Dokumen ini membahas konsep energi dan usaha, termasuk berbagai bentuk energi seperti mekanik, kalor, listrik, kimia, dan nuklir. Hukum kekekalan energi dan contoh soal mengenai energi potensial dan kinetik dijelaskan untuk memberikan pemahaman yang lebih baik. Selain itu, dokumen juga mencakup sumber energi terbarukan dan tidak terbarukan serta proses pengolahan energi.

1. Energi dan Perubahannya
BAB 3
Sumber : shutterstock.com

2. Energi adalah kemampuanmelakukan
kerja atau usaha.
Hukum Kekekalan Energi :
“Energi tidak dapat dibuat dan
dimusnahkan sehingga
jumlahnya tetap, tetapi
bentuknya dapat berubah-
ubah.”
Energi dan Usaha
A
1. Konsep Energi

3. Energi dan Usaha
A
a
Energi Mekanik
b
Energi Kalor/Termal
c
Energi Listrik
d
Energi Kimia
e
Energi Nuklir
1. Konsep Energi
MACAM-MACAM BENTUK ENERGI

4. Energi dan Usaha
A
1. Konsep Energi
a. Energi Mekanik
Hukum kekekalan energi mekanik dinyatakan:
EM = EP + EK = Konstan
dengan:
EM = energi mekanik (J)
EP = energi potensial (J)
EK = energi kinetik (J)
Sumber : publicdomainvectors.org

5. A Energi dan Usaha
Energi Potensial
Energi suatu benda akibat kedudukannya.
EP = mgh
dengan:
EP = energi potensial (Joule)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi bumi (10 m/s2)
h = ketinggian (m)
Sumber : explainthatstuff.com
1. Konsep Energi

6. LATIHAN SOAL
1. Sebuah kelapa memiliki massa 3 kg dan
berada pada ketinggian 20 meter dari
permukaaan bumi. Jika diketahui gravitasi
bumi di tempat itu 10 m/s2 berapa energi
potensial yang dimiliki kelapa pada
ketinggian itu ?

7. JAWABAN
Diketahui :
Massa (m) = 3 kg
Gravitasi bumi (g) = 10 m/s2
Ketinggian (h) = 20 meter
Ditanya : EP = ?
Jawab :
Energi Potensial (EP) = m x g x h
EP = 3 x 10 x 20
EP = 600 Joule
Jadi, Energi Potensialnya adalah 600 Joule.

8. LATIHAN SOAL
2. Sebuah kelapa memiliki massa 1,5 kg dan
berada pada ketinggian 10 meter dari
permukaaan bumi. Jika diketahui gravitasi
bumi di tempat itu 10 m/s2 berapa energi
potensial yang dimiliki kelapa pada
ketinggian itu ?

9. JAWABAN
Diketahui :
Massa (m) = 1,5 kg
Gravitasi bumi (g) = 10 m/s2
Ketinggian (h) = 10 meter
Ditanya : EP = ?
Jawab :
Energi Potensial (EP) = m x g x h
EP = 1,5 x 10 x 10
EP = 150 Joule
Jadi, Energi Potensialnya adalah 150 Joule.

10. LATIHAN SOAL
3. Sebuah benda bermassa 5 kg memiliki energi
potensial sebesar 1000 Joule pada
ketinggian tertentu. Jika gravitasi bumi di
tempat tersebut adalah 10 m/s2, maka
berapakah perkiraan ketinggian benda
tersebut dari permukaan bumi ?

11. JAWABAN
Diketahui :
Massa (m) = 5 kg
Gravitasi bumi (g) = 10 m/s2
Energi Potensial (EP) = 1000 Joule
Ditanya :
Ketinggian (h) = ?

12. JAWABAN
Jawab :
Energi Potensial (EP) = m x g x h
1000 = 5 x 10 x h
1000 = 50 x h
h =
1000
50
h = 20 meter
Jadi, Ketinggian (h) benda tersebut adalah 20 meter.

13. LATIHAN SOAL
4. Jika diketahui energi potensial (EP) suatu
benda pada ketinggian 4 meter sebesar 8000
Joule, berapakah perkiraan massa benda jika
diketahui percepatan gravitasi bumi adalah
10 m/s2 ?

14. JAWABAN
Diketahui :
Energi Potensial (EP) = 8000 Joule
Gravitasi bumi (g) = 10 m/s2
Ketinggian (h) = 4 meter
Ditanya :
Massa (m) = ?

