STELR PROGRAM TERINTEGRASI BUKU SISWA
NAMA:
_________________________________________ KELAS: _____
DAFTAR ISI TOPIK
AKTIVITAS
HAL
Pemanasan Global
1 Pemanasan global dan perubahan iklim
2-13
2 Pemanasan global DVD
14
3 Siklus karbon
15-17
4 Apa yang terjadi di samudera kita?
18-19
Aktivitas percobaan 1: Apa yang terjadi di samudera kita?
20-26
Transformasi energi dan perpindahan energi
5 Transformasi energi dan perpindahan energi
28-32
Aktivitas percobaan 2: Apa perubahan energi dan perpindahan energi yang terjadi disini?
33-42
6 Bagaimana pembangkit listrik tenaga air bekerja?
43-44
Bahan bakar
7 Apa jenis bahan bakar ini?
46-54
Aktivitas percobaan 3: Memproduksi bioetanol
55-59
8 Kumpulan reaksi kimia
60-66
9 Konservasi energi: energi berguna dan energi „sampah‟
68-71
10 Bagaimana peneliti menggunakan grafik?
72-79
Aktivitas percobaan 4: Pantulan bola
80-85
11 Pembangkit listrik tenaga batu bara – Cerita di dalamnya
86-90
Sumber energi
12 Proyek sumber energi
92-93
Bagaimana peneliti bekerja
13 Bagaimana para peneliti bekerja?
95-102
14 Investigasi perencana
103-104
Aktivitas percobaan 5: Kondisi apa yang membuat baterai menyediakan voltase/tegangan paling besar?
105
Energi listrik dan daya listrik
15 Energi listrik dan daya
107-109
Aktivitas percobaan 6: Berapa energi dan daya yang disediakan oleh baterai STELR?
110-113
Menghubungkan sumber energi
16 Menghubungkan baterai
115-118
Aktivitas percobaan 7: Menghubungkan baterai secara seri dan paralel
119-124
Turbin angin
17 Peternakan angin
126-130
18 Apakah peternakan angin benar-benar berbahaya bagi burung?
131-132
Aktivitas percobaan 8: Berapa banyak pisau yang harus dimiliki turbin angin?
133-139
Aktivitas percobaan 9: Berapa panjang pisau terbaik untuk turbin angin?
140
19 Sel surya dan panel surya
142-146
Aktivitas percobaan 10: Berapa daya yang dapat kamu peroleh dari panel surya? Aktivitas percobaan 11: Berapa sudut terbaik untuk panel surya?
147-157 158-159
Aktivitas Percobaan 12: Aku ingin mencarinya . . .
161
20 Karir dalam energi terbaharukan
162
Tantangan kelompok: Sebuah model turbin angin
163
Konservasi energi dan efisiensi energi
Sel Surya
Peneliti di tempat kerja
PEMANASAN GLOBAL
Melelehnya es di kutub utara adalah salah satu akibat dari pemanasan global dan akan menjurus ke hal lainnya, termasuk cuaca ekstrim di Eropa dan Amerika Utara.
IDE BESAR Haruskan kita khawatir dengan efek gas rumah kaca? Apakah pemanasan global benar-benar terjadi? Buktinya? Bagaimana itu mempengaruhi kehidupan kita, alam, dan masa depan? Apa itu pengasaman laut? Dan apa penyebabnya?
1
1 PEMANASAN GLOBAL DAN PERUBAHAN IKLIM Pemanasan global adalah istilah yang digunakan untuk peningkatan suhu rata-rata dari permukaan bumi yang terjadi secara bertahap sejak seabad yang lalu. Perubahan iklim merupakan salah satu dampak yang ditimbulkan dari pemanasan global.
Bukti peningkatan suhu bumi Grafik dibawah ini (Gambar 1) menunjukkan adanya peningkatan secara bertahap dari rata-rata suhu tahunan Australia sejak seabad yang lalu. Grafik berwarna merah menunjukkan rata-rata suhu maksimum setiap tahunnya, sedangkan grafik berwarna biru menunjukkan rata-rata suhu minimum setiap tahunnya.
Gambar 1
Pada Gambar 1 tampak kurva yang memotong grafik merah. Kurva ini disebut “trend line” (garis tren) – garis yang memperhalus fluktuasi untuk menunjukkan tren nilai yang terjadi. Garis tren ini didapat setelah dikalkulasi secara statistik. Garis tren yang sama juga terlihat pada grafik biru. Terlihat jelas bahwa walaupun suhu berfluktuasi (naik dan turun), terjadi peningkatan rata-rata suhu setiap tahunnya. Peningkatan suhu pada seluruh daerah di Australia juga ditampilkan pada Gambar 2. Peta dibawah ini, yang disiapkan oleh Badan Meterologi Australia, menunjukkan perubahan rata-rata suhu setiap 10 (sepuluh) tahun sejak seabad yang lalu.
Gambar 2
2
Seperi pada Gambar 1, gambar berikutnya (Gambar 3) menunjukkan adanya peningkatan secara bertahap dari rata-rata suhu di seluruh negara sejak 130 tahun yang lalu.
Gambar 3
Sumbu vertikal menunjukkan anomali suhu, bukan nilai rata-rata suhu sebenarnya. Anomali suhu merupakan suatu ukuran untuk menyatakan seberapa besar perubahan suhu dalam suatu jangka waktu. Sebagai contoh, nilai +1 berarti rata-rata suhu meningkat 1°C dari rata-rata suhu yang diobservasi dalam jangka waktu yang panjang. Nilai -0,5°C berarti rata-rata suhu berkurang -0,5°C dari rata-rata suhu yang diobservasi dalam jangka waktu yang panjang. Grafik seperti ini digunakan oleh para ilmuwan iklim untuk menganalisis tren perubahan suhu secara global. Grafik pada Gambar 3 didapat dari data suhu yang dikumpulkan dari 6000 tempat yang tersebar diseluruh dunia. Hal ini tampak pada peta dibawah (Gambar 4). Keterangan warna menunjukkan berapa lama data suhu dikumpulkan. Sekitar 1650 tempat telah mengumpulkan data lebih dari 100 tahun.
Gambar 4
Grafik selanjutnya (Gambar 5) menunjukkan tren yang sama sepanjang bulan September-Februari, dengan data satelit ditunjukkan oleh grafik berwarna merah.
Gambar 5
3
Kita hanya dapat berkesimpulan terdapat bukti yang sangat meyakinkan bahwa telah terjadi peningkatan suhu secara bertahap pada permukaan bumi sejak 130 tahun yang lalu. Ucapan terima kasih : Grafik-grafik diatas disediakan oleh Prof. Neville Nicholis dari Monash University. Prof. Neville Nicholis merupakan penulis untuk Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), yang didirikan sejak tahun 1988. Informasi yang keliru Perlu diperhatikan bahwa beberapa orang maupun kelompok yang menyangkal adanya pemanasan global, mengambil sebagian dari grafik yang disajikan diatas (bagian dimana grafik bergerak menurun) dan menggunakannya untuk ‘membuktikan’ bahwa tidak terjadi kenaikan suhu secara global. Data yang digunakan tersebut tidak berguna karena berada dalam jangka waktu yang singkat. Kajian jangka panjang perlu dilakukan apabila kita ingin mengambil kesimpulah yang sahih mengenai apa yang terjadi dengan suhu pada permukaan Bumi
Apa penyebab peningkatan suhu ini? Model yang digunakan oleh para ilmuwan, menggunakan data yang telah dikumpulkan dari studi terhadap inti es dan pengukuran terhadap suhu atmosfer dan konsentrasi gas di atmosfer, mengindikasikan bahwa peningkatan konsentrasi gas rumah kaca (greenhouse gases) melewati batas yang ditentukan merupakan penyebab utama dari pemanasan global.
Karbon dioksida dan uap air merupakan contoh dari gas rumah kaca. Sejumlah gas lain di atmosfer, seperti metana dan nitrogen oksida, juga termasuk ke dalam gas rumah kaca, meskipun persentasenya jauh lebih kecil dibandingkan dengan karbon dioksida dan uap air.
Gas rumah kaca Gas-gas rumah kaca memiliki satu kesamaan, yaitu molekul yang tersusun dari 3 atau lebih atom. Ha ini ditunjukkan pada Tabel 1 Table 1 Some of the main gases present in the lower atmosphere Gas Approximate percentage in Chemical the air formula (if water vapour is removed)**
Total number of atoms in each molecule
Is this a greenhouse gas?
Oxygen
20.9
O2
2
No
Nitrogen
78.1
N2
2
No
Argon
0.9
Ar
1*
No
Carbon dioxide
0.04
CO2
3
Yes
Methane
0.0002
CH4
5
Yes
Nitrous oxide
0.00003
N2O
3
Yes
* Argon is classified as a noble gas. Noble gases exist in Nature as individual atoms. Generally these are not called molecules. ** The percentage of water vapour in the air varies from place to place and at different times, but on average is about 1-4%. The chemical formula of water is H2O. It also is a greenhouse gas. Semakin banyak atom dalam molekul gas rumah kaca memungkinkan mereka untuk menyerap radiasi infra-merah yang berasal dari permukaan Bumi, dan memancarkannya kembali ke permukaan bumi. Riset web : Lihatlah grafik yang menunjukkan variasi konsentrasi gas karbon dioksida di atmosfer dan suhu selama 400.000 tahun yang lalu pada artikel CSIRO (http://www.cmar.csiro.au/e-print/open/holper_2001b.html . Apakah anda setuju bahwa terdapat hubungan antara suhu permukaan Bumi dengan konsentrasi karbon dioksida di udara?
4
Apa itu radiasi infra-merah dan mengapa ini begitu penting? Energi sinar yang diradiasikan oleh Matahari tidak hanya sinar yang dapat anda lihat. Faktanya, ketika anda melihat langit pada malam hari, anda hanya dapat melihat yang disebut sebagai sinar tampak (visible light) ketika sinar ini dipantulkan oleh benda-benda, seperti Bulan atau Stasiun Ruang Angkasa, atau ketika sinar tampak „dihamburkan‟ oleh partikel-partikel di atmosfer, dan masuk ke mata anda. Figure 6 The International Space Station (ISS) hovering above Earth. CREDIT: Image supplied by NASA.
Perhatikan bahwa panel sel surya yang berukuran sangat besar dibutuhkan untuk menyuplai energi listrik yang dibutuhkan untuk menjalankan stasiun ruang angkasa.
Disamping sinar tampak, Matahari juga meradiasikan sinar ultraviolet (UV) dan sinar infra-merah (IR). Kedua jenis sinar ini tidak dapat dilihat oleh mata manusia, sehingga sering disebut sebagai „black light‟. Berbagai jenis radiasi dikenal sebagai spektrum elektromagnetik. Gambar 7 menunjukkan spektrum elektromagnetik. Radiasi yang dipancarkan oleh matahari bergerak di ruang angkasa dalam bentuk gelombang. Hal ini menyebabkan bagian-bagian yang berbeda dari spektrum disebabkan oleh perbedaan frekuensi atau panjang gelombang. Radiasi dengan energi terbesar terletak paling kanan dari spektrum pada Gambar 7, yaitu sinar gamma. Para astronot harus dilindungi dari radiasi ini ketika berada di luar angkasa karena sangat berbahaya apabila terkena radiasi sinar gamma. Sinar UV memiliki energi lebih besar dari sinar tampak, sehingga berbahaya bagi kulit manusia apabila terpapar dalam waktu yang lama. Sinar IR memiliki energi yang lebih rendah dari sinar tampak, dan sinar IR ini lah yang menyebabkan rasa hangat yang kita rasakan. (Lampu Infra-merah digunakan untuk menghangatkan kamar mandi dan memanaskan makanan.)Sedangkan gelombang radio memiliki energi yang sangat kecil.
Figure 7 A schematic diagram of the electromagnetic spectrum
Perhatikan bahwa terdapat banyak sekali sinar tampak, tidak hanya 7 warna sinar tampak yang sering dikenal dengan ‘Me-JiKu-Hi-Bi-Ni-U’ (Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Nila, dan Ungu). Begitupun dengan gelombang radio dan TV yang diperbesar untuk memperlihatkan gelombang dengan frekuensi yang berbeda-beda.
5
Tahukah anda? Dari sekian banyak sinar tampak, sinar berwarna biru lah yang paling banyak dihamburkan oleh partikel-partikel di atmosfer. Hal ini lah yang menyebabkan Bumi berwarna biru apabila dilihat dari ruang angkasa.
Ketika radiasi Matahari sampai ke Bumi Gambar 8 menunjukkan apa yang terjadi ketika radiasi Matahari sampai ke permukaan Bumi
Gambar 8
Perhatikan bahwa sistem diatas dalam keadaan seimbang, total energi yang masuk ke Bumi sama dengan total energi yang dipancarkan keluar dari Bumi. Ketika radiasi dari matahari sampai ke Bumi, maka:
Sekitar 30% radiasi dipantulkan kembali ke ruang angkasa oleh partikel-partikel di atmosfer, awan, dan permukaan Bumi. [Terlihat di Gambar 8, 30% merupakan gabungan dari 6% + 20% + 4%]
Sekitar 16% diserap oleh awan dan uap air di atmosfer dan sekitar 3% diserap oleh lapisan ozon (Lapisan ozon tidak ditunjukkan dalam Gambar 8)
Sisa sekitar 51% diserap oleh permukaan bumi (daratan dan lautan). Jika radiasi yang datang terus-menerus diserap tanpa dipantulkan kembali, Bumi akan menjadi semakin panas. Lautan akan mendidih sejak dahulu, dan semua air akan menguap! Untungnya hal seperti itu tidak terjadi, karena Bumi meradiasikan energi panas dalam bentuk sinar infra-merah ke atmosfer, dan pada akhirnya atmosfer meradiasikan energi panas ini kembali ke ruang angkasa. Apa yang terjadi pada radiasi inframerah ini di atmosfer sangat penting bagi kehidupan di Bumi.
Tahukah anda? Semua benda meradiasikan sinar infra-merah. Kita dapat melihat radiasi ini dengan kaca-mata khusus. Kaca-mata ini digunakan oleh tim SAR (Search and Rescue), observator kehidupan di hutan, atau mereka yang butuh untuk melihat di tengah kegelapan, seperti penjelajah gua. Pemandangan akan terlihat dalam warna kehijauan. Sebuah contoh dari gua yang dilihat menggunakan Gambar 9
6
Efek rumah kaca Efek rumah kaca merupakan proses dimana radiasi infr-merah yang dilepaskan oleh permukaan bumi „terperangkap‟ oleh gas rumah kaca, yang membantu untuk menyeimbangkan suhu permukaan Bumi. Efek rumah kaca telah terjadi secara alami sejak berjuta-juta tahun yang lalu, sebagaimana atmosfir Bumi telah mengandung gas rumah kaca sejak awal pembentukannya. Untuk alasan inilah, proses sekarang disebut sebagai efek rumah kaca, memungkinkan kehidupan untuk berkembang di planet ini. Tanpa efek rumah kaca, suhu di Bumi akan sama dengan suhu di Bulan yang memiliki jarak yang sama dengan Matahari. Hal ini berarti di Bumi akan sangat panas pada siang hari, sebaliknya akan sangat dingin pada malam hari. Bulan tidak mempunyai atmosfir dan oleh karena itu tidak ada gas rumah kaca yang membantu menyeimbangkan suhu pada permukaan Bulan. Inilah mengapa rata-rata suhu permukaan Bulan mencapai -16°C sedangkan di bumi 33°C lebih tinggi, yaitu 16°C. Faktanya, yang dimaksud dengan „terperangkap‟ adalah molekul gas rumah kaca menyerap radiasi infra-merah. Gas ini juga melepaskan radiasi infra-merah kembali ke Bumi. Hal ini menyebabkan permukaan bumi menjadi lebih panas dari yang seharusnya. Proses efek rumah kaca diilustrasikan oleh Gambar 10.
Gambar 10
Siklus gas rumah kaca Sekitar berjuta tahun yang lalu dimana gas rumah kaca telah ada pada atmosfir Bumi, siklus alami telah memastikan bahwa proporsi gas rumah kaca di atmosfir selalu sama. Siklus ini terdiri dari proses alam dimana gas rumah kaca dilepaskan ke atmosfer dan proses alam lain dimana gas rumah kaca dihilangkan dari atmosfir. Antara dua jenis tersebut proses, molekul gas tertentu perlahan-lahan bersiklus. Misalnya, siklus karbon mengacu pada proses di mana karbon dioksida dilepaskan ke udara dan proses di mana ia akan dihilangkan dari udara. Salah satu proses alami di mana karbon dioksida dilepaskan ke udara adalah respirasi seluler, reaksi kimia yang dapat diringkas dalam persamaan berikut: glukosa + oksigen → karbon dioksida + air + energi
7
Reaksi ini terjadi di dalam setiap sel semua organisme hidup yang mengalami respirasi selular untuk mendapatkan energi untuk bertahan hidup, termasuk hewan dan tumbuhan. Karbon dioksida ini kemudian dilepaskan ke udara, karena merupakan produk limbah yang akan menjadi racun bagi sel-sel jika itu menumpuk dalam sel. Salah satu proses alami di mana karbon dioksida akan dihilangkan dari udara, yaitu melalui proses fotosintesis. Ini adalah reaksi kimia di mana tanaman dan organisme tertentu lainnya menyerap karbon dioksida dari udara dan air dari tanah untuk menghasilkan glukosa. karbon dioksida + air + energi → glukosa + oksigen Energi yang dibutuhkan untuk fotosintesis diperoleh dari cahaya. Reaksi ini juga memerlukan adanya klorofil. Untuk informasi lebih lanjur tentang siklus karbon dan mengapa ini sangat penting bagi kehidupan, lihat halaman 15.
Tahukah anda? Tanaman bukan satu-satunya bentuk kehidupan yang mengalami fotosintesis. Organisme air yang dikenal sebagai cyanobacteria, misalnya, juga menjalani fotosintesis.
Gambar 11 Cyanobacteria, dilihat dengan mikroskop
Apakah ada keseimbangan ? Sampai abad terakhir ini, semua proses alam di mana gas rumah kaca yang dilepaskan ke udara dan semua proses alam di mana gas rumah kaca telah dihilangkan dari udara seimbang satu sama lain . Dengan kata lain, gas-gas yang terus mengalami siklus yang berulang-ulang . Akibatnya , persentase gas-gas ini di atmosfer tetap stabil . Tapi sekarang ini, tingkat aktivitas manusia telah mengubah keseimbangan ini . Pembakaran skala besar dari batubara, gas alam dan minyak, produksi massal material seperti baja, semen dan aluminium , dan tumpukan besar sampah membusuk, belum lagi membakar pohon untuk membuka lahan atau mengeksploitasi untuk membuat barang ( termasuk kertas ), melepaskan molekul gas rumah kaca ke udara daripada yang dapat dihilangkan dalam siklus alami. Bahkan menumbuhkan lebih banyak padi dan meningkatkan jumlah hewan ruminansia ( hewan yang mengonsumsi rumput ), seperti domba dan sapi, sebagai sumber makanan populasi manusia yang semakin meningkat memberikan kontribusi untuk masalah ini . Sampah busuk , sawah dan hewan yang makan rumput dan tanaman bahan lain semua menghasilkan sejumlah besar gas metana , yang merupakan gas rumah kaca yang jauh lebih kuat daripada karbon dioksida. ( Sebuah molekul metana akan memancarkan radiasi inframerah yang lebih besar dari sebuah molekul karbon dioksida ) Serangga yang memakan bahan tanaman atau produk tanaman seperti kayu atau kertas , menambah masalah ini . Meskipun setiap individu serangga hanya memancarkan sejumlah kecil metana, namun karena ada miliaran dari mereka, jumlah metana yang dihasilkan akan sangat signifikan. Rayap sendiri sangat berkontribusi terhadap masalah ini. Selain itu, gas rumah kaca yang sangat kuat baru seperti nitrogen trifluorida, NF3 , sedang dilepaskan ke atmosfer sebagai konsekuensi dari teknologi baru yang dikembangkan Tahukah anda? Metana diproduksi oleh bakteri tertentu. Dalam kasus padi, bakteri memecah bahan tanaman mati untuk mendapatkan nutrisi yang mereka butuhkan. Dalam kasus hewan ruminansia, bakteri hidup dalam usus mereka dan memecah rumput bagi mereka ke dalam bentuk yang dapat dicerna. Hal ini dikenal sebagai hubungan simbiosis mutualisme, hubungan timbal balik yang saling menguntungkan antara 2 jenis makhluk hidup. Metana adalah salah satu produk limbah yang dihasilkan oleh bakteri. (Tidak seperti tanaman dan hewan, mereka tidak menghasilkan karbon dioksida sebagai produk limbah.)
8
Peningkatan efek rumah kaca dan pemanasan global Peningkatan efek rumah kaca adalah proses terperangkapnya radiasi inframerah tambahan dengan jumlah gas rumah kaca yang berlebihan di atmosfer sebagai akibat aktivitas manusia. Proses inilah yang dikhawatirkan oleh banyak ilmuwan.
Konsekuensi dari pemanasan global Scientists use sophisticated computer models of the Earth that predict likely changes due to global warming. Some examples of the consequences of global warming include: Para ilmuwan menggunakan model komputer canggih untuk memprediksi kemungkinan perubahan akibat pemanasan global . Beberapa contoh konsekuensi dari pemanasan global antara lain: • Perubahan iklim. Ada kemungkinan akan ada perubahan iklim yang signifikan di seluruh dunia , termasuk kekeringan ekstrim dan curah hujan tinggi, badai yang bertambah parah, topan dan peristiwa cuaca ekstrim lainnya. • Mencairnya lapisan es di daerah kutub dan gletser. Salah satu konsekuensi dari pemanasan global akan menyebabkan banyak spesies yang bergantung pada es di kutub, seperti beruang kutub, terancam punah. • Perubahan pola cuaca. Sebagai contoh, beberapa tempat mungkin mendapatkan intensitas yang hujan dan badai yang lebih besar sementara yang lain mungkin dengan intensitas yang kurang. • Peningkatan suhu permukaan lautan. Salah satu konsekuensi dari ini akan menjadi menyebabkan ekosistem laut akibat hilangnya spesies yang tidak bisa bertahan atau tidak dapat bereproduksi di dalam air hangat. • Kenaikan permukaan laut. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh perluasan lapisan atas air laut akibat peningkatan suhu . Mencairnya es di kutub juga berkontribusi terhadap masalah ini. Hal ini akan mengakibatkan banjir wilayah pesisir dataran rendah. Sejumlah besar orang akan kehilangan rumah dan mata pencaharian mereka. • Penyebaran penyakit tropis. Suhu rata-rata yang lebih tinggi dapat menyebabkan penyebaran lebih luas penyakit tropis seperti malaria, yang disebabkan oleh spesies tertentu nyamuk. • Penyebaran spesies invasif. Perubahan iklim mungkin menyebabkan pergerakan spesies yang dapat menyebabkan kerusakan pada tanaman. Hal ini secara signifikan dapat mengurangi pasokan makanan, yang dapat menyebabkan masalah sosial yang serius.
Beberapa konsekuensi ini telah dan masih diamati!
Kenaikan permukaan laut Data ilmiah menunjukkan kenaikan permukaan laut. Grafik pada Gambar 12 menunjukkan rata-rata kenaikan permukaan laut secara global dari tahun 1993 sampai 2010. Hal ini menunjukkan rata-rata di semua lautan.
Gambar 12
Garis tren jelas menunjukkan bahwa permukaan air laut meningkat.
9
Peta dunia pada Gambar 13 menunjukkan wilayah laut yang meningkat lebih cepat, dan yang meningkat kurang cepat. Perhatikan bahwa bagian utara Australia mempunyai risiko terbesar dari kenaikan permukaan laut.
Gambar 13
Mencairnya es di kutub Salah satu bukti untuk hal ini adalah jumlah besar data satelit dan lainnya yang dikumpulkan oleh para ilmuwan NASA, seperti pada Gambar 14.
Gambar 14 Peneliti NASA meneliti es di kutub artik.
PHOTO CREDIT: NASA
Penelitian web kunjungi: http://www.nasa.gov/topics/earth/features/arctic_thinice.html Cari tahu apa yang ditemukan oleh peneliti NASA. Lihatlah animasinya. Apa kesimpulanmu? Tahukah anda? Peningkatkan efek rumah kaca bukan satu-satunya faktor yang berkontribusi terhadap pemanasan global. Sejumlah besar panasyang dipancarkan oleh kota-kota besar, terutama dari pusat kota, dan kompleks industri besar, juga berkontribusi untuk masalah ini. Namun, efeknya sangat, sangat kecil dibandingkan dengan efek rumah kaca.
10
Gambar 15 Gambar ini, yang dikenal sebagai termogram, diambil dengan teknik pencitraan inframerah khusus di mana suhu daerah yang berbeda ditampilkan sebagai warna yang berbeda. Hal ini menunjukkan sebuah bangunan yang diinsulasi secara baik dan tidak memberikan panas keluar ke lingkungan, dan sebuah bangunan di latar belakang kurang terinsulasi. Bayangkan termogram dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil akan terlihat seperti apa, dengan tungku dan sejumlah besar gas panas mengalir keluar dari cerobong asap!
Does the ozone layer have anything to do with global warming? Banyak orang keliru berpikir 'lubang' di lapisan ozon menyebabkan pemanasan global. Hal ini tersebut adalah pemikiran yang salah. Ozon dan pemanasan global merupakan masalah yang terpisah. Lapisan ozon merupakan bagian dari lapisan dalam stratosfer, sekitar 16 km di atas permukaan bumi. Sangat sedikit unsur yang ada di alam sebagai atom terpisah. Atom-atom dari hampir seluruh unsur biasanya bergabung dalam beberapa cara dengan atom lain. Salah satu cara adalah bergabung untuk membentuk molekul. Molekul adalah partikel yang tegabung dari dua atau lebih atom akibat adanya gaya elektrostatik . Ozon adalah suatu bentuk oksigen. 'Normal' oksigen ada secara alami sebagai molekul yang mengandung dua atom oksigen. Inilah sebabnya mengapa oksigen memiliki rumus kimia O2. Molekul ozon mengandung satu atom oksigen tambahan, sehingga memiliki rumus kimia O3. 'Normal' oksigen dan ozon hadir di lapisan ozon. Tetapi keduanya terus-menerus bereaksi. Molekul-molekul ozon terus bereaksi satu sama lain, membentuk molekul 'normal' oksigen, dan molekul 'normal' oksigen terus bereaksi satu sama lain, membentuk molekul ozon. Hal ini diilstrasikan dalam Gambar 16 .
Gambar 16 Model molekul ozon dan oksigen menunjukkan bagaimana molekul ozon secara konstan berubah menjadi oksigen, dan kemudian terbentuk lagi di lapisan ozon.
Masing-masing reaksi ini menggunakan beberapa energi yang diterima Bumi dari Matahari. Energi ini dibutuhkan untuk mengatasi gaya elektrostatik yang mengikat atom-atom. Untungnya energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul adalah sinar ultraviolet (UV), radiasi dengan energi yang tinggi. Inilah sebabnya mengapa lapisan ozon dapat menyerap sebagian besar dari radiasi UV yang dipancarkan oleh Matahari. Akibatnya, kita terpapar radiasi UV dengan intensitas yang telah jauh berkurang.
Tahukah anda? Kulit manusia sebenarnya membutuhkan radiasi sinar UV untuk memproduksi vitamin D, namun paparan yang terlalu banyak dapat menyebabkan masalah seperti kanker kulit dan katarak. Katarak adalah kekeruhan dari lensa mata, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17. Manusia dan kebanyakan hewan lainnya beresiko terkena katarak. Gambar 17 Katarak yang tidak ditanggulangi berujung pada kebutaan.
11
„Lubang’ di lapisan ozon Biasanya reaksi yang ditunjukkan oleh Gambar 16 seimbang. Ini berarti bahwa untuk setiap molekul ozon yang dipecah menjadi molekul oksigen, maka molekul ozon yang lain akan dihasilkan. Namun, keseimbangan ini dapat terganggu. Akibatnya, di beberapa bagian lapisan ozon, terutama di wilayah atas Kutub Selatan, konsentrasi ozon (jumlah yang hadir ozon di setiap liter udara) mengalami penurunan. Penurunan konsentrasi ozon tidak berarti bahwa ozon hilang sama sekali! Daerah-daerah di mana konsentrasi ozon rendah disebut lubang-lubang di lapisan ozon. Masalahnya adalah bahwa radiasi UV lebih mencapai bagian-bagian dari permukaan bumi tepat di bawah lubang ozon tersebut. Ini berarti lebih banyak orang dan hewan lainnya akan mendapatkan kanker kulit dan katarak di daerah tersebut. Jadi lubang ozon juga merupakan masalah yang perlu mendapat perhatian.
Apa yang menyebabkan terbentuknya lubang ozon? Penurunan konsentrasi ozon disebabkan oleh proses kimia dimana molekul ozon dipecah menjadi oksigen. Beberapa proses ini terjadi secara alami, seperti yang menyebabkan lubang ozon yang besar di atas Antartika. Namun, ada pula yang disebabkan oleh bahan kimia yang diproduksi oleh aktivitas manusia. Sebagai contoh, salah satu penyebab utama adalah kelompok bahan kimia yang biasa disebut CFC (Chloro Fluoro Carbon). Ini dulunya banyak digunakan sebagai propelan untuk semprotan aerosol dan sebagai gas refrigeran karena kelompok bahan kimia ini sangat stabil. Masalahnya adalah bahwa setiap molekul CFC dapat bertahan selama bertahun-tahun, bahkan lebih dari 100 tahun di lapisan ozon, dan selama periode waktu itu CFC dapat merusak miliaran molekul ozon! Setelah para ilmuwan menyadari hal ini, banyak negara sepakat untuk melarang penggunaan CFC . Aksi mereka telah membuat perbedaan besar untuk masalah ini. Ini adalah contoh yang sangat baik dari negara-negara di seluruh dunia mengambil tindakan dan bekerja sama satu sama lain untuk mengurangi masalah global yang disebabkan oleh aktivitas manusia.
Ozon menutupi permukaan Bumi Ada cara lain untuk membuat ozon selain reaksi yang terjadi di lapisan ozon. Ozon juga diproduksi melalui proses lain yang terjadi di permukaan bumi. Seperti : • Menjalankan mesin fotokopi dan perangkat lain yang menggunakan kilatan listrik (electronic flashes). • Induksi oleh sinar matahari terhadap gas buang yang dikeluarkan oleh kendaraan bermotor. Ozon yang dekat dengan permukaan bumi diklasifikasikan sebagai polutan. Ketika dihirup, dapat menyebabkan banyak masalah kesehatan, termasuk kesulitan bernapas. Hal ini juga berkontribusi terhadap pemanasan global. Karena molekul ozon pada tingkat ini mengandung 3 atom, setiap ozon dekat dengan permukaan Bumi bertindak sebagai gas rumah kaca. There are Jadi, walaupun lapisan ozon di atmosfer tidak menyebabkan pemanasan global, namun ozon yang dihasilkan dipermukaan bumi akibat aktivitas manusia dapat menyebabkan pemanasan global.
