Materi Dan Energi
Materi Dan Energi
A.
Materi
Benda terdiri atas suatu materi dan
energi. Tubuh suatu organisme dibagun oleh materi dan bergantung pada energi.
Jadi mahluk hidup ataupun yang tidak hidup semua tersusun dari materi. Materi
adalah sesuatu yang memiliki massa dan menepati suatu ruang. Sebagai contoh, udara tersusun dari gas-gas yang tidak dapat
dilihat dengan mata tetapi dapat dibuktikan keberadaannya dan dapat diketahui
massanya.
1. Wujud
Materi
Wujud
materi ada tiga macam yaitu padat, cair, dan gas. Zat padat memiliki bentuk dan volume
yang tetap, selama tidak ada pengaruh
lain. Contoh emas memiliki bentuk dan volume tetap dimanapun berada. Zat cair
mempunyai bentuk yang berubah-ubah sesuai dengan bentuk ruang yang ditempatinya
dan volume yang tetap. Contoh, air di
dalam gelas, bentuknya akan seperti
gelas tetapi tetap memiliki volume yang tetap.Sedangkan gas tidak tetap baik
bentuk dan volumenya karena gas mengisi seluruh ruang yang tersedia.
2. Massa
dan Berat
Massa
suatu benda menyatakan jumlah materi yang ada pada benda tersebut. Massa suatu
benda tetap di segala tempat. Massa merupakan sifat dasar materi yang penting.
Berat
suatu benda dapat diukur dengan menimbangnya, tetapi massa suatu benda dapat dihitung jika
diketahui beratnya dan gaya gravitasi ditempat penimbangan dilakukan. Oleh
kerena itu, digunakanlah neraca. Dua
benda yang memiliki massa sama jika ditimbang ditempat yang sama, beratnya akan sama. Maka, timbul pengertian bahwa massa sama dengan
berat.
3.
Klasifikasi Materi
Suatu
benda yang seluruh bagiannya memiliki sifat-sifat yang sama disebut bahan
homogen. Contoh, larutan gula dalam air.
Larutan memang merupakan campuran yang serba sama. Sedangkan tanah dan campuran
minyak dengan air merupakan campuran heterogen.
Suatu
bahan yang tersusun dari dua atau lebih zat-zat yang sifatnya berbeda disebut
campuran. Komposisi campuran tidak tetap, tetapi bervariasi. Oleh karena itu, akan kita kenal campuran homogen dan campuran
heterogen.
Batu
kapur, granit, batu pualam merupakan campuran heterogen
karena tampak jelas heterogenitas sifat-sifatnya.
Materi
yang homogen dan susunan kimianya tetap disebut zat atau substansi. Ada dua
macam zat, yaitu unsur dan senyawa. Unsur yaitu zat yang dengan reaksi kimia
tidak dapat diuraikan lagi menjadi zat-zat lain. Contoh, oksigen (O), dan Hidrogen (H). Sedangkan senyawa adalah zat
yang dengan unsur kimia dapat diuraikan menjadi beberapa zat lain yang lebih
sederhana. Contohnya yaitu air.
4.
Atom dan Molekul
Pada
abad 5 sebelum Masehi, Leukippos dan
Demokritos telah mengembangkan ajaran mikrokosmos tentang hebatnya materi.
Demokritos
(460-370 SM) menyatakan bahwa struktur zat discontinue dan bahwa semua materi
terdiri atas partikel-partikel yang sangat kecil yang disebut atom (a=tidak, tomos=dibagi).
Pada
masa Robert Boyle, yakni pada abad ke-17, para ahli Fisika mengembangkan teori baru
tentang struktur materi, yaitu teori molekul. Menurut teori ini, partikel-partikel terkecil zat disebut molekul,
dan molekul-molekul zat yang sama akan
sama semua sifatnya. Teori ini juga menerangkan peristiwa diferensiasi zat
perubahan wujud zat, dan sifat-sifat
gas.
a.
