energi :

Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, berpindah dari satu benda ke benda yang lain, tetapi energi total tidak pernah berkurang atau bertambah.

Perubahan bentuk energi melibatkan perpindahan energi dari satu benda ke benda lainnya. Setiap perpindahan energi selalu disertai dengan usaha alias kerja. Berdasarkan hasil eksperimen dan analisis para ilmuwan, diketahui bahwa kalor sebenarnya merupakan energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu (pengertian makroskopis) atau kalor merupakan energi kinetik molekul‐molekul yang bergerak cepat (pengertian mikroskopis). Kita bisa mengatakan bahwa kerja (W) dan kalor (Q) terlibat dalam perpindahan energi. Hukum pertama termodinamika merupakan hukum yang menjelaskan perpindahan energi yang melibatkan kalor dan kerja. Kalor dan kerja bukan suatu bentuk energi, tetapi hanya terlibat dalam perpindahan energi antara benda dengan benda, antara benda dengan makluk hidup atau antara makluk hidup dengan makluk hidup.

Dalam hukum pertama termodinamika, kita juga berkenalan dengan sebuah besaran baru yakni energi dalam (U). Energi dalam merupakan jumlah total energi kinetik molekul‐molekul dan energi potensial yang timbul akibat adanya interaksi antara atom‐atom penyusun molekul atau interaksi antara molekul‐molekul penyusun suatu benda atau makhluk hidup. Setiap benda tersusun dari atom‐atom atau molekul‐molekul. Dengan demikian, setiap benda yang ada di alam semesta ini pasti punya energi dalam. Setiap proses perpindahan energi yang melibatkan Kalor dan Kerja akan mengakibatkan perubahan energi dalam.

Hukum kekekalan muatan listrik

Setiap materi di alam semesta ini pada dasarnya tersusun dari atom. Atom tersusun dari proton, neutron dan elektron. Proton bermuatan listrik positif, elektron bermuatan listrik negatif, neutron tidak bermuatan listrik. Di dalam atom terdapat sejumlah elektron, proton dan neutron. Jika jumlah elektron sama dengan jumlah proton maka muatan listrik total pada atom tersebut bernilai nol. Atom seperti ini bersifat netral secara kelistrikan. Apabila jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton maka atom kelebihan elektron sehingga atom menjadi bermuatan listrik negatif. Apabila jumlah elektron lebih sedikit daripada jumlah proton maka atom kelebihan proton sehingga atom menjadi bermuatan listrik positif.

Setiap materi pada dasarnya tersusun dari atom-atom karenanya jika atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka benda tersebut tidak bermuatan atau bersifat netral. Sebaliknya bila atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron lebih banyak daripada proton maka benda tersebut bermuatan negatif. Demikian juga apabila atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron lebih sedikit daripada proton maka benda tersebut bermuatan positif.

Banyak benda yang ditemui dalam kehidupan sehari-hari pada dasarnya bersifat netral secara kelistrikan. Walaupun demikian, benda-benda itu bisa dijadikan bermuatan listrik. Mengubah benda yang bersifat netral secara kelistrikan menjadi bermuatan listrik bisa dilakukan melalui gesekan atau dengan cara induksi. Pada percobaan muatan listrik telah dijelaskan cara mengubah benda netral menjadi bermuatan listrik melalui gesekan dengan benda lain. Pada percobaan pemberian muatan pada benda dengan cara induksi juga telah dibahas proses mengubah benda netral menjadi bermuatan listrik dengan cara induksi. Pada metode gesekan, benda yang hendak dijadikan bermuatan listrik disentuhkan dengan benda lain, sebaliknya pada metode induksi, benda yang hendak dijadikan bermuatan listrik tidak bersentuhan tetapi hanya didekatkan dengan benda lain yang bermuatan listrik.

Suatu plastik yang pada mulanya netral menjadi bermuatan listrik setelah digesekkan dengan bulu atau rambut kering. Bukti bahwa plastik telah bermuatan listrik adalah dua batang plastik yang sebelumnya telah digesekkan dengan bulu atau rambut kering, saling tolak menolak. Kedua batang plastik saling menolak karena keduanya mempunyai muatan sejenis. Sebagaimana telah dijelaskan pada topik muatan listrik, sesuai dengan kesepakatan berdasarkan saran dari Benyamin Franklin (1706-1790), muatan listrik yang dimiliki oleh plastik ditetapkan sebagai muatan negatif. Plastik bermuatan negatif karenanya secara keseluruhan jumlah elektron dalam plastik lebih banyak daripada jumlah proton. Pada mulanya plastik netral sehingga dapat disimpulkan kelebihan elektron yang dimiliki plastik saat ini berasal dari bulu atau rambut kering. Elektron pada bulu atau rambut berpindah ke plastik selama terjadi gesekan antara plastik dengan bulu atau rambut. Bulu pada mulanya juga netral sehingga ketika elektron-elektronnya berpindah ke plastik maka bulu kekurangan elektron dan kelebihan proton. Bulu kelebihan proton sehingga bulu menjadi bermuatan positif. Setelah gesekan, plastik menjadi bermuatan negatif dan bulu menjadi bermuatan positif.