Pertanyaan Diskusi (Jawaban dapat lebih dari satu) 1
2
Manakah yang merupakan gas rumah kaca? Lingkari jawaban yang benar A
Oksigen
B
Metana
C
Uap air
D
Nitrogen
E
Karbon dioksida
F
Ozon
Manakah yang berkontribusi terhadap pemanasan global? Lingkari jawaban yang benar A
Pembangunan Kota besar
B
Pembakaran batu bara untuk menghasilkan listrik
C
Lubang ozon
D
Pabrik baja dalam skala besar
E
Menggembalakan banyak domba
F
Pabrik kertas
12
3
Banyak orang percaya bahwa naiknya permukaan laut akibat melelehnya es di wilayah kutub. Apakah ini merupakan penyebab utama banjir? Diskusikan! ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________
4
a
Jelaskan apa perbedaan dari efek rumah kaca secara alami dan penginkatan efek rumah kaca!
______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________
b
Jelaskan mengapa efek rumah kaca yang satu membantu kehidupan tetap bertahan sementara yang lain cenderung menyebabkan konsekuensi serius yang membahayakan kehidupan.
______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 5
Istilah bagian yang kosong: Lapisan ozon adalah lapisan yang terletak sekitar _____ di atas permukaan bumi . Ozon adalah bentuk _________di mana terdapat _____ atom dalam setiap molekul tidak seperti _____ biasa. Juga terdapat __________ yang hadir dalam lapisan ini. Dalam lapisan ini , reaksi kimia terus berlangsung. Dalam suatu reaksi, ozon diubah menjadi __________ dan reaksi lainnya ________ diubah menjadi _____________ . Reaksi-reaksi ini berada dalam ________ dengan satu sama lain dan menjaga konsentrasi ozon ________ . (Konsentrasi berarti _______________________ . ) Kedua reaksi ini membutuhkan banyak energi , dan begitu banyak radiasi _______ dari Matahari diserap oleh molekul karena mereka bereaksi . Ini berarti bahwa jumlah radiasi _____ yang mencapai permukaan bumi adalah _______ . Masalahnya adalah bahwa di beberapa daerah , terutama di atas Antartika , konsentrasi ozon memiliki __________ . kita mengatakan terdapat _______ padalapisan ozon di wilayah ini. Ini berarti bahwa orang dan hewan lainnya yang hidup pada daerah ini lebih mungkin untuk mengembangkan ___________ dan _____________ .
6
Jelaskan mengapa di akhir tahun 1980-an banyak negara sepakat untuk melarang penggunaan CFC sebagai gas refrigeran dan propelan untuk semprotan aerosol!
___________________________________________________________________________________________ 7
Apakah ada ozon di dekat permukaan bumi? Jika ada, apakah ini hal yang baik, atau tidak? Diskusikan. __________________________________________________________________________________________
13
2 DVD PEMANASAN GLOBAL 1
Apa saja fakta baru yang anda pelajari tentang pemanasan global dari DVD? Tuliskan jawaban anda pada tabel. Apa itu pemanasan global?
Apa yang menyebabkan pemanasan global?
Apa bukti bahwa pemanasan global terjadi?
Bagaimana para ilmuwan menyelidiki masalah ini?
Apa akibat yang mungkin ditimbulkan oleh pemanasan global di masa depan?
2
Pertanyaan apa yang dimiliki tentang pemanasan global?
____________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ 3
Apa pendapat anda tentang DVD yang telah anda tonton? Apakah ada isi yang mengejutkan anda ? Apa yang berhasil dan apa yang tidak dalam DVD yang telah anda tonton? Bagaimana anda akan memperbaiki DVD tersebut jika anda adalah produser?
____________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
4
Desainlah suatu peta konsep untuk menunjukkan bagaimana berbagai aspek pemanasan global saling terkait satu sama lain. Gabungkanlah kata-kata kunci berikut ke dalam peta konsep anda . Dapatkah anda memikirkan kata-kata kunci lainnya ? Tambahkan mereka ke dalam peta konsep yang anda buat.
Pemanasan Global Metana Gas Rumah Kaca Efek Rumah Kaca Peningkatan gas rumah kaca Cuaca ekstrim Kenaikan permukaan laut Karbon dioksida
Energi matahari Lapisan es Ekspansi termal Suhu Atmosfer Pengungsi Banjir Keseimbangan
14
3 SIKLUS KARBON Karbon – Unsur Kehidupan Seperti segala sesuatu di dunia, semua makhluk hidup terdiri dari partikel yang sangat kecil yang dikenal sebagai atom. Hal yang khusus mengenai makhluk hidup adalah bahwa tubuh makhluk hidup dibangun dari atom karbon. Dalam kasus manusia dan mamalia lainnya, misalnya, jaringan otot kita, serabut saraf, pembuluh darah, kulit, rambut dan tulang semuanya dibangun dari atom karbon. Bahkan DNA kita terbuat dari atom karbon. Atom-atom karbon tidak hadir sendiri, namun berikatan dengan unsur-unsur lain, seperti oksigen dan hidrogen, yang melekat pada karbon atom. Tentu saja air dalam tubuh kita dan beberapa zat lain, seperti asam dalam perut dan sebagian besar garam mineral, tidak dibangun dari atom karbon. Namun demikian, mudah untuk melihat mengapa karbon sering digambarkan sebagai 'unsur kehidupan'.
Bagaimana mendapatkan karbon yang kita butuhkan? Dari saat kita masih embrio kecil, tubuh tubuh kita terus berkembang. Ini berarti bahwa semakin banyak atom yang telah ditambahkan. Tubuh kita tidak dapat membuat atom karbon atau atom lain tetapi hanya dapat membangun dari atom dengan yang telah disediakan. Jadi mana mereka datangnya atom-atom tersebut. Pada awalnya atom disuplai dari nutrisi yang ada dalam darah ibu yang mengalir ke tubuh kita melalui tali pusat dari plasenta. Sejak kita lahir, atom-atom yang kita butuhkan dari makanan yang kita makanan.
Gambar 1. Embrio manusia terhubung dengan plasenta ibunya.
Anak bintang? Daur ulang dinosaurus? Dari mana semua atom dalam tubuh anda berasal? Mungkin akan mengejutkan mengetahui bahwa ilmuwan percaya semua atom di Bumi, termasuk dalam tubuh anda, dibuat dalam bintang kuno lebih dari 4 miliar tahun yang lalu. Atom yang hilang dari Bumi dalam pesawat ruang angkasa dan sampah antariksa yang tidak akan pernah kembali ke Bumi, akan digantikan oleh atom yang ditambahkan ketika meteor mendarat di Bumi, sehingga jumlah atom yang ada diBumi tidak berubah. Proses yang terjadi menunjukkan bahwa atom-atom didaur ulang! Jadi, perlu anda ketahui, beberapa atom dalam tubuh anda mungkin sekali pernah menjadi bagian dari dinosaurus. Tentu saja, jika atom dalam tubuh anda bisa berbicara, mereka akan memiliki kisah yang luar biasa untuk diceritakan karena mereka telah ada sejak milyaran tahun yang lalu.
Bagaimana karbon didaur ulang? Sebagian besar karbon didaur ualng melalui karbon dioksida di atmosfer. Seperti yang telah anda pelajari, ada proses dimana karbon dioksida ditambahkan ke atmosfer dan proses dimana karbon dioksida dihilangkan untuk menjaga keseimbangan. Daur ulang karbon melalui karbon dioksida dikenal sebagai siklus karbon. Satu representasi sederhana dari siklus karbon diperlihatkan pada Gambar 2 halaman 16.
15
Gambar 2 Representasi siklus karbon. Karbon organik berarti karbon yang terikat pada organisme hidup dan hasil sampahnya.
Proses penambahan karbon dioksida ke atmosfer Anak panah ke atas pada diagram siklus karbon di Gambar 2 menunjukkan proses dimana karbon dioksida ditambahkan ke atmosfer. Fenomena ini termasuk proses kimia yang terjadi pada makhluk hidup untuk mendapatkan energi, seperti : • Respirasi selular:
glukosa + oksigen → karbon dioksida + air + energi
• Fermentasi:
glukosa → karbon dioksida + alkohol + energi (Proses ini tidak ada dalam Gambar 2)
Proses penghilangan karbon dioksida dari atmosfer Anak panah kebawah pada diagram siklus karbon di Gambar 2 menunjukkan proses dimana karbon dioksida ditambahkan ke atmosfer, seperti: • Fotosintesis:
karbon dioksida + air + energi → glukosa + oksigen
• Pembentukan terumbu karang, stalaktit, stalagmit, dll. (Proses ini tidak ada dalam Gambar 2)
Mungkin diperlukan lebih dari seratus tahun untuk atom karbon tertentu masuk atmosfer, kemudian diserap oleh tanaman dan diubah menjadi glokosa atau bahan lainnya, kemudian dimakan oleh hewan dan diubah menjadi zat baru, dan akhirnya hewan tersebut dipanggang dan dimakan oleh anda sebagai makan malam! Beberapa atom karbon yang diambil 'keluar dari siklus' selama ribuan tahun, karena diubah menjadi bahan bakar fosil seperti batu bara dan minyak. . . . Sulit untuk dibayangkan, tetapi dalam daging panggang untuk makan malam anda saja akan ada lebih dari 3.000.000.000.000.000.000.000.000 atom karbon! Jika makan malam itu sengaja dibakar, arang hitam yang dihasilkan secara praktis merupakan karbon murni.
16
Pertanyaan Diskusi 1 Benar atau salah? Lingkarilah jawaban yang menurut anda benar. Tuliskan ulang pernyataan yang salah untuk membuatnya menjadi benar. A Setiap zat dalam tubuh anda mengandung atom karbon. B Tubuh anda tidak dapat memproduksi atom karbon. C Siklus karbon mengacu pada penguapan dan pengembunan karbon dioksida di atmosfer. D Fotosintesis adalah proses di mana tanaman menambahkan karbon dioksida ke atmosfer. E Sekali karbon dikonversi menjadi bahan bakar fosil, karbon tersebut terisolasi dari siklus
karbon selamanya.
F Tulang hanya terbuat dari atom karbon. G Sekali atom karbon masuk ke dalam tubuh Anda, tidak akan pernah keluar lagi. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 2 Apa pendapat anda mengenai gagasan para ilmuwan bahwa semua atom dalam tubuh anda telah ada sejak miliaran tahun yang lalu dan diciptakan di sebuah bintang? Pertanyaan apa yang ingin anda tanyakan pada para ilmuwan tersebut? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 3 Carilah melalui internet atau referensi lain dan temukan penggambaran yang lain dari siklus karbon. Bandingkan dengan ilustrasi pada Gambar 2. 4 Buatlah cara yang berbeda untuk menggambarkan siklus karbon dan kegunaannya. Ide yang anda kemukakan dapat berupa gerakan kreatif, musik, tari, teater atau seni rupa. 5 Jelaskan mengapa: a Karbon disebut sebagai unsur kehidupan.
____________________________________________________________________________________________________ b Agar kehidupan dapat terus berlangsung, atom karbon harus mengalami daur ulang.
____________________________________________________________________________________________________ c Sering disebutkan bahwa “anda adalah apa yang anda makan”.
____________________________________________________________________________________________________ d Para ilmuwan khawatir dengan jumlah karbon dioksida yang semakin banyak di atmosfer. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________
17
4 Apa yang terjadi dengan lautan kita? Ada beberapa bukti bahwa laut kita menjadi semakin asam, khususnya di beberapa daerah. Beberapa bukti menunjukkan bahwa salah satu penyebabnya adalah penumpukan jumlah karbon dioksida yang lebih besar dari di atmosfer daripada abad yang lalu akibat aktivitas manusia. Anda akan menyelidiki hal ini selanjutnya. Tapi pertama-tama anda perlu tahu tentang asam, basa dan pH.
Apa itu asam dan basa? Asam adalah zat yang akan menimbulkan karat pada logam dan juga bereaksi dengan zat-zat seperti kalsium karbonat, yang sebagian besar hadir dalam cangkang kerang, karang, cangkang telur burung, batu kapur, marmer, stalaktit dan stalagmit. Cuka mengandung asam. Nama umumnya adalah asam asetat tapi nama kimia yang tepat adalah asam etanoat. Lemon dan jeruk mengandung asam lain, yang umumnya dikenal sebagai asam sitrat.
Gambar 1. Stalagtit dan stalagmit terbentuk dari kalsium karbonat. Kalsium karbonat berwarna putih, namun pada gambar berwarna merahkecokelatan karena bercampur dengan senyawa besi (Kalsium karbonat berwarna putih).
Basa adalah zat selain logam yang bereaksi dengan asam. Kalsium karbonat adalah contoh dari basa. Kalsium karbonat tidak larut dalam air tetapi akan larut dalam asam karena bereaksi dengan asam. Basa yang larut dalam air juga dikenal sebagai alkali. Sebuah contoh alkali adalah natrium hidroksida. Zat netral tidak bersifat asam ataupun basa. Air murni adalah contoh dari zat netral..
Jenis larutan apa ini? Larutan dapat diklasifikasikan sebagai asam, basa atau netral dengan menggunakan zat yang dikenal sebagai indikator asambasa. Zat-zat dapat berubah warna tergantung kepada apakah mereka ditambahkan, ke larutan asam atau larutan basa. Banyak tanaman seperti kubis ungu mengandung zat yang berubah warna seperti ini. pH Nilai pH suatu larutan ditentukan dari seberapa asam larutan tersebut. Lihat Gambar 2 dibawah ini. Seberapa bergunakah hal ini? Indikator universal adalah indikator asam basa yang sangat berguna. Faktanya, indikator universal adalah campuran dari beberapa indikator, yang dapat berubah warna untuk menunjukkan suatu larutan bersifat asam kuat atau asam lemah, atau basa kuat atau basa lemah, atau netral. Bahkan menunjukkan nilai pH dari larutan!. Gambar 2 menunjukkan kisaran warna untuk satu merek larutan indikator universal.
Gambar 2. Distribusi warna larutan indikator universal. Warna yang dapat dibedakan berada pada rentang pH 3-11.
18
Penting untuk diketahui bahwa: • Semakin rendah pH, semakin asam suatu larutan! • Larutan asam adalah larutan yang mengandung satu atau lebih jenis asam dan memiliki pH di bawah 7. • Larutan basa adalah larutan yang mengandung satu atau lebih jenis basa dan memiliki pH di atas 7. • Larutan netral dan air murni tidak bersifat asam ataupun basa dan memiliki pH 7. • Ketika jumlah yang sama dari larutan asam dicampur dengan larutan basa tertentu, asam dan basa akan bereaksi satu sama lain dan akan dihasilkan suatu larutan netral. Hal ini disebut reaksi netralisasi. Peringatan! Meskipun banyak makanan yang bersifat asam atau basa, dan aman untuk ditangani dan dikonsumsi, ada banyak asam dan basa yang digunakan dalam industri atau laboratorium yang sangat berbahaya. Ini termasuk asam sulfat dan natrium hidroksida. Kontak secara langsung dapat membakar kulit dan mata anda. Larutan asam atau basa seperti ini harus ditangani dengan sangat hati-hati.
Fakta! Kebanyakan organisme air dapat bertahan hidup di air dalam kisaran pH 7-8,2. Termasuk organisme yang membangun terumbu karang, yang dikenal sebagai polip karang.
Gambar 3. Terumbu karang dapat hidup pada kondisi pH, suhu, dan kadar garam yang sesuai!
Kuis mengenai asam dan basa 1 Manakah pernyataan yang benar mengenai asam? A pH asam lebih dari 7. B Asam dapat melarutkan logam. C Semua jenis asam tidak boleh dikonsumsi. D Asam dapat menetralkan basa. 2 Manakah pernyataan yang benar mengenai basa? A pH basa lebih besar daripada asam. B Basa dapat larut dalam asam. C Karang terbuat dari suatu basa. D Semua basa disebut alkali. 3 Manakah pernyataan yang benar mengenai indikator asam-basa? A Semua indikator asam-basa dapat berubah warna. B Indikator asam-basa dapat dibuat dari tanaman tertentu. C Indikator universal adalah campuran berbagai indikator asam-basa. D Indikator universal berubah menjadi hijau dalam air murni.
19
Gambar 4 Terumbu karang mati akibat kondisi pH, suhu, dan kadar garam yang tidak sesuai.
AKTIIVITAS PRAKTIKUM 1 : APA YANG TERJADI DENGAN LAUTAN KITA? Rekan Kerja _____________________________________________ Tanggal _____________
Pertanyaan inkuiri 1 Bahan apa dalam kehidupan sehari-hari yang bersifat asam, basa, atau netral? 2 Apa yang terjadi dengan pH air laut apabila karbon dioksida berlebih larut didalamnya? 3 Apa dampak yang mungkin terjadi terhadap sisik ikan atau cangkang kerang apabila, akibat aktivitas manusia, karbon dioksida berlebih larut didalam lautan? 4 Apa dampak yang mungkin terjadi terhadap sisik ikan atau cangkang kerang apabila, akibat aktivitas manusia, zat yang bersifat asam berpindah ke lautan, dll.?
Pendahuluan Dalam kegiatan ini, anda akan menguji keasaman berbagai makanan, sabun, deterjen serta air laut dan larutan karbon dioksida . Anda kemudian akan melihat apa yang terjadi pada pH air laut ketika anda meniup udara dari paru-paru ke dalamnya. Anda akan menemukan apa yang terjadi pada kerang laut atau bentuk lain dari kalsium karbonat ketika ditempatkan di berbagai larutan. Salah satu larutan tersebut adalah air soda, yang berisi sedikit garam, tapi tidak sebanyak seperti air laut. Karbon monoksida ditiupkan dalam tekanan tinggi. Ini berarti bahwa air soda dalam botol yang disegel mengandung jauh lebih banyak karbon dioksida daripada yang terlarut dalam lautan. Bila anda membuka botol air soda, banyak karbon dioksida yang terlepas kembali sebagai gelembung-gelembung gas. Catatan: Penting untuk selalu menggunakan indikator warna pada setiap pengukuran pH larutan dengan indikator universal! Contoh indikator warna diperlihatkan pada Gambar 2 halaman 18.
Bahan-bahan yang dibutuhkan • Botol penetes indikator universal berukuran kecil dan diagram pH • Botol penetes air laut berukuran besar • Peralatan uji seperti yang telah disediakan • Pipet tetes dan sendok plastik • 5 x 100mL labu Erlenmeyer • Kertas putih berukuran A4 • Label seperti yang telah disediakan
20
• Sampel makanan, sabun, dan detergen • Sejumlah cangkang kerang laut hancur • Spatula kecil • Wadah berisikan air keran • Sedotan • Kertas Tisu
Penanggulangan risiko Bacalah fakta mengenai larutan asam dan basa, bayangkan apa yang dapat terjadi yang mungkin melukai orang lain atau menimbulkan kerusakan dan pikirkan apa yang dapat anda lakukan untuk mencegah terjadinya masalah. Lengkapilah Tabel 1 . Tabel 1. Pencegahan risiko
Fakta
Risiko yang mungkin terjadi?
Pencegahan yang anda lakukan?
1 Larutan asam dapat melukai mata maupun kulit anda. (Anda tidak akan menguji larutan asam kuat maupun basa kuat) 2 Indikator universal dapat mengotori kulit dan pakaian anda. 3 Larutan indikator universal beracun.
Apa yang anda lakukan dan temukan BAGIAN A Pertanyaan inkuiri 1: Bahan apa dalam kehidupan sehari-hari yang bersifat asam, basa, atau netral? Tabel 2 Instruksi untuk bagian A
Langkah
Instruksi
1
Siapkan peralatan uji yang telah disediakan oleh guru anda. Anda akan menguji makanan, sabun, detergen, air kera, dan air laut seperti yang didemonstrasikan oleh guru anda.
2
Pada bagian yang disediakan di halaman berikutnya, gambarkanlah tabel hasil uji untuk mencatat semua makanan yang anda uji, warna indikator, dan pH larutan..
3
Dalam kasus larutan yang anda uji, tempatkan beberapa tetes dari setiap larutan ke dalam wadah atau tempat, sesuai dengan sistem label yang anda buat. Dalam kasus zat yang lebih kental seperti yoghurt, gunakanlah sendok plastik untuk memindahkan zat tersebut ke dalam wadah.
4
Tempatkan sampel anda diatas kertas putih, sehingga anda dapat dengan jelas melihat perubahan warna ketika indikator universal ditambahkan.
5
Tambahkan 2 atau lebih tetes larutan indikator universal kedalam setiap sampel hingga warna indikator dapat terlihat.
6
Apabila juga telah disediakan beberapa potongan buah segar atau sayuran, tempatkan tiap potongan diatas tissue dan teteskan 1-2 tetes larutan indikator universal ke atas potongan buah. PERINGATAN! Jangan pernah memakan potongan buah untuk uji tersebut. Ingat bahwa indikator universal beracun dan makanan memang tidak boleh dikonsumsi dalam laboratorium!
7
Catat semua sampel yang anda uji, warna indikator, and nilai pH dari diagram pH, pada Tabel 3, dan klasifikan sampel-sampel tersebut bersifat asam, basa, atau netral.
8
Taruh peralatan uji ke dalam bak air yang telah disediakan. Bungkus potongan buah dan sayuran dengan tissue dan buang ke dalam tempat sampah.
21
Tabel 3 Hasil bagian A
Kesimpulan dari Bagian A Dari hasil yang anda dapat di Bagian A, apa jawaban anda terhadap Pertanyaan 1: Bahan apa dalam kehidupan sehari-hari yang bersifat asam, basa, atau netral? Gunakan Tabel 4 untuk menulis jawaban anda. Tabel 4 Kesimpulan dari bagian A
Bahan yang bersifat asam
Bahan yang bersifat basa
Bahan yang bersifat netral
Pertanyaan untuk bagian A 1 Apakah ada hasil yang mengejutkan anda? Diskusikan. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 2 Suatu larutan asam dengan nilai pH skitar 5 atau 6 diklasifikasikan sebagai asam lemah. Dalam Tabel 4 diatas manakah sampel yang termasuk ke dalam kelompok asam lemah. 3 Suatu larutan basa dengan nilai pH skitar 5 atau 6 diklasifikasikan sebagai basa lemah. sampel yang termasuk ke dalam kelompok basa lemah.
Dalam Tabel 4 diatas manakah
4 Pada zaman dahulu, beberapa ilmuwan mengidentifikasi bahan yang bersifat asam atau basa dengan mengecap bahanbahan tersebut. Menurut mereka bahan yang terasa masam bersifat asam, sedangkan bahan yang terasa pahit bersifat basa. Apa yang salah dengan identifikasi yang mereka lakukan? _____________________________________________________________________________________________________
22
_____________________________________________________________________________________________________
BAGIAN B Pertanyaan 2: Apa yang terjadi dengan pH air laut apabila karbon dioksida berlebih larut didalamnya? Catatan : Karbon dioksida diproduksi melalui respirasi selular, reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh anda untuk menghasilkan energi yang anda butuhkan sehari-hari. Respirasi selular: glukosa + oksigen → karbon dioksida + air + energi Apabila terlalu banyak karbon dioksida yang terlarut dalam darah kita, kita akan menjadi sakit parah. Sehingga tubuh kita akan merespon dengan mengeluarkan kelebihan karbon dioksida dalam paru-paru kita secara konstan. Atas alasan inilah, kita mengeluarkan lebih banyak karbon dioksida daripada yang kita hirup. Air laut sebenarnya telah mengandung karbon dioksida. Ketika anda meniupkan napas anda ke dalam air laut, maka sebenarnya anda sedang melarutkan karbon dioksida lebih banyak ke dalamnya.
Gambar 1. Meniup karbon dioksida tambahan pada air laut yang telah ditambahkan indikator universal.
Tabel 5 Instruksi untuk bagian B
Langkah
Instruksi
1
Tambahkan air laut kedalam labu Erlenmeyer sampai setengah penuh Tempatkan labu tersebut ke atas kertas putih, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1 Kemudian tambahkan beberapa tetes larutan indikator universal ke air untuk memberikan warna, tapi jangan terlalu cerah.
2
3
Catatlah warna indikator dan nilai pH pada Tabel 6. Pilhlah salah satu anggota kelompok untuk meniupkan napasnya ke dalam air laut Tempatkan sedotan minuman sampai ke dalam bawah permukaan air, tiuplah napas anda ke dalam air selama 12 menit. Catatlah warna indikator dan nilai pH pada Tabel 6. Peringatan! Berhatilah-hatilah ketika meniupkan napas anda. Jangan menghisap cairan apapun melalui sedotan tersebut. Ingat bahwa indikator universal beracun! Labeli labu untuk menunjukkan bahwa labu tersebut berisikan air laut ke dalamnya telah ditiupkan gas karbon dioksida. Simpan labu tersebut untuk Bagian C. Buang sedotan yang telah dipakai ke dalam tempat sampah.
23
Tabel 6 Hasil dari bagian B Waktu Sebelum peniupan karbon dioksida ke dalam air laut Setelah peniupan karbon dioksida ke dalam air laut Hal lain apa yang anda temukan?
Warna larutan indikator universal
Nilai pH larutan
Kesimpulan dari Bagian B Dari hasil yang anda dapat di Bagian A, apa jawaban anda terhadap Pertanyaan 2 : Apa yang terjadi dengan pH air laut apabila karbon dioksida berlebih larut didalamnya? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
Pertanyaan untuk Bagian B Lautan menyerap karbon dioksida dari atmosfer dalam jumlah yang banyak. Dari hasil yang anda dapatkan, apa yang mungkin terjadi terhadap pH air laut apabila semakin banyak karbon dioksida yang terlarut didalamnya? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
BAGIAN C Pertanyaan 3 : Apa dampak yang mungkin terjadi terhadap sisik ikan atau cangkang kerang apabila, akibat aktivitas manusia, karbon dioksida berlebih larut didalam lautan? Pertanyaan 4 : Apa dampak yang mungkin terjadi terhadap sisik ikan atau cangkang kerang apabila, akibat aktivitas manusia, zat yang bersifat asam berpindah ke lautan?
Gambar 2. Larutan yang akan ditambahkan dengan cangkang kerang.
24
TabeL Instruksi untuk bagian C
Langkah
Instruksi
1
Tempatkan labu yang berisi air laut setelah peniupan gas karbon dioksida dari Bagian B, dan 4 labu Erlenmeyer lain yang masih kosong di atas kertas putih.
2 3 4 5
Labeli ke-empat labu kosong tersebut untuk menunjukkan apakah mereka berisi air keran, air laut, cuka, atau air soda.. Isilah ke empat labu kosong tersebut sesuai label yang anda beri hingga setengah penuh. Aturlah larutan yang anda akan uji seperti pada Gambar 2, pastikan anda telah memberi label kepada tiap-tiap labu number of drops of indicator in each flask. Catatlah warna indikator dan nilai pH dari setiap labu pada Tabel 8. Gunakan spatula untuk mengambil cangkang kerang yang telah dihancurkan atau sumber kalsium karbonat lain yang disediakan dan menaruhnya kedalam tiap-tiap labu. Pastikan jumlah yang ditambahkan sama untuk semua labu! Kemudian, aduk secara perlahan dan amati apa yang terjadi.
6
Catat pengamatan anda pada kolom ke-tiga dan terakhir pada Tabel 8. Amati apakah ada perubahan pada larutan dan cangkang setelah 3 hari, catat pengamatan anda pada Tabel 8.
Tabel 8 Hasil dari bagian C
Larutan yang ditambahkan cangkang kerang
Sebelum penambahan cangkang kerang Warna Nilai pH indikator
Setelah 30 menit
Setelah 3 hari
Warna indikator
Warna indikator
Nilai pH
Perubahan apa yang terjadi pada cangkang kerang?
Nilai pH
Air keran
Air laut
Cuka
Air soda
Larutan dari bagian B
Kesimpulan dari bagian C Dari hasil yang anda dapat di Bagian C, apa jawaban anda terhadap Pertanyaan 3 : Apa dampak yang mungkin terjadi terhadap sisik ikan atau cangkang kerang apabila, akibat aktivitas manusia, karbon dioksida berlebih larut di dalam lautan? ____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ Dari hasil yang anda dapat di Bagian C, apa jawaban anda terhadap Pertanyaan 4 : Apa dampak yang mungkin terjadi terhadap sisik ikan atau cangkang kerang apabila, akibat aktivitas manusia, zat yang bersifat asam berpindah ke lautan? ____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
25
Pertanyaan untuk Bagian C 1Apa dampak yang mungkin terjadi terhadap sisik ikan atau cangkang kerang apabila, akibat aktivitas manusia, karbon dioksida berlebih larut didalam lautan dan zat yang bersifat asam berpindah ke lautan? Diskusikan. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 2 Jelaskan mengenai perubahan nilai pH larutan dan perubahan cangkang kerang yang diamati pada Bagian C. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 3 Jelaskan mengapa: a Anda diinstruksikan untuk menyiapkan jumlah larutan yang sama, jumlah cangkang yang sama, dan jumlah indikator yang sama ke dalam setiap labu. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ b Anda menguji cangkang didalam air keran, sebagaimana didalam cuka, air soda, dan air laut yang telah ditiupkan karbon dioksida. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ c Labu tidak ditutup dengan segel karet. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
Temukanlah! Banyak ilmuwan kelautan yang prihatin dengan fenomena „pengasaman lautan‟ akibat peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfir yang melebihi batas normal. 1 Apakah istilah „pengasaman lautan‟ berarti bahwa sebenarnya lautan itu bersifat asam, atau hanya nilai pH nya saja berkurang dan menjadi kurang basa? 2 Apa bukti yang dimiliki oleh para ilmuwan? 3 Apakah peningkatan kadar karbon dioksida merupakan satu-satunya penyebab pengasaman lautan? 4 Konsekuensi apa yang dimiliki telah dideteksi oleh para ilmuwan dan apa yang mereka prediksikan mengenai konsekuensi jangka panjang? 5 Gunakanlah internet untuk menggali lebih banyak informasi mengenai permasalahan ini: www.pacificscience.org/tfoceanacidification.html www.antarctica.gov.au/about-antarctica/fact-files/climate-change/ocean-acidification-and-the-southern-ocean
26
TRANSFORMASI ENERGI DAN TRANSFER ENERGI
Pembangkit listrik tenaga air menggunakan transformasi energi untuk menghasilkan listrik. Saat air mengalir menuruni pipa energi potensial gravitasi diubah menjadi energi kinetik. Dalam pembangkit listrik, turbin dan generator mengubah energi kinetik air menjadi energi listrik.
IDE – IDE BESAR Apakah jenis energi yang ada di sana ? Apakah perbedaan transformasi energi dengan transfer energi ? Dapatkah kamu menciptakan atau memusnahkan energi ? Apakah akibat dari penggunaan energi ? Apakah yang terjadi di dalam pembangkit listrik tenaga air ? 27
5 TRANSFORMASI ENERGI DAN TRANSFER ENERGI Jenis – jenis energi apakah yang ada di sana ? Sebelum kita mempertimbangkan berbagai transformasi dan transfer energi, kita harus paham tentang apa energi. Energi berhubungan dengan perubahan apapun. Energi dapat dianggap sebagai kemampuan untuk membuat sesuatu terjadi. Energi tidak sama dengan gaya! Gaya hanyalah sebuah dorongan atau tarikan sederhana ataupun keduanya. Ada berbagai bentuk energi tetapi dua bentuk energi dasar adalah energi kinetik dan energi potensial. Beberapa bentuk umum energi ditunjukkan dalam tabel di bawah.
BENTUK DASAR ENERGI
MAKNA
KASUS KHUSUS: DISKUSI
CONTOH
Energi mekanik
ENERGI KINETIK
Energi kinetik adalah energi dari benda – benda yang bergerak
Ketika mesin sedang bekerja, energi kinetik kadang-kadang disebut energi mekanik.