Teori Atom Dalton
Pada
awal abad ke-19 (1766-1874), John Dalton
menerangkan dua buah hukum dasar ilmu kimia, yakni hukum kekekalan massa dari Lavoisier dan
hukum ketetapan perbandingan dari Proust. Dasar teorinya antara lain sebagai
berikut;
·
Tiap-tiap unsur terdiri
dari partikel-partikel kecil yang disebut atom. Atom tidak dapat dibagi-bagi.
·
Atom-atom unsur yang
sama, sifatnya sama, atom dari unsur yang berbeda, sifatnya juga berbeda.
·
Atom tidak dapat
diciptakan dan dimusnahkan.
·
Reaksi kimia tejadi
karena pengabungan atau pemisahan atom-atom.
·
Senyawa ialah hasil
reaksi atom-atom penyusunnya.
Untuk membedakan unsur
atom, Berzellius mengembangkan tanda
atom. Tanda atom umumnya diturunkan dari nama Latin dengan mengambil huruf
pertama dan seringkali ditambah dengan sebuah huruf lain dalam nama itu.
5.
Susunan Atom
Pengetahuan
tentang susunan atom menjadi jelas setelah penelitian-penelitian oleh Sir
Humphry Davy dan Michael Faraday, yang
keduanya berasal dari Inggris.
a.
Penemuan Elektron dan
Proton
Partikel
atom yang pertama kali ditemukan adalah elektron. Berawal dari penyelidikan
tentang listrik melalui gas-gas pada tekanan rendah.
Percobaan
dilakukan oleh Joseph John Thomson dan kawan-kawannya mengenai hantaran listrik
melalui berbagai gas dengan menggunakan tabung tertutup yang dapat dihampakan.
Pada ujung-ujung tabung itu terdapat kutub listrik positif atau anoda dan kutub
negatif atau katoda. Bila keduanya dihubungkan dengan sumber listrik
bertegangan tinggi dan tekanan gas didalam tabung dikurangi, akan terjadi pancaran sinar berasal dari
katoda dan menuju ke anoda yang disebut sinar katoda yang bersifat cahaya dan
dapat mengerakan baling-baling yang diletakan dalam jalannya. Dari sifat
tersebut menunjukan bahwa sinar katoda terdiri dari partikel-partikel bermuatan
listrik negatif.
Pada
tahun 1897, J.J. Thomson (1856-1940)
membuktikan dengan eksperimen bahwa partikel sinar katoda tidak bergantung pada
bahan katoda. Partikel itu disebut elektron. Jadi dapat ditarik kesimpulan
bahwa tiap atom unsur mengandung elektron.
E.
Goldstein seorang berkebangsaan jerman pada tahun 1886 menemukan bahwa apabila
lempeng tabung katoda itu berlubang-lubang maka gas yang terdapat di belakang
katoda akan berpijar. Ini menunjukan bahwa ada sejenis sinar yang melewati
lubang-lubang yang terdapat pada katoda. Sinar ini disebut sinar saluran karena
melalui saluran yag menghubungkan ruang belakang katoda dengan ruang di antara
kedua kutub. Percobaan selanjutnya, dengan menggunakan berbagai jenis gas, menunjukan adanya massa partikel positif dari
sinar saluran itu bergantung pada jenis yang dipakai. Ini diperoleh bila gas
yang digunakan adalah gas Hidrogen, patikel
terkecil ini kemudian disebut proton.
b.
Model Atom
Dengan
ditemukan elektron, maka Model atom
Dalton diganti dengan Model atom Thomson. Menurut Thomson, atom berupa bola bermuatan positif dan pada
tempat-tempat tertentu terdapat elektron-elektron. Jumlah muatan positif sama
dengan muatan negatif sehingga atom bersifat netral. Model atom Thomson mulai
ditinggalkan sejak Ernest Rutherford yang dibantu Hans Geiger dan Ernest Marsden
pada tahun 1909 menemukan bukti-bukti baru tentang sifat atom melalui eksperimen
yang disebut eksperimen penghabluran sinar alfa.