15. JAWABAN
Jawab :
Energi Potensial (EP) = m x g x h
8000 = m x 10 x 4
8000 = m x 40
m =
8000
40
m = 200 kg
Jadi, Massa (m) benda tersebut adalah 200 kg.

16. Energi dan Usaha
A
dengan:
EK = energi kinetik (J)
m = massa (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
𝟐
𝟏
𝑬𝑲 = 𝒎𝒗𝟐
Sumber : pxhere.com
1. Konsep Energi
Energi Kinetik
Energi yang dimiliki suatu benda karena
terjadinya perpindahan.

17. LATIHAN SOAL
1. Sebuah mobil bermassa 500 kg bergerak
dengan kecepatan 20 m/s. Hitunglah Energi
Kinetik (EK) yang dimiliki mobil tersebut !

18. JAWABAN
Diketahui :
Massa (m) = 500 kg
Kecepatan (v) = 20 m/s
Ditanya :
Energi Kinetik (EK) = ?

19. JAWABAN
Jawab :
Energi Kinetik (EK) =
1
2
x m x v2
EK =
1
2
x 500 x 202
EK =
1
2
x 500 x 20 x 20
EK = 100.000 Joule
Jadi, Energi Kinetik (EK) mobil yaitu 100.000 Joule.

20. LATIHAN SOAL
2. Sebuah sepeda bermassa 15 kg bergerak
dengan kecepatan 20 m/s. Hitunglah Energi
Kinetik (EK) yang dimiliki sepeda tersebut !

21. JAWABAN
Diketahui :
Massa (m) = 15 kg
Kecepatan (v) = 20 m/s
Ditanya :
Energi Kinetik (EK) = ?

22. JAWABAN
Jawab :
Energi Kinetik (EK) =
1
2
x m x v2
EK =
1
2
x 15 x 202
EK =
1
2
x 15 x 20 x 20
EK = 3000 J
Jadi, Energi Kinetik (EK) sepeda tersebut yaitu 3000 Joule.

23. LATIHAN SOAL
3. Sebuah benda diketahui mempunyai energi
kinetik 5000 Joule. Kecepatan benda
tersebut yaitu 40 m/s. Hitunglah massa
benda tersebut !

24. JAWABAN
Diketahui :
Energi Kinetik (EK) = 5000 J
Kecepatan (v) = 40 m/s
Ditanya :
Massa (m) = ?

25. JAWABAN
Jawab :
Energi Kinetik (EK) =
1
2
x m x v2
5000 =
1
2
x m x 402
5000 =
1
2
x m x 40 x 40
5000 = m x 800
m =
5000
800
m = 6,25 kg
Jadi, Massa (m) benda tersebut yaitu 6,25 kg.

26. Contoh Soal Energi Mekanik
1. Sebuah bola bermassa 200 gram
dijatuhkan dari ketinggian h1 = 3 m.
Hitunglah kecepatan jika bola
dijatuhkan dari ketinggian h2 = 2 m.

27. Contoh Soal
Penyelesaian:
Diketahui
Ditanyakan
Jawab
: m = 200 g = 0,2 kg ; v1 = 0 m/s
h1 = 3 m ; h2 = 2 m ; g = 10 m/s2
: v2?
:
Hukum kekekalan energi menyatakan:
𝐸𝑀1 = 𝐸𝑀2
𝐸𝑃1+ 𝐸𝐾1 = 𝐸𝑃2 + 𝐸𝐾2
1 1
𝑚𝑔ℎ1 +
2
𝑚𝑣1 = 𝑚𝑔ℎ2 +
2
𝑚𝑣2
2 2
1 1
𝑔ℎ1 +
2
𝑣1 = 𝑔ℎ2 +
2
𝑣2
2 2
10 x 3 + 0 = 10 x 2 +
1
2
𝑣2
2
1
30 = 20 + 𝑣2
2
2
30 − 20 =
1
2
𝑣2
2
2
1
10 = 𝑣2
2
20 = 𝑣2
2
2
𝑣 = 2 5 m/s
Sumber : shutterstock.com