Gambar 1. Bila sudah berputar, turbin memiliki energi mekanik
Energi termal/ energi panas Temperatur terdingin di mana saja di alam semesta mungkin, -273 C, disebut absolut nol. Kecuali berada pada suhu ini, atom-atom atau molekul yang ada dalam zat selalu bergerak dengan beberapa cara. Semakin tinggi suhu, semakin besar energi kinetik rata-rata. Karena berhubungan dengan suhu, energi ini kadang-kadang disebut energi panas. Catatan: Setiap benda yang memiliki energi panas memberikan radiasi inframerah (lihat halaman 5.)
Gambar 2 Molekul-molekul air di gelas ini memiliki energi termal. Begitu juga atom – atom dalam kaca itu.
Energi suara Bila suara disebarkan melalui udara, atau air atau media lainnya, partikel dalam medium udara, air atau lainnya mulai bergetar (bergerak maju atau mundur). Ketika ini terjadi, kita bisa mendengar suara, sehingga energi kinetiknya digambarkan sebagai energi suara
Gambar 3. Ketika drum dipukul, kulit gendang bergetar mengumpulkan partikel udara di sekitarnya menjadi getaran. Udara dan kulit gendang memiliki energi suara.
28
ENERGI POTENSIAL
Kita dapat menyebut energi potensial sebagai energi yang tersimpan
Eneriy potensial gravitasi Sebuah benda yang letaknya tinggi dapat jatuh ke bawah karena gaya gravitasi, jika tidak ada yang menghalangi. Jadi dapat disebut, benda itu memiliki energi potensial gravitasi.
Gambar 4. Air tersimpan tinggi di Dam Gordon, Tasmania, memiliki energi potensial gravitasi.
Gambar 5. Sebuah pita karet membentang memiliki energi potensial elastis.
Energi potensial elastis Setiap objek elastis diregangkan atau ditekan dapat kembali ke bentuk aslinya jika tidak lagi dicegah (dari melakukannya). Jadi dapat disebut itu memiliki energi potensial elastis.
Gambar 6. Pegas ini ditekan untuk mengujinya. Alat Ini memiliki energi potensial elastis
Energi potensial kimia
Setiap zat kimia yang dapat bereaksi dengan zat lain memiliki kemampuan untuk memberikan panas atau cahaya. Kita dapat mengatakan itu memiliki energi potensial kimia.
Gambar 7. Gas dalam silinder ini dapat membakar. Ini memiliki energi potensial kimia.
Catatan: Energi listrik adalah energi yang dimiliki oleh partikel bermuatan listrik, yang mungkin berhubungan dengan listrik yang digunakan saat ini atau listrik yang tersimpan. Energi cahaya adalah energi cahaya tampak, sinar ultraviolet, cahaya inframerah, sinar-X dan bentuk lain radiasi elektromagnetik.
29
Perubahan Energi Dari Satu Bentuk Ke Bentuk Lainnya Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Apabila ini terjadi, prosesnya digambarkan sebagai tranformasi energi. Ini dapat digambarkan pada contoh – contoh berikut
Perubahan energi dalam radio Ketika Anda menghidupkan radio yang terhubung ke sumber listrik , energi listrik diubah menjadi energi suara . Salah satu cara sederhana untuk mewakili transformasi ini ditunjukkan di bawah ini. Energi listrik → energi Suara Jika radio ini diberi daya oleh baterai, dua transformasi energi tetap terjadi satu demi satu. Hal ini terjadi karena baterai mengandung bahan kimia tertentu yang bereaksi dengan satu sama lain ketika sirkuit dihubungkan dengan menyalakan saklar. Reaksi menghasilkan energi listrik . Pada kasus ini, serangkaian transformasi energi adalah : Energi potensial kimia → energi listrik → energi Suara
Transformasi energi dalam bola lampu Pada umumnya lebih dari satu bentuk energi yang dihasilkan selama transformasi energi. Sebagai contoh , ketika lampu pijar dihidupkan, bola menjadi panas. Ini berarti bahwa sebagian energi listrik telah berubah menjadi energi cahaya dan beberapa menjadi energi panas. Secara sederhana dapat dilihat pada diagram alir berikut:
Energi panas
Energi listrik Energi cahaya
AKTIVITAS 1: MOBIL GULUNGAN KAPAS
Gambar 8 mobil gulungan kapas – sebelum dan sesudah perakitan
Periksa mobil dan kemudian ambil untuk digerakkan di atas meja
Bagaimana menurut anda 1
Menurut anda bagaimana mobil ini dapat bekerja? Anda mungkin ingin menggunakan diagram untuk menunjukkan bagaimana cara kerjanya.
2
Transformasi energi apakah menurut anda yang terjadi ? Tunjukkan dalam sebuah diagram atau diagram alir.
3
TANTANGAN!
Dapatkah
anda memperbaiki desain dari mobil gulungan kapas sehingga bisa lebih cepat ataupun lebih baik ?
30
Perubahan energi pada pembakar bunsen
Gambar 9. Pembakar Bunsen menyala (Lobang udara terbuka)
Reaksi Pembakaran Gas utama yang ada pada gas pembakar Bunsen adalah metana. Ketika pembakar Bunsen menyala, reaksi kimia berikut adalah reaksi utama yang terjadi: Metana + oksigen karbondioksida + air + energi
Metana dan oksigen (yang berasal dari udara) disebut reaktan, reaktan adalah spesies kimia yang bereaksi satu sama lain dan membentuk zat baru, dan posisinya selalu sebelum panah. Karbon dioksida dan air disebut produk. (Anda tidak dapat melihat air dalam bentuk uap.) Produk adalah spesies kimia yang terbentuk dalam reaksi dan posisinya selalu setelah panah.
CATATAN: energi 'diproduksi' dalam reaksi adalah hasil dari transformasi energi dan tidak diklasifikasikan sebagai produk. Hal ini dirangkum di bawah ini:
→
metana + oksigen REAKTAN
karbon dioksida + air + energi
PANAH
PRODUK
Karena api diproduksi ketika pembakaran gas, ini diklasifikasikan sebagai reaksi pembakaran.
Transformasi energi yang terlibat dalam reaksi pembakaran
Transformasi energi yang terjadi dalam reaksi pembakaran lebih kompleks daripada yang terjadi pada lampu pijar. Ketika gas terbakar, semua bentuk –bentuk energi ini diproduksi: • Energi cahaya (dilihat sebagai api) • Energi panas (merasa sebagai kehangatan api) • Energi suara (suara api) Transformasi energi ini dapat direpresentasikan dalam cara yang berbeda, keduanya seperti terlihat di bawah ini. Cara lain adalah diagram Sankey. Ini menggunakan panah lebar yang berbeda untuk menunjukkan bahwa energi potensial kimia dari reaktan sebagian besar diubah menjadi energi panas.
Salah satu cara menggambarkannya adalah diagram alir.
Energi cahaya Energi potensial kimia reaktan
Energi panas
Energi panas
Nyala Energi kimia
Energi suara
31
Hukum Kekekalan Energi Ketika energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, energi tidak diciptakan atau dihancurkan. Energi hanya berubah bentuk. Hal ini dikenal sebagai Hukum kekekalan Energi.
AKTIFITAS 2: CUP MELONCAT!
Ambil cup yang akan meloncat melalui tepinya, letakkan dalam posisi terbalik dan tekan hati – hati ke bawah pada permukaan halus. Kemudian biarkan saja. Apa yang terjadi ?
_________________________________________________________________________________________ Apakah yang anda pikirkan? menurut anda apakah transformasi energi yang telah anda amati ? Bagaimana anda dapat menunjukkan fakta bahwa energi kekal selama proses ? Tampilkan ide – ide anda di bagian bawah ini.
PERPINDAHAN ENERGI DARI SATU KE TEMPAT LAINNYA Transfer energi berarti suatu bentuk energi tertentu lewat dari satu tempat ke tempat lain. Hal ini ditunjukkan dalam contoh berikut .
Transfer energi panas Ketika logam panci berisi air ditempatkan di atas kompor panas, segera air dan tutup panci menjadi panas seperti dasar panci. Hal ini karena energi panas dari elemen api atau pemanas ditransfer ke air dan tutup panci. Energi panas dapat ditransfer dari satu tempat ke tempat lain dalam tiga cara : Konduksi - energi panas ditransfer melalui bahan atau antara bahan akibat kontak pada tingkat partikel. Hal ini terjadi di dalam panci . Konveksi - cairan atau gas mendapatkan energi panas dan kemudian berpindah dari satu tempat ke tempat lain Radiasi - benda mengeluarkan energi panas dalam bentuk radiasi infra-merah ( lihat halaman 6 ) . Dua yang terakhir adalah alasan kulit Anda bisa merasakan panas panci tanpa menyentuhnya .
32
KEGIATAN PRAKTEK 2: TRANSFORMASI DAN TRANSFER ENERGI APAKAH YANG TERJADI DI SINI? ANGGOTA KELOMPOK: ____________________________________________
TANGGAL: ________
Pengantar Dalam kegiatan ini, Anda akan bergerak dari satu stasiun ke yang lain dan mengeksplorasi apa yang ada. Dalam setiap kasus, Anda perlu memutuskan apakah transformasi energi dan transfer energi yang telah terjadi. Dalam beberapa workstation ini, Anda akan menggunakan stasiun pengujian STELR untuk pertama kalinya. Gambar 1 menunjukkan apa yang tampak seperti dari atas . .
Gambar 1. Stasiun pengujian STELR
Pada Gambar 1, kabel listrik dimasukkan dalam stop kontak MOTOR. Ketika kabel terhubung ke sumber energi listrik, kipas kecil akan berputar. Untuk menyalakan lampu tanpa menyalakan kipas kecil, pindahkan kabel dari dua stop kontak MOTOR kedua stop kontak lampu. Untuk menghidupkan bel tanpa menyalakan kipas kecil, pindahkan kabel yang terhubung ke terminal negatif dari sumber energi ke stop kontak COM hitam, dan kabel terhubung ke terminal positif dari sumber energi ke stop kontak bel merah. Untuk menghidupkan LED tanpa menyalakan kipas kecil, pindahkan kabel yang terhubung ke terminal negatif dari sumber energi ke stop kontak COM hitam, dan kabel terhubung ke terminal positif dari sumber energi ke soket LED merah. CATATAN: Jika anda menghubungkan kable ke soket RESISTOR VARIABEL, Anda tidak akan melihat sesuatu terjadi, jadi jangan coba lakukan pada kegiatan ini.
33
Apa yang harus dilakukan dan apa yang anda temukan Stasiun A: Misteri permainan Apa yang dilakukan pada stasiun A Periksa mainan dan buatlah mainan itu bekerja. Apakah transformasi energi dan transfer energi yang Anda pikir terjadi ? Tuliskan ide-idenya pada Tabel 1 Tabel 1. Hasil untuk Station A , dan menurut anda apa yang terjadi Seperti apakah permainannya Transformasi energi apakah menurut Anda yang terlihat dan apa yang dilakukannya ? terjadi pada mainan ini? Jelaskanlah dengan berbagai cara.
Stasiun B: Generator yang digerakkan tangan Apa yang harus dilakukan pada Stasiun B Tangan menghidupkan generator dibentuk seperti pada Gambar 2.
harus
Baca pengantar untuk kegiatan ini sangat hatihati untuk mengetahui bagaimana menggunakan stasiun pengujian STELR. 1.
2.
3.
4.
5.
Periksa magnet, apakah masih di atas gulungan tembaga generator . periksa juga kabel yang terhubung ke soket MOTOR di stasiun pengujian. (Lihat Gambar 1) Gunakan pegangan untuk memutar roda hitam searah jarum jam . Mengubahnya lebih cepat dan lebih cepat . Apa yang Anda perhatikan ? Apa bedanya jika Anda memutar roda hitam dalam arah berlawanan arah jarum jam , arah sebaliknya ? Jika ada waktu , coba hubungkan kabel ke bel. (Lihat bagaimana melakukan ini di halaman 33) Rekam temuan Anda pada Tabel 2 pada halaman berikutnya. Bila Anda telah selesai melakukan kegiatan ini, Tinggalkan peralatan seperti Anda seperti semula.
Gambar 2
34
Transfer energi apakah menurut Anda yang terjadi pada mainan ini ?
Tabel 2. Hasil untuk Station B , dan menurut anda apa yang akan terjadi Transformasi energi apa menurut anda yang terjadi ? Apa yang Anda amati ? jelaskan dengan berbagai cara. Roda berputar searah jarum jam, kabel terhubung ke kipas
Roda berputar berlawanan jarum jam, kabel terhubung ke kipas
Roda berputar searah jarum jam, kabel terhubung ke bel
Roda berputar berlawanan jarum jam, kabel terhubung ke bel
Pertanyaan-pertanyaan diskusi untuk Station B 1 Identifikasi salah satu contoh transfer energi yang diamati dengan peralatan ini. ____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 2 Apakah Anda melihat sesuatu yang menarik ketika Anda menguji peralatan ini ? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 3 Mengapa Anda berpikir mengubah arah dengan memutar pegangan memiliki pengaruh pada pengamatan Anda ? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 4 Pertanyaan apa yang Anda miliki tentang generator yang digerakkan tangan atau stasiun pengujian STELR ? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
35
Stasiun C: Sebuah Baterai Kimia Informasi tentang Station C
Gambar 3. Multimeter STELR ditampilkan di sini adalah suatu instrumen yang dirancang untuk mengukur tegangan, arus atau hambatan listrik. Dalam kegiatan ini, Anda hanya akan menggunakannya untuk mendeteksi apakah baterai menghasilkan listrik. Baterai, seperti yang Anda lihat, terdiri dari dua potongan logam yang berbeda ditempatkan dalam larutan garam. Ini seperti salah satu baterai paling awal yang pernah digunakan.
Apa yang harus dilakukan pada Stasiun C 1
Kenakan kacamata keselamatan.
2
Bersihkan potongan logam dengan handuk kertas yang disediakan, kemudian gosok dengan kertas amplas untuk membersihkan permukaan.
3
Ukur 60 mL larutan garam yang baru saja dibuat ke dalam gelas kimia. Tuang ke dalam gelas 100 mL kemudian masukkan potongan logam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 .
4
Gunakan kabel untuk menghubungkan potongan logam pada multimeter , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Putar multimeter ke 20 V pengaturan. (Ini akan menunjukkan tegangan sampai 20 volt) Jika telah terbaca, itu menunjukkan baterai menghasilkan arus listrik. Catat temuan Anda pada Tabel 3 di bawah ini.
5
Apakah ada perubahan dalam larutan selama baterai berjalan? catat pengamatan Anda pada Tabel 3.
6
Matikan multimeter. Kemudian ambil potongan logam dari larutan garam dan letakkan pada handuk kertas.
Bila Anda telah selesai pada kegiatan ini, benamkan ujung larutan garam di wastafel dan bilas. Biarkan mengalir pada handuk kertas. Lepaskan kacamata keselamatan dan tinggalkan untuk kelompok berikutnya.
36
Tabel 3. Hasil untuk Station C, dan apa yang Anda pikirkan terjadi Arus Apakah yang dihasilkan ? Apakah yang anda lihat ?
Transformasi energi apakah menurut anda yang terjadi ? Jelaskan dengan beberapa cara.
Apakah transfer yang terjadi?
energi
Pertanyaan Diskusi untuk Stasiun C Apakah pertanyaan yang Anda miliki tentang baterai kimia ?
___________________________________________________________________________________________
Stasiun D: Baterai Komersial Informasi tentang Stasiun D Baterai komersial mengandung bahan kimia khusus yang bereaksi satu sama lain untuk menghasilkan arus listrik sementara baterai merupakan bagian dari sirkuit listrik . Pada Stasiun D anda akan menggunakan stasiun pengujian STELR .
Gambar 4
37
Apa yang dilakukan pada stasiun D 1
Jika Anda telah disediakan dudukan dan dua baterai AA , masukkan sel ke dalam dudukan , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Atau Anda akan diberikan baterai STELR , dalam hal ini telah dirangkai untuk Anda.
2
Hubungkan terminal pemegangnya untuk soket MOTOR dari stasiun pengujian , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Apa yang terjadi?
3
Apakah kipas bekerja jika Anda membalik posisi dua kabel ? Cobalah ini dan lihat . Apa bedanya bila kabelnya ditukar ?
4
Hubungkan terminal hitam pemegang ke soket COM.
5
Hubungkan terminal merah pemegang ke soket BUZZER merah. Dapatkah Anda mendengar bel?
6
Apakah bel bekerja jika Anda membalik posisi kabel ? Cobalah ini dan lihat . Rekam temuan Anda pada Tabel 4 di halaman berikutnya.
Bila Anda telah selesai kegiatan ini, lepaskan baterai dari stasiun pengujian dan tinggalkan peralatan seperti Anda menemukannya. Tabel 4 Hasil untuk Stasiun D , menurut Anda apa yang terjadi Apakah yang Anda amati ?
Apakah transformasi energi yang terjadi ? Jelaskan dengan beberapa cara.
Kabel terhubung pada kipas
Kabel terhubung pada kipas dengan cara terbalik
Kabel terhubung pada bel
Kabel terhubung pada bel dengan cara terbalik
Pertanyaan-pertanyaan diskusi untuk Station D 1 Identifikasi dua contoh dari transfer energi yang terjadi ketika Anda menggunakan peralatan ini. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 2 Apakah itu mengejutkan Anda untuk mengetahui bahwa Anda membeli baterai untuk menjalankan ponsel dan seterusnya yang hanya mengandung bahan kimia? ___________________________________________________________________ 3 Mengapa tidak Anda membuka bagian atas baterai, atau menyentuhnya jika bocor ? _____________________________________________________________________________________________________ 4 Pertanyaan yang Anda miliki tentang baterai kimia ?
38
_____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
Stasiun E: A model turbin Angin Informasi tentang Stasiun E Sebuah turbin angin adalah perangkat yang menggunakan gerakan udara untuk menghasilkan listrik . Angin menyebabkan bilah turbin untuk memutar , kemudian menyebabkan kumparan kawat tembaga memutar magnet. Ini menghasilkan arus listrik dalam kumparan. .
Gambar 5 Model turbin angin STELR terhubung ke bel pada stasiun pengujian STELR
Anda akan belajar lebih banyak tentang turbin angin nanti dalam program ini. Apa yang harus dilakukan pada Stasiun E Pastikan peralatan sudah diatur seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 . Kipas besar harus dimatikan. Ujung hitam harus dihubungkan ke soket COM dari stasiun pengujian dan ujung merah ke soket bel. ( Lihat informasi tentang cara menggunakan stasiun pengujian STELR dalam pendahuluan kegiatan ini . ) Jarak antara kipas besar dan turbin angin harus 50 cm. 1
Atur kipas besar ke menengah dan nyalakan. Apakah ada suara bel ? ( Jika tidak, balikkan kabel dan coba lagi.)
2
Apa yang Anda harapkan terjadi pada suara bel jika Anda mengaktifkan kipas lebih tinggi ? Cobalah dan amati.
3
Pindahkan kabel ke soket lampu dan hidupkan kipas angin kembali ke medium. Apakah lampu hidup?
4
Apa yang Anda harapkan terjadi pada lampu jika Anda mengubah kipas lebih tinggi ? Cobalah dan amati.
5
Rekam semua temuan Anda pada Tabel 5 di halaman berikutnya.
Bila Anda telah selesai pada kegiatan ini, matikan kipas dan tinggalkan peralatan seperti Anda semula.
39
Tabel 5 Hasil untuk Station E , dan menurut anda apa yang terjadi Apakah yang Anda amati ?
Transformasi energi apakah yang terjadi ? jelaskan dengan berbagai cara.
Kabel terhubung ke bel, kipas besar tetap medium
Kabel terhubung ke bel, kipas besar tetap tinggi
Kabel terhubung ke lampu , kipas besar tetap medium
Kabel terhubung ke lampu , kipas besar tetap tinggi
Pertanyaan-pertanyaan diskusi untuk Stasiun E 1 Identifikasi dua contoh dari transfer energi yang terjadi ketika Anda menggunakan peralatan ini. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 2 Dapatkah Anda menyarankan penjelasan dari apa yang Anda lihat? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 3 Pertanyaan apa yang Anda miliki tentang turbin angin? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
Stasiun F: Sebuah Panel Surya Informasi tentang Stasiun F Sebuah panel surya terdiri dari satu set sel surya . Setiap sel surya mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.
40
Gambar 6 stasiun pengujian STELR terhubung ke panel surya STELR . stasiun memiliki empat sel surya yang terhubung bersama secara seri . Lampu yang bersinar pada panel surya untuk memberikan cahaya dibutuhkan untuk bekerja . Lampu yang terhubung ke power pack , tidak terlihat dalam gambar ini . .
Apa yang harus dilakukan di Stasiun F Pastikan power pack dan karenanya lampu dimatikan. Periksa bahwa peralatan sudah diatur seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6 . kabel harus dihubungkan ke soket MOTOR di stasiun pengujian STELR. 1
Aktifkan power pack dan pastikan lampu diarahkan pada panel surya . Apakah yang terjadi pada kipas?
2
Jika kipas tidak bekerja , kibaskan dengan lembut . Jika masih tetap tidak berhasil, cobalah pindahkan kabel ke soket lamp . Apakah menjadi terang ? Rekam temuan Anda pada Tabel 6 di bawah ini.
3
Cobalah pindahkan panel surya kemudian arahkan pada sinar matahari langsung . Apakah bedanya sinar matahari langsung pada panel surya untuk kecepatan kipas ataupun stasiun pengujian ? Rekam temuan Anda pada Tabel 6.
Bila Anda telah selesai kegiatan ini, matikan power pack dan tinggalkan peralatan seperti semula. Tabel 6 Hasil untuk Stasiun F , dan menurut anda apa yang terjadi Apakah yang Anda amati?
Transformasi energi apakah yang terjadi ? jelaskan dengan beberapa cara.
Kabel terhubung ke kipas angin : Cahaya normal:__________________________________ Sinar matahari langsung: __________________________
Kabel terhubung ke lampu: Cahaya normal:__________________________________ Sinar matahari langsung:___________________________
Pertanyaan-pertanyaan diskusi untuk Station F 1 identifikasi dua contoh dari transfer energi yang terjadi ketika Anda menggunakan peralatan ini. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
41
2 Dapatkah Anda sarankan penjelasan atas apa yang Anda lihat? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 3 Pertanyaan yang Anda miliki tentang panel surya? _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
42
Selanjutnya pertanyaan-pertanyaan diskusi 1
2
Nama perangkat yang umum di mana transformasi energi berikut terjadi: a
Energi listrik menjadi energi suara _____________________________________
b
Energi listrik menjadi energi cahaya _____________________________________
c
Energi listrik untuk kedua energi suara dan energi cahaya _____________________________________
d
Energi listrik menjadi energi panas _____________________________________
e
Energi kinetik menjadi energi mekanik _____________________________________
f
Energi mekanik menjadi energi listrik _____________________________________
g
Energi listrik menjadi energi mekanik _____________________________________
Apakah menurut Anda mungkin untuk menggunakan perangkat baterai komersial kimia, baterai kimia sederhana yang terbuat dari dua logam dan larutan garam , dan generator yang digerakkan tangan agar memiliki kemampuan untuk menghasilkan energi listrik ? Jika tidak, mengapa tidak ? Jika demikian , menurut anda bagaimana urutannya dan ditempatkan dimana ? Jelaskan bagaimana Anda sampai pada kesimpulan.
_____________________ ___________________________________________________________________________________________ _____________________ ___________________________________________________________________________________________ _____________________ ___________________________________________________________________________________________ 3
Ketika Anda menyentuh benda logam di dalam ruangan , rasanya dingin , sementara objek kayu di ruangan yang sama pada saat yang sama terasa jauh lebih hangat . Berikan penjelasan untuk ini.
_____________________ ___________________________________________________________________________________________ _____________________ ___________________________________________________________________________________________ 4
Salah satu cara menghemat energi di rumah Anda adalah memiliki sekat dalam atap dan jendela kaca ganda , yang seperti roti berlapis . Bahannya terbuat dari dua panel kaca, dengan lapisan tipis udara diantara keduanya. jelaskan mengapa cara ini dapat menghemat energi.
_____________________ ___________________________________________________________________________________________ _____________________ ___________________________________________________________________________________________ 5
Jelaskan cara alternatif untuk mewakili salah satu transformasi energi yang Anda amati dalam kegiatan ini . Hal ini dapat melibatkan, misalnya, pemodelan, simulasi atau bermain peran.
6
Sarankan cara untuk mewakili salah satu transfer energi yang Anda amati dalam kegiatan ini . Hal ini dapat melibatkan , misalnya, simulasi atau bermain peran.
43
6 BAGAIMANA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR BEKERJA ?
Gambar 1 Sebuah pembangkit listrik tenaga air ( Juga lihat foto di halaman 27 . )
Sebuah pembangkit listrik tenaga air adalah contoh lain dari transformasi dan transfer energi dalam dunia nyata. Seperti dapat dilihat pada diagram, air disimpan dalam sebuah bendungan yang terletak tinggi di atas pembangkit listrik . Ketika katup terbuka , air bergegas menuruni pipa yang membawanya ke pembangkit listrik. Air itu mendorong bilah turbin, menyebabkan mereka berputar.
Apakah turbin? Turbin adalah seperti kipas raksasa. Ini adalah mesin yang terdiri dari satu set pisau, 'gayung' atau baling - baling yang berputar sangat cepat ketika didorong oleh udara yang bergerak cepat, air atau uap. Dalam pembangkit listrik tenaga air, turbin diputar oleh air yang bergerak cepat setelah mengalir turun dari bendungan. Salah satu jenis turbin terdiri dari 'gayung' , yang 'menangkap' air. Hal ini dikenal sebagai turbin Pelton . Sebuah contoh dari turbin Pelton dalam pembangkit listrik tenaga air ditunjukkan pada Gambar 2. (Dalam foto ini turbin telah ditutup sementara untuk pemeliharaan ). Perhatikan bagaimana turbin yang terhubung ke poros penggerak. Ketika turbin berputar, maka poros penggerak berputar cepat. Gambar 2 Di dalam pembangkit listrik tenaga air yang menggunakan turbin Pelton
Apa yang terjadi selanjutnya ? Poros penggerak pada gilirannya menyebabkan magnet berputar sangat cepat di dalam kumparan kawat, dan kumparan kawat berputar sangat cepat di sekitar sebuah magnet raksasa. Hal ini menyebabkan arus listrik dihasilkan (diproduksi) dalam kawat melingkar. Mesin yang terdiri dari magnet dan kumparan kawat disebut generator. Generator adalah di paling kanan Gambar 2. Arus listrik yang dihasilkan kemudian melewati alat yang disebut transformator, dimana tegangan sangat meningkat . Kemudian ditransmisikan melalui jaringan listrik (jaringan kabel listrik) ke tempat-tempat di mana listrik akan digunakan.
44
Apakah transformasi energi dan transfer energi yang terjadi? Dari bendungan ke pembangkit listrik Air di bendungan memiliki energi potensial gravitasi . Ketika air bergegas menuruni pipa, energi potensial gravitasi air berubah menjadi energi kinetik.
Pada pembangkit listrik Air mencapai turbin yang bergerak dengan kecepatan tinggi . Ketika air mencapai turbin , airnya memberikan mereka dorongan yang kuat menyebabkan turbin berputar sangat cepat . Dalam proses ini, sebagian besar energi kinetik air diubah menjadi energi mekanik dari turbin. Air kemudian mengalir melalui pipa ke bagian lebih rendah dari sungai . Turbin berputar dihubungkan ke generator, sehingga energi mekanik yang ditransfer ke kumparan kawat dari generator berputar sebagai hasilnya. Hal ini menyebabkan arus listrik yang diproduksi di dalam kabel. Oleh karena itu dalam generator, energi mekanik diubah menjadi energi listrik . Energi listrik ini akhirnya ditransfer ke konsumen melalui jaringan listrik.
Pertanyaan – pertanyaan diskusi 1
Jelaskan perbedaan antara energi dan kekuatan, dengan menggunakan contoh air bendungan pada pembangkit listrik tenaga air untuk membantu menggambarkannya.
_________________________________________________________________________________ 2
Kata ' kinetik ' berasal dari kata Yunani kinetikos , yang berarti bergerak . Jelaskan arti dari istilah ' energi kinetik '.
_________________________________________________________________________________ 3
Dari informasi yang diberikan, Gambar diagram atau bagan alir untuk menunjukkan transformasi energi yang terjadi pada pembangkit listrik tenaga air.
_________________________________________________________________________________ Pertanyaan menantang 4
Mengapa Anda menganggap bahwa tidak semua energi kinetik air yang mengalir diubah menjadi energi mekanik dari turbin ? menurut anda apa yang terjadi pada energi kinetik yang tersisa?
_________________________________________________________________________________ 5
Banyak orang berpikir bahwa pembangkit listrik tenaga air sebagai sumber ' bersih ' dan ' hijau' daya listriknya, Namun banyak orang berpikir bahwa pembangkit listrik tenaga air sebagai sumber ' bersih ' dan ' hijau' daya listriknya. Namun, pembentukan pembangkit listrik tenaga air masih kontroversial. Mengapa ada yang menentang konstruksinya, pembentukan pembangkit listrik tenaga air masih kontroversial. Mengapa ada yang menentang konstruksinya?
____________________________________________________________________________________
45
BAHAN BAKAR
Bagaimana bila bioetanol yang dihasilkan dari jerami gandum digunakan sebagai bahan bakar kendaraan? Bagaimana bila dibandingkan denga bahan bakar fosil, seperti bensin dan solar ?
IDE BESAR Bagaimana batubara, minyak bumi dan gas alam terbentuk? Apa perbedaan antara bahan bakar fosil dan biofuel? Apakah biofuel dapat sebagai solusi untuk pemanasan global? Jenis reaksi kimia apa yang terjadi?
46
7 APA JENIS BAHAN BAKAR YANG ADA? Apa itu bahan bakar? Bahan bakar adalah zat yang dapat terbakar dengan cepat tapi dapat dikendalikan lajunya. Bahan bakar yang kita gunakan saat ini biasanya tediri dari campuran berbagai senyawa. Senyawa ini umumnya terdiri dari molekul yang mengandung atom karbon dan hidrogen saja, atau karbon, hidrogen dan atom oksigen. (Beberapa mengandung unsur-unsur lain, seperti belerang.) Ketika bahan bakar ini terbakar di udara, reaksi yang terjadi adalah:
Bahan Bakar + oksigen → karbon dioksida + air + energi Bahan bakar seperti ini tidak akan tebakar kecuali dengan adanya oksigen atau udara (udara mengandung 20% oksigen). Proses pembakaran juga memerlukan percikan sebagai inisiasi untuk menyalakan bahan bakar. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Apa yang dibutuhkan bahan bakar agar dapat terbakar?
Mengapa kita perlu bahan bakar? Energi panas yang dihasilkan ketika bakar bahan terbakar dapat digunakan untuk berbagai tujuan seperti: • Menghangatkan ruangan • Memasak makanan • Daur ulang bahan • Menjalankan mesin logam • Menghasilkan listrik
• Proses manufaktur, seperti membuat kaca dan semen • Ekstraksi logam dari bijihnya • „Menggerakkan‟ mesin motor, pesawat, kapal, dll. • Menyambungkan logam untuk bangunan, jembatan, kendaraan, dll. • Membakar limbah medis rumah sakit untuk sterilisasi bakteri berbahaya
Tidak heran kita perlu bahan bakar!