Sinar
alfa yaitu sinar positif yang dapat dihasilkan dalam tabung sinar katoda yang
berisi gas helium, akan tetapi pada
eksperimen ini digunakan bahan radioaktif sebagai sumber partikel alfa yang berkecepatan
tinggi. Pada tahun 1911 Rutherford menduga bahwa atom hampir seluruhnya terdiri
atas ruang kosong. Dan ada muatan positif atom, dengan demikian merupakan massa atom, yang terkumpul dalam volume yang sangat kecil
yang disebut inti atom (the atomic nucleus). Inti atom harus merupakan bagian
yang sangat kecil dari atom. Inti atom dikelilingi oleh elektron-elektron.
Di
dalam inti atom ada suatu bagian ruangan yang saling tarik-menarik dengan
sejumlah elektron sesuai dengan jumlah muatan inti yang disebut proton. Jumlah
proton di dalam inti atom disebut nomor atom. J.J. Chadwick pada tahun 1932
secara kuantitatif menyelidiki bagian inti atom yang lain yang bersifat netral.
Partikel ini disebut netron. Karena terdapat di dalam inti atom, proton dan netron disebut pula nukleon. Jumlah
nukleon merupakan nomor massa dari suatu atom.
c.
Model atom Bohr
Menurut teori mekanika klasik
tentang cahaya, elektron yang bergerak
harus disertai harus disertai kehilangan tenaga kinetik eloktron. Dengan
demikian, kecepatan elektron itu semakin
lama semakin berkurang, jaraknya
terhadap inti semakin kecil, dan
akhirnya akan jatuh dan melekat pada inti. Untuk mengatasi kelemahan model atom
Rutherford, Bohr mengajukan pendapat
yang revolusioner, yang bertentangan dengan
mekanika klasik Newton. Menurut Bohr, di
sekitar inti terdapat lintasan-lintasan elektron yang berjumlah terbatas. Dan
pada lintasan itu bergerak sebuah elektron yang tdak memancarkan sinar. Maka, dalam keadaan station, elektron memiliki jumlah tenaga tetap dan
terdapat dalam keadaan seimbang yang mantap.
B.
Energi
Energi adalah kemamapuan untuk melakukan
suatu kegiatan atau kerja. Tanpa adanya energi dunia ini akan diam. Dalam
kehidupannya manusia selalu melakukan kegiatan menggunakan otak serta otot dan untuk menggerakan otak
dan otot tersebut dibutuhkan suatu energi. Energi diperoleh melalui pembakaran
zat makanan yang masuk ke tubuh manusia berupa makanan. Kegiatan manusia
lainnya dalam memproduksi barang juga memerlukan suatu energi yang diperoleh
dari bahan sumber energi atau sering di sebut sumber daya alam.
Sumber energi atau sumber daya alam
dibedakan menjadi dua yaitu:
a.
Sumber daya alam yang
dapat diperbaharui tidak dapat habis, contoh ; tumbuhan, hewan, air, tanah, sinar matahari, angin, dan sebaginya.
b. Sumber
daya alam yang tidak dapat diperbaharui atau habis, contoh; minyak Bumi, batu bara, emas, perak, nikel.
Secara detail energi dapat dibedakan
atas butir-butir berikut dan perlu diketahui bahwa energy dapat diubah dari
suatu bentuk ke bentuk lainnya. Contohnya, energi potensial air terjun dapat diubah
menjadi energi listrik, energy gerak.
1.
Energi Mekanik
Energi
mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya. Energi
mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.
Energi
potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena posisinya (kedudukan)
terhadap suatu acuan.Energi kinetik
adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya.
Setiap benda mempunyai berat, baik dalam
keadaan diam atau bergerak setiap benda mempunyai energi. Contohnya, energi yang tersimpan dalam air yang dibendung
pada sebuah waduk bersifat tidak aktif, disebut juga dengan energi potensial (energi tempat). Bila bendungan
waduk dibuka, air akan mengalir dengan
deras, sehingga energi air menjadi aktif,
disebut juga dengan energi kinetik.
Mengalirnya air tersebut adalah dengan energi kinetik (tenaga gerak).