Banyaknya elektron yang berpindah dari bulu ke plastik sama dengan banyaknya elektron yang hilang dari plastik. Setelah gesekan plastik berkelebihan elektron sehingga menjadi bermuatan negatif, sedangkan  bulu menjadi kekurangan elektron sehingga menjadi bermuatan positif. Muatan neto yang dimiliki plastik = jumlah elektron – jumlah proton. Demikian juga muatan neto yang dimiliki bulu = jumlah proton – jumlah elektron. Tidak ada muatan yang hilang selama gesekan, muatan juga tidak diciptakan selama gesekan, yang terjadi adalah perpindahan muatan. Plastik menjadi bermuatan negatif dan bulu menjadi bermuatan positif. Jadi muatan listrik bersifat kekal.
Hukum kekekalan muatan listrik menyatakan bahwa dalam sistem tertutup, muatan listrik tidak diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya mengalami perpindahan dari satu benda ke benda lainnya. Ketika suatu benda menjadi bermuatan positif maka pada saat yang sama benda lain menjadi bermuatan negatif, di mana masing-masing benda mempunyai muatan neto yang sama besar. Sistem tertutup pada pernyataan di atas diilustrasikan sebagai berikut. Misalnya ketika plastik dan bulu saling bergesekan maka dianggap perpindahan muatan listrik hanya terjadi antara plastik dan bulu. Jadi hanya bulu dan plastik yang saling berinteraksi. Dalam kenyataannya, di sekitar kita ada udara sehingga udara tentu saja terlibat juga dalam proses gesekan antara plastik dan bulu. Jika udara juga diperhitungkan maka hukum kekekalan muatan tetap berlaku pada plastik, bulu dan udara. Bila setelah gesekan plastik menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 5, misalnya, dan bulu menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 3, misalnya, maka udara di sekitar juga menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 2. Jadi total muatan listrik antara ketiga benda yang saling berinteraksi ini bernilai nol. Jika hanya plastik dan bulu yang saling berinteraksi maka ketika plastik menjadi bermuatan negatif sebesar 5 maka bulu menjadi bermuatan listrik positif sebesar 5 sehingga muatan listrik total plastik dan bulu bernilai nol. Muatan sebesar 2, 3 atau 5 hanya contoh. Dalam kenyataannya banyaknya muatan listrik tidak bernilai seperti itu tetapi merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Silahkan pelajari topik muatan listrik untuk memperjelas pemahamanmu mengenai banyaknya muatan listrik yang dimiliki suatu benda.

Hukum kekekalan muatan listrik

Setiap materi di alam semesta ini pada dasarnya tersusun dari atom. Atom tersusun dari proton, neutron dan elektron. Proton bermuatan listrik positif, elektron bermuatan listrik negatif, neutron tidak bermuatan listrik. Di dalam atom terdapat sejumlah elektron, proton dan neutron. Jika jumlah elektron sama dengan jumlah proton maka muatan listrik total pada atom tersebut bernilai nol. Atom seperti ini bersifat netral secara kelistrikan. Apabila jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah proton maka atom kelebihan elektron sehingga atom menjadi bermuatan listrik negatif. Apabila jumlah elektron lebih sedikit daripada jumlah proton maka atom kelebihan proton sehingga atom menjadi bermuatan listrik positif.

Setiap materi pada dasarnya tersusun dari atom-atom karenanya jika atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka benda tersebut tidak bermuatan atau bersifat netral. Sebaliknya bila atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron lebih banyak daripada proton maka benda tersebut bermuatan negatif. Demikian juga apabila atom-atom penyusun suatu benda secara keseluruhan mempunyai elektron lebih sedikit daripada proton maka benda tersebut bermuatan positif.