Gambar 2 Proses manufaktur kaca. Pasir dan batu kapur adalah dua bahan baku utama yang digunakan untuk membuat kaca yang dipanaskan bersama-sama dalam tungku pada suhu lebih dari 1000 ⁰ C.
Gambar 3. Seorang pekerja sedang membakar batubara di sebuah tungku pembakar di Loy Yang Power Station in Victoria. PHOTO CREDIT: Loy Yang Power Station
47
Catatan: Diskusi kita akan terbatas pada bahan bakar yang dapat terbakar. Hal ini tidak termasuk bahan bakar nuklir, yang merupakan jenis yang sangat berbeda dari bahan bakar, meskipun rekasi nuklir juga menghasilkan energi panas.
Dari manakah bahan bakar berasal? Bahan bakar yang kita gunakan saat ini berasal dari tumbuhan dan organisme hidup lainnya. Proses pembentukannya memerlukan jangka waktu yang sangat lama.
Bahan Bakar Fosil Batubara , minyak dan gas bumi yang kita gunakan saat ini diproduksi dari organisme yang hidup jutaan tahun yang lalu yang hidup di daerah rawa dan bahkan di hutan. Seiring berjalannya waktu organism tersebut tertutupi oleh lapisan-lapisan sedimen basah (lumpur) yang kemudian akan membentuk batuan. Batuan tersebut dengan adanya tekanan, panas, serta bakteri anaeorob (bakteri yang hidup tanpa oksigen) maka secara perlahan akan diubah menjadi minyak bumi atau batubara tergantung dari kondisi dan jenis organismenya.
Bagaimana Proses pembentukkan minyak dan gas bumi? Dapatkah Anda membayangkan bila ada tumpahan minyak mentah di laut? Tapi apakah Anda tahu dimana minyak mentah diproduksi pertama kali ? Proses pembentukan minyak dan gas bumi terjadi 200 juta tahun yang lalu ketika organisme air mati di dasar danau atau laut maka dengan cepat lumpur akan menutupinya. Secara perlahan lapisan tersebut akan diubah menjadi minyak dan gas bumi . Lihat Gambar 4 dan 5.
Gambar 4. Proses pembentukkan minyak dan gas bumi didasar laut jutaan tahun yang lalu .
Gambar 5.Organisme yang terlapisi sedimen dan akan diubah menjadi minyak dan gas bumi dengan adanya tekanan, panas, dan aktivitas bakteri anaerob. Minyak dan gas bumi akan tersimpan diantara batuan berpori dan tidak berpori
48
Bagaimana batu bara terbentuk Batubara merupakan campuran kompleks dari karbon, air dan sejumlah zat lainnya. Gambar 5 menunjukkan berbagai tahap pembentukan batu bara. Batubara muda agak lembut dan basah dan disebut gambut (Gambar 6). Karena kadar air yang relatif tinggi, gambut tidak terbakar dengan baik. Batubara tua berisi air kurang dari gambut, dan lebih sulit. Batubara terbentuk selama waktu yang lama disebut lignit, atau batubara coklat (Gambar 7). Batubara tertua umumnya dikenal sebagai batubara hitam (Gambar 8). Hal ini lebih sulit lagi. Karena mengandung lebih sedikit air, ia membakar terbaik.
Gambar 5 Diagram proses pembentukan batubara.
Gambar 6. Contoh gambut yang memiliki kandungan air cukup tinggi dan letaknya dekat ke permukaan tanah.
Gambar 7 Seorang insinyur pertambangan sedang berada di Lembah Latrobe, Victoria yang merupakan tempata dihasilkan batubara coklat. Di Australia batubara jenis ini letaknya cukup dekat dengan permukaansehingga mudah diperoleh. PHOTO KREDIT: Loy Yang Power Station
49
Gambar 8 Contoh batubara hitam. Australia memiliki cadangan batubara hitam, sekitar 97% dari batubara hitam yang digunakan atau untuk diekspor berasal dari New South Wales dan Queensland.
Australia memiliki cadangan batubara coklat dan batubara hitam. Batubara cokelat yang ditemukan di Australia berusia sekitar 50 juta tahun sedangkan batu bara hitam rata-rata berusia sekitar 250 juta tahun. Sebagian besar dari batubara ini digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan listrik (lihat Gambar 3).
Batu bara, minyak dan gas bumi sering disebut bahan bakar fosil karena memang berasal dari makhluk hidup. Menariknya, fosil organism sering ditemukan dalam batubara. Bahan bakar fosil disebut juga sumber daya energi tak terbarukan karena membutuhkan waktu yang lama dalam proses pembentukkannya. Bagaimana menakjubkannya ini? Dalam satu sampel batubara, pekerja menemukan sisa-sisa ular kuno yang lebih besar dari bus! Kunjungi website ini untuk mempelajari lebih lanjut. http://news.nationalgeographic.com/news/2009/02/090204-biggest-snake-fossil.html
Biofuels Biofuel adalah bahan bakar yang berasal dari organism hidup Bahan bakar jenis ini dapat terus diproduksi sehingga biofuel diklasifikasikan sebagai sumber energi terbarukan. Tabel 1 Beberapa contoh biofuel Tabel 1 Contoh biofuels Biofuel
Bagaimana cara membuatnya?
Biogas
Biogas, yang sebagian besar adalah gas metana, dihasilkan oleh peran bakteri pada proses pembusukkan kotoran hewan, kotoran manusia dan sampah.Sebelum gas ini digunakan dilakukan perlakuan tertentu untuk menghilangkan aroma bau yangberasaldari sumber biogas tersebut.. Bioetanol Bioetanol diperoleh dari fermentasi gula tebu atau produk limbah dari pabrik gula. Bioetanol juga dapat diperoleh dari fermentasi biji-bijian seperti jagung dan gandum, dll. Biodiesel* Biodiesel diperoleh dengan mereaksikan minyak yang diperoleh dari tanaman, mikroalga dan organisme lain dengan alkohol, biasanya metanol. Catatan: * The diesel yang berasal dari minyak mentah disebut solar untuk membedakannya dari biodiesel.
Ini adalah fakta! Sebelum orang menemukan cadangan bahan bakar fosil kita besar di bawah tanah, mereka kebanyakan mengandalkan biofuel untuk mendapatkan panas dan cahaya yang mereka butuhkan. Biofuel paling populer untuk pemanasan adalah kayu. Wilayah besar hutan ditebang untuk menyediakan kayu untuk pembakaran. Satu biofuel yang terkenal untuk lampu penerangan adalah minyak ikan paus. Jadi bisa dikatakan bahwa peralihan penggunaan bahan bakar fosil dapat menyelamatkan nyawa ribuan paus, jutaan pohon, serta kehidupan berbagai macam spesies makhluk hidup di habitat hutan. Namun, pembakaran bahan bakar fosil memiliki kekurangan. Hal inilah yang akan Anda pelajari berikutnya.
Transformasi energi apa yang terjadi ketika bahan bakar diproduksi dan digunakan? Seperti yang baru saja Anda pelajari, bahan bakar fosil dan biofuel berasal dari organisme hidup. Sebagian besar organisme bergantung pada proses fotosintesis untuk menghasilkan glukosa yang mereka butuhkan sebagai sumber makanannya. Perbedaan utama antara bahan bakar fosil dan biofuel adalah waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan bahan bakar. Pada kasus bahan bakar fosil, proses terbentuknya bahan bakar dari organisme yang pertama menggunakan energi matahari, memerlukan jutaan tahun. Transformasi energi keseluruhan melibatkan berbagai bahan bakar untuk menjalankan kendaraan yang diperlihatkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Proses transformasi energi yang terjadi pada penggunaan bahan bakar untuk kendaraan
50
Diagram alir menunjukkan bahwa semua energi yang kita peroleh dari bahan bakar, baik yang lama maupun baru, awalnya berasal dari Matahari. Jadi ketika kita membakar gas alam, misalnya, kita benar-benar menggunakan energi cahaya dari matahari yang bersinar pada jutaan tahun yang lalu bumi!
Apa kekurangan dan kelebihan dari bahan bakar fosil? Beberapa ditunjukkan dalam Tabel 2. Tabel 2 Beberapa kelebihan dan kekurangan dari bahan bakar fosil Keuntungan
Kerugian
1 Mereka adalah bahan bakar 'kaya-energi'. Artinya, Anda mendapatkan sejumlah besar energi per kilogram bahan bakar.
1 Ketika dibakar menghasilkan sejumlah besar gas rumah kaca (terutama karbon dioksida dan uap)yang dapat berkontribusi terhadap masalah pemanasan global.
Selain itu, tidak banyak energi yang dibutuhkan untuk memproses bahan bakar fosil sebelum digunakan.
2 Beberapa juga menghasilkan zat-zat berbahaya lainnya ketika mereka dimurnikan atau ketika mereka dibakar. Ini termasuk gas asam yang larut dalam uap air di udara dan menyebabkan hujan dan salju menjadi asam. Ketika hujan asam dan salju asam jatuh ke sungai dan tanah, mereka membunuh banyak tanaman, ikan dan organisme lain. Mereka dapat merusak ekosistem keseluruhan. 3 Banyak energi yang terbuang percuma pada proses pembakaran batubara karena untuk terpakai untuk meguapkan air yang terkandung didalamnya. 4 Memiliki resiko yang cukup tinggi karena mudah sekali terbakar sehingga perlu hati-hati dalam proses pengambillan, pengangkutan, dan penyimpanan.Karena mereka semua kaya energi, selalu ada bahaya tinggi api dan ledakan ketika mereka diambil, diproses, diangkut dan disimpan.
2 Jumlahnya berlimpah. Di Australia, misalnya, memiliki sejumlah besar batu bara yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dalam skala besar dengan biaya yang relatif rendah.
5 Merupakan sumber energi tak terbarukan, sehingga dapat habis.
3 Minyak mentah dan gas bumi mudah diproses sehingga dapat disalurkan ke kilang terdekat bahkan dalam kasus gas bumi, dapat disalurkan langsung dari tempat pemurnian ke pembangkit listrik.
6 Ada bahaya besar tumpahan minyak, yang dapat merusak lingkungan dan membunuh atau membahayakan banyak mahluk hidup. Minyak mentah mengandung senyawa karsinogenik (menyebabkan kanker) sehingga bersifat racun. Oleh karena itu, sangat berbahaya bila mencemari lingkungan.Juga adanya resiko dari kebocoran gas beracun.
4 Karena minyak mentah dan gas alam adalah campuran, mereka dapat dipisahkan menjadi berbagai produk sesuai dengan tujuan tertentu.
7 Minyak dan gas bumi memiliki senyawa-senyawa kimia yang berguna sebagai bahan baku untuk memproduksi plastik, pewarna, obat-obatan, dan sebagainya. Jadi penggunaan bahan bakar fosil sebagai bahan bakar berarti mengurangi bahan baku untuk produksi berbagai produk lain yang berguna.
51
Apa keuntungan dan kerugian menggunakan biogas? Biogas mungkin salah satu biofuel yang sangat berguna dan sangat cocok. Keuntungan utama diurutkan dalam Tabel 3. Tabel 3 Keuntungan menggunakan biogas Keuntungan
Contoh
1 Sebagai bahan bakar terbarukan yang dapat diproduksi baik dalam skala kecil maupun besar sehingga dapat digunakan oleh masyarakat kecil pedesaan untuk pertanian atau lokasi pembuangan dan pengolahan limbah di kota-kota besar. di Afrika.
Gambar10 Contoh sistem pengumpulan biogas secara domestic di Afrika
Keuntungan
Contoh
2 Tidak membutuhkan lahan yang luas sehingga dapat mengurangi proses penebangan hutan yang dapat merusak ekosistem lingkungan yang ada.
Gambar 11. Menghancurkan hutan hujan untuk menanam tanaman pangan atau produk seperti minyak kelapa sawit, yang digunakan dalam pembuatan kosmetik, makanan olahan dan biodiesel.
3 Gas metana dihasilkan dari proses pembusukkan kotoran hewan dan sampah. Molekul metana ini 20 kali lebih kuat dalam menahan panas panas dari molekul karbon dioksida. Sehingga lebih berdampak terhadap pemanasan global bila dibandingkan karbon dioksid. Oleh karena itu, jauh lebih baik untuk menggunakan gas metana sebagai bahan bakar biogas. Pada proses pembakaran gas metana akan dihasilkan gas karbondioksida, air dan energi.
Methane CH4
Persamaan reaksi yang terjadi adalah:
Metana + oksigen → karbon dioksida + air + energi Pengumpulan dan pembakaran biogas juga dapat mengurangi risiko penumpukan gas metana di bawah bangunan dan jalan raya yang dapat menyebabkan ledakan yang dapat menimbulkan korban jiwa. Gambar 12 Model molekul metana dan molekul karbon dioksida.
4 Biogas gas dengan mudah disalurkan ke tempat pembakaran.
5 Energi yang dihasilkan dari pembakaran biogas dapat digunakan untuk pemanasan atau untuk menghasilkan listrik , atau keduanya . Hal ini bahkan dapat digunakan sebagai bahan bakar transportasi bus dan mobil.
Gambar 13 Alat produksi biogas yang digunakan untuk menghasilkan listrik dan panas pada waktu yang sama.
52
Carbon dioxide CO2 Untuk setiap molekul metana terbakar, satu molekul karbon dioksida dan dua molekul air dihasilkan. (Lihat Gambar 32 Hal 60).
Apa kekurangan menggunakan biogas? Kekurangan biogas meliputi: • Biogas dapat meledak jika menumpuk di ruang tertutup dan ada percikan api, sehingga harus disimpan dengan sangat hatihati. Pipa dan tangki penyimpanan harus selalu diperiksa untuk memastikan gas tidak bisa bocor keluar. • Biogas tidak cocok sebagai sumber energi skala besar sepereti untuk kota-kota besar atau seluruh negara.
Cari tahu lebih banyak! Kunjungi website: http://www.drylandfarming.org/FB/Biogas4.html untuk mempelajari sebagian masyarakat di Cina dan Afrika yang menggunakan biogas.
Apa kelebihan dan kekurangan menggunakan bioetanol? Bioetanol, umumnya dikenal sebagai alkohol, memiliki rumus kimia C 2H5OH. Dari Gambar 14 dan rumus kimianya, dapat dilihat bahwa molekul mengandung dua atom karbon, enam atom hidrogen dan satu atom oksigen.. Gambar 14 Sebuah model dari molekul etanol
Anda akan menyelidiki produksi bioetanol nanti. Tabel 4 mendaftarkan beberapa kelebihan dan kekurangan bioetanol. Tabel 4 Beberapa kelebihan dan kekurangan bioetanol Kelebihan
Kekurangan
1 Ketika bioetanol murni dibakar tidak ada asap yang dihasilkan. Produk utama adalah karbon dioksida dan air. (Sejumlah kecil zat lain juga dihasilkan)
1 Bioetanol dapat menyerap air dari udara sehingga kemasan bioetanol harus benar-benar rapat. Keberadaan air juga mempengaruhi jumlah energi yang dihasilkan bahan bakar ini. 2 Masih menghasilkan gas rumah kaca bila terbakar . Selain itu, bukan termasuk bahan bakar ' kaya energi ' sebagai bahan bakar fosil.
2 Bioetanol dapat dicampur dengan bensin dalam proporsi yang berbeda sesuai dengan kendaraan yang berbeda. Hal ini akan mengurangi konsumsi bahan bakar fosil.
3 Kandungan air didalam bioetanol dapat menyebabkan korosi pada mesin. Selain itu, bioetanol lebih mudah menguap daripada bensin. Disamping itu, bioetanol menguap lebih cepat dibandingkan bensin dan uapnya dapat menimbulkan masalah. Untuk alasan ini, kebanyakan kendaraan di Australia, umumnya menggunakan campuran yang mengandung 10% bioetanol.
3 Bioetanol dapat diproduksi dari limbah, seperti limbah pabrik gula.
4 Pemindahan sampah ke tempat dimana dapat diolah dan bioetanol kotor ke tempat untuk memurnikannya, membutuhkan bahan bakar dan menghasilkan juga gas rumah kaca yang menimbulkan banyak masalah. Secara umum dibutuhkan lebih banyak energi untuk memproduksi , memurnikan dan mengangkut setiap kilogram bioetanol daripada energy yang diperoleh ketika dibakar sebagai bahan bakar . * 5 Produksi bioetanol mengkonsumsi banyak air.
53
4 Bioetanol dapat diproduksi dari berbagai tanaman.
6 Ada penggunaan penting lainnya dari bioetanol selain sebagai bahan bakar transportasi yaitu pelarut kimia. 7 Tidak ada negara di dunia , termasuk Australia , memiliki cukup lahan untuk menumbuhkan jumlah tanaman yang akan diperlukan untuk menggantikan bahan bakar fosil dengan bioetanol.. Oleh karena itu hanya sejumlah kecil yang dapat diproduksi.
Catatan: * Penyulingan etanol, tempat di mana bioetanol dimurnikan dengan distilasi, mengkonsumsi lebih banyak energi daripada yang dapat diperoleh kembali dari produk akhir. Namun, teknik penyulingan khusus telah dikembangkan untuk mengatasi masalah ini. Anda mempelajari bagaimana produksi bioetanol nanti..
Apa kelebihan dan kekurangan dari biodisel? Biodisel adalah campuran molekul senyawa organic yang disebut metil ester asam lemak.Di industri dikenal dengan istilah FAME.
Gambar 15 Ini adalah model dari asam metil ester (FAME).
Tidak semua molekul biodisel memiliki lekukan seperti gambar disamping ini. Perbedaan utama antara molekul biodiesel dan petrodiesel *adalah: • Molekul Biodiesel mengandung dua atom oksigen dekat dengan salah satu ujung (yang ditampilkan di sini sebagai bulatan merah). • Molekul Petrodiesel * merupakan molekul rantai karbon dan atom hidrogen saja. * Ingat petrodiesel adalah nama lain untuk diesel 'normal', yang berasal dari penyulingan minyak mentah. Biodiesel dihasilkan dengan mereaksikan minyak nabati atau lemak dengan alkohol. Gliserol juga diproduksi dalam reaksi ini. Ketika alkohol yang digunakan adalah metanol (biasa disebut metil alkohol), biodiesel yang dihasilkan adalah dalam bentuk ester metil asam lemak. Reaksi ini disebut reaksi transesterifikasi. Persamaan reaksinya adalah:
Minyak nabati + alkohol → biodiesel + gliserol Tabel 5 Kelebihan dan kekurangan biodisel Kelebihan
Kekurangan
1 Sebagai bahan bakar untuk kendaraan, performa biodiesel sama dengan petrodiesel bila digunakan pada suhu hangat, bahkan lebih baik dari minyak nabati.
1 Biodisel tidak seperti petrodisel ketika kondisi dingin. Biodisel lebih kental sehingga menghambat alirannya ke mesin.
2 Mesin lebih tahan lama bila menggunakan biodiesel daripada solar.
2 Biodiesel dapat mempengaruhi bagian karet. 3 Biodiesel lebih mudah menyerap air daripada petrodiesel. Hal ini dapat menyebabkan masalah dalam kinerja bahan bakar dan kemampuannya untuk mengalir dalam cuaca dingin, dan menyebabkan korosi.
3 Menghasilkan gas rumah kaca lebih sedikit dibandingkan solar.
4 Dimana biodiesel diproduksi dari limbah lemak dan minyak, gas rumah kaca yang dihasilkan ketika mengumpulkan dan mengangkut mereka. Dimana biodiesel diproduksi dari tanaman minyak, gas rumah kaca yang dihasilkan ketika tanam dan panen tanaman dan
54
mengangkut mereka ke pabrik pengolahan. 4 Biodiesel tidak mudah terbakar dibandingkan dengan petrodiesel, sehingga lebih aman
5 Biodiesel lebih sulit untuk terbakar pada cuaca dingin daripada solar.
5 Biodiesel lebih mudah terurai dilingkungan dan tidak beracun bila dibandingkan petrodiesel.
6 Biodiesel tidak bisa dipindahkan menggunakan pipa, karena dapat membentuk gel dengan pipa tersebut dan membeku ketika cuaca dingin. Sehingga harus menggunakan truk.
6 Biodiesel dapat diproduksi dari limbah lemak dan minyak.
7 Pengolahan limbah biodiesel membutuhkan beberapa langkah produksi dan membutuhkan energ yang besar.
7 produk sampingan pembuatan biodiesel adalah gliserol, yang memiliki banyak kegunaan, termasuk dalam kosmetik.
6 Jika terlalu banyak biodisel yang diproduksi, banyak gliserol yang dihasilkan daripada digunakan. (zat ini juga dihasilkan pada pembuatan sabun)
Pertanyaan diskusi 1 Lengkapi Tabel 6 tentang biofuel dan bahan bakar fosil. Tabel 6 Fitur
Bahan Bakar Fosil
Biofuel
Energi terbarukan atau tidak terbarukan? Dibentuk dari jutaan tahun yang lalu, atau saat ini? Terbentuk dari organisme yang hidup atau dari bahan non-hidup? Apa yang harus ada agar terbakar? Ketika dibakar, apa dua zat utama yang dihasilkan? Apakah dihasilkan gas rumah kaca ketika dibakar? Apa salah satu bahaya yang tidak boleh dilupakan saat memproses, menyimpan, mengangkut dan menggunakannya? Apa contoh dari masing-masing jenis bahan bakar ini? Dapatkah salah satu dari mereka dapat digunakan untuk menghasilkan listrik? Yang mana? Apakah ini dalam skala kecil atau skala besar? Apa contoh lain kegunaannya?
2 Gambarkan oleh Anda siklus produksi bioetanol atau biodiesel. Siklus dapat dimilai dari tempat produksi gula atau minyak sebagai tempat pertama.
55
3 Apa pendapat anda? Ada isu-isu sosial dan lingkungan banyak terkait dengan produksi bioetanol dan biodiesel di negara berkembang. Jenis masalah apa yang Anda pikir perlu dipecahkan ? Bagaimana menurut Anda masalah ini dapat diselesaikan?
Cari tahu ! Salah satu sumber minyak untuk memproduksi biodiesel yang dapat menghasilkan jauh lebih banyak minyak per hektar daripada yang dapat diproduksi dengan menumbuhkan tanaman seperti kanola , adalah minyak yang diproduksi oleh organisme mikroskopis kecil seperti diatom dan mikroalga . Banyak penelitian sedang dilakukan pada saat ini . Bahkan mungkin untuk menggunakan tanaman rumput laut sebagai sumber nutrisi bagi mikroalga . Gunakan web untuk mengetahui lebih lanjut . Juga lihat studi kasus pada biofuel mikroalga di situs STELR di: www.stelr.org.au/bio-fuels/
56
AKTIVITAS PRAKTIKUM 3:
MEMPRODUKSI BIOETANOL
Rekan _________________________________________________ Tanggal _____________
Pertanyaan Inkuiri 1 Bagaimana bioetanol dapat dihasilkan dari gula? 2 Apakah gas karbondioksida benar-benar dihasilkan dalam reaksi ini? 3 Berapa banyak gas yang dihasilkan?
Pendahuluan Minuman beralkohol seperti bir anggur dan lainnya merupakan hasil fermentasi gula dan karbohidrat yang berasal dari berbagai biji-bijian, anggur dan buah-buahan lainnya . Fermentasi adalah proses kimia dengan menggunakan ragi. Gula serta karbohidrat merupakan sumber makanan ragi.
Ragi merupakan mikroorganisme sederhana yang uniseluler ( bersel tunggal ). Di dalam sistem klasifikasi makhluk hidup, ragi termasuk ke dalam kerajaan jamur.
Gambar 1 Ragi dilihat melalui mikroskop . Ragi bereproduksi dengan membentuk tunas yang nantinya melalui tunas tersebut akan memisahkan diri dariinduknya menjadi ragi yang lain.
Reaksi Fermentasi Reaksi fermentasi dapat diringkas sebagai berikut :
Alkohol yang dihasilkan dalam reaksi ini adalah etanol. Reaksi seperti diatas juga terjadi di alam contohnya pada proses pematangan buah. Bila buah matang dan jatuh ketanah akan tercium bau busuk yang disebabkan adanya etanol pada proses pembusukkan yang dibantu oleh organisme ragi.
Membunuh Ragi Pada proses fermentasi akan dihasilkan alcohol dan karbondioksida. Kedua senyawa bersifat toksik bagi ragi, oleh karena itu ini bila tidak dipisahkan maka dapat membunuh ragi. Pada wadah tertutup rapat gas karbondioksida akan terperangkap dan akan melarut kembali karena ada tekanan yang dihasilkan. Oleh karena itu, inilah sebabnya mengapa minuman beralkoholakan menghasilkan banyak gelembung ketika gabus atau tutup dibuka. Kandungan alcohol yang cukup tinggi dapat membunuh organism ragi tersebut, inilah sebabnya mengapa ada batas untuk persentase alkohol dalam bir dan anggur
57
Bioetanol Bioetanol adalah nama yang diberikan untuk etanol yang dihasilkan dari tanaman dan digunakan sebagai bahan bakar . Bioetanol dapat dibuat dalam beberapa cara.Salah satu cara adalah dengan memfermentasikan gula. Gas karbon dioksida yang dihasilkan Dalam kegiatan ini, Anda akan menghasilkan beberapa bioetanol dengan fermentasi gula . Beberapa kelas akan mengumpulkan gas yang diproduksi di balon , untuk melihat berapa banyak yang diproduksi dalam tiga hari . Sisa kelas akan membuat gelembung gas melalui air yang ditambahkan beberapa tetes larutan indikator universal. Buatlah persamaan reaksinya! Masalahnya dengan uji ini adalah bahwa gas asam lainnya juga akan mengubah warna larutan indikator universal sama seperti karbon dioksida . Ada tes lain untuk karbon dioksida yang membedakannya dari semua gas lainnya . Tes ini sangat spesifik dikenal sebagai tes air kapur . Ketika gelembung karbon dioksida melalui air kapur akan terbentuk endapan putih , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Proses terbentuknya endapan putih ketika gas karbon dioksida dialirkan ke dalam air kapur.
Gunakan kacamata untuk melindungi mata anda dari air kapur yang bersifat basa!.
Bahan yang dibutuhkan • 25 g gula putih • Labu erlenmeyer 250 mL • Gelas ukur 100 mL • Batang pengaduk
• 2.5 g serbuk ragi • Gelas kimia 500 mL • Termometer
Tergantung pada kelompok yang Anda dan pasangan Anda yang telah ditentukan, Anda juga akan membutuhkan bahan-bahan yang tercantum dalam Tabel 1. Tabel 1 Bahan-bahan lain yang diperlukan Kelompok A Kelompok B • Balon • Pengiriman tabung dimasukkan ke dalam satu bersembunyi stopper karet • Botol tetes kecil larutan indikator universal • Tabung reaksi dan rak tabung reaksi
Menilai resiko Membaca fakta-fakta, bayangkan apa yang bisa terjadi yang mungkin dapat membahayakan rekan Anda atau menyebabkan kerusakan. Pikirkan pula apa yang dapat Anda lakukan untuk mencegah masalah itu. Oleh karena itu lengkapilah Tabel 2.. Tabel 2 Menilai resiko
Fakta
Apa resikonya?
1 Peralatan, termasuk termometer terbuat dari gelas. 2 Larutan indikator dapat terkena kulit, pakaian, dll. 3 Larutan indikator dan campuran fermentasi beracun.
58
Apa langkah pencegahannya?
Apa yang harus dilakukan dan apa yang Anda amati? KELOMPOK A Pertanyaan inkuiri 1: Bagaimana bioetanol dapat dihasilkan dari gula? Pertanyaan inkuiri 3: Berapa banyak gas yang dihasilkan? TabeL 3 Instruksi untuk kelompok A
Langkah
Instruksi
1
Masukkan gula ke dalam labu erlenmeyer.
2
Masukkan 100 mL air kedalam labu Erlenmeyer (gunakan gelas ukur). Aduk hingga gula larut.
3
Masukkan ragi kedalam larutan gula secara perlahan.
4
Tambahkan air hangat ke dalam gelas kimia hingga volumenya ½ penuh sebagai penangas air
Cara Kerja
Gambar 3 Pencampuran fermentasi
Lakukan pengecekkan suhu air dengan termometer Jaga suhu air tetap 30 ⁰C. Tambahkan air dingin atau panas untuk mempertahankan suhunya
5
Masukkan labu Erlenmeyer kedalam penangas air tersebut lalu bagia atas labu Erlenmeyer ditutup dengan balon.
6 7 8
Amati campuran selama 3 hari.Catat hasil pengamatan Anda pada Tabel 4. Diskusikan hasilnya dengan guru anda bagaimana cara mengukur volume gas dibalon, kemudian catat hasilnya. Ketika balon ingin dicabut dari labu Erlenmeyer maka lakukan secara hati-hati. Guru anda akan menunjukkan caranya. Simpan kembali peralatan pada tempatnya. Cucilah tangan Anda dengan sabun dan air.
Gambar 4 Rangkaian alat langkah terakhir
59
Tabel 4 Hasil dari kelompok A
Waktu dan Hari Pengamatan
Pengamatan
Hari 1, ketika ragi dan larutan gula dicampurkan Hari 1, 30 menit setelah pencampuran ragi dan larutan gula
Bagaimana aroma campuran fermentasi? Perkiraan Volume balon:
KELOMPOK B Pertanyaan inkuiri 1: Bagaimana bioetanol dihasilkan dari gula? Pertanyaan inkuiri 2: Apakah gas karbon doksida benar dihasilkan dari reaksi ini? TabeL 5 Instruksi untuk kelompok B
Langkah
Instruksi
1-4
Ikuti langkah 1-4 pada Tabel 3.
5
Simpan tabung reaksi pada rak tabung
Cara Kerja Lihat gambar 3
Isi ½ tabung reaksi dengan air lalu tambahkan 3-4 tetes larutan indicator universal
6
Hubungkan labu Erlenmeyer dengan tabung reaksi dengan konektor seperti pada gambar 5 .
6 7 8
Amati campuran fermentasi dan larutan pada tabung reaksi selama 3 hari. Catat hasil pengamatan pada Tabel 6. Cabut konektor secara perlahan dari tabung reaksi dan labu erlenmeyer . Simpan kembali peralatan pada tempatnya. Cucilah tangan Anda dengan sabun dan air.
Gambar 5 Rangkaian akhir
60
Tabel 6 Hasil untuk kelompok B
Waktu dan hari pengamatan
Pengamatan di labu erlenmeyer
Warna larutan indikator universal
Nilai pH ketika gas masuk ke dalam tabung reaksi
Hari 1, ketika ragi dan larutan gula dicampurkan Hari 1, 30 menit setelah pencampuran ragi dan larutan gula
Bagaimana aroma campuran fermentasi?