Air waduk
pada contoh di atas memiliki energi potensial karena letaknya. Semakin tinggi
letak air waduk terhadap permukaan air laut, semakin besar energi potensialnya. Kenyataan
itu dapat dirumuskan sebagai berikut.
Epotensial = mgh
m = massa benda
g = beasar gravitasi Bumi
h = jarak ketinggiannya
Sedangkan besarnya energi
kinetik dapat dirumuskan:
Ekinetik = ½ m V2
V = kecepatan gerak benda
2.
Energi Panas
Energi
panas disebut juga sebagai energi kalor. Pemberian panas pada suatu benda dapat
menyebabkan naiknya suhu suatu benda tersebut atau bahkan bapat menyebabkan
perubahan bentuk, perubahan ukuran, atau bisa juga terjadi perubahan volume benda
tersebut. Ada tiga istilah yang
penggunaannya sering rancu, yaitu panas,
kalor, dan suhu. Panas adalah suatu bentuk energy.
Energy panas yang berpindah disebut kalor, dan suhu adalah derajat panas pada suatu
benda.
Contoh, ketika sedang merebus air berarti energy panas
diberikan kepada air, yang berasal dari
energy yang tersimpan di dalam bahan bakar kayu atau minyak tanah sehingga suhu
air akan naik. Jika energy panas diteruskan sampai suhu air meningkat mencapai
titik didihnya, maka air akan menguap
dan akan berubah bentuk menjadi uap air.
Banyaknya
energy panas yang diberikan dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Q = m x c t kalori, di mana
Q = menyatakan banyaknya
energy panas dalam kalori
m = menyatakan masa benda/zat
yang mendapatkan energy panas
c = menyatakan kalor jenis benda/zat yang
mendapatkan panas
t = menyatakan kenaikan (perubahan suhu)
3.
Energy magnetik
Banyak
hal yang dapat kita pelajari dari magnet. Magnet akan menarik benda-benda
yang mengandung medan
magnet disekitarnya. Magnet juga akan menahan benda-benda yang telah menempel
padanya. Bahkan magnet juga mampu mengarahkan suatu logam bermedan magnet
kepada arah tertentu. Magnet juga akan
menularkan sifat magnetis pada benda-benda yang melekat padanya, sehingga sama-sama mempunyai kekuatan
magnetis.
Energi
magnetik adalah energi yang tersimpan di dalam magnet. Energi magnetik dapat
dipahami dengan mengamati gejala yang ditimbulkan dua batang magnet yang
kutub-kutubnya saling didekatkan satu dengan yang lainnya. Seperti telah di
ketahui bahwa magnet itu mempunyai 2
macam kutub, yaitu kutub magnet selatan
dan utara. Jika kedua batang magnet yang mempunyai kutub yang sama apabila
saling didekatkan maka kedua magnet tersebut akan saling bertolakan. Namun
sebalaiknya apabila kedua magnet mempunyai kutub yang tidak sama maka kedua
magnat tersebut akan saling tarik-menarik.
Pengertian
mengenai energy magnetic akan sangat jelas jika dipahami melalui penelitian
medan magnet. Di sekitar kutub suatu magnet terdapat medan magnet, yaitu berupa ruangan atau daerah di sekeliling
kutub magnet di mana energy magnetic masih dapat dirasakan. Hal ini dapat
diperhatikan gejalanya apabila suatu benda kecil ataupun suatu magnet yang
lemah diletakan sekitar kutub magnet, maka benda kecil atau mgnet tersebut akan
begerak. Itu berarti bahwa di sekeliling magnet yang menimbulkan medan magnet
ada kemampuan untuk menggerakan benda lain. kemampuan tersebut adalah energy
magnetic. Magnet dapat menarik benda lain apabila benda tersebut dalam bentuk
magnet atau suatu benda yang terdapat energy magnetiknya. Benda-benda yang
dapat menjadi magnet yaitu, besi dan
baja.
4.