28. Energi Listrik dalam Rangkaian
Energi dan Usaha
A
Dimiliki oleh muatan listrik
yang mengalir.
W = I2Rt
dengan:
W = energi listrik (J)
I = kuat arus listrik (A)
R = hambatan (Ω)
t = waktu (s)
Energi Listrik
Energi Potensial Listrik
Dimiliki oleh benda
bermuatan listrik (statis).
W = qV
dengan:
W = energi listrik (J)
q = muatan listrik (C)
V = potensial listrik (V)
1. Konsep Energi

29. Lilin terbakar menghasilkan
ENERGI KALOR
Baterai merupakan salah
satu contoh ENERGI KIMIA
Plutonium merupakan salah
satu sumber ENERGI NUKLIR
A Energi dan Usaha
1. Konsep Energi

30. Energi dan Usaha
A
Mobil melakukan usaha sebesar W
dengan persamaan:
W = F x s dengan:
W = usaha (Joule)
F = gaya (Newton)
s = perpindahan (meter)
θ = sudut antara gaya dan perpindahan (o)
Gaya melakukan usaha:
W = Fs cos θ
Sumber : dokumen penerbit
2. Konsep Usaha

31. LATIHAN SOAL
1. Sebuah benda berada pada bidang datar, pada
benda tersebut bekerja suatu gaya mendatar
sebesar 20 N sehingga benda berpindah sejauh 50
cm. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya
tersebut ?

32. JAWABAN
Diketahui :
F = 20 N
s = 50 cm = 0,5 m
Ditanya :
Usaha (W) = ?

33. JAWABAN
Jawab :
W = f x s
W = 20 x 0,5
W = 10 Joule
Jadi, usaha (W) yaitu 10 Joule.

34. Energi dan Usaha
A
a. Usaha sebagai
perubahan energi
potensial
W = ∆EP
W = EP2 – EP1
b.Usaha sebagai perubahan
energi kinetik
W = ∆EK
W = EK2 – EK1
c. Usaha sebagai output
kinerja mesin
W = Poutt E = Pint
𝐸 𝑃𝑖𝑛
η = 𝑊
𝑥 100% atau η = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑥 100%
dengan:
W = Usaha (J)
Pin = daya masukan (W atau J/s)
Pout = daya keluaran (W atau J/s)
t = waktu penggunaan (s)
η = efisiensi mesin (%)
E = Energi masukan (J)
3. Hubungan Energi dan Usaha

35. Energi dan Usaha
A
W = ∆EP
W = EP2 – EP1
W = m.g.h2 – m.g.h1
a. USAHA SEBAGAI PERUBAHAN ENERGI POTENSIAL
dengan:
W = Usaha (Joule)
m = Massa (kg)
g = Percepatan gravitasi bumi (10 m/s2 )
h = Ketinggian (meter)

36. Contoh Soal
1. Sebuah benda memiliki massa 5 kg berada pada
ketinggian 2 meter, benda tersebut kemudian
berpindah ke permukaan tanah, tentukan usaha
yang dilakukan benda tersebut saat berpindah
kedudukan (diketahui percepatan gravitasi bumi g =
10 m/s2 ) !

37. Energi dan Usaha
A
W = ∆EK
W = EK2 – EK1
W =
1
2
m.v2
2 -
1
2
m.v1
2
b. USAHA SEBAGAI PERUBAHAN ENERGI KINETIK
dengan:
W = Usaha (Joule)
m = Massa (kg)
v = Kecepatan (m/s)

38. Contoh Soal
1. Sebuah benda bermassa 10 kg mula-mula bergerak
dengan kecepatan 5 m/s, sesaat kemudian benda
itu bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan
usaha yang dikerjakan pada benda tersebut !

39. Energi dan Usaha
A
𝑃𝑖𝑛
η = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑥 100%
dengan:
P = daya (Watt atau J/s)
Pin = daya masukan (W atau J/s)
Pout = daya keluaran (W atau J/s)
η = efisiensi mesin (%)
c. USAHA SEBAGAI OUTPUT KINERJA MESIN

40. Contoh Soal
1. Sebuah travo memiliki daya input 25 watt,
sedangkan daya outputnya 20 watt. Berapakah
efisiensi travo tersebut !

41. Contoh Soal
2. Sebuah mobil dengan massa 1.500 kg melaju
dengan kecepatan 90 km/jam. Ketika mobil melaju,
tiba-tiba pengemudi melihat kucing pada jarak 55
m di depan mobil. Seketika pengemudi menginjak
pedal rem dan mobil berhenti tepat 5 m dari
kucing.
a. Hitung usaha yang dilakukan gaya rem untuk
menghentikan laju mobil.
b. Berapakah gaya rem yang diberikan pada
mobil?