Kesimpulan Berdasarkan hasil yang Anda dan kelompok lain perloleh maka jawablah pertanyaan inkuiri yang diberikan? Pertanyaan inkuiri 1. Bagaimana bioetanol dapat dihasilkan dari gula? _____________________________________________________________________________________________________ Pertanyaan inkuiri 2 Apakah gas karbondioksida benar-benar dihasilkan dalam reaksi ini? ________ Pertanyaan inkuiri 3 Berapa banyak gas yang dihasilkan? _____________ (rata-rata)
Pertanyaan diskusi 1 Berdasarkan fakta yang diperoleh apakah dapat menjawab pertanyaan inkuiri 2?Apakah alasannya sesuai?Diskusikan. _____________________________________________________________________________________________________ 2 Jelaskan Mengapa: a Reaksi fermentasi berhenti setelah beberapa saat. _____________________________________________________________________________________________________ b Organisme ragi membutuhkan energi. _____________________________________________________________________________________________________ 3 Sarankan alasan Anda: a Jumlah rata-rata gas yang dihitung. _____________________________________________________________________________________________________ b Campuran ragi dan larutan gula yang telah dipanaskan 30 ⁰C (jangan terlalu panas). _____________________________________________________________________________________________________
61
8 JENIS-JENIS REAKSI KIMIA Bagaimana Anda tau reaksi kimia telah terjadi? Beberapa tanda-tanda yang mungkin Anda amati jika reaksi kimia terjadi adalah : • Campuran timbul gelembung . • Campuran berubah warna . • Terbentuk kristal atau endapan • Campuran menghasilkan bau tertentu . • Padatan terlarut . • Wadah mulai terasa panas . • Dihasilkan api . • Sebuah ledakan terjadi . Dimana perubahan tidak jelas , berbagai indikator dan tes lainnya dapat dilakukan untuk mengetahui apakah suatu reaksi kimia telah terjadi . Misalnya , seperti yang Anda telah lakukan, menggunakan indikator asam-basa dapat membantu menunjukkan jika asam dan basa bereaksi.
Apa yang sebenarnya terjadi di dalam reaksi kimia? Reaksi kimia hanya dapat terjadi ketika partikel reaktan saling bertumbukkan dengan energi yang cukup dan pada arah yang tepat sehiingga akan terbentuk produk reaksi, Sebagai contoh, perhatikan salah satu reaksi kimia yang terjadi di lapisan ozon (lihat halaman 11) . Ketika sua molekul ozon saling bertabrakan dan bereaksi , satu atom oksigen terlepas dari setiap molekul yang kemudian bergabung untuk membentuk molekul oksigen. Hasil akhirnya adalah tiga molekul oksigen. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1 .
Gambar 1
Perhatikan bahwa jumlah total atom oksigenn (ditampilkan sebagai merah) tidak berubah.. Pertimbangkan reaksi yang terjadi ketika metana dibakar. Metana adalah gas utama yang terdapat baik di gas alam atau biogas.
methane
+
→
+
+
oxygen
→
carbon dioxide
+
water Gambar 2
Perhatikan bahwa jumlah total atom karbon (ditampilkan sebagai hitam), jumlah total atom hidrogen (ditampilkan sebagai putih) dan jumlah total atom oksigen (ditunjukkan sebagai merah) tidak berubah.Tapi semua atom telah bertukar pasangan. Persamaan yang ditunjukkan pada Gambar 2 dikenal sebagai persamaan kimia. Persamaan kimia menunjukkan rumus kimia semua zat dan juga jumlah relatif zat yang terlibat dalam reaksi kimia. CH4(g)
+
2O2(g)
→
CO2(g) +
2H2O(g)
Perhatikan bagaimana hubungan dengan model dari molekul pada Gambar 2. Angka-angka di depan rumus menunjukkan angka relatif dari molekul yang terlibat. Perhatikan bahwa (g) berarti gas. Dalam hal ini setiap zat yang terlibat dalam keadaan gas.
62
Jenis reaksi kimia dan transformasi energy yang terlibat Semua reaksi kimia melibatkan transformasi energi. Untuk alasan ini , salah satu cara di mana reaksi kimia diklasifikasikan adalah apakah reaksi kimia yang berlangsung menghasilkan energi membutuhkan energi untuk terjadi..
Reaksi Eksotermik Reaksi eksotermik adalah reaksi yang melepaskan energi saat reaksi berlangsung.. Biasanya energi yang dihasilkan adalah dalam bentuk energi panas . Jika Anda mencampur bahan kimia dalam labu erlenmeyer mulai terasa panas maka reaksi eksotermis sedang berlangsung . Dalam kasus ini transformasi energi:
Energi potensial kimia → Energi panas Reaksi di mana api juga dihasilkan termasuk reaksi eksotermik . Dalam kasus ini , energi yang dihasilkan dalam tiga bentuk:
Energi potensial kimia → Energi panas + Energi cahaya + Energi bunyi Reaksi kimia yang terjadi dalam sel atau baterai yang menghasilkan energi listrik adalah juga termasuk reaksi eksotermik juga karena dihasilkan sejumlah energi panas.
Energi potensial kimia → Energi listrik + Energi panas Reaksi kimia yang terjadi ketika tongkat cahaya diaktifkan juga termasuk reaksi eksotermik . Dalam hal ini bentuk energi yang dihasilkan adalah energi cahaya:
Energi potensial kimia → Energi cahaya Reaksi eksotermik dapat disimpulkan pada Gambar 3..
Gambar 3 Diagram alir untuk menunjukkan yang terjadi dalam reaksi eksotermik dan bagaimana reaksi ini dapat digunakan sebagai sumber energi
Transfer Energi yang dihasilkan pada reaksi eksotermik Energi yang dihasilkan dalam reaksi eksotermis ditransfer dari campuran reaksi ke lingkungan . Sebagai contoh: • Energi panas ditransfer dari campuran reaksi ke wadah , udara disekitarnya dan benda lainnya yang kontak dengannya. Didalam kasus pembakaran , energi panas ditransfer ke suatu benda atau zat yang perlu dipanaskan , serta udara di sekitarnya, dan sebagainya.
63
• Energi listrik yang dihasilkan oleh bahan kimia dalam baterai ditransfer ke objek pada sirkuit listrik.
Contoh reaksi eksotermik di alam Respirasi sel dan fermentasi keduanya merupakan reaksi eksotermik. Kebanyakan makhluk hidup mendapat energi dari reaksi ini. RESPIRASI SEL:
glukosa + oksigen → karbon dioksida + air + energi
FERMENTASI:
glukosa → karbon dioksida + alkohol + energi
Kebakaran hutan adalah contoh lain dari reaksi eksotermis yang terjadi di Alam. Proses ini melibatkan pembakaran bahan bakar alami seperti pohon,rumput kering dan daun. PEMBAKARAN:
bahan bakar + oksigen → karbon dioksida + air + energi Beberapa tanaman untuk kelangsungan hidup mereka bergantung adanya kebakaran hutan seperti tanaman polong Hakea. Tanaman ini hanya akan terbuka setelah terjadi kebakaran Hal ini ditunjukkan pada Gambar 4. Ini hanyalah satu contoh bagaimana tumbuhan asli Australia telah beradaptasi dengan lingkungan mereka sehingga mereka dapat bertahan hidup. Gambar 4 Polong Hakea polong yang terbuka buka setelah kebakaran sebagai bentuk mempertahankan hidupnya. Gambar 4
Buah Hakea yang terbuka setelah terjadi kebakaran
Reaksi Endotermik Reaksi endotermik adalah reaksi yang membutuhkan energi saat reaksi berlangsung. Kebanyakan reaksi endotermik jika campuran reaksi dipanaskan dalam tungku , atau diatas sumber panas seperti hotplate atau pembakar Bunsen api. Dalam kasus ini transformasi energi yang terjadi:
Energi panas → Energi potensial kimia Beberapa reaksi endotermik terjadi ketika energi listrik dihasilkan melalui elektroda yang dimasukkan ke dalam campuran reaksi . (Elektroda merupakan bagian dari sebuah rangkaian listrik) Dalam kasus transformasi energi:
Energi listrik → Energi potensial kimia Beberapa reaksi endotermik terjadi ketika energi cahaya diberikan, seperti sinar UV ( dari matahari atau lampu UV ). Dalam kasus ini transformasi energi:
Energi cahaya → Energi potensial kimia Transfer energi yang dibutuhkan untuk reaksi endotermik Energi yang dibutuhkan untuk reaksi endotermik ditransfer ke campuran reaksi dari sumber energi . Sebagai contoh: • Energi panas ditransfer ke partikel reaktan dari sumber panas melalui wadah. Jika reaktan dilarutkan dalam air , maka air mentransfer panas dari wadah ke partikel reaktan . • Energi listrik ditransfer ke partikel reaktan ketika mereka bertumbukan dengan permukaan elektroda (yang merupakan bagian dari sebuah rangkaian listrik). Reaksi endotermik dirangkum dalam Gambar 5 pada halaman berikutnya
64
Reaksi endotermik disimpulkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Reaksi endotermik-transfer dan transformasi energy yang terlibat
Reaksi Endotermik di Alam Salah satu contoh dari reaksi endotermik di alam adalah proses fotosintesis yang dilakukan oleh tanaman dan organism fitoplankton. FOTOSINTESIS:
karbon dioksida + air + energi → glukosa + oksigen
Energi yang diperlukan untuk fotosintesis adalah energi cahaya. Reaksi ini juga memerlukan adanya klorofil. Energi yang diperlukan nantinyaakan disimpan dalam bentuk glukosa.Pada tanaman hijau, sebagian besar molekul glukosa yang dihasilkan dalam reaksi ini bergabung untuk menghasilkan pati dan selulosa, yang memiliki molekul berukuran besar. Bila tanaman membutuhkan energy maka pati akan diuraikan kembali menjadi glukosa. Sedangkan selulosa digunakan sebagai bahan struktural.
Pertanyaan diskusi 1 Tuliskah perbedaan dari: a Transfer energi dan transformasi energi ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ b Reaksi eksotermik dan endotermik ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________
65
c Reaksi kimia dan perubahan wujud ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ 2 Orang yang gemar bermain ski biasanya membawa alat penghangat seukuran saku mereka. Alat tersebut dapat membuat tangan mereka menjadi hangat selama berjam-jam. a Apa jenis reaksi kimia terjadi pada alat - eksotermik atau endotermik? _____________________________ b Apa transformasi energi yang terjadi? ______________________________________________________ c Apa transfer energi yang berlangsung yang menjaga tangan pemain ski tetap hangat? ___________________________________________________________________________________________________ d Alat tersebut biasanya berisi besi dan serbuk gergaji. Reaksi akan terjadi ketika tutup dibuka dan campuran akan bereaksi dengan oksigen udara. Reaksi yang manakah menurut anda yang sesuai dengan kondisi tersebut? Alternatif I
besi + oksigen + energi → oksida besi
Alternatif II
besi + oksigen → oksida besi + energi
e Apa fungsi dari serbuk gergaji menurut anda? ___________________________________________________________________________________________________
Pembagian jenis reaksi kimia Reaksi kimia juga dibagi menjadi beberapa jenis yang tergantung pada sifat dari reaktan dan produk dan apa yang terjadi saat reaksi berlangsung. Tabel 1 menunjukkan secara umum tiga jenis reaksi kimia. Tabel 1 Tiga jenis reaksi kimia
Jenis Reaksi
Reaksi asam-basa
Deskripsi Reaksi dimana asam dan basa bereaksi dengan satu sama lain. Catatan: 1 Tergantung pada asam dan basa yang terlibat, reaksi asam-basa dapat termasuk reaksi eksotermik atau endotermik. 2 rekasi asam basa dikenal juga sebagai reaksi netralisasi.
Reaksi pembakaran
Reaksi pembakaran adalah reaksi zat yang terbakar di udara atau oksigen murni dan menghasilkan api. Catatan: 1 Semua reaksi pembakaran eksoterm. 2 Semua reaksi pembakaran juga termasuk sebagai reaksi redoks (oksidasi-reduksi). Fotosintesis dan respirasi sel, juga termasuk reaksi redoks. Faktanya yaitu salah satu reaktan jumlah oksigen bertambah (oksidasi) sementara yang lain berkurang (reduksi).
Reaksi fermentasi
Reaksi yang melibatkan organisme ragi untuk mengolah gula atau karbohidrat sederhana menjadi alkohol dan karbon dioksida Catatan: 1 Semua reaksi fermentasi eksoterm. Melalui reaksi ini, organisme energidibutuhkan untuk bertahan hidup. 2 reaksi fermentasi juga termasuk reaksi redoks
66
Contoh Reaksi setiap asam dengan kalsium karbonat, sepeti pada kerang laut, karang, marmer, dan sebagainya. Pada manusia ketika makanan yang asam yang masuk perut lalu ke duodenum, maka makanan teersebut akan dinetralisir lebih dahulu.
Membakar korek api Pembakaran gas di kompor gas, barbekyu gas atau pembakar Bunsen.
Produksi bioetanol dari limbah pabrik gula Produksi anggur dari buah anggur atau buah lainnya Proses pembuatan roti
Bagaimana menurutmu? 1 Semua reaksi pembakaran dan fermentasi bersifat eksotermik. Kebanyakan reaksi asam-basa juga bersifat eksotermik, tetapi beberapa juga bersifat endotermik. Gambar diagram Venn untuk merepresentasikan jenis reaksi kimia yang telah kamu pelajari di atas.
2 Lengkapi Tabel 2 dengan mengklasifikasikan reaksi kimia tersebut ke dalam dua jenis. Tabel 2 Reaksi
Eksotermik atau Endotermik?
Asam-basa, pembakaran, atau fermentasi?
Dalam akar di bawah tanah, dengan adanya ragi gula → alkohol + karbon dioksida
Dalam lampu lentera untuk berkemah alkohol + oksigen → karbon dioksida + air
Melarutkan kulit kerang laut dengan asam sitrat. Temperature meningkat. kalsium karbonat + asam sitrat → kalsium sitrat + karbon dioksida + air
Biogas dibakar untuk menghasilkan listrik metana + oksigen → karbon dioksida + air
Fotosintesis karbon dioksida + air → glukosa + oksigen
Reaksi asam basa
Respirasi sel glukosa + oksigen → karbon dioksida + air
3 a Logam Aluminium diekstrak dari bijihnya (bauksit) dengan cara mengalirkan arus listrik ke dalam lelehan bijihnya via dua elektroda, salah satunya terbuat dari karbon. Karbon sebenarnya terlibat di dalam proses ini. Yang mana dari dua alternatif ini yang paling benar dalam menggambarkan reaksi yang terjadi? Alternatif I
oksida aluminium + karbon → aluminium + karbon dioksida + energi
Alternatif II
oksida aluminium + karbon + energi → aluminium + karbon dioksida
b Transformasi energi apa yang terjadi dalam proses ini?
_____________________________________________________
c Bisakah reaksi ini diklasifikasikan berdasarkan eksotermik atau endotermik? _________________________________ d Reaksi ini diklasifikasikan juga sebagai reaksi redoks. Apa maksudnya? ___________________________________________________________________________________________________ e Proses ini dilakukan dalam skala besar, dan membutuhkan listrik dalam jumlah banyak, tidak hanya untuk mengekstrak o logam, tetapi juga untuk melelehkan bijihnya, yang memiliki titik leleh di atas 1000 C. Memindahkan lelehan Aluminiumnya pun membutuhkan listrik. Jelaskan mengapa produksi Aluminium ini dianggap sebagai salah satu penyebab pemanasan global. ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________
67
4 Persaman reaksi kimia setara dari fermentasi glukosa, gula sederhana:
C6H12O6(aq)
→ 2C2H5OH(aq) + 2CO2(g)
a Tandai reaktan dan produk dari persamaan di atas dengan warna yang berbeda. Nyatakan penjelasannya di bawah ini. Tanda :
Reaktan
Produk
b Apa arti (g)? __________________________ c Apa maksud (aq)? __________________ d Mengapa kimiawan menaruh angka 2 di depan rumus kimia? ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ e Lengkapi pernyataan berikut: Persamaan ini memberitahu kita bahwa untuk setiap molekul gula yang bereaksi, dihasilkan _____ molekul etanol dan ____ molekul gas rumah kaca yaitu karbon dioksida.
Pertanyaan tantangan 5 Jelaskan mengapa padatan dapat bereaksi dengan cairan atau larutan atau bahkan udara, tetapi tidak dengan sesama padatan? ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ 6
Ketika kamu melihat padatan larut dalam cairan, bagaimana cara mengetahui bahwa itu hanya larut atau bereaksi?
___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________
Fakta! Atmosfer kita kebanyakan terdiri dari gas nitrogen dan gas oksigen. Normalnya, keduanya tidak bereaksi satu sama lain, karena nitrogen merupakan gas yang sangat tidak reaktif. Tetapi ketika kilatan cahaya melewati udara, menyebabkan beberapa nitrogen bereaksi dengan oksigen membentuk nitrogen monoksida, NO. Reaksi lanjutan dengan oksigen di udara membentuk nitrogen dioksida, NO2. Ketika gas ini larut dan bereaksi dengan uap air, membentuk asam nitrit, HNO3. Asam nitrit bereaksi dengan amonia di udara, salah satu sumbernya dari ikan. Amonia bersifat basa. Produk dari reaksi ini adalah ammonium nitrat, pupuk kaya nitrogen sangat dibutuhkan oleh tanaman untuk menghasilkan protein dan DNA dan molekul esensial lainnya. Jutaan ton ammonium nitrat dihasilkan oleh atmosfer bumi tiap tahunnya! Urutan produk dan klasifikasi dari tiap reaksi ditunjukkan di bawah ini. Ini merupakan bagian yang disebut siklus nitrogen, yang membuat nitrogen tersedia untuk makhluk hidup.
Gambar 6 Bagian dari siklus nitrogen
Jenis reaksi yang sering terjadi di alam adalah reaksi redoks. Banyak juga reaksi asam-basa terjadi di alam. Menariknya, hanya reaksi pertama yang bersifat endotermik. Kilatan cahaya memberikan reaktan energi panas dan energi cahaya dan energi listrik. Reaksi lainnya berlangsung secara spontan dan bersifat eksotermik.
68
KONSERVASI ENERGI DAN EFISIENSI ENERGI
Ini adalah pembangkit listrik berbahan bakar batubara di Australia. Uap naik dari menara pendingin pada bagian depan. Gas takterlihat (termasuk karbon dioksida) keluar melalui cerobong asap. PHOTO: Loy Yang Power Station
IDE BESAR Bagaimana energi bisa ‘terbuang'? Dapatkah kita melakukan sesuatu untuk hal ini? Bagaimana para ilmuwan mengukur berapa banyak energi yang terbuang? Mengapa para ilmuwan melakukan banyak pengukuran dan menggambar grafik? Mengapa banyak orang fokus terhadap ketergantungan kita akan batubara untuk menghasilkan listrik?
69
9 KONSERVASI ENERGY: ENERGI YANG BERMANFAAT DAN ENERGI YANG ‘TERBUANG’ Apa itu energi yang ‘terbuang’? Pernahkah Anda memperhatikan bagaimana ponsel menjadi panas ketika menempe terus-menerus pada telinga? Di dalam ponsel Anda, terdapat transformasi energi terjadi ketika Anda menggunakannya. Salah satunya adalah bahwa energi potensial kimia dari bahan kimia di dalam baterai diubah menjadi energi listrik. Namun, karena ada beberapa hambatan terhadap aliran arus listrik di dalam baterai, serta kabel, tidak semua energi potensial kimia diubah menjadi energi listrik. Beberapa diubah menjadi energi panas. Ini adalah salah satu alasan mengapa ponsel Anda menjadi panas. Demikian juga, ketika lampu pijar dihidupkan dan menjadi panas. Hal ini menunjukkan bahwa tidak semua energi listrik dikonversi menjadi energi cahaya - beberapa berubah menjadi energi panas. Bahkan, sebagian besar diubah menjadi energi panas. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram Sankey menunjukkan bahwa dalam lampu pijar, sebagian besar energi listrik berubah menjadi energi panas. Hanya beberapa diubah menjadi energi cahaya.
Ketika energi berubah, jumlah total energi tetap sama. Disebut dengan hukum kekekalan energi. Namun, setiap kali suatu bentuk energi yang berubah, biasanya diubah menjadi lebih dari satu bentuk lain dari energi, termasuk energi panas. Setiap energi panas yang dihasilkan dalam transformasi energi yang tidak dapat digunakan dapat dianggap sebagai energi 'terbuang'.
Disipasi Energi
Bila Anda memanaskan larutatandiatas pembakar Bunsen, idealnya semua energi panas yang dihasilkan oleh pembakar Bunsen akan digunakan untuk memanaskan larutan. Namun sayangnya hal ini tidak terjadi. Kita dapat mengatakan halini karena kaki tiga, kasadan labu gelas semua menjadi sangat panas. Udara di dekat pembakar menjadipanas juga. Mengapa mereka menjadi panas? Beberapa energi panas dari pembakar bunsen ditransfer ke logam pada kaki tiga, kasadankaca dari labu gelas. Beberapa ditransfer ke udara dan sangat sedikit yang ditransfer pada sensor suhu. Hilangnya energi yang berguna karena transfer energi ke obyek dan bahan dalam lingkungan lainnya disebut disipasi energi. Disipasi energi adalah cara lain energi dapat terbuang.
Gambar 2 Pemanasan larutam diatas pembakar bunsen
70
Pengukuran Energi Sebelum Anda berpikir mengenai energi yang terbuang, Anda harus mempelajari bagaimana cara mengukur energi. Satuan standar internasional (satuan SI) yang digunakan untuk energi adalahjoule, simbol J. Satuan joule dapat digunakan sebagai ukuran satuan semua energi. Kemudian Anda akan belajar tentang satuan energi lain, yang umumnya digunakan untuk energi listrik. Mengukur sejumlah besar energi Seperti halnya satuan pengukuran lain, prefiks standar dapat digunakan untuk satuan yang mengukur sejumlah besar energi. Awalan paling sering digunakan ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1 Prefix kilo mega
Prefix yang umum digunakan untuk energi Simbol k M
Faktor
Contoh
1000
Satu kJ adalah seribu joule 6
1 000 000, i.e. 10
Satu MJ adalah satu juta joule 9
giga
G
1 000 000 000, i.e. 10
tera
T
1 000 000 000 000, i.e. 10
Satu GJ adalah satu milyar joule 12
Satu TJ adalah satu trilyun joule
Persentase Efisiensi Energi Setiap kali ada sumber energi yang digunakan, akan selalu ada beberapa energi yang terbuang. Untuk membandingkan seberapa efektif dan berguna sumber daya energi yang berbeda, para ilmuwan harus memiliki cara di mana mereka dapat mengukur kinerjanya. Satu caranya adalah untuk mengukur presentase efisiensi energi. Persentase efisiensienergi merupakan ukuran dari persentase energi yang digunakan.Idealnya harus memiliki nilai yang tinggi. Rumus menghitung persentase efisiensi energi: Persentasi efisiensi energi =
jumlah energi yang digunakan 100 jumlah energi yang tersedia 1
Catatan:Energi yang dapat diukur dalam satuan apapun. Namun, dua jumlah energi harus diukur harus memiliki satuan energi yang sama.
Contoh1 Pada kasus lampu pijar, biasanya hanya 5% dari energi listrik yang tersedia diubah menjadi energi cahaya yang berguna. Sisanya 95% adalah 'terbuang' sebagai energi panas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Diagram Sankey yang menunjukkan persentase dari energi listrik yang tersedia diubah menjadi energi cahaya dan persentase dari yang terbuang sebagai energi panas dalam lampu pijar tertentu
Dapat dikatakan bahwa persentase efisiensi energi dari cahaya adalah 5%. Ini berarti bahwa setiap 100 joule energi listrik yang ditrasfer ke dalam lampu pijar, hanya 5 joule akan diubah menjadi energi cahaya yang berguna.
71
Contoh 2 Mari kita pertimbangkan kasus air mendidih di ketel listrik. Dalam sebuah eksperimen tertentu dimana ilmuwan membuat sejumlah pengukuran, ditemukan bahwa 900 J energi listrik yang dipasok ke ketel, hanya 765 J energi diserap oleh air. Hitung efisiensi energi persentase memanaskan air. Solusi Jumlah awal energi yang tersedia = 900 J Jumlah energi yang berguna = 765 J Persentase efisiensi energi
jumlah energi yang berguna 100 jumlah energi awal yang tersedia 1
765 100 900 1 85%
Hal ini menunjukkan bahwa 85% merupakan energi panas yang digunakan dan 15% energi yang terbuang (100 – 85 = 15). Pada kasus ini persentase energi yang digunakan sangat tinggi, ini dikarenakan ketel yang digunakan terbuat dari plastik yang merupakan konduktor panas yang sangat tidak baik (insulator panas) sehingga mencegah energi panas dari dissipasi energi.
Pertanyaan
Gambar 4Diagram Sankey yang menunjukkan fotosintesis dari tebu.
1a
Tulis persamaan fotosintesis. ___________________________________________________________________________________________
b
Dari gambar 4, berapa persentase efisiensi energi dari proses fotosintesis tanaman tebu? ____________
c
Apakah Anda menganggap fotosintesis merupakan proses yang sangat efisien, atau tidak? Diskusikan. ___________________________________________________________________________________________
d
Tanaman tebu lebih efisien untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia daripada tanaman lainnya. Apakah Anda terkejut dengan hasil ini? Apakah Anda berpikir bagaimana ini terjadi jika fotosintesisis sangat efisien untuk semua tanaman? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________
2
Persentase efisiensi energi dari LED sebesar 50%. Gambarkan diagram Sankeynya.
72
3 Energi listrik merupakan bentuk energi yang sangat berguna, karena dapat diubah menjadi bentuk energi lain yang dapat kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari, seperti energi cahaya, energi panas, energi bunyi dan energi gerak. Di Australia penggunaan energi listrik per-tahun mencapai 241 000 MJ! Jika dibandingkan dengan rata-rata konsumsi listrik di dunia, nilai tersebut sangat tinggi. Dari informasi diatas, berapa banyak rata-rata energi listrik yang digunakan di Autralia per-hari?Tunjukkan perhitungannya.
4
Energi yang utama dapat diubah dan dilibatkan dalam produksi bensin, dan digunakan untuk menjalankan mobil, ditunjukkan dalam Gambar 5.
Gambar 5
a
Dua perubahan energi ditunjukkan pada Gambar 5 di dalam mesin (motor) mobil. Gas dihasilkan ketika bahan bakar (bensin) terbakar. Gas panas mendorong piston. Persentase efisiensi energi pada keseluruhan perubahan dari energi kimia (bensin) menjadi energi gerak didalam mesin mobil hanya sebesar 30%. Jelaskan hal tersebut.
_____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ b Jelaskan bagaimana energi kimia dapat terbuang di dalam mesin. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 5
Pada pembangkit listrik tenaga air, tidak seluruh energi kinetik dari aliran air yang cepat diubah menjadi energi gerak pada turbin. Setelah turbin bergerak, air akan mengalir ke saluran sungai. Jadi, hal tersebut tentunya membutuhkan energi kinetik. Energi kinetik yang digunakan air untuk menjalankan turbin sebesar 5600 MJ dan energi untuk melewati turbin sebesar 1800 MJ.
a
Hitung jumlah energi yang diterima turbin.
b
Hitung persentase efisiensi energi pada proses ini. (Dalam kenyataannya hasil yang diperoleh akan lebih besar)
73
10 BAGAIMANA ILMUWAN MENGGUNAKAN GRAFIK? Ilmuwan akan menghitung dan mengukur segala kemungkinan yang menjadi suatu bukti untuk menjelaskan berbagai jenis fenomena yang terjadi dan mengapa hal tersebut dapat terjadi. Sebagai contoh, jika ilmuwan tidak melakukan pengukuran terhadap suhu atmosfer beberapa tahun yang lalu, mereka tidak akan mengetahui masalah pemanasan global dan perubahan iklim sehingga kita akan terlambat mengetahuinya.Jika mereka tidak melakukan pengukuran terhadap konsentrasi gas pada atmosfer dan menjebak gelembung air di es Antartika, mereka tidak akan mengetahui masalah yang terjadi dan apa yang menjadi penyebabnya. Ilmuwn akan menyimpan hasil pengukuran, menampilkan data dan memprosesnya. Salah satu cara yang sangat berguna untuk menampilkan data adalah dengan menggunakan suatu grafik. Jenis grafik yang digambarkan tergantung pada data yang ditampilkan, berapa banyak data yang ada, dan tujuan dari grafik tersebut.Akan dijelaskan beberapa contoh grafik.
Grafik batang dan grafik kolom Grafik batang dan grafik kolom dapat digunakan untuk membandingkan secara umum antara produk yang berbeda. Gambar 1 merupakan jenis grafik batang sederhana yang membandingkan banyaknya karbon dioksida yang dihasilkan ketika digunakan etanol dari sumber tanaman yang berbeda sebagai bahan bakar seperti bensin. (laporan shell ditunjukkan dalam bentuk grafik.)
Gambar1 Perbandingan bioetanol dari sumber yang berbeda dengan bensin. Diperoleh dari penjumlahan siklus hidup bioetanol, dimulai dari menumbuhkan benih dan digunakan untuk menjalankan mobil.
Apa yang Anda pikirkan ? Perhatikan Gambar 1 dan jawablah soalberikut. 1
Di Brazil, bioetanol dihasilkan dalam jumlah yang sangat besar. Banyak mobil yang hanya menggunakan biotenol, beberapa mencampurkan bioetanol dengan bensin.
a
Apakah tanaman digunakan untuk menghasilkan bioetanol di Brazil? ____________________________
b
Jika mobil di impor ke Brazil yang menggunakan bioetanol atau campuran bioetanol-bensin, apakah efek yang ditimbulkan terhadap emisi gas karbon dioksida ketika menjalankan mobil?
____________________________________________________________________________________________________ 2 Apakah grafik memberikan saran mengenai tanaman terbaik yang dapat digunakan untuk menghasilkan bioetanol di Australia? Berikan alasannya. ____________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________ 3 Gambar tidak menunjukkan angka atau skala yang tepat, ini tidak dapat dijadikan suatu grafik yang ilmiah. Namun, grafik ini dipublikasikan dalam majalah Institut Energi Australia yang dibaca oleh banyak orang. Apakah Anda berpikir grafik ini mudah dipahami? Bagaimana cara memperbaiki grafik ini? ____________________________________________________________________________________________________
74
Gambar 2 adalah grafik kolom yang membandingkan komposisi berbagai jenis batubara dengan kayu dan grafit alam. Grafit alam merupakan bentuk murni dari karbon. Arang didalam isi pensil adalah campuran dari grafit dan tanah liat. Grafit memberikan warna silver yang berkilau dan kemampuan untuk menempel pada kertas. Hal yang menjadi perbandingan: •Berapa energi yang dihasilkan per –kilogram ketika dibakar •Kadar air (persentase dari berat air) yang dilepaskan sebagai uap air ketika dibakar •Kemudahan menguap(persentase berat yang akan berubah menjadi gas lain seperti karbon dioksida dan uap air ketika dibakar) •Kadar karbon tetap(persentase berat karbon yang ketika dibakar menghasilkan karbon dioksida) •Persentase berat yang akan berubah menjadi abu ketika dibakar Hal penting yang harus diingat : •Kayu merupakan salah satu material yang dapat membentuk batubara. Banyak orang membakar kayu untuk menghangatkan dan memasak makanan. •Gambut adalah batu bara yang sangat muda (lihat halamana 48). •Lignite(batubara muda) merupakan nama lain dari batubara coklat. • Bentuk batubaralain seperti sub-bituminous, bituminous (aspal) dananthracite (batu bara yang mengkilap)diklasifikasikan sebagai batu bara hitam. Semakin rendah kadar air dalam batu bara, semakin tua umurnya.
Gambar 2 Perbandingan komposisi berbagai jenis batu bara dengan kayu dan grafit alam berdasarkan nilai rata-rata. Data pada grafik diatas diperoleh dari energi pembakaran, dalam MJ/kg.
75
Apakah yang Anda pikirkan ? Perhatikan grafik pada Gambar 2 dan jawablah pertanyaan berikut. 1 Manakah dari produk diatas yang memiliki kadar air teringgi? ____________________________ 2 Manakah yang akan menghasilkan jumlah abu paling besar – membakar 1 kg batu bara coklat atau membakar 1 kg batu bara hitam? ______________ 3 Manakah bentuk energi yang paling banyak dihasilkan batu bara hitam (yang paling banyak memberikan energi per kilogram)? _____________ 4 a Berapa banyak energi yang dihasilkan dari pembakaran 1 Kg batu bara coklat? _____________ b Berapa banyak energi yang dihasilkan dari pembakaran 1 Kg grafit alam? _____________ 5
Apakah benar semakin tinggi kadar karbon tetap, semakin besar energi yang dihasilkan dalam pembakaran 1 Kg? Justify your answer.Jelaskan jawabannya.
____________________________________________________________________________________________________ 6 Lihat tanda panah pada bagian bawah kolom. Apakah Anda berpikir mungkin deretan tersebut memiiki makna yang berhubungan? ____________________________________________________________________________________________________ 7 Mengapa Anda berpikir label pada grafik mengatakan grafik „hanya berdasarkan nilai rata-rata‟?
___________________________________________________________________________________ 8 Apakah Anda menemukan cara menyajikan informasikan data ini dengan jelas? Bagaimana memperbaikinya? ____________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Grafik garis –jumlah data sedikit Ketika percobaan ditunjukkan untuk beberapa pengukuran, grafik yang digambarkan hanya akan dibangun oleh beberapa titik plot.Gambar 3 menunjukkan grafik seperti ini. Grafik ini menunjukkan konsentasi ozon di udara pada waktu yang berbeda di pagi hari.
Gambar 3 Grafik konsentrasi ozon di udara dekat tanah pada waktu yang berbeda di pagi hari musim panas. Catatan:Satuan konsentrasi „ppm‟ merupakan symboluntuk ‘parts per million’atau satu persejuta bagian. Konsentrasi 1 ppm menunjukkan bahwa terdapat 1 litergas dalam setiap sejuta liter udara.
76
Apa yang informasi yang diberikan oleh grafik Untuk memperoleh data dalam grafik, siswa mengukur konsentrasi ozon dalam waktu yang berbeda. Seluruh poin yang tersebar di grafik tidak memiliki pola tertentu, kita menyimpulkan bahwa konsentrasi ozon di udara tidak tergantung pada waktu. Tetapi dengan jelas membentuk suatu kurva, kita dapat menyimpulkan bahwa terdapat hubungan diantara konsentrasi ozon dengan waktu.
Hal penting pada grafik 1 Perhatikan dua garis sejajar yang miring dekat awal sumbu horizontal. Ini berarti ada ‘break’dalam skala. ‘Break’ ini digunakan untuk menghemat ruang, sehingga lebih banyak ruang dapat digunakan untuk grafik itu sendiri. Karena tidak ada data yang dikumpulkan sebelum jam 6 pagi, sehingga apabila ditulis skala akan membuang ruangseperti jam 1 pagi, jam 2 pagi. Garis paralel adalah simbol konvensional untuk menyatakan ‘break’ dalam skala. 2 Ketika Anda melihat pada titik-titik yang diplot pada Gambar 3, ditampilkan sebagai tanda silang yang terletak pada kurva, bukan garis lurus. Karena titik-titik tersebut terletak hampir sempurna dalam kurva, kurva ditarik langsung melalui titik tengahnya sehingga membentuk suatu garis yang melengkung. Ini disebut kurva yang paling cocok. Hal ini diasumsikan bahwa titik-titik yangtidak tepat pada kurva terjadi karena pengukuran yang sedikit tidak akurat. 3 Sekarang setelah digambarkan kurva, dapat dilihat bahwa konsentrasi ozon naik dan kemudian turun. Nilai maksimum konsentrasi ozon pada pukul 9 pagi. Perhatikan bagaimana menambahkan garis putus-putus berwarna (merah) yang berada diluar grafik utama berwarna hitam yang akan membantu Anda mendapatkan informasi penting dari grafik. 4 Misalkan Anda ingin memperkirakan konsentrasi ozon pada jam 12.00 (tengah hari). Dengan asumsi bahwa grafik akan terus turun dengan cara yang sama jika pengukuran masih dilakukan. Jadi kita melanjutkan grafik dengan garis putus-putus, untuk menunjukkan ini hanya prediksi. Kami menyebutnya proses perpanjangan grafik darihasilpengukuran dan dilakukan ekstrapolasi grafik.
Variabel bebas dan terikat Dalam pengukuran, variabel adalah kuantitas yang dapat memiliki nilai yang berbeda. Seringkali para ilmuwan mengukur kuantitas yang berubah dari waktu ke waktu. Sebagai contoh, massa atau volume atau konsentrasi suatu zat, atau kecerahan cahaya, atau tegangan baterai, atau jumlah bakteri yang dalam volume tertentu larutan nutrisi. Para ilmuwan memilih waktu untuk melakukan pengukuran – kapan mereka akan mulai, kapan mereka akan selesai, dan seberapa sering pengukuran akan dilakukan. Karena waktu tidak tergantung pada kuantitas apapun yang kita pelajari, seperti konsentrasi ozon di udara, dan kita dapat mengontrol banyaknya pengukuran dilakukan, waktu disebut variabel bebas dalam percobaan ini. Dalam hal ini, grafik tersebut menyatakan bahwa konsentrasi ozon jelas bergantung pada waktu. Sehingga disebut variabel terikat dalam penelitian ini.
Apa yang Anda pikirkan? 1 Dengan hasil seperti grafik pada Gambar 3, ilmuwan akan mengusulkan penjelasan mengenai hubungan antara konsentrasi ozon dengan waktu. Mereka mengetahui bahwa penyebab utama produksi ozon pada level terendah adalah interaksi cahaya matahari dengan emisi dari mobil (gas yang dihasilkan pada pipa pembuangan mobil atau knalpot). Dihaslkan juga polutan lainnya.
Gambar 4
77
Apakah dapat disarankan penjelasan dalam bentuk grafik? Mengapa level ozon dapat naik kemudian menurun? ____________________________________________________________________________________________________ 2 Gambar 5 menunjukkan grafik massa karbon dioksida yang dihasilkan ketika cuka ditambahkan ke dalam beberapa kerang laut yang ditumbuk halus. (Poin diplot tidak ditampilkan.) Massa diukur setiap 10 detik ketika bahan kimia dicampurkan.
Gambar5
a
Apa massa karbon dioksida dihasilkan dalam 20 detik pertama? _____________ Tunjukkan pada grafik.
b
Bagaimana Anda dapat menjelaskan fakta bahwa grafik mendatar pada 50 detik (tanda)? Apa yang terjadi pada waktu
terebut?
___________________________________________________________________________________ c
Manakan yang merupakan variable terikat pada percobaan ini? Bagaimana Anda mejelaskannya?
___________________________________________________________________________________________________ 3 Gambar 6 menunjukkann grafik yang di hasilkan dengan menggunaknan perangkat lunak. Cahaya yang bersinar pada sel surya dan intensitas cahaya serta tegangan yang dihasilkan telah diukur. (Intensitas cahaya merupakan ukuran banyaknya energi cahaya yang dihasilkan.)
a Sketsa kurva atau garis yang paling cocok. b Gunakan grafik untuk memperkirakan tegangan yang dihasilkan jika intensitas cahaya sebesar 60 000 lux. ______
78
c Dari bentuk grafik, apakah Anda dapat memberikan kesimpulan jumlah tegangan yang dihasilkan oleh satu sel surya? _____________________________________________________________________________________________________ d Apakah Anda dapat memikirkan keuntungan dan kerugian dari bentuk grafik diatas? Keuntungan: _____________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Kerugian: ___________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________
Grafik garis –jumlah data banyak Grafik dalam gambar 7 merupakan grafik salinan dari halaman 1 buku ini. Ini adalah jenis grafik yang diperoleh oleh ilmuwan ketika dilakukan pengukuran dalam jumlah besar yang diambil dalam waktu cukup lama. Grafik ini dibuat dengan menggunakan perangkat lunak di komputer.
Gambar 7 Grafik tahunan suhu rata-rata maksimun dan minimum di Australia selama 100 tahun
Hal penting pada grafik 1 Perhatikan bahwa dua set data yang telah diplot pada sumbu yang sama. Grafik atas (merah) menunjukkan suhu maksimum rata-rata setiap tahun. Skala ditunjukkan di sebelah kiri. Bagian bawah grafik (biru) menunjukkan suhu minimum rata-rata setiap tahun. Skala ditampilkan di sebelah kanan. 2 Untuk setiap grafik, nilai diplot pada masing-masing tahun. Titik-titik grafik kemudian digabungkan dengan garis-garis lurus, dari titik-ke-titik. Komputer kemudian menentukan kurva yang paling cocok dan dimasukkan dalam setiap grafik. Ini ditunjukkan dalam warna hitam. Garis atau kurva yang paling cocok disebut garis trendatau kecenderungan.
79
Apakah yang Anda pikirkan? Lihat grafik pada gambar 7 dan jawablah pertanyaan berikut. 1 Apakah yang menjadi alasan untuk membuat dua grafik pada sumbu yang sama? Apakah ini ide yang baik? ________________________________________________________________________________________________ 2 Apa yang Anda perhatikan dari dua skala vertikal dalam grafik? Apa yang menjadi alasannya? ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ 3 Apakah alasan dibuat grafik yang digabungkan dari titik ke titik? Apakah keuntungannya? ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ 4Apakah alasan digambarkan garis trend? Apakah keuntungannya? ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ 5 a Berapa suhu rata-rata maksimum dan minimum di Australia pada tahun 1950? Rata-rata maksimum: ____________________ Rata-rata minimum: ____________________ b Apakah mudah untuk mempelajari ini tanpa menggunakan grafik? Diskusikan. ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________
Menggambarkan grafik Sebelum Anda menggambar grafik, Anda membutuhkan bentuk tabelhasil yang sesuai(kecuali telah disediakan).
Mendesain tabel Untuk merancang sebuah tabel hasil yang sesuai, Anda perlu mempertimbangkan jenis, dan berapa banyakpengukuran Anda lakukan. Ini akan menentukan berapa banyak kolom dan baris yang Anda butuhkan dan judul apa yang akan Anda gunakan. Percobaan dengan menggunakan layout yang berbeda digunakan untuk membuat pencatatan dan pengolahan data sesederhana dan seefisien mungkin. Petunjuk : •
Tempatkan satuan pada headings(judul diawal kolom), sehingga Anda tidak perlu menulisnya berkali-kali.
•
Jika grafik akan diambil dari hasil, layout tabel sebagai nilai variabel pada percobaan, sehingga Anda dapat dengan mudah memplot grafik tersebut.
Misalnya, Anda telah merebus air dengan menggunakan pembakar Bunsen, kemudian dituangkan ke dalam cangkir kopi porselen. Anda harus menyelidiki bagaimana suhu air berubah menjadi dingin. Anda berencana untuk membaca suhu di awal, dan kemudian membaca setiap menit selama 10 menit berikutnya. Tabel yang sesuai untuk percobaan ini adalah sebagai berikut :
Time (minutes)
0
1
2
3
4
5
6
Temperature (°C) Note: You can also use a spreadsheet to display the measurements you have taken.
80
7
8
9
10
Menggambar Grafik Grafik harus dirancang setelah semua pengukuran dilakukan, sehingga Anda tahu apa yang dibutuhkan. Langkah 1 Tentukan variabelyang akan berada di masing-masing sumbu Karena waktu adalah variabel bebas dan suhu air adalah variabel terikat, waktu berada pada sumbu horisontal dan suhu pada sumbu vertikal. Dengan cara ini Anda dapat dengan mudah mengidentifikasi apakah terdapat pola perubahan suhu air dari waktu ke waktu.
Langkah 2 Tentukan skala Skala harus menyebar sebanyak mungkin sehingga grafik memiliki kemungkinan yang besar. Anda tidak diharuskan untuk menggunakan skala yang sama pada setiap sumbu. Dalam hal ini, setelah menyelesaikan percobaan: •Pembacaan diambil setiap menit selama 10 menit, sehingga skala waktu harus dimu lai dari 0 sampai 10. •Suhu tertinggi tercatat suhu air mendidih, yaitu 100⁰C. Jadi skala temperatur harus naik hingga 100. •Suhu yang tercatat terendah adalah 60⁰C. Jadi yang terbaik adalah untuk memulai skala suhu di 60. Skala ‘break’harus ditunjukkan. Jika Anda memplot grafik dengan tangan, maka harus dipilih grid grafik yang akan membuat skala lebih mudah ditunjukkan dan mudah untuk memplot titik-titiknya. Skala harus ditandai dengan jelas pada sumbu dan sumbu diberi label dengan jumlah yang diwakilidan satuannya. Langkah 3 Memplot grafik Grafik harus diplot menggunakan nilai pada table. Gambar 8 menunjukkan contoh grafik dengan kemungkinan akhir.
Gambar 8 Grafik suhu terhadap waktu pendinginan air
Pemberitahuan: 1
Poin pada grafik terletak jelas pada kurva. Digambarkan kurva yang paling cocok.
2
Kurva yang dibuat dengan menarik garis pada titik-titik grafik menunjukkan hubungan matematis diantara dua julah (variable). Persamaan pada grafik dapat ditentukan dengan prosedur matematis, biasanya dengan bantuan program komputer.
81
Apakah yang Anda pikirkan? Lihat grafik pada Gambar 8 dan jawablah pertanyaan berikut. 1 Apa yang terjadi pada suhu air selama 3 menit? ________________________ 2 Berapa besarnya penurunan suhu air selama 5 menit? ________________________ 3 Apakah setelah 10 menit, kurva harus digambarkan dengan garis memanjang yang tak putus seperti yang ditunjukkan oleh grafik atau diberi titik-titik? Diskusikan. ___________________________________________________________________________________________________ 4 Pada grafik di atas, buat sketsa grafikdengan warna yang berbeda jika digunakan cangkir polystyrene. Jelaskan alasan Anda. ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________
82
PRAKTIK 4: BOLA PANTUL Partner_____________________________________________Tanggal_____________
Pertanyaan 1 Jenis permukaan bagaimana yang memberikan efisiensi energi terbesar untuk memantulkan bola tenis? 2 Apakah persentase efisiensi energi dari pantulan bola tenis pada lantai kelas bergantung pada tinggi bola ketika dijatuhkan? 3 Apa jenis bola yang memiliki persentase efisiensi energi terbesar ketika dipantulkan pada permukaan yang keras?
Kata pengantar Ketika Anda menjatuhkan bola tenis ke permukaan yang keras, bola tersebut tidak memantul kembali pada ketinggian awal. Mengapa hal ini terjadi? Ketika bola jatuh bebas dari ketinggian, energi potensial gravitasi diubah menjadi energi kinetik. Ini tidak berarti bahwa bola tidak memiliki energi potensial gravitasi. Selama bola itu berada di atas pusat bumi, bola akan memiliki beberapa energi potensial gravitasi. Semakin rendah (yaitu, semakin dekat itu ke pusat bumi), semakin rendah akan menjadi energi potensial gravitasi. Namun, pada saat bola memantul pada permukaan yang padat: •Permukaan dan bola akan mendapatkan sedikitpanas. Ini berarti bahwa beberapa dari energi kinetik bola berubah menjadi energi panas. •Bola akan sementara berhenti. Ini berarti sebagian energi kinetik dari bola berubah menjadi energi potensial elastis. • Pantulan bola dapat menghasilkan bunyi. Ini berarti sebagian energi kinetik diubah menjadi energi bunyi. Oleh karena itu proses memantul „membuang‟ sebagian energi kinetik dari bola. Seperti bola rebound (naik kembali), kecepatan menjadi lebih lambat dan lebih lambat, karena energi kinetik yang sedang berubah kembali menjadi energi potensial gravitasi. Akhirnya kecepatannya akan menjadi nol, dan itu akan 'melayang' sesaat pada titik tertinggi. Pada saat ini, energi kinetik yang akan telah benar-benar berubah menjadi energi potensial gravitasi. Namun, karena sebagian energi kinetik yang 'terbuang' ketika menghantam permukaan, bola tidak akan naik ke ketinggian dari yang dijatuhkan
Gambar 1
Rumus sederhana untuk menghitung persentase efisiensi rebound adalah:
Persentase efisiensi energi rebound
tinggi maksimum bola ketika rebound 100 tinggi bola sebelum dijatuhkan 1
Catatan: Ketinggian bola dapat diukur dalam satuan panjang. Namun, dua ketinggian harus diukur dalam satuan yang sama. Contoh perhitungan Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian 120 cm di atas permukaan dan memantul hingga ketinggian 84 cm. Berapa persentase efisiensi energi rebound? Penyelesaian
tinggi maksimum bola ketika rebound 100 tinggi bola sebelum dijatuhkan 1 84 100 120 1 70%
Persentase efisiensi energi rebound
Pengamatan ini dapat dilakukan dikelas dan setiap kelompok ditugaskan untuk membuat pertanyaan. Hasilnya kemudian dibandingkan.
83
Alat dan bahan yang diperlukan •Bola tenis atau bola lain yang berbeda sesuai kelompoknya yaitu A, B dan C •Alat ukur panjang, penggaris panjang atau alat ukur digital •Kamera digital atau perekam video (pilihan)
Penilaian terhadap resiko Baca kolom bagian „fakta‟, bayangkan apabila terjadi kecelakaan terhadap seseorang atau kerusakan dan pikirkan bagaimana untuk mencegah masalah tersebut agar tidak terjadi. Oleh karena itu, lengkapi table di bawah ini. Tabel 2 Penilaian resiko
Fakta
Apa yang mungkin menjadi resiko?
Bagaimana pencegahannya?
1 Ketika dipantulkan, bola dapat menyebabkan kerusakan pada benda ain atau cedera. 2 Jika bola memantul keluar, bola dapat menggelinding
Apa yang harus dilakukan dan apa yang Anda temukan Guru Anda akan membagi ke dalam beberapa grup dan diskusikan alat apa yang akan digunakan untuk pengukuran, bagaimana Anda akan merekam hasilnya, tunjukkan hasil perhitungan dan laporkan hasilnya.
GRUP A Pertanyaan 1: Jenis permukaan bagaimanakah yang memberikan persentase efisiensi energi terbesar saat bola tenis memantul? Tabel 2 Petunjuk untuk Grup A
Langkah
Apa yang dilakukan
1
Sebagai kelompok, Anda perlu membuat beberapa keputusan: • Bagaimana Anda akan menguji seberapa efisien bola tenis memantul dari permukaan yang berbeda sehingga Anda dapat membandingkan mereka dengan adil? • Bagaimana Anda memastikan bahwa pengukuran Anda memiliki nilai akurasi yang tinggi? • Apa jenis grafik yang akan digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran Anda? • Siapa yang akan mengerjakan tugas (menjawab pertanyaan) ketika Anda mulai melakukan percobaan?
2
Diskusikan keputusan Anda dengan guru Anda. Ketika guru Anda menyetujui rencana Anda, percobaan dimulai. Pertama lakukanlah satu percobaan untuk melihat apakah strategi Anda bekerja. Sesuaikan jika perlu. Rekam percobaan tersebut jika ada masalah yang timbul dan bagaimana cara Anda menyelesaikannya.
3
Bekerjalah sesuai dengan petunjuk guru Anda.
Hasil percobaan Grup A Buatlah kesimpulanpercobaan yang dilakukan, termasuk bagaimana Anda memastikan percobaan tersebut memiliki nilai akurasi yang tinggi. Jelaskan masalah yang Anda temui dan apa yang Anda lakukan untuk mengatasinya. Lampirkan salinan hasil percobaan Anda untuk catatan Anda.
_________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________
84
Perhitungan dan grafik Grup A Gunakan hasil percobaan Anda untuk menyelesaikan perhitungan persentase efisiensi energi untuk setiap pantulan sesuai dengan petunjuk guru Anda. Jangan menyertakan hasil apapun yang menurut Anda tidak diperlukan. Gambarkan grafik untuk menampilkan hasil percobaan. Lampirkan salinan perhitungan dan grafik untuk catatan Anda.
Kesimpulan Grup A Apa jawaban Anda untuk pertanyaan 1: Jenis permukaan bagaimanakah yang memberikan persentase efisiensi energi terbesar saat bola tenis memantul?
_________________________________________________________________________________________ Apakah perkiraan Anda untuk hasil tersebut? Apakah alasannya?
_________________________________________________________________________________________
GRUP B Pertanyaan 2: Apakah persentase efisiensi energi saat bola tenis dipantulkan di lantai kelas tergantung pada ketinggian saat bola dijatuhkan? Tabel 3 Petunjuk untuk Grup B
Langkah
Apa yang dilakukan
1
Sebagai kelompok, Anda perlu membuat beberapa keputusan: • Apa jawaban yang anda perkirakan untuk pertanyaan 2 (diatas)? • Berapa banyak ketinggian yang berbeda yang harus dilakukan didalam percobaan, sehingga Anda dapat mengetahui apakah ada hubungan antara ketinggian ketikabola dijatuhkan dan persentase efisiensi energi pantul? • Bagaimana Anda akan memastikan bahwa ketinggian yang berbeda sebagai perbandingan itu adil? • Bagaimana Anda akan memastikan bahwa pengukuran Anda memiliki nilai akurasi tinggi? • Apa jenis grafik yang akan Anda gunakan untuk menampilkan hasil percobaan dan memungkinkan Anda untuk mengetahui apakah ada hubungan antara ketinggian ketikabola dijatuhkan dan persentase efisiensi energi pantul? • Siapa yang akan mengerjakan tugas (menjawab pertanyaan) ketika Anda mulai melakukan percobaan?
2
Diskusikan keputusan Anda dengan guru Anda. Ketika guru Anda menyetujui rencana Anda, percobaan dimulai. Pertama lakukanlah satu percobaan untuk melihat apakah strategi Anda bekerja. Sesuaikan jika perlu. Rekam percobaan tersebut jika ada masalah yang timbul dan bagaimana cara Anda menyelesaikannya.
3
Bekerjalah sesuai dengan petunjuk guru Anda
Hasil percobaan GrupB Buatlah kesimpulanpercobaan yang dilakukan, termasuk bagaimana Anda memastikan percobaan tersebut memiliki nilai akurasi yang tinggi. Jelaskan masalah yang Anda temui dan apa yang Anda lakukan untuk mengatasinya. Lampirkan salinan hasil percobaan Anda untuk catatan Anda.
_________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________
85
Perhitungan dan grafik Grup B Gunakan hasil percobaan Anda untuk menyelesaikan perhitungan persentase efisiensi energi untuk setiap pantulan sesuai dengan petunjuk guru Anda. Jangan menyertakan hasil apapun yang menurut Anda tidak diperlukan. Gambarkan grafik untuk menampilkan hasil percobaan. Lampirkan salinan perhitungan dan grafik untuk catatan Anda.
Kesimpulan GrupB Apa jawaban Anda untuk pertanyaan 2:Apakah persentase efisiensi energi saat bola tenis dipantulkan di lantai kelas tergantung pada ketinggian saat bola dijatuhkan? ____________________________________________________________________________________________________ Jika besarnya persentase efisiensi energi pantul bola tergantung pada ketinggian saat bola dijatuhkan, Bagaimanakah hubungan kedua hal tersebut? Diskusikan. ____________________________________________________________________________________________________ Apakah perkiraan Anda untuk hasil tersebut? Apakah alasannya?
___________________________________________________________________________________________
GROP C Pertanyaan 3: Jenis bola bagaimanakah yang memiliki persentase efisiensi energi terbesar ketika memantul pada permukaan yang keras? Tabel 3Petunjuk untukGrup C
Langkah
Apa yang dilakukan
1
Sebagai kelompok, Anda perlu membuat beberapa keputusan: • Untuk bola yang akan Anda uji, Apa jawaban yang anda perkirakan untuk pertanyaan 3 (diatas)? • Bagaimana Anda akan melakukan percobaan pada bola yang berbeda dan dipantulkanpada permukaan yang keras dengan perbandingan yang adil? • Bagaimana Anda akan memastikan bahwa pengukuran Anda memiliki nilai akurasi tinggi? • Apa jenis grafik yang akan digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran Anda? • Siapa yang akan mengerjakan tugas (menjawab pertanyaan) ketika Anda mulai melakukan percobaan?
2
Diskusikan keputusan Anda dengan guru Anda. Ketika guru Anda menyetujui rencana Anda, percobaan dimulai. Pertama lakukanlah satu percobaan untuk melihat apakah strategi Anda bekerja. Sesuaikan jika perlu. Rekam percobaan tersebut jika ada masalah yang timbul dan bagaimana cara Anda menyelesaikannya.
3
Bekerjalah sesuai dengan petunjuk guru Anda
Hasil percobaan GrupC Buatlah kesimpulanpercobaan yang dilakukan, termasuk bagaimana Anda memastikan percobaan tersebut memiliki nilai akurasi yang tinggi. Jelaskan masalah yang Anda temui dan apa yang Anda lakukan untuk mengatasinya. Lampirkan salinan hasil percobaan Anda untuk catatan Anda.
_________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________
86
Perhitungan dan grafik Grup C Gunakan hasil percobaan Anda untuk menyelesaikan perhitungan persentase efisiensi energi untuk setiap pantulan sesuai dengan petunjuk guru Anda. Jangan menyertakan hasil apapun yang menurut Anda tidak diperlukan. Gambarkan grafik untuk menampilkan hasil percobaan. Lampirkan salinan perhitungan dan grafik untuk catatan Anda.
Kesimpulan GrupB Apa jawaban Anda untuk pertanyaan 3 :Jenis bola bagaimanakah yang memiliki persentase efisiensi energi terbesar ketika memantul pada permukaan yang keras? __________________________________________________________
Apakah perkiraan Anda untuk hasil tersebut? Apakah alasannya?
_________________________________________________________________________________________
Diskusikanlah pertanyaan berikut ini 1
Apakah perkiraan dari grup Anda benar? Jika tidak, apakah penjelasan untuk hal tersebut?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 2
Apakah hasil yang diperoleh kelompok lain mengejutkan Anda? Apa yang mereka temukan dan apa yang Anda harapkan terjadi?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 3
Gambarkan diagram Sankey untuk percobaan pantulan bola.
4
Sketsa serangkaian gambar untuk menunjukkan apa yang terjadi pada selama bola memantul. (Seperti menggambarkan gerak lambat dari bola tersebut.) Gunakan panah atas dan bawah untuk menunjukkan arah di mana bola bergerak. Kemudian tambahkan keterangan pada setiap gambar untuk menunjukkan bentuk energi yang dimiliki oleh bola pada setiap tahap.
87
5
Ketika bola tertentu dijatuhkan dari ketinggian 2 m ke beton, memantul kembali hingga ketinggian 110 cm. a
Hitung persentase efisiensi energi pantul dari bola terhadap beton.
b
Jika bola yang sama dijatuhkan ke permukaan yang lembut seperti rumput, apakah efek yang ditimbulkan terhadap persentase efisiensi energi saat bola memantul kembali? Apakah akan lebih besar, kurang dari atau sama dengan hasil untuk beton? Berikan penjelasannya.
______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________
Evaluasi hasil penelitian Ketika suatu penelitian dapat dijadikan sebagai penelitian ilmiah yang baik, hasilnya harus dapat diulangi oleh para ilmuwan lain ketika melakukan percobaan yang sama. Bahkan, ketika para ilmuwan mempublikasikan hasil penelitian mereka di jurnal profesional, hasilnya harus terlebih dahulu diperiksa oleh ilmuwan lain. Ini disebut peer review. 1a
Seberapa akurat hasil percobaan yang dilakukan oleh kelompok Anda? Dikusikan.
_____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ b
Sarankan satu jenis metode yang dapat membuat hasil percobaan Anda menjadi lebih akurat.
_____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ 2
Secara keseluruhan, hasil percobaan manakah yang paling akurat, dan mengapa?
_____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
88
11 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BATUBARA Berapa banyak kita bergantung pada batu bara sebagai sumber energi? Gambar 1 menunjukkan sumber energi yang digunakan di seluruh dunia pada tahun 2004. Apa sebagian dari sumber energi dunia tahun itu dipasok oleh batu bara? Sangat mudah untuk melihat batubara yang memainkan peran yang sangat penting dalam memasok kebutuhan energi dunia.
Gambar 1 persentase kontribusi dari masing-masing sumber energi untuk jumlah total energi yang digunakan di seluruh dunia pada tahun 2004.
Di Australia, persentase kontribusi dari masing-masing sumber energi sangat berbeda dengan persentase rata-rata di seluruh dunia, yang ditunjukkan pada Gambar 1. Tabel 1 menunjukkan berapa persen energi yang digunakan di Australia pada tahun 2008. Tabel 1 Kontribusi sumber energi yang berbeda dalam penyediaan kebutuhan energi di Australia, 2008 Sumber energi Persentase kontribusi
Minyak
Gas
Batubara
Air (hydroelectric)
Nuklir
Panas bumi/ matahari/angin
Biogas, dll.
30.3
19.8
44.5
0.8
0
0.4
4.2
Sumber data :International Energy Agency (IEA), 2010
Diskusikanlah pertanyaan berikut ini Gunakan data pada Tabel 1 untuk menggambar grafik kolom sumber energi di Australia pada tahun 2008 seperti grafik di atas. Anda tidak perlu menunjukkan angka yang sama pada skala vertikal seperti yang pada Gambar 1. Tampilkan garis datar untuk energi nuklir. Kemudian jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut. 1
Apa sumber energi utama di seluruh dunia pada tahun 2004?__________________________
2
Apa sumber energi utama di Australia pada tahun 2008?__________________________
89
3
Berapa persen dari kebutuhan energi dunia pada tahun 2004 yang dipasok oleh bahan bakar fosil?___________
4
Berapa persentase kebutuhan energy di Australia pada tahun 2008 yang dipasok oleh bahan bakar fosil?___________
5
Berapa persentase kebutuhan energi dunia pada tahun 2004 yang dipasok oleh tenaga air surya, angin dan energi terbarukan lainnya? _______________________________________________
6
Berapa persentase kebutuhan energi di Australia pada tahun 2008 yang dipasok oleh air, surya, angin dan energi terbarukan lainnya? _______________________________________________
7
Apa perbedaan terbesar antara sumber daya energi yang digunakan di Australia dan yang digunakan di seluruh dunia? _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________
8
Apakah Anda berpikir bahwa cukup adil untuk membandingkan data di Australia dengan dunia ketika data tersebut berbeda tahun pengambilannya? Diskusikan _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________
9
Apakah Anda berpikir grafik kolom adalah cara yang paling tepat untuk mewakili data ini? Diskusikan. _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________
10
Apa yang dikhawatirkan dari sumber energi yang digunakan di dunia? _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________
11
Apa yang dikhawatirkan dari sumber energi yang digunakan di Australia? Bagaimana solusinya? _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________
Bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga bakar batubara? Gambar 2 menunjukkan pembangkit listrik berbahan bakar batubara terbesar di Victoria. Menggunakan batubara coklat, yang ditambang di dekatnya. (Untuk mempelajari lebih lanjut tentang batu bara, lihat halaman 48-50.)
Gambar 2 Loy Yang pembangkit listrik berbahan bakar batubara. Tumpukan cerobong tinggi berada di atas tungku. Menara melengkung besar dengan uap mengalir merupakan menara pendingin. FOTO : pembangkit listrik Loy Yang Lihat halaman 67 foto yang lain dari pembangkit listrik ini.