Energy listrik
Energi
listrik adalah kemampuan untuk melakukan atau menghasilkan usaha listrik
(kemampuan yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik dari satu titik ke
titik yang lain yang tersimpan dalam arus listik. Energi listrik
ditimbulkan melalui berbagai macam cara. Misalnya:
a. Dengan
sungai atau air terjun yang memiliki energi kinetik
b. Dengan
energi angin yang dipakai untuk menggerakan kincir angin
c. Menggunakan
accu (energi kimia)
d. Menggunakan
tenaga uap yang dapat digunakan untuk memutar generator listrik
e. Menggunakan
tenaga diesel
f. Menggunakan
tenaga nuklir
Dengan adanya energi listrik dalam kehidupan banyak
sekali yang dapat dirasakan, terutama di
dalam kehidupan kota-kota besar sebagai penyokong industri yang ada di kota
besar tersebut, selain di kota-kota
besar bahkan sekarang listrik digunakan sebagai penerangan sampai jauh ke
plosok desa.
Di samping dapat di lihat dari kegunaannya, dapat
dilihat energi apa saja yang dapat dihasilkan dari energi listrik. Contohnya, untuk
menyalakan sebuah lampu penerangan di rumah maka energi listrik diubah menjadi
energi cahaya, untuk menggerakan suatu
mesin maka energi listrik diubah menjadi energi mekanik.
Sangat jelas bahwa energi listrik benar-benar
mempunyai peranaan penting, baik dalam
kehidupan rumah tangga maupun di bidang industri.
5.
Energi Kimia
Energi kimia yaitu energi yang timbul akibat
terjadinya proses atau reaksi kimia. Energi yang dimiliki manusia
diperoleh melalui makanan yang dimakan. Makanan dari pada bahan manusia pada umumnya
tersusun atas senyawa kimia yang di dalamnya tersimpan energi kimia.
Jika
kedua macam atom karbon dan oksigen tersebut bereaksi akan terbentuk suatu molekul-molekul
baru, yaitu karbondioksida. Dengan
bergabungnya kedua atom tersebut maka akan memerlukan suatu energi. energi tersebut adalah kalori yang dikenal
sebagai energy kimia. Jika kedua atom yang bergabung tersebut yaitu atom karbon
dan oksigen dipisahkan maka atom tersebut akan melepaskan energi. Energi yang terlepas tersebut adalah eksoterm.
Jadi
jelaslah untuk memahami adanya energi kimia melalui reaksi eksoterm di mana
berlangsungnya reaksi kimia disertai dengan pembebasan kalori yang disebut
energi kimia.
6. Energi
Bunyi
Energi
bunyi adalah gelombang yang berasal dari sumber bunyi, yaitu benda yang bergetar. Getaran yang
selaras akan mempunyai energi dua macam, yaitu energi potensial dan energy kinetik.
Dapat ditunjukan bahwa jumlah kedua macam energi pada suatu getaran selaras
adalah selalu tetap dan besarnya tergantung massa, simpangan dan waktu getar atau periodenya.
Sebagai
contoh adnya energi bunyi atau getaran, yaitu apabila orang melihat jatuhnya sebuah
benda dari ketinggian gedung tertentu. Pada saat benda itu jatuh di lantai, energi kinetiknya berubah menjadi energi
getaran, yaitu timbulnya suatu getaran
pada lantai tersebut yang menimbulkan bunyi. Apabila getaran tersebut sangat
besar, akan dapat dirasakan adanya
energi getaran, yaitu dengan terlihatnya
getaran pada benda-benda lain yang ada di sekitar benda yang jatuh tersebut.
Gendang telinga manusia hanya mampu menerima energi getaran yang ditimbulkan
oleh sumber getar yang frekuensunya paling rendah 16 getaran per detik (hertz)
dan paling besar 20.000 getaran per detik.
7. Energy
Nuklir
Energi
nuklir yaitu energi yang dihasilkan oleh reaksi pembelahan inti (fisi)
berantai. Energi nuklir diperoleh apabila suatu atom pecah menjadi atom yang
lain dan pecahannya tersebut disertai pembebasan energi. Sumber energy nuklir yang sangat besar adalah
uranium. Di dalam reaksi atom, uranium
ditembakan dengan neutron sehingga masuk ke inti uranium dan kemudian pecah.