42. Contoh Soal
Penyelesaian:
Diketahui
Ditanyakan
Jawab
: m = 1.500 kg ; v1 = 90 km/jam = 25 m/s
s = 50 m
: a. W? b. F?
:
a. Usaha yang dilakukan gaya rem:
𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1
1 1
= 𝑚𝑣2 − 𝑚𝑣1
2 2
2 2
𝐹 =
b. Gaya rem:
𝑊 = 𝐹𝑠
𝑊
𝑠
2
= 1
x 1.500 x 02 − 1
x 1.500 x 252 𝐹 = −468.750
50
𝐹 = −9.375 N
2
= 0 − 468.750
= −468.750 J
Tanda negatif menunjukkan gaya yang menyebabkan usaha tersebut
berlawanan arah dengan perpindahannya.

43. Sumber Energi Tidak Dapat Diperbarui
B
Minyak Bumi
Minyak mentah (crude
oil) harus diproses
terlebih dahulu supaya
dapat dimanfaatkan.
Batu Bara Sumber Energi Nuklir
Terbentuk dari
pepohonan mati yang
tidak mengalami
pembusukan secara
sempurna.
Reaksi fisi (Isotop
uranium-235 & isotop
plutonium-239). Reaksi
fusi (deuterium &
tritium).
Sumber : flickr.com Sumber : pxhere.com
Sumber : flickr.com

45. Sumber Energi Tidak Dapat Diperbarui
B
Melalui distilasi bertingkat:
1) Fraksi pertama menghasilkan gas
yang memiliki titik didih 25oC.
2) Fraksi kedua menghasilkan nafta.
3) Fraksi ketiga menghasilkan kerosin
dan avtur.
4) Fraksi keempat menghasilkan solar.
5) Fraksi kelima menghasilkan residu
yang dapat diolah menjadi berbagai
produk.
a. Pengolahan tahap awal (primary process)
Sumber : shutterstock.com
Fraksi distilasi minyak mentah
1. Minyak Bumi

46. PENGOLAHAN MINYAK BUMI
Pengolahan minyak bumi
menggunakan teknik DISTILASI
BERTINGKAT.
Teknik pemisahan ini dapat
memisahkan/menghasilkan
produk minyak bumi yang
berbeda-beda berdasarkan
perbedaan titik didihnya.

47. 1
Perengkahan
(cracking)
B Sumber Energi Tidak Dapat Diperbarui
b. Pengolahan tahap kedua (secondary process)
2 3 4
Proses ekstraksi Proses kristalisasi Pembersihan
(treating)
1. Minyak Bumi

48. Persiapan
(preparation)
Mengurangi ukuran
butir dengan alat
pemecah (crusher)
atau penggiling
(grinder).
B Sumber Energi Tidak Dapat Diperbarui
a. Pengolahan batu bara
Pemisahan
(consentration)
Dewatering
Metode gravity
concentration:
1) Flowing film
concentration
2) Jigging
3) Flotasi
Tahapan-tahapan:
1) Thickening
2) Filtration
3) Drying
2. Batu Bara

49. Pemanfaatan
Batu Bara
Dimetil eter (DME)
Batu bara cair (coal liquid)
Briket batu bara
Pemanfaatan pada
industri semen
Bahan bakar PLTU
Sumber Energi Tidak Dapat Diperbarui
B
b. Pemanfaatan energi batu bara
2. Batu Bara

50. Pyrolisis
01
02
03
04
B Sumber Energi Tidak Dapat Diperbarui
Proses
Pencairan
Batu Bara
Solvent extraction
Catalytic liquefaction
Konversi batu bara menjadi cair (indirect liquefaction)
2. Batu Bara

51. 1
2
3
Matahari
4
Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
Air
Angin
Bioenergi
Sumber : pxhere.com
Sumber : shutterstock.com
Sumber : pixabay.com
Sumber
:
flickr.com

52. Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
a. Komponen SHS
Perangkat yang dibutuhkan
sistem sel surya:
1) Modul panel surya
2) Regulator (controller)
3) Baterai
4) Inverter
Sumber : shutterstock.com
Pemanfaatan panel surya tipe on grid pada perumahan
1. Matahari

53. PPT Presenta
Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
b. Instalasi SHS
Menentukan banyaknya modul sel surya (WP)
Kebutuhan (Wh)
Modul Sel Surya (WP) =
Lama penyinaran (h)
1. Matahari
Sumber : pixabay.com

55. Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
lama waktu (h) =
Muatan baterai (Ah)
kuat arus listrik
Menentukan banyaknya baterai
Muatan baterai Ah = Kuat arus listrik A x lama waktu (h)
P
Kuat arus =
V
b. Instalasi SHS
1. Matahari

56. 1
2
3
4
Pilihlah area yang
dapat menampung
jumlah panel surya.
C Sumber Energi Dapat Diperbarui
Sambung panel
surya ke regulator
lalu ke baterai.
Dari baterai, arus DC
diubah menjadi AC
melalui inverter.
Arus listrik siap
digunakan pada
peralatan rumah tangga.
Proses instalasi panel surya
b. Instalasi SHS
1. Matahari

57. Berdasarkan kapasitas
output dayanya
1
2
3
C Sumber Energi Dapat Diperbarui
a. Jenis PLTMH
Kapasitas minihidro
Kapasitas mikrohidro
Kapasitaspikohidro
2. Air

59. Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
b. Komponen PLTMH
1) Bendungan
2) Saluran terbuka
3) Bak penenang
4) Pipa pesat (penstock)
5) Turbin
6) Generator
7) Instalasi kabel
Salah satu contoh PLTMH
Sumber : shutterstock.com
2. Air

60. Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
a. Syarat angin
Karakteristik angin
Daerah yang dapat
dijadikan sebagai
tempat pembangkit
listrik tenaga angin yaitu
daerah dengan
kecepatan angin di atas
5 m/s.
3. Angin

61. Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
b. Komponen PLTA
1) Turbin
2) Tower
3) Generator
4) Baterai
5) Controller (regulator)
Sumber : pxhere.com
3. Angin

62. Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
a. Jenis bioenergi
1) Biodiesel
2) Bioetanol
3) Biogas
Proses konversi biomassa menjadi bioenergi Sumber : dokumen penerbit
4. Bioenergi

64. Sumber Energi Dapat Diperbarui
C
b. Bahan-bahan penghasil bioenergi
1) Kelapa
2) Kelapa sawit
3) Jarak pagar
4) Tebu
5) Sagu
6) Ubi kayu
7) Jagung
8) Kotoran ternak
Proses pengolahan limbah organik menjadi biogas
Sumber : shutterstock.com
4. Bioenergi

65. 2
Perubahan Energi Listrik
Motor listrik, lampu
elektrik, pemanas elektrik,
dan peralatan audio-video.
Perubahan Energi Kalor
Pembangkit Listrik Tenaga
Panas Bumi (PLTP) dan
mesin uap.
Perubahan Energi Kimia
Aki dan elemen
kering/baterai
Perubahan Energi Mekanik
Generator AC dan DC
Perubahan Energi
D PERUBAHAN ENERGI

66. Perubahan Energi
D
Sumber : shutterstock.com
Struktur cincin belah pada komutator
generator DC.
Generator AC dan DC
berfungsi untuk mengubah
energi mekanik gerak
menjadi energi listrik.
1. Perubahan Energi Mekanik

67. Perubahan Energi
D
Aki (Accumulator)
Sumber : shutterstock.com
Elemen kering atau baterai
Aki dan baterai berfungsi untuk mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
2. Perubahan Energi Kimia

68. Perubahan Energi
D
Motor listrik berfungsi untuk
mengubah energi listrik menjadi
energi gerak.
Pada lampu terjadi perubahan
energi listrik menjadi cahaya.
Sumber : shutterstock.com
3. Perubahan Energi Listrik

69. Perubahan Energi
D
Sumber : shutterstock.com
Pada kompor induksi terjadi perubahan
energi listrik menjadi panas.
Sumber : pxhere.com
Pada televisi terjadi perubahan energi
listrik menjadi cahaya dan suara.
3. Perubahan Energi Listrik

70. Perubahan Energi
D
Sumber : pxhere.com
PLTP memanfaatkan energi kalor
menjadi gerak.
Mesin uap mengubah energi kalor dari
pembakaran kayu menjadi gerak mekanik.
Sumber : pixabay.com
4. Perubahan Energi Kalor