90
Dalam pembangkit listrik berbahan bakar batu bara, batu bara dibakar dalam tungku raksasa. Uap dilewatkan di bawah tekanan melalui pipa yang berada di dalam masing-masing tungku. Uap pada tekanan normal memiliki suhu 100⁰C. Tetapi karena uap berada di bawah tekanan tinggi, dipanaskan sampai suhu yang sangat tinggi (beberapa ratus derajat) di dalam tungku. Oleh karena itu disebut uap panas atau superheated steam. Semakin tinggi suhu gas, semakin cepat partikel gas bergerak. Partikelpartikel bergerak uap panas sangat cepat. (Rata-rata laju aliran uap panas antara 35 dan 100 meter per detik!) Uap panas dipanaskan kembali kemudian diarahkan ke turbin raksasa. Karena uap terkena pada pisau masing-masing turbin dengan kecepatan tinggi dan pada tekanan tinggi, hal tersebut membuat turbin berputar sangat cepat. Hal ini menyebabkan magnet atau kumparan kawat di dalam generator berputar dan menghasilkan arus listrik. Uap yang digunakan, memiliki sedikit energi kinetik dan menjadi lebih dingin pada tekanan yang rendah setelah terkena pisau turbin, kemudian uap dilewatkan melalui menara pendingin besar, untuk mendinginkan kembali. (Hal ini meningkatkan efisiensi proses.) Uap yang telah dinginkemudian diganti dengan air yang murni. (Hal ini membuat uap murni tidak merusak baling-baling turbin.) Setelah didinginkan, uap dimurnikan. Anda dapat melihat menara pendingin pada Gambar 2. Baca keterangan dengan hati-hati untuk mengidentifikasi menara pendingin dan cerobong asap tungku. Gambar 3 menunjukkan seluruh urutan perubahan energi yang terjadi ketika batubara dirubah menjadi listrik.
Gambar 3 menunjukkan seluruh urutan perubahan energi yang terjadi ketika batubara dirubah menjadi listrik.
Apakah yang Anda pikirkan? 1
Berasal dari manakah energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga batubara? __________________
2
Apa perubahan energi yang terjadi di dalam tungku? Tulis kata 'tungku' di atas panah yang sesuai pada Gambar 3.
3
Efisiensi energi dari keseluruhan pembangkit listrik tenaga batubara kurang dari 30%. Ini berarti bahwa kurang dari 30% energi potensial kimia batubara diubah menjadi energi listrik. Sarankan dua macam energi yang akan 'terbuang' dalam pembangkit listrik tenaga batubara. _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________
4
Apakah Anda mengharapkan efisiensi energi secara keseluruhan dari pembangkit listrik tenaga air lebih tinggi , lebih rendah atau sama dengan pembangkit listrik berbahan bakar batubara? Jelaskan jawaban Anda. _____________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________
5
Apa yang keuntungan dan kerugian dari lokasi pembangkit listrik tenaga batubara yang lebih dekat dengan tambang batu bara daripada pengguna listrik tersebut? _____________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________
6
Reaksi kimia yang terjadi ketika batubara terbakar adalah: karbon + oksigen → karbon dioksida Termasuk jenis reaksi apakah? ________________________________________________________________
91
Emisi dari pembangkit listrik tenaga bakar batubara Ketika terjadi pembakaran batu bara di tungku pada pembangkit listrik berbahan bakar batubara, sejumlah gas yang berbeda diproduksi dan terus-menerus dikeluarkan melalui cerobong tinggi di atas setiap tungku. Dua gas utama adalah karbon dioksida dan uap. Uap dihasilkan dari pembakaran batubara basah. Jutaan ton gas rumah kaca ini dihasilkan setiap hari. Namun, batubara juga mengandung senyawa nitrogen dan sulfur. Jadi gas seperti oksida nitra, NO, dan sulfur dioksida, SO2, juga diproduksi. Gas-gas ini bereaksi sangat cepat dengan oksigen di udara dan menghasilkan nitrogen dioksida, NO2 yang berwarna coklat dan sulfur trioksida, SO3. Oksida lain dari nitrogen dan sulfur juga terbentuk, berbagai oksida nitrogen dan sulfur yang pindah ke atmosfer mempunyai rumus umum NOx dan SOx yang disebut 'NOx dan SOX' (lihat Gambar 4).
Karbon dioksida CO2
Air H2O
Nitrit oksida NO
Nitrogen dioksida NO2
Contoh molekul ‘NOX’
Gas utama yang diemisikan
Sulfur dioksida SO2
Sulfur trioksida SO3
Contoh molekul ‘SOX’
Gambar 4 Model molekul dari beberapa gas yang diemisikan oleh pembangkit listrik tenaga batu bara. (Dalam molekul, atom 'bergabung' satu sama lain.) Catatan: Bola hitam merupakan atom karbon, bola biru atom nitrogen, bola kuning atom belerang, dan bola merah atom oksigen.
Apa masalah dari ‘NOX dan SOX’? Anda sudah tahu tentang efek gas rumah kaca di atmosfer. Selain itu, 'NOx dan SOX' juga menimbulkan beberapa masalah besar. • Beracun dan menyebabkan serangan asma bagi penderita asma. • Racun bagi hewan lain dan organisme hidup lainnya. Contohnya, sulfur trioksida dapat memasuki stomata (pori-pori) dalam daun tanaman hijau yang menyebabkan daun berubah menjadi cokelat dan layu • Sebagian besar akan larut dalam air, termasuk dalam kelembaban udara dan membentuk senyawa asam seperti asam nitrat, HNO3, dan asam sulfat, H2SO4. Asam tersebut merupakan asam yang sangat kuat dan berbahaya. Karbon dioksida larut sampai batas tertentu dalam uap air di udara dan menyebabkan air hujan menjadi sedikit asam. Tapi ketika NOx dan SOX juga larut dalam uap air di udara akan menyebabkan hujan asam (salju asam, tergantung pada kondisi cuaca). pHnya sekitar 3 sampai 4.
Apa yang diakibatkan oleh hujan asam? Banyak hutan yang besar, danau besar dan saluran air telah menjadi 'zona mati' karena hujan asam - yaitu, seluruh ekosistem rusak dan mati karena lingkungan menjadi terlalu asam. Lebih buruk lagi, hujan asam yang disebabkan oleh suatu negara bisa berdampak pada negara lain, bahkan yang berada di seberang lautan! Selain itu, hujan asam merusak logam dan perlahan melarutkan bahan bangunan seperti marmer dan batu bata.
Gambar 5 ukiran ini yang rusak karena hujan asam
92
Apakah hanya pembangkit listrik tenaga batubara yang menghasilkan ‘NOX dan SOX’? Pembangkit listrik tenaga batu bara bukan satu-satunya penghasil 'NOx dan SOX'. Kendaraan dan smelter logam (tempat di mana logam diekstraksi dari bijihnya) adalah dua sumber lainnya penghasil gas tersebut yang kemudian mencemari atmosfer. Terdapat pula sumber daya alam lain yang menghasilkan kedua gas tersebut.
Apa yang dilakukan untuk menangani masalah ini? Ketika para ilmuwan meneliti hujan asam dan mengidentifikasi penyebab serta efeknya, sebagian besar negara mulai bertindak untuk mengurangi permasalahan tersebut. Di negara Australia, Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) menetapkan batas untuk emisi gas ini ke udara pada pembangkit listrik berbahan bakar batubara. Sampel udara secara teratur diuji untuk memastikan peraturan ini dipatuhi. Namun, masih banyak pembangkit listrik berbahan bakar batubara di seluruh dunia yang masih mengemisikan sejumlah besar NOx dan SOX dan berkontribusi terhadap produksi hujan asam.
Berapakah persentase efisiensi energi dari pembangkit listrik tenaga batubara? Sebagian besar pembangkit listrik tenaga batubara memiliki persentase efisiensi energi sekitar 30%. Tidak ada energi memiliki efisiensi 100% ketiak mngalami suatu perubahan. Salah satu faktor yang mengakibatkan efisiensi energi rendah dari pembangkit listrik tenaga batubara adalah jumlah energi yang diperlukan untuk menghasilkan energi listrik dari energi potensial kimia dari batubara. Namun, beberapa pembangkit listrik yang dibangun baru-baru ini memiliki persentase efisiensi energi sekitar 50%. Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi ini dicapai dengan menggunakan pipa keramik khusus untuk uap dan tidak menggunakan pipa logam. Hal ini secara signifikan mengurangi jumlah kalor yang dibuang ke lingkungan.
Diskusikanlah pertanyaan berikut ini 1 a Berapa persentase efisiensi energi dari pembangkit listrik tenaga batubara? Sekitar _____% b Berikan satu alasan mengapa persentase efisiensi energinya relatif rendah. _______________________________________________________________________________________________ 2 Sebutkan dua gas utama yang diemisikan oleh pembangkit listrik tenaga batubara? __________________________ 3 a Apa yang dimaksud dengan „NOX and SOX‟? ______________________________________________________ b Jelaskan mengapa 'NOX dan SOX' diproduksi. __________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ c Berikan dua masalah yang timbul dari emisi 'NOx dan SOX' ke atmosfer. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ D Apakah pembangkit listrik tenaga batu bara di Australia diizinkan untuk mengemisikan banyaknya gas tanpa ada batasan? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 4 Manakah gas yang diemisikan oleh pembangkit listrik tenaga batu bara yang diklasifikasikan sebagai gas rumah kaca (ditunjukkan pada Gambar 4) ? Berikan alasan Anda. _______________________________________________________________________________________________ 5 Mengapa pembangkit listrik tenaga batu bara seperti pada Gambar 2, halaman 87, memiliki tumpukan cerobong yang tinggi. _______________________________________________________________________________________________
93
Cari tahu lebih banyak! 1 Apakah ada zat lain yang diemisikan pada pembangkit listrik tenaga batu bara, dan apa masalah yang disebabkannya. 2 'Penangkapan dan penyimpanan karbon' sekarang dianggap menjadi solusi untuk masalah lingkungan yang terkait dengan pembangkit listrik tenaga batu bara. Apa arti dari istilah ini? 3 Apakah pembangkit listrik tenaga batu bara berkontribusi pada pasokan listrik di mana Anda tinggal? Jika demikian, di mana letaknya? Apakah terdapat tambang batubara di dekatnya? Apa jenis batubara yang digunakan dan bagaimana cara menambangnya? 4 Baca artikel tentang energi panas bumi di situs STELR. Apa cara lain untuk memanfaatkan batubara dapat selain dengan cara ditambang dan dibakar?
94
SUMBER ENERGI
Sumber daya energi apa yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik? Apa lagi yang kita butuhkan untuk mendapatkan sumber daya energi ?
IDE – IDE BESAR KAMU DIUTUS UNTUK MENGIKUTI SEMINAR DENGAN TEMA: ‘MEMILIH SUMBER DAYA UNTUK ENERGI MASA DEPAN KITA’ Bagaimana menghasilkan energi dan menggunakannya secara berbeda di masa depan ? Apa yang akan kamu rekomendasikan di seminar, dan mengapa?
95
12 RENCANA SUMBER ENERGI MASA DEPAN KITA Apa saja proyek yang dilibatkan ? Kelompok Anda harus memilih salah satu sumber energi dan menyelidiki aspek-aspek yang berbeda dari sumber daya, melalui internet, website STELR, dan, jika mungkin, dari para ahli di lapangan. Selama kelas, masing-masing kelompok akan dialokasikan sumber energi yang berbeda dengan guru Anda. Anda kemudian akan menyelidiki sumber ini dan memberikan presentasi tentang itu sumber daya energi untuk kelas. Sumber daya energi yang sesuai meliputi: • Panel surya (photovoltaic) untuk menghasilkan listrik
• Surya pemanas
• Pembangkit listrik tenaga panas surya
• Turbin angin
• Pembangkit listrik panas bumi
• Pembangkit listrik tenaga air
• Biogas untuk menghasilkan listrik dan energi panas
• Solar (diesel berasal dari minyak untuk transportasi )
• Sebuah biofuel yang digunakan untuk transportasi
• Pembangkit listrik tenaga pasang surut laut
(seperti bioetanol atau biodiesel) • Pembangkit listrik tenaga Gelombang
• Pembangkit listrik tenaga nuklir
• Pembangkit listrik berbahan bakar batubara
• Pembangkit listrik berbahan bakar gas
Apa yang diperlukan untuk mengetaui tentang sumber daya energi kita? Anda perlu mencari tahu (di mana informasinya tersedia) :
1 Apakah ilmu pengetahuan dan teknologi yang ada dibalik sumber daya? Jika sumber energi menggunakan reaksi kimia atau reaksi nuklir dalam proses, apakah bahan baku sumber energi ini dan apa produk utamanya ? Bagaimana sumber energi ini bekerja? Perangkat apa yang digunakan? Apakah transformasi energi utama dan transfer energi yang terjadi? (Ini harus mencakup diagram alir yang menunjukkan transformasi energi yang terjadi.) Apakah persentase khas keseluruhan efisiensi energi sumber energi ini? Hal ini dapat dijelaskan? Apakah sumber energi ini diklasifikasikan sebagai terbarukan atau tidak terbarukan, dan mengapa?
2 Bagaimanakah sumber energi digunakan? Apakah sumber energi ini digunakan di Australia, dan jika demikian, sampai sejauh mana? (Apakah sumber energinya dalam skala besar, atau hanya digunakan dalam skala kecil ? Dimanakah di Australia itu digunakan - Di sebagian besar Australia, atau hanya di bagian kecil dari Australia) Apakah sumber energi ini digunakan di seluruh dunia dan jika demikian, sampai sejauh mana? Negara-negara utama mana yang menggunakannya? Apakah ada alasan mengapa beberapa negara menggunakannya dan yang lainnya tidak?
3 Apa keuntungan dan kerugian yang ditimbulkan oleh sumber energi ini? • Apakah keuntungan utama menggunakan sumber energi ini? Akankah meningkatkan penggunaan sumber daya dapat membantu memecahkan beberapa masalah lingkungan utama saat ini?
• Masalah kesehatan dan keselamatan apakah yang berhubungan dengan sumber energi ini? • Manfaat dan masalah apakah yang mungkin sumber energi ini berikan kepada masyarakat setempat? • Masalah lingkungan apakah yang terkait dengan sumber energi ini?
96
4 Apakah pandangan masyarakat umum tentang sumber daya ini? • Apakah pandangan anggota masyarakat umum tentang penggunaan sumber daya energi untuk memasok listrik atau energi bentuk lain yang bermanfaat ?
• Apakah pandangan anggota sekolah dan / atau masyarakat setempat pada pengaturan dan penggunaan sumber daya energi untuk memasok listrik atau eneri bentuk lain yang bermanfaat, terutama jika itu harus didirikan di dekat lingkungannya ?
5 Seperti apakah masa depan sumber daya? Apakah sumber energi cenderung menjadi sumber energi yang berguna dan banyak digunakan untuk Australia dan di seluruh dunia di masa depan? Mengapa? Anda juga mungkin berpikir pertanyaan lain yang sesuai dengan sumber daya energi Anda.
Sumber Daya 1 Lihat portal mahasiswa pada website STELR di www.stelr.org.au untuk melihat daftar website yang berguna. 2 Lihat label energi terbarukan untuk informasi tambahan tentang sumber daya energi terbarukan yang berbeda. 3 Lihat brosur informasi latar belakang pada bahan bakar, pembangkit listrik tenaga air dan pembangkit listrik
berbahan
bakar batubara
Bagaimana kita menyampaikan rancangannya ? Anda harus mempertimbangkan berbagai cara untuk mengkomunikasikan informasi anda yang akan menangkap kepentingan audiens. Berikut adalah beberapa contoh: • Gambar digital • Diagram, model, diagram alir dan peta
• Tabel dan data grafik data
• Situs Web
• Klip Video
• Poster
• Rekaman anda sendiri wawancara dan kunjungan lapangan
• Presentasi PowerPoint
Bagaimana proyek tersebut akan dinilai? Lihat dokumen penilaian yang diberikan oleh guru Anda. Semua sumber daya energi memiliki resiko. Pada bulan Agustus 2009, Australia mengalami tumpahan minyak lepas pantai terburuk. Ini adalah tumpahan minyak Montara di lepas pantai utara-barat Australia. Minyak dan gas mengalir tak terkendali ke Laut Timor, sekitar 250 kilometer di lepas pantai, selama 10 minggu.
97
BAGAIMANA ILMUWAN BEKERJA
Ilmuwan ini sedang mengumpulkan dan menguji sampel es. Banyak informasi tentang bumi di masa lalu yang dapat diambil hanya dari es di wilayah kutub, termasuk mengenai kandungan udara di ribuan tahun silam.
IDE BESAR Bagaimana ilmuwan merancang percobaannya? Apa yang lebih penting untuk ilmuwan –imaginasi atau ilmu? Haruskah ilmuwan dibolehkan melakukan apa saja yang dia inginkan? Mengapa kerjaan ilmuwan harus dicek dan dievaluasi?
98
13 BAGAIMANA ILMUWAN BEKERJA? Ketika ilmuwan mengamati atau membaca tentang sesuatu yang memicu rasa ingin tahu mereka, dan apabila mereka ingin menyelidiki lebih lanjut, mereka menggunakan proses penyidikan yang ditunjukkan pada Gambar 1. (Proses ini sering disebut metode ilmiah.) Proses ini yang membedakan ilmuwan dari pseudo-ilmuwan yaitu, orang-orang yang mengaku sebagai ahli dan mempromosikan ide-ide mereka, tetapi tidak menguji ide-ide mereka memberikan suatu bukti.
Gambar 1 Bagaimana ilmuwan bekerja
99
Apa itu hipotesis? Hipotesis adalah penjelasan yang diajukan untuk beberapa fenomena atau peristiwa yang telah diamati. Sebuah hipotesis ilmiah dapat diuji dengan eksperimen. Sebagai contoh, Anda mungkin memperhatikan bahwa benda-benda logam yang berada di air mengalami karat air (seperti 'dimakan') jauh lebih cepat daripada keadaan yang kering. Hipotesis Anda mungkin bahwa air menyebabkan benda logam terkorosi. Kemudian dapat dirancang percobaan untuk menguji apakah air yang menimbulkan korosi pada logam, hal ini dapat diklasifikasikan sebagai hipotesis ilmiah. Misalkan hasil percobaan Anda menunjukkan bahwa kebanyakan logam tidak terkorosi dalam air murni. Ini menimbulkan pertanyaan baru bagi Anda dan itu berarti Anda perlu memodifikasi hipotesis Anda. Anda kemudian perlu untuk merancang percobaan baru untuk menguji hipotesis tersebut. Para ilmuwan biasanya harus memodifikasi hipotesis mereka berkali-kali, setelah terdapat bukti baru yang dikumpulkan oleh mereka atau orang lain. Inilah sebabnya mengapa proses yang digunakan ilmuwan ditunjukkan pada Gambar 1 sebagai loop terus-menerus.
Apa itu teori? Seperti hipotesis, teori adalah penjelasan yang diajukan untuk beberapa fenomena. Sebuah contoh dari teori adalah teori awal bahwa bumi itu datar. Hal ini didasarkan pada pengamatan perilaku air di tempattempat datar Teori ini menyebabkan memperkirakan bahwa jika Anda berlayar cukup jauh dari rumah, Anda akan mencapai tepi Bumi dan jatuh! Beberapa pelaut akan memberontak jika kapten mereka mengusulkan mereka berlayar lebih jauh!
Gambar 2 Jika bumi itu datar. . ..
Setelah teori bumi datar diusulkan, sejumlah filsuf dan ilmuwan berpendapat bahwa teori itu benar. (Filsuf secara harfiah berarti pencinta kebijaksanaan. Filsuf adalah pemikir dari masyarakat.) Mereka mengusulkan teori baru bahwa bumi itu bulat. Hingga terdapat bukti yang tak terbantahkan, termasuk bukti ilmiah untuk mendukung kasus mereka.
Beberapa orang berpikir hipotesis itu hanya nama lain untuk teori. Meskipun terdapat beberapa persamaan diantara hipotesis ilmiah dan teori-teori ilmiah, namun terdapat perbedaan. Hal ini ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Hipotesis ilmiah dan teori Perbandingan
Hipotesis ilmiah
Teori ilmiah
Persamaan
Penjelasan yang diajukan untuk beberapa fenomena.
Penjelasan yang diajukan untuk beberapa fenomena.
Harus direvisi jika ada data baru yang diperoleh dan tidak mendukung.
Harus direvisi jika ada data baru yang diperoleh dan tidak mendukung.
Berdasarkan sejumlah pengamatan.
Berdasarkan sejumlah besar bukti ilmiah yang telah dikumpulkan selama waktu yang panjang.
Perbedaan
100
Merancang pengamatan Jika Anda memiliki pertanyaan atau hipotesis yang akan diuji, langkah-langkah utama yang perlu Anda gunakan berikutnya, yaitu:
1 Tujuan pengamatan Pertama, Anda harus memutuskan dengan tepat apa yang ingin Anda temukan. Ini disebut tujuan percobaan. Tujuan dari penyelidikan harus sangat spesifik dan mencerminkan hipotesis Anda.
2 Identifikasi variabel Apabila Anda telah memutuskan tujuan percobaan, Anda sekarang perlu merencanakan bagaimana Anda akan melakukan percobaan. Pertama, Anda harus mengidentifikasi variabel apa yang akan digunakan dalam percobaan.
Variabel adalah faktor-faktor yang dapat mempengaruhi hasil percobaan. Ini mungkin termasuk faktor-faktor seperti suhu, jumlah cahaya, dan sebagainya.
3 Merancang tes yang adil Sekarang Anda harus merancang satu atau lebih tes yang adil. Dalam tes yang adil, satu variabel pada suatu waktu diuji. Ini disebut variabel uji. Semua variabel lain dikendalikan sehingga mereka tidak berubah. Dengan cara itu mereka tidak dapat mempengaruhi hasil tes. Dengan demikian Anda dapat mengidentifikasi pengaruh variabel uji.
4 Perencanaan untuk memperoleh data yang akurat 1 Ilmuwan selalu melakukan pengukuran yang relevan sehingga mereka memiliki bukti obyektif. Bukti obyektif adalah bukti yang tidak tergantung pada penilaian masyarakat. Bagaimanapun cara pengukurannya, hasilnya harus sama (menggunakan instrumen yang sama). 2 Pekerjaan ilmuwan selalu diperiksa oleh ilmuwan independen lain, sebelum hasil penelitian mereka diterbitkan dalam jurnal profesional. Jika hasil tersebut dianggap akurat, setiap pengukuran yang diambil harus dapat diulangi oleh ilmuwan lain yang melakukan percobaan yang sama untuk memeriksa hasil tersebut. Jadi mereka harus memilih instrumen yang paling akurat untuk melakukan pengukuran mereka. 3 Selain itu, untuk variabel yang diuji, percobaan harus dirancang sedemikian rupa sehingga dihasilkan data yang cukup untuk menarik kesimpulan yang masuk akal tentang pengaruh variabel. Idealnya Anda harus dapat membuat grafik dari data sehingga hubungan pun jelas. (Lihat halaman 99-107.) Semakin besar jumlah data, semakin mudah mengambil kesimpulan. Jadi, Anda perlu memutuskan berapa banyak pengukuran yang perlu Anda ambil, dan cara yang paling akurat untuk mengukurnya.
5 Melakukan penilaian risiko Setelah ilmuwan telah memutuskan penelitian seperti apa yang akan mereka lakukan, berapa banyak pengukurannya dan instrumen yang akan digunakan, mereka berpikir sangat hati-hati tentang apa risiko yang dapat dan bagaimana mereka akan meminimalkan risiko. Untuk melakukan hal ini mereka mengumpulkan informasi tentang risiko yang terkait dengan peralatan dan bahan kimia yang digunakan. Lembar informasi yang tentang bahan kimia disebut data keamanan bahan (Material Safety Data Sheets/MSDS). Mereka kemudian berpikir untuk setiap langkah dan membayangkan kea Material Safety Data Sheetsahan yang dapat terjadi, kemudian memutuskan bagaimana cara menghindari atau mengurangi risiko keamanan yang terlibat. Mereka juga memastikan bahwa apa yang harus dilakukan agar tidak terjadi kecelakaan dan menyiapkan peralatan keselamatan yang dibutuhkan. Ini juga yang harus Anda lakukan.
101
6 Pertimbangan etis Jika ilmuwan melakukan investigasi yang melibatkan pengujian organisme hidup atau virus atau bahkan hanya sampel DNA untuk penelitian medis, kedokteran hewan, biologi atau pertanian, mereka harus mempresentasikan rencana mereka pada komite etik untuk mendapatkan persetujun eksperimen. Demikian juga, apabila menguji zat berbahaya seperti zat radioaktif. Selain itu, itu penting bagi ilmuwan melakukan pendekatan penelitian secara etis. Artinya, mereka harus melaporkan hasil penelitian dengan jujur dan tidak mengubahnya atau menghapus beberapa hasilnyauntuk 'membuktikan' bahwa hipotesis mereka benar. Mereka harus bersedia mengakui jika hipotesis mereka tidak benar atau jika ada kesalahan dalam pekerjaan mereka. Demikian juga, mereka harus memaparkan siapa saja yang membantu penelitian tersebut termasuk riset sebelumnya yang dilakukan oleh ilmuwan lain. Anda juga perlu memastikan izin untuk melakukan percobaan dan melaporkan hasilnya dengan jujur, bahkan jika berbeda dengan apa yang Anda harapkan.
Melakukan penyelidikan Setelah ilmuwan tahu apa yang akan diamati, bagaimana mereka melakukan percobaan dan memiliki izin untuk tempat penelitian, mereka siap untuk benar-benar melakukan percobaan. Anda akan mencoba proses ini sendiri dalam kegiatan praktik berikutnya.
Pengolahan data Umumnya pada tahap ini Anda akan melakukan pengukuran untuk menghitung jumlah dan / atau menggambar grafik. Berikut adalah beberapa saran untuk melakukan perhitungan.
Rekomendasi melakukan perhitungan Perhitungan ditunjukkan dalam bentuk rumus yang pada semua langkah. Dengan cara ini, orang dapat melihat laporan Anda dan dengan lebih mudah mengikuti logika yang telah Anda gunakan. Setiap kesalahan dapat lebih mudah untuk diidentifikasi. Jika diperlukan perhitungan ulang, cara yang paling efisien adalah menunjukkan salah satu perhitungan sampel. Catatan: Jika Anda menghitung rata-rata, tidak perlu mencantumkan seluruh angka yang diperoleh pada perhitungan. Sebagai contoh, jika setiap pengukuran memiliki 2 angka decimal maka rata-rata harus dibulatkan sampai hingga 2 desimal.
Kesimpulan Tugas berikutnya setelah melakukan pengolahan data adalah menarik kesimpulan. Kesimpulan berupa pernyataan dari apa yang Anda temukan. Kesimpulan Anda harus: •
Menjawab tujuan.
•
Didasarkan pada hasil yang diperoleh. Hal ini berlaku jika hasilnya tidak sesuai dengan apa yang diharapkan.
•
Harus mencakup pernyataan apakah sudah sesusi hipotesis atau tidak.
Mengevaluasi percobaan Ini adalah langkah akhir penyelidikan Anda. Anda harus menilai apa yang Anda lakukan. Evaluasi ini harus mencakup: •
Evaluasi hasil. Bagaimana keakuratannya? (Ini termasuk mengidentifikasi sumber kesalahan).
• Evaluasi tahapan percobaan. Ini termasuk mengidentifikasi cara pengujian dan apa yang harus diperbaiki dari cara tersebut.
102
•
Pengujian lebih lanjut dapat dilakukan mendukung kesimpulan atau untuk lebih mengeksplorasi faktor yang terlibat.
Diskusikanlah pertanyaan berikut 1
2
Apa yang dimaksud dengan istilah-istilah berikut? a
Variabel __________________________________________________________________
b
Tes yang adil _______________________________________________________________
Sebutkan perbedaan antara: a
Hipotesis dan hipotesis ilmiah.
____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ b
Hipotesis ilmiah dan teori ilmiah.
______________________________________________________ ______________________________________________________ 3
Jelaskan mengapa ilmuwan: a
Menguji hipotesis dengan melakukan percobaan.
____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ b
Mengidentifikasi variabel dalam penyelidikan.
______________________________________________________ ______________________________________________________ c
Hanya menguji satu variabel pada suatu waktu.
______________________________________________________ ______________________________________________________ d
Mengambil sejumlah pengukuran dan kemudian membuat hasil rata-rata.
______________________________________________________ ______________________________________________________ e
Mengulangi pengukuran dengan menggunakan instrumen yang sama.
______________________________________________________ ______________________________________________________ f
Mengidentifikasi sumber kesalahan dalam percobaan mereka.
103
______________________________________________________ ______________________________________________________ g
Cara mencatat dan melaporkan hasil harus mengikuti kode etik.
______________________________________________________ ______________________________________________________ 4
a
Mengapa ilmuwan menghabiskan banyak waktu membaca makalah penelitian dari ilmuwan lain.
______________________________________________________ ______________________________________________________ b
Jelaskan mengapa para ilmuwan harus memaparkan sumber-sumber pada penelitiannya.
______________________________________________________ ______________________________________________________ 5
Mengapa jurnal profesional mempublikasikan hasil penelitian ilmuwan yang telah diperiksa dan dibuktikan sebagai hasil yang akurat oleh ilmuwan independen.
______________________________________________________ ______________________________________________________ 6
Mengapa ilmuwan harus mendapatkan persetujuan dari komite etik sebelum melakukan banyak percobaan.
______________________________________________________ ______________________________________________________ 7
Pada lingkungan bagaimanakah ilmuwan dapat bekerja (ditunjukkan pada Gambar 3)? Jelaskan jawaban Anda.
______________________________________________________ ______________________________________________________
104
Gambar 3 Melakukan pengujian
12 Perencanaan pengamatan Apa yang Anda amati Apa yang Anda akan amati?
Apa yang akan terjadi? Jelaskan mengapa.
Apa hipotesis Anda?
Apa tujuan pengamatan Anda?
105
Merancang percobaan Variabel apa yang mungkin mempengaruhi hasil pengamatan Anda?
Variabel apa yang akan diujikan?
Bagaimana Anda akan membuat tes yang adil?
Pengamatan dan pengukuran apa yang perlu Anda ambil?
Bagaimana Anda memastikan bahwa pengukuran tersebut akurat?
Perhitungan apa (jika ada) yang akan Anda butuhkan dalam pengamatan?
Resiko apa yang mungkin terjadi dalam pengamatan Anda? Oleh karena itu, apa tindakan pencegahan dankeselamatan yang Anda ambil?
Apa saja bahan dan peralatan yang akan Anda butuhkan?
106
Hasil Bagaimana Anda akan merekam pengamatan dan pengukuran? Desain tabel yang cocok dan menarik dalam jurnal Anda.
Grafik Apa yang dapat Anda gambar dan bagaimana desain yang sesuai untuk menampilkan hasil Anda serta memungkinkan Anda untuk mengidentifikasi pola dan hubungannya?
Dapatkah Anda menggunakan simbol-simbol untuk menghindari penulisan ulang hasil pengamatan Anda? Tulislah pada tabel pengamatan Anda.
Melakukan pengamatan Setelah guru Anda telah menyetujui rencana Anda dan memberikan bahanyang dibutuhkan, lakukan pengamatan. Catat bagaimana Anda melakukan penyelidikan, dalam jurnal Anda. Pastikan untuk menyertakan modifikasi yang anda buat untuk rencana Anda dan alasannya.
Menganalisis hasil pengamatan : kesimpulan Periksa hasil pengamatan Anda. Gunakan untuk menjawab tujuan.