Pecahnya atom uranium disertai pembebasan suatu energi yang sangat besar dan
dihasilkan juga produk dua neutron baru. Neutron baru tersebut akan menembaki
atom uranium lain dan diikuti peristiwa yang sama. Proses itu berlangsung
terus-menerus dan disebut sebagai berlangsungnya reaksi beranatai yang sangat
cepat dengan pengeluaran energi yang dahsyat.
Energi
nuklir juga dapat digambarkan seperti energi yang disimpan di dalam arloji
ketika arloji itu diputar. Apabila kunci yang menahan per arloji itu dibuka
dengan tiba-tiba, energi yang tersimpan
tadi akan keluar semuanya dengan sangat kuat dan arloji tersebut kemungkinan
akan rusak. Namun apabila energi tersebut dilepaskan secara perlahan dan
disalurkan melalui roda-roda serta mekanisme lainnya, energi tersebut akan memberi manfaat bagi
jalannya arloji tersebut. Demikian juga dengan energi nuklir. Apabila tidak
dikendalikan dengan baik penggunaannya, bukan tidak mungkin energi nuklir akan
membunuh manusia, seperti yang terjadi
pada perang Dunia Kedua di mana kota Hirosima dan Nagasaki telah dibom atom
oleh Amerika Serikat. Namun, dengan
maksud menuju suasana yang damai dan aman, maka energi nuklir dapat dimanfaatkan untuk
kesejahteraan hidup orang banyak.
Dengan
kemajuan sains dan teknologi, energy
nuklir dapat digunakan sebagai berikut ini. Untuk kapal bertenaga nuklir, lokomotif bertenaga nuklir, pesawat terbang bertenaga nuklir, pembangkit listrik tenaga nuklir, dan juga diperlukan dalam dunia kesehatan.
8.
Energi Cahaya atau Cahaya
Energi
cahaya terutama cahaya matahari banyak diperlukan oleh tumbuhan yang berdaun
hijau. Tumbuhan tersebut membutuhkan energi cahaya untuk proses
berfotosintesis. Sebagai manusia
juga yang hidup di dunia ini, kita menerima cahaya utama kita dari matahari,
yang memberikan kehangatan, pertumbuhan dan kekuatan.
Dengan
kemajuan teknologi, saat ini dapat juga
digunakan energi dari cahaya atau sinar yang dikenal dengan sebutan sinar
laser. Sinar laser adalah sinar pada suatu gelombang yang sama dan sangat amat
kuat. Sinar laser banyak sekali digunakan di dalam banyak bidang, misalnya dalam bidang perindustrian digunakan dalam pembutan
senjata laser yang dapat menembus baja. Sinar laser juga digunakan dalam bidang
kesehatan menunjukan bahwa banyak penyakit yang dapat disembuhkan dengan sinar
laser.
Seorang
sarjana dari Hongaria bernama Meester meneliti bahwa sinar laser yang lemah
mempunyai pengaruh yang baik atas proses penyembuhan luka-luka. Sinar laser
yang digunakan adalah sebuah laser gas, gas yang dipergunakan adalah helium dan neon.
9.
Energi Matahari
Energi matahari adalah energi
yang paling besar dan paling murah di dunia ini. Dapat dikatakan murah karena
mnusia d dunia ini tidak perlu membeli untuk mendapatkan energi matahari
tersebut. Matahari memancarkan energinya dalam bentuk gelombang-gelombang
radiasi. Energi yang dipancarkan matahari besarnya tidak kurang dari 3, 8 x 1033
erg setiap dediknya. Di antara jumlah energi matahari yang di pancarkan
ke Bumi, Bumi hanya menerima sedikit di bandingkan
dengan seluruh jumlah energi matahari yang dipancarkan ke tempat lainnya.
Energi matahari dapat
juga dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, di antaranya ialah sebagai tenaga penggerak
satelit buatan, proses fotosintesis pada
tumbuhan hijau, pembangkit listrik
tenaga surya
Post a Comment for "Materi Dan Energi"