Banyak benda yang ditemui dalam kehidupan sehari-hari pada dasarnya bersifat netral secara kelistrikan. Walaupun demikian, benda-benda itu bisa dijadikan bermuatan listrik. Mengubah benda yang bersifat netral secara kelistrikan menjadi bermuatan listrik bisa dilakukan melalui gesekan atau dengan cara induksi. Pada percobaan muatan listrik telah dijelaskan cara mengubah benda netral menjadi bermuatan listrik melalui gesekan dengan benda lain. Pada percobaan pemberian muatan pada benda dengan cara induksi juga telah dibahas proses mengubah benda netral menjadi bermuatan listrik dengan cara induksi. Pada metode gesekan, benda yang hendak dijadikan bermuatan listrik disentuhkan dengan benda lain, sebaliknya pada metode induksi, benda yang hendak dijadikan bermuatan listrik tidak bersentuhan tetapi hanya didekatkan dengan benda lain yang bermuatan listrik.

Suatu plastik yang pada mulanya netral menjadi bermuatan listrik setelah digesekkan dengan bulu atau rambut kering. Bukti bahwa plastik telah bermuatan listrik adalah dua batang plastik yang sebelumnya telah digesekkan dengan bulu atau rambut kering, saling tolak menolak. Kedua batang plastik saling menolak karena keduanya mempunyai muatan sejenis. Sebagaimana telah dijelaskan pada topik muatan listrik, sesuai dengan kesepakatan berdasarkan saran dari Benyamin Franklin (1706-1790), muatan listrik yang dimiliki oleh plastik ditetapkan sebagai muatan negatif. Plastik bermuatan negatif karenanya secara keseluruhan jumlah elektron dalam plastik lebih banyak daripada jumlah proton. Pada mulanya plastik netral sehingga dapat disimpulkan kelebihan elektron yang dimiliki plastik saat ini berasal dari bulu atau rambut kering. Elektron pada bulu atau rambut berpindah ke plastik selama terjadi gesekan antara plastik dengan bulu atau rambut. Bulu pada mulanya juga netral sehingga ketika elektron-elektronnya berpindah ke plastik maka bulu kekurangan elektron dan kelebihan proton. Bulu kelebihan proton sehingga bulu menjadi bermuatan positif. Setelah gesekan, plastik menjadi bermuatan negatif dan bulu menjadi bermuatan positif.

Banyaknya elektron yang berpindah dari bulu ke plastik sama dengan banyaknya elektron yang hilang dari plastik. Setelah gesekan plastik berkelebihan elektron sehingga menjadi bermuatan negatif, sedangkan  bulu menjadi kekurangan elektron sehingga menjadi bermuatan positif. Muatan neto yang dimiliki plastik = jumlah elektron – jumlah proton. Demikian juga muatan neto yang dimiliki bulu = jumlah proton – jumlah elektron. Tidak ada muatan yang hilang selama gesekan, muatan juga tidak diciptakan selama gesekan, yang terjadi adalah perpindahan muatan. Plastik menjadi bermuatan negatif dan bulu menjadi bermuatan positif. Jadi muatan listrik bersifat kekal.
Hukum kekekalan muatan listrik menyatakan bahwa dalam sistem tertutup, muatan listrik tidak diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya mengalami perpindahan dari satu benda ke benda lainnya. Ketika suatu benda menjadi bermuatan positif maka pada saat yang sama benda lain menjadi bermuatan negatif, di mana masing-masing benda mempunyai muatan neto yang sama besar. Sistem tertutup pada pernyataan di atas diilustrasikan sebagai berikut. Misalnya ketika plastik dan bulu saling bergesekan maka dianggap perpindahan muatan listrik hanya terjadi antara plastik dan bulu. Jadi hanya bulu dan plastik yang saling berinteraksi. Dalam kenyataannya, di sekitar kita ada udara sehingga udara tentu saja terlibat juga dalam proses gesekan antara plastik dan bulu. Jika udara juga diperhitungkan maka hukum kekekalan muatan tetap berlaku pada plastik, bulu dan udara. Bila setelah gesekan plastik menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 5, misalnya, dan bulu menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 3, misalnya, maka udara di sekitar juga menjadi bermuatan listrik negatif sebesar 2. Jadi total muatan listrik antara ketiga benda yang saling berinteraksi ini bernilai nol. Jika hanya plastik dan bulu yang saling berinteraksi maka ketika plastik menjadi bermuatan negatif sebesar 5 maka bulu menjadi bermuatan listrik positif sebesar 5 sehingga muatan listrik total plastik dan bulu bernilai nol. Muatan sebesar 2, 3 atau 5 hanya contoh. Dalam kenyataannya banyaknya muatan listrik tidak bernilai seperti itu tetapi merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Silahkan pelajari topik muatan listrik untuk memperjelas pemahamanmu mengenai banyaknya muatan listrik yang dimiliki suatu benda.

Tweet

Subscribe to receive free email updates: