Contoh Soal

Pembahasan:

Energi fosil mulai dipakai sejak awal manusia memasuki era revolusi industri sebagai sumber energi untuk melakukan pembakaran. Ada berbagai jenis energi fosil yaitu batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Saat ini, penggunaan energi fosil mulai dikurangi karena beberapa masalah berikut, antara lain:

• Energi fosil memiliki kuantitas yang terbatas karena pembaharuan energi fosil membutuhkan waktu ribuan tahun.
• Energi fosil menghasilkan emisi yang mencemari udara yaitu gas-gas rumah kaca seperti $\text{CO}_2$, $\text{NO}_x$, dan $\text{SO}_x$.
• Energi fosil berpotensi memperparah pemanasan global akibat emisi gas rumah kaca.
• Penambangan energi fosil dapat merusak lingkungan terutama penambangan batu bara yang tidak ditutup kembali dan penambangan minyak menggunakan metode fracking yang berlebihan.

Sementara itu, energi fosil masih menjadi energi utama hingga saat ini karena energi spesifik (kandungan energi per kg) dan densitas energi (kandungan energi per volume) dari energi fosil masih cukup tinggi.

Jadi, masalah yang bukan dimiliki oleh energi fosil adalah energi fosil memiliki energi spesifik dan densitas energi yang rendah.

Pembahasan:

Gambar tersebut merupakan lampu penerangan jalan yang menggunakan tenaga surya. Tenaga surya yang digunakan merupakan jenis photovoltaic yang memanfaatkan energi cahaya matahari. Terlihat dari bentuknya yang sederhana dan tidak adanya tabung pemanas. Awalnya, energi cahaya matahari dikonversi menjadi energi listrik oleh panel surya. Lalu, energi listrik yang telah dihasilkan digunakan untuk menyalakan lampu penerangan.

Jadi, konversi energi yang terjadi pada benda tersebut adalah energi cahaya → energi listrik → energi cahaya.

Pembahasan:

Mobil konvensional menggunakan bahan bakar minyak (bensin/diesel) sebagai sumber energi utamanya. Mula-mula, energi yang tersimpan pada bahan bakar minyak merupakan energi kimia. Lalu, minyak dipantik di ruang pembakaran kendaraan sehingga berubah menjadi energi panas. Energi panas ini kemudian membuat gas di dalam piston berekspansi dan terkonversi menjadi energi kinetik yang digunakan untuk menggerakan mobil.

Jadi, konversi energi yang terjadi adalah energi kimia → energi panas → energi kinetik.

Pembahasan:

Gambar tersebut merupakan gambar daun (tumbuhan). Tumbuhan menghasilkan makanan melalui proses fotosintesis. Fotosintesis merupakan reaksi penggabungan molekul $\text{CO}_2$ dan $\text{H}_2\text{O}\$menggunakan bantuan cahaya matahari menjadi glukosa dan $\text{O}_2$.

Jadi, konversi energi yang terjadi ketika makhluk hidup tersebut menghasilkan zat makanan adalah energi cahaya → energi kimia.

Pembahasan:

Sebuah benda bisa bergerak karena adanya energi mekanik yang bekerja. Energi mekanik dapat dibagi menjadi energi potensial dan energi kinetik.

Pada kasus bandul ini, mula-mula energi potensial maksimal di titik A lalu perlahan menurun dan mencapai minimum di titik B. Lalu, energi potensial kembali maksimal di titik C.

Sementara energi kinetik mula-mula minimal di titik A lalu perlahan naik seiring bertambahnya kecepatan bandul hingga mencapai maksimum di titik B. Lalu, energi kinetik kembali minimum di titik C.

Energi mekanik di titik A, B, dan C akan selalu sama karena energi mekanik merupakan penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik. Ketika energi potensial turun, energi kinetik naik dan berlaku sebaliknya.

Jadi, energi kinetik terbesar dicapai ketika bandul berada di posisi B.

Pembahasan:

Perkembangan PLTN di Indonesia ditunjukkan salah satunya dengan rencana pembangunan PLTN Gunung Muria sejak 1972. Pemerintah Indonesia melalui badan tenaga atom nasional (BATAN) membentuk komisi persiapan pembangunan PLTN untuk merancang regulasi PLTN. Indonesia juga memiliki dua tambang sebagai sumber cadangan uranium yaitu di Remaja-Hitam dan Rirang-Tanah Merah. Secara prospek, PLTN merupakan salah satu pembangkit yang membutuhkan modal awal paling besar namun setelah terbangun biaya pembangkitan listriknya sangat murah dan efisien. Modal awal yang besar ini bukan lagi menjadi masalah bagi negara Indonesia modern saat ini, tapi keberadaan Indonesia di cincin api pasifik rentan terkena bencana alam sehingga pembangunan PLTN dikhawatirkan akan membawa bencana radioaktif yang besar apabila tidak dipersiapkan dengan baik.

Jadi, kendala utama yang dihadapi Indonesia dalam membangun PLTN adalah Indonesia berada di daerah cincin api pasifik sehingga rentan terkena bencana alam, menjadikan PLTN sangat berisiko.

Pembahasan:

Diketahui:

Massa jenis air $\rho$ = 1.000 kg/m³

Ketinggian air $h$ = 20 m

Debit air $Q$ = 15 m³/s

Percepatan gravitasi $g$ = 10 m/s²

Ditanya:

Daya maksimum $P$ = ?

Jawab:

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan energi kinetik dari fluida yang mengalir. Fluida yang mengalir dari ketinggian tertentu menyimpan energi potensial yang nantinya dapat diubah menjadi energi kinetik menggunakan peralatan tertentu seperti turbin air. Besarnya daya yang disimpan oleh fluida dapat dituliskan dengan persamaan berikut.

$P=\rho gQh$

$\rho$ merupakan massa jenis fluida (kg/m³), $g$ merupakan percepatan gravitasi (10 m/s²), $Q$ merupakan debit fluida (m³/s), dan $h$ merupakan ketinggian fluida (m).

$P=\rho gQh$

$=\left(1.000\right)\left(10\right)\left(15\right)\left(20\right)$

$=3.000.000$ W

$=3$ MW (diubah ke dalam satuan megawatt)

Jadi, besarnya daya maksimum yang mungkin dihasilkan oleh PLTA ini adalah 3 MW.

Pembahasan:

Diketahui:

Daya angin $P$ = 500 W

Kecepatan angin $v$ = 5 m/s

Massa jenis udara $\rho$ = 1,2 kg/m3

Ditanya:

Luas penampang $A$ = ?

Jawab:

Turbin angin merupakan alat untuk mengubah energi kinetik translasi yang dimiliki angin menjadi energi kinetik rotasi yang nantinya akan digunakan untuk menggerakkan rotor dari generator dan menghasilkan listrik. Besarnya daya angin maksimal yang bisa ditangkap oleh sebuah turbin angin dapat dicari menggunakan persamaan berikut.

$P=\frac{1}{2}\rho Av^3$

$\rho$ adalah massa jenis angin (kg/m³), $A$ adalah luas penampang turbin (m²), dan $v$ adalah kecepatan angin (m/s).

Besarnya luas penampang minimum yang dibutuhkan turbin ini adalah sebagai berikut.

$P=\frac{1}{2}\rho Av^3$

$A=\frac{2P}{\rho v^3}$

$=\frac{2\left(500\right)}{\left(1,2\right)\left(5\right)^3}$

$=6,67$ m²

Jadi, luas penampang minimum turbin angin yang dibutuhkan sebesar 6,67 m².

Pembahasan:

Biomassa merupakan sumber energi yang berasal dari pembakaran bahan-bahan organik seperti kotoran hewan, kayu, dan lain-lain. Biomassa bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi karena mengandung elemen karbon yang apabila direaksikan dengan oksigen akan menghasilkan kalor dan gas karbon dioksida.

Jadi, kotoran hewan dan sisa-sisa tumbuhan dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi, yaitu biomassa.

Pembahasan:

Bahan bakar listrik merupakan salah satu sumber energi transportasi masa depan karena ramah lingkungan dan tidak menghasilkan emisi $\text{CO}_2$. Saat ini, bahan bakar listrik sudah diterapkan pada beberapa moda transportasi antara lain kereta rel listrik (KRL), moda raya terpadu (MRT), skuter elektrik, dan mobil listrik.

Sementara bajaj BBG merupakan inovasi dari alat transportasi bajaj bensin yang ada sebelumnya. Alat transportasi ini tidak menggunakan listrik sebagai bahan bakarnya melainkan liquid natural gas (LNG).

Jadi, alat transportasi yang tidak menggunakan listrik sebagai bahan bakarnya adalah bajaj BBG.