Dari kesimpulan, apakah prediksi dan hipotesis Anda benar? Apakah hipotesis tersebut perlu dimodifikasi? Diskusikan.
Mengevaluasi pengamatan Apakah hasil yang Anda peroleh cukup akurat? Diskusikan.
Bagaimana Anda memodifikasi prosedur untuk membuat hasil pengamatan lebih akurat?
107
Jika Anda diberi kesempatan, apa pengamatan lebih lanjut akan memperkuat hasil yang Anda pelajari pada penelitian ini?
PERCOBAAN 5: KONDISI APA YANG MEMBUAT BATERAI MENGHASILKAN TEGANGAN TERBESAR? Rekan _____________________________________________ Tanggal _____________
Tugasmu Pertimbangkan baterai yang sudah didiskusikan di bagian sebelumnya: ‘Bagaimana ilmuwan bekerja?’ Kalian diminta menyelidiki paling sedikit satu faktor yang mungkin dapat merubah tegangan baterai. Tugas kelas adalah menemukan kondisi yang membuat baterai bisa menghasilkan tegangan terbesarnya. Dalam penyelidikanmu, kalian perlu berpikir mengenai semua variabel yang mungkin bekerja. Kemudian kalian harus memutuskan dengan variabel apa kalian akan bekerja. Hasilnya, kamu mungkin akan bisa memodifikasi pemasangan baterai atau bahkan elektroda jenis apa yang harus digunakan.
Apa yang dilakukan 1
Sebagai kelompok, lewati semua proses pada halaman pertama bagian perencana investigasi (hal 103-104) and jelaskan rencana kalian ke guru.
2 Ketika guru kalian memberikan izin, lakukanlah percobaan dan selesaikan halaman kedua di bagian perencana investigasi. (kalian harus melampirkan hasilnya, dalam bentuk grafik, dll.)
Pertanyaan Diskusi 1
Apakah ada hasil termuan yang mengejutkan kalian? Apa yang kalian harapkan sebelumnya?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 2
Ringkaslah semua kesimpulan dalam kelas kemudian jawablah pertanyaan berikut: Kondisi apa yang membuat baterai menghasilkan tegangan terbesar?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
108
3
Penyelidikan lebih lanjut seperti apa yang dapat menggambarkan kesimpulan kelas lebih baik?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 4
Hasil mana yang dari semua kelompok yang menurut kalian paling baik, mengapa? ________________________________________________________________________________________________
5
Modifikasi apa yang kalian sarankan terhadap perencana investigasi yang telah kalian buat untuk mendapatkan hasil yang lebih baik?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
109
DAYA LISTRIK DAN ENERGI LISTRIK
Apa yang dapat kita kerjakan tanpa listrik? Apa yang harus kita lakukan?
IDE BESAR Apa perbedaan antara energi dan daya? Bagaimana mengukur energi? Bagaimana mengukur daya? Bagaimana kamu mengukur daya dari baterai?
110
15 DAYA DAN ENERGI LISTRIK Apa perbedaan antara daya dan energi? Seringkali istilah daya dan energi ditafsirkan memiliki arti yang sama. Faktanya daya dan energi merupakan dua hal yang berbeda, meskipun keduanya memiliki hubungan satu sama lain. Energi listrik merupakan energi yang dimiliki oleh partikel bermuatan listrik, yang berhubungan dengan arus listrik maupun muatan listrik yang tersimpan. Pada diskusi selanjutnya kita hanya akan membahas energi listrik dalam kaitannya dengan rangkaian listrik. Daya listrik merupakan suatu besaran yang menyatakan berapa banyak energi listrik yang digunakan per detik dalam suatu rangkaian listrik.
Satuan yang digunakan untuk menyatakan energi dan daya Satuan energi dan daya yang biasa digunakan diperlihatkan dalam Tabel 1 dan 2. Hubungan antara satuan tersebut diperlihatkan dalam Gambar 1 dan 2. Tabel 1
Satuan Energi
Satuan
Simbol
Penjelasan
joule
J
Merupakan satuan internasional (SI) untuk energi, sehingga dapat digunakan untuk menyatakan semua bentuk energi.
watt-hour
Wh
Digunakan untuk menyatakan energi listrik 1 watt sama dengan 1 joule/detik dan 1 jam sama dengan 3600 detik, sehingga 1 watt-hour setara dengan 3600 joule
kilowatthour
kWh
Digunakan untuk menyatakan energi listrik dalam jumlah yang lebih besar, seperti listrik di rumah anda. Awalan kilo berarti seribu, sehingga 1 kWh = 1000 Wh
Tabel 2
Satuan Daya
Unit
Symbol
Comment
watt
W
Merupakan satuan internasional (SI) untuk daya listrik. 1 watt = 1 joule/detik.
megawatt
MW
kilowatt
kW
milliwatt
mW
Digunakan untuk menyatakan daya listrik yang dihasilkan oleh kincir angin, stasius pembangkit tenaga listrik dan lainnya. Awalam mega berarti sejuta, sehingga 1 MW = 1.000.000 W. Digunakan untuk menyatakan daya listrik yang dihasilkan oleh sumber listrik yang lebih kecil dari pada stasiun pembangkit tenaga listrik seperti batere berukuran besar. 1 kW = 1000 W. Digunakan untuk menyatakan daya listrik yang dihasilkan oleh alat sederhana seperti panel surya STELR. Awalan mili berarti seper seribu, sehingga 1 mW = 0,001 W.
Gambar 1 Bagaimana mengubah satuan energi dari satu ke yang lain
111
Gambar 2
Bagaimana mengubah satuan dayai dari satu ke yang lain
Menghitung daya dan energi listrik Daya listrik yang dihasilkan oleh suatu sumber listrik dapat dihitung dari voltase sumber listrik, dan arus yang melalui rangkaian listrik:
P = VI dimana
P = daya listrik, dalam watts (W) V = tegangan, dalam volts (V) I = kuat arus listrik, dalam amperes (A)
CATATAN : Jika arus yang dihasilkan sangat kecil, arus dapat dinyatakan dengan satuan miliampere, mA. Pada kasus ini daya akan diukur dengan satuan miliwatt, mW.
Total energi listrik yang ditransformasi dalam suatu rentang waktu dapat dihitung sebagai berikut E = Pt dimana
E = Energi listrik, dalam joules (J) P = daya listrik, dalam watts (W) t = Waktu, dalam seconds (s)
Contoh Perhitungan Suatu model turbin angin dihubungkan dengan rangkaian listrik untuk menyalakan sebuah bola lampu. Amperemeter dan voltmeter ditempatkan seperti pada Gambar 3. Voltase dan arus yang dihasilkan masing-masing 1,66 V dan 24,0 mA.
Gambar 3
a Hitunglah daya yang dihasilkan oleh turbin angin dalam satuan mW.
Solusi:
P = VI
dimana
P = daya listrik, dalam milliwatts V = tegangan = 1.66 V I = kuat arus listrik = 24.0 mA
112
Sehingga P = 1.66 x 24.0 = 66.1 mW Jawab: Daya yang dihasilkan dari model turbin adalah 66.1 mW. b Apabila daya yang dihasilkan oleh turbin stabil selama 10 menit. Berapa total energi listrik yang dihasilkan selama rentang waktu tersebut dalam satuan joule?.
E = Pt
dimana
E = Energi total, dalam joules P = Daya = 66.1 mW = 66.1 ÷ 1000 W = 0.0661 W t = Waktu = 10.0 menit = 10.0 x 60 s = 600 s
Sehingga E = 0.0661 x 600 = 39.7 J Jawab: Energi total listrik yang dihasilkan adalah 39.7 J. Catatan: 1 Tuliskanlah selalu rumus dan angka yang akan kamu masukkan, untuk menghindari kesalahan. 2 Perhatikan konversi satuan, ubahlah dibagian diketahui agar mempermudah penyelesaian. 3 Jika menggunakan kalkulator, jangan tekan tombol clear, agar hasilnya dapat digunakan untuk tahap berikutnya. 4 Lebih baik mengatakan energi yang „terubah‟ daripada energi yang „tersedia‟.
Pertanyaan 1 a
b
Untuk rangkaian pada Gambar 3, pada percobaan lain, tegangan sebesar 1.25 V dan kuat arus listrik sebesar 84.5 mA. Hitunglah daya yang dihasilkan turbin dalam mW
Apabila daya yang dihasilkan oleh turbin stabil selama 2 jam. Berapa total energi listrik yang dihasilkan selama rentang waktu tersebut dalam satuan joule?.
c Gambarkan arah arus listrik pada rangkaian di Gambar 3.
2 Tuliskan simbol untuk: a Amperemeter _______
b Voltmeter _______
c Bola lampu _______
113
AKTIVITAS PERCOBAAN 6: BERAPA ENERGI DAN DAYA YANG DIHASILKAN BATERAI STELR? Rekan _________________________________________________ Tanggal _____________
Pertanyaan Inkuiri Berapa daya listrik yang dihasilkan oleh baterai STELR?
Pendahuluan Pada aktivitas ini, anda akan menyiapkan rangkaian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan mengukur arus serta voltase yang dihasilkan oleh batere STELR untuk lampu pada STELR testing station. Dapat anda lihat dari simbol yang tertera bahwa amperemeter dan voltmeter ditempatkan dalam rangkaian. Pada aktivitas ini anda akan menggunakan sebuah multimeter STELR yang diatur sebagai amperemeter dan multimeter lain yang diatur sebagai voltmeter.
Gambar 1 Rangkaian yang akan digunakan untuk mengukur daya listrik dan energi listrik yang dihasilkan baterai STELR ke lampu pada stasiun uji.
Diagram rangkaian sederhana diperlihatkan pada Gambar 2.
114
Gambar 2 Diagram sederhana untuk rangkaian pada gambar 1.
Perhitungan dalam percobaan Lihat halaman 108 dan 109 untuk perhitungan sederhana.
Bahan yang dibutuhkan • Stasiun uji STELR • 2 x multimeter STELR • Saklar
• baterai STELR • Kabel penghubung yang bisa disambung belakangnya • Stopwatch atau jam
Menilai resiko Baca kenyataan, bayangkan akibat apa yang akan terjadi, dan berpikirlah bagaimana cara menanggulanginya. Sehingga lengkapilah Tabel 1. Tabel 1 Penilaian Resiko
Fakta
Resiko
Penanggulangan
1 Multimeter merupakan alat yang sangat sensitif. Penempatan pada sirkuitnya harus benar (tergantung digunakan sebagai amperemeter atau voltmeter), pertama pasanglah pada pembacaan tertinggi dan matikan setelah digunakan. 2 Peralatan dapat rusak secara permanen jika jatuh atau digunakan secara tidak sesuai. 3 Baterai akan habis jika dibiarkan tertancap di rangkaian.
115
Apa yang harus dilakukan Pertanyaan inkuiri: Berapa daya yang dihasilkan baterai STELR? Instruksi Tabel 2 Instruksi dalam pengukuran daya Cara Kerja
Langkah
Instruksi
1
Rangkai rangkaian sesuai Gambar 1.
2
3
4 5
Jangan nyalakan multimeter dulu – hanya pasangkan saja dengan kabel yang terhubung seperti Gambar 3. Sehingga pada langkah ini multimeter hanya terlihat seperti Gambar 3. Voltmeter dirangkai paralel dengan lampu dan baterai STELR. Pasang voltmeter seperti berikut: Nyalakan voltmeter dengan cara memutar berlawanan arah jarum jam ke angka putih 20. (Hal ini membolehkan pembacaan maksimum hingga 20 V) Amperemeter dirangkai seri dengan lampu dan baterai STELR. Pasang amperemeter seperti berikut: Nyalakan voltmeter dengan cara memutar searah jarum jam ke angka biru 200m. (Hal ini membolehkan pembacaan maksimum hingga 200 mA) Nyalakan saklar dan kunci layar display pada voltmeter dan amperemeter. Catat arus dan voltase saat terbaca stabil, catatlah hasilnya di Tabel 3. Kemudian matikan saklar dan kembalikan voltmeter dan amperemeter ke kondisi OFF. Abaikan rangkaian dan perhatikan arahan dari gurumu.
Figure 3 The STELR multimeter at the OFF position
Hasil dan Perhitungan Tabel 3 Hasil pengukuran
Arus (mA)
Voltase (V)
1 Hitunglah daya listrik dari baterai STELR, dalam milliwatt. (Lihat contoh di halaman108.)
116
2 Hitung energi yang dihasilkan baterai STELR selama 10 menit, anggap daya yang dihasilkan konstan selama waktu tersebut. (lihat contoh di halaman 109.) Berikan jawabanmu dalam satuan joule.
Kesimpulan Apa jawabanmu terhadap pertanyaan inkuiri: Berapa daya yang dihasilkan baterai STELR? __________________
Pertanyaan Diskusi 1 Apakah kamu mengalami kesulitan dalam membaca voltmeter dan amperemeter? Diskusikan.
___________________________________________________________________________________________ 2 Baterai STELR baru seharusnya menghasilkan voltase sebesar 3 V. Berapa voltase yang kamu peroleh dari pengukuran? Berikan penjelasan terkait perbedaan ini.
___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ 3 Apakah kamu pikir akan mendapatkan hasil yang berbeda ketika dihubungkan dengan bel atau kipas pada stasiun uji? Diskusikan.
___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ Jika kamu punya waktu, cobalah. Apakah dugaan kamu benar? Diskusikan.
___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________
117
MENGHUBUNGKAN SUMBER ENERGI
Bagaimana cara mengendarai mobil listrik ini? Adanya Energi listrik yang dipasok oleh satu set baterai isi ulang yang terhubung bersama-sama yang dapat membuat mobil ini dapat beralan
IDE BESAR Mengapa dan bagaimana kita menggunakan baterai? Bagaimana baterai bekerja? Mengapa sebagian besar perangkat membutuhkan lebih dari satu baterai? Apa bedanya bila kita menghubungkan baterai bersama-sama?
118
16 MENGHUBUNGKAN BATERAI Baterai-Mengenal lebih dekat
Baterai dapat memberikan listrik karena pada baterai terkandung dua bahan kimia yang dapat melepaskan elektron yang akan mengalir melalui perantara logam. Elektron adalah partikel yang sangat kecil yang memiliki muatan negatif. Baterai sangat cerdas dirancang. Dua bahan kimia utama di dalamnya disimpan terpisah sehingga elektron akan mengalir melalui sebuah sirkuit.Aliran elektro akan teradi jika ada jalur lengkap antara terminal positif dan negatif pada baterai. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1
Figure 1
Figure 1 Aliran electron didalam sirkuit suatu baterai. Tanda bulatan hitam mengilustrasikan sebuah electron yang bergerak .
Catatan: Baterai tunggal disebut juga sel.
Ini adalah fakta! Lihatlah Gambar 1 dan lihat apakah Anda dapat melihat arah elektron bergerak di sekitar sirkuit.
119
Apakah Anda melihat elektron bepergian dalam arah yang sama - dari terminal negatif dari sel, kemudian melalui kabel, menuju terminal positif sel? Proses inilah yang disebut arus searah, dilambangkan dengan DC. Ahli kimia melihat tentang baterai dari perspektif proses kimia yang terjadi di dalamnya yaitu reaksi redoks Ahli Fisika memikirkan arus listrik dari perspektif yang berbeda. Mereka berbicara tentang apa yang dikenal sebagai arus konvensional, yang dianggap mengalir dalam arah yang berlawanan dengan elektron.
120
Bagaimana kita menghubungkan baterai Baterai biasanya memiliki tegangan 1,5 volt. Masalahnya baterai tunggal tidak memberikan daya listrik yang cukup untuk menjalankan sebagian besar perangkat. Inilah sebabnya mengapa Anda harus menggunakan lebih dari satu sel keperalatan agar dapat bekerja.
Menghubungkan baterai secara seri Jika Anda menghubungkan dua sel baterai tunggal untuk menyalakan lampu di alat pengujian sirkuit STELR seperti terlihat pada Gambar 2 maka baterai tersebut dihubungkan secara seri. Rangkaian seri berarti sel terhubung dari terminal negative satu baterai ke terminal positif baterai lainnya. Arus yang mengalir padarangkaian ini arahnya sama.
Coba ini! Gambarlah panah ke sirkuit untuk menunjukkan arah mana elektron akan mengalir pada sirkuit ini! Apakah semua orang setuju dengan jawaban Anda?
Figure 3 menunjukkan diagram sirkuit pada gambar 2.
Figure 3 Figure 2 Duabaterai dihubungkan secara seri dengan tombol on/of f dan lampu pada peralatan uji STELR
Permasalahan sulit dalam menggunakan baterai yang dirangkai seri yaitu saat menghubungkan kabelnya. Bayangkan kabel berada pada tempat yang tetap! Lebih mudah jika kita menggunakan tempat baterai. Ini alasan baterai STELR dibuat seperti itu. Dalam baterai STELR, terdapat dua baterai tunggal yang terhubung secara seri. Diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4The STELR baterai (dilihat dari atas, dan dari dalam, ketika tutup dibuka.)
121
Menghubungkan baterai STELR dalam rangkaian seri Untuk menghubungkan baterai STELR dalam secara seri, kita menghubungkan terminal negatif baterai pertama ke terminal positif baterai berikutnya, dan seterusnya. Gambar 5 menunjukkan dua baterai STELR Gambar 6 menunjukkan diagram sirkuit Gambar dihubungkan secara seri dengan LAMP di stasiun 5yang disederhanakan pengujian STELR, dan tombol.
Note: This is not a formal circuit diagram!
Gambar 7 menunjukkan simbol yang dapat digunakan untuk dua baterai STELR yang dirangkai secara seri.
Menghubungkan baterai STELR dalam rangkaian parallel
Untuk menghubungkan baterai STELR secara paralel dengan satu sama lain, kita hubungkan secara terpisah sedemikian rupa agar arus mengalir melalui arah yang sama pada komponen lain
122
Gambar 8 menunjukkan dua baterai STELR yang terhubung secara paralel.
Gambar 9 menunjukkan diagram sirkuit sederhana untuk rangkaian pada Gambar 8.
Figure 10 SImbol yang digunakan untuk dua baterai yang
dirangkai secara paralel
123
Pertanyaan dan Diskusi 1 Gambarkan diagram sirkuit sederhana menggunakan simbol sederhana untuk baterai STELR. a Tiga baterai dihubungkan secara seri dengan satu sama lain dan dengan globe dan switch.
b Empat baterai dihubungkan secara seri satu sama lain dengan globe, tombol dan sebuah ampermeter.
2 Gambarkan diagram sirkuit disederhanakan untuk sirkuit berikut, menggunakan simbol sederhana untuk baterai. Didalam setiap kasus, berilah warna yang berbeda bila melalui jalur yang berbeda a Tiga baterai yang terhubung secara paralel satu sama lain dengan lampu dan tombol.
b Tiga baterai yang terhubung secara paralel satu sama lain dengan lampu, saklar dan sebuah ampermeter.
124
KEGIATAN PERCOBAAN 7: MENGHUBUNGKAN BATERAI SECARA SERI DAN PARALEL Teman kelompok _______________________________________ Tanggal _____________ Pertanyaan inkuiri 1 Manakah yang memberikan tegangan terbesar - baterai yang dirangkai secara seri atau paralel? 2 Manakah yang memberikan arus terbesar - baterai yang dirangkai secara seri atau paralel? 3 Manakah yang memberikan energy listrik terbesar - baterai yang dirangkai secara seri atau paralel?
Pengantar Berilah label pada kedua baterai STELR yaitu dengan label A dan B setelah anda melakukan uji tegangan tiap baterai. Bilaanda hubungkan kedua baterai secara seri dan salah satu baterai dihubungkan dengan tombol maka amatilah apa yang terjadi dengan tegangan dan arus Anda kemudian akan melihat apa yang terjadi pada tegangan dan arus
Gambar1. Rangkaian awal
125
Setelah Anda telah mencoba hal diatas maka sekarang cobalah bila Anda merangkai baterai A secara paralel dengan baterai B. Amatilah tegangan yang terjadi
Figure 2 Rangkaian sirkuit pralel
Perhitungan percobaan Catatan: Karena Anda akan diminta untuk menghitung daya listrik padatiga kasus yang berbeda, Anda akan menghitung kekuatan dalam tabel bukan mengatur perhitungan keluar seperti pada contoh di bawah. Contoh ini akan diulangi dalam format tabel dalam tabel itu, untuk membantu memandu Anda.
Contoh perhitungan:
Seorang siswa menyiapkan rangkaian yang ditunjukkan seperti pada Gambar 1.Tegangan akhir yang stabil ditemukan menjadi 3,06 V. Arus stabil terakhir yang teramati adalah 33,3 mA.
126
Berapa daya yang dihasilka baterai STELR ke lampu? Berikan jawaban Anda dalam miliwatt. Gambar 2 Rangkaian untuk mengukur arus, tegangan dan daya di sirkuit dengan rangkaian paralel Jawaban:
P = VI
dimana P = daya listrik, dalam miliwatt V = tegangan = 3.06 V I = arus = 33,3 mA
Maka P = 3,06 x 33,3 = 102 mW Jawaban: Daya yang dihasilkan oleh baterai STELR adalah 102 mW.
127
Memprediksi hasil percobaan Sebelum dimulai: 1
Apa yang akan terjadi terhadap nyala lampu ketika kedua baterai dihubungkan secara seri?Jelaskan alas an Anda
_______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________ 1.
Apa yang akan terjadi terhadap nyala lampu ketika kedua baterai dihubungkan secara paralel?Jelaskan alas an Anda
_____________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________ 2.
Manakah yangmenurut Anda rangkaian yang menghasilkan tegangan paling besar?ataukah tegangan yang dihasilkan besarnya sama?Berapa tegangan yang anda harapkan?jelaskan alas an Anda
_____________________________________________________________________________________________________ 4 Manakah yangmenurut Anda rangkaian yang menghasilkan arus paling besar?ataukah arus yang dihasilkan besarnya sama?Berapa tegangan yang anda harapkan?jelaskan alas an Anda .
_____________________________________________________________________________________________________ 5.
Manakah yangmenurut Anda rangkaian yang menghasilkan daya paling besar?ataukah daya yang dihasilkan besarnya sama?Berapa tegangan yang anda harapkan?jelaskan alas an Anda
_____________________________________________________________________________________________________
Peralatan yang dibutuhkan • stasiun pengujian STELR STELR testing station • 2buah baterai STELR (berlabel A dan B) • 2 buah STELR multimeter • Menghubungkan memimpin dengan pisang 'piggy-back' colokan Connecting leads with „piggy-back‟ banana • Sklar Menilai resiko Menilai risiko Berdasaran fakta, perkirakan oleh anda hal-hal yang dapat menimbulkan resiko serta sarankan oleh anda bagaimana mencegahnya? Oleh karena itu isilah Tabel 1. Tabel 1 Penilaian Risiko Fakta
Apa yang dapat berisiko?
Apa langkah pencegahannya?
1 MUltimeter adalah alat yang sangat sensitif 2 Peralatan dapat rusak bila diperlakukan tidak hati-hati 3 Baterai dapat habis bila digunakan terlalu lama
128
Apa yang dilakukan dan apa yang ditemukan Bagian A Pengujian baterai Petunjuk bagian A Tabel 2 Petunjuk bagian A
Langkah
Cara Kera
1
Hubungkan baterai dengan multimeter yang telah di atur sebagai voltmeter seperti pada Gambar 4 Putar tombol berlawanan arah jarum jam hingga menunjukkan skala 20 (maksimum pembacaan 20V)
Figure 4 Catat tegangan baterai A di Tabel 3, Matikan alat voltmeter stelah pengujian Ulangi langkah 1-2 untuk baterai B. Hasil akhir diaharpkan baterai memiliki tegangan sekitar 3 volts. Jika tidak tanyakan guru anda untuk mengganti dengan baterai cadangan. Tentukan pula tegangannya sebelum melanjutkan kebagian B
2 3 4
Hasil Percobaan A Tabel 3 Hasil percobaan A: Tegangan tiap baterai
Baterai A (volts)
Baterai B (volts)
Tegangan baterai cadangan: ____________
Baterai mana yang digantikan? ___
Bagian B Menghubungkan baterai Pertanyaan inkuiri 1 Manakah yang memberikan tegangan terbesar - baterai yang dirangkai secara seri atau paralel? 2 Manakah yang memberikan arus terbesar - baterai yang dirangkai secara seri atau paralel? 3 Manakah yang memberikan energy listrik terbesar - baterai yang dirangkai secara seri atau paralel? Petunjuk percobaan bagian B Tabel 4 Petunjuk percobaan bagian B
Step
What to do
1 2
Gunakan Baterai A , Buat rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 1 di halaman 119 . Atur voltmeter ke angka 20 ( Hal ini memungkinkan pembacaan maksimum 20 volt) .
129
3
Atur ammeter ke pengaturan 200m . ( Hal ini memungkinkan pembacaan maksimum 200 mA . )
4 5
Hidupkan saklar display pada ammeter dan voltmeter Catat arus dan tegangan saat stabi di tabel ( Tabel 3 di bawah ) . Catat pula redup atau terang lampunya . Matikan saklar. .
6
Rangkaikan baterai A dan B secara seri
7
Ulangi langkah 4 dan 5 dengan dua baterai yang dihubungkan secara seri .
8
Rangkaikan baterai A dan B secara parallel seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 pada halaman 120 . Ulangi langkah 4 dan 5 dengan dua baterai yang dihubungkan secara seri . Rapikan kembali alat setelah digunakansesuai dengan petunjuk guru Anda . Ingatlah untuk mematikan multimeter !
9
Hasil dan perhitungan bagian B Tabel 3 Hasil dan perhitungan bagian B Penyusunan Baterai
Nyala lampu
Tegangan V (V)
Arus I (mA)
Daya P (mW) P=VxI
Satu baterai Dua baterai secara seri Dua baterai secara paralel Perhitungan sederhana (lihat 120)
3.06
33.3
3.06 x 33.3 = 102
Kesimpulan Apa jawaban Anda atas pertanyaan inkuiri 1? Manakah yang memberikan tegangan terbesar – baterai yang dirangkai secara seri atau paralel? ___________________________________________ Apa jawaban Anda atas pertanyaan inkuiri 2? Manakah yang memberikan arus terbesar – baterai yang dirangkai secara seri atau paralel?
__________________________________________________________________________________ Apa jawaban Anda atas pertanyaan inkuiri 3? Manakah yang memberikan daya terbesar – baterai yang dirangkai secara seri atau paralel?
130
__________________________________________________________________________________ Pertanyaan dan diskusi 1 Bandingkan hasil Anda dengan yang diperoleh dengan seluruh kelas. Apakah Anda semua menarik kesimpulan yang sama? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 2. Akah hasil percobaan anda sesuai dengan yang anda prediksikan? diskusikan ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________
3 Apakah nyala lampu berhubungan dengankekuatan tegangan atau arus? Diskusikan . ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 4 Sarankan penjelasan atas apa yang Anda temukan . ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________
5 Identifikasi setidaknya dua sumber kesalahan untuk percobaan ini , yang akan membantu memperhitungkan setiap perbedaan dalam hasil yang diperoleh tiap kelompok-kelompok di dalam kelas . ____________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________
6 Sarankan mengapa pada saat percobaan menggunakan dua baterai dengan tegangan yang sama ___________________________________________________________________________________ 7 Apa yang terjadi jika dua baterai yang dihubungkan secara seri , tapi dari ( + ) ke ( + ) . ___________________________________________________________________________________________
Jika Anda punya waktu , mencoba ini ! Apakah prediksi Anda menjadi kenyataan ? Diskusikan .
131
Turbin Angin
Cuplikan Foto Roaring 40s
Cuplikan Foto The Age
Apakah klaim-klaim ini tentang dampak turbin angin dengan bukti saintifik?
IDE-IDE BESAR Bagaimana turbin angin menyediakan energi listrik? Apakah ada desain yang terbaik untuk turbin angin? Apa saja kelebihan dan kekurangan dari turbin angin? Apakah turbin angin sangat berbahaya bagi burung-burung? 132
17 LADANG ANGIN Pernahkah kalian melihat ladang angin atau turbin-turbin angin? Turbin angin seperti kipas angin raksasa. Ketika angin membuatnya berputar, turbin angin akan menghasilkan listrik. Turbin angin dapat dibuat dalam berbagai ukuran dari kecil yang disimpan di atas atap hingga yang besar seperti yang ditunjukkan di halaman sebelumnya. Sebuah ladang angin adalah seperangkat turbin angin yang dihubungkan bersama untuk memasok listrik ke masyarakat setempat atau ke jaringan listrik untuk populasi yang lebih besar. Banyak terletak di sepanjang garis pantai dimana angin berhembus sangat kuat. Ladang angin The Woolnorth di Tasmania, ditampilkan dalam foto di atas pada halaman 125, dan pada Gambar 1 di bawah ini, adalah contohnya. Mobil putih di bawah salah satu turbin pada Gambar 1, dan hewan ternak diantara turbin-turbin angin, memberikan gambaran tentang ukuran dari turbin angin.
Gambar 1 Sebuah tampilan close-up dari beberapa turbin angin di ladang angin Woolnorth. Perhatikan hewan ternak dan mobil putih! (cuplikan foto dari roaring 40s)
Bagaimana Turbin Angin Bekerja? Turbin angin mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik. Gambar 2 menunjukkan transformasi energi yang terjadi.
133
Gambar 2 Transformasi energi yang terjadi di turbin angin
Tahap-tahap utama yang terlibat dalam turbin angin adalah: TAHAP 1:
Udara yang bergerak mendorong pisau turbin yang miring ke arah angin. Hal ini membuat pisau turbin berputar. Pada tahap ini, sebagian energi kinetik dari udara yang bergerak diubah menjadi energi mekanik dari pisau turbin yang berputar. (Angin masih memiliki beberapa energi kinetik yang mengalir menjauh dari turbin)
TAHAP 2: Poros dan roda gigi di dalam kotak roda gigi menghantarkan energi mekanik dari turbin ke generator. (Roda gigi membuat putaran pada poros generator lebih cepat dibandingkan dengan putaran pada poros yang terhubung dengan pisau turbin) TAHAP 3: Generator mengubah energi mekanik ke energi listrik.
Lihat ini dalam tindakan! Lihatlah animasi ini tentang bagaimana turbin-turbin angin bekerja diWatch this animation on how wind turbines work disediakan oleh Departemen Energi Amerika Serikat http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/wind_animation.html
Gambar 3 memperlihatkan tampilan close-up dari sebuah turbin angin. Lihat www.stelr.org.au/wind-energy/ untuk suatu diagram tentang seperti apa bagian-bagian dalam dari turbin angin ini.
Gambar 3 Tampilan close-up sebuah turbin angin di ladang angin Woolnorth, ketika sedang tidak berputar. (Foto cuplikan dari Roaring 40s)
Apa tempat terbaik untuk menempatkan ladang angin ini? Turbin angin harus, tentu saja, berada dimana ada angin kencang yang stabil – tetapi tidak terlalu kuat karena akan merusak turbin angin itu sendiri. Mereka bekerja dengan efisiensi energi yang memungkinkan mereka yang terbesar, namun, ketika mereka beroperasi di 'halus' udara - yaitu, ketika partikel udara bergerak ke arah yang sama dan tidak berputar di sekitar dan bergerak ke arah yang berbeda. Turbin angin bekerja dengan efisiensi terbesarnya pada saat dioperasikan dalam udara yang „halus‟ yaitu ketika partikel-partikel udara bergerak pada arah yang sama dan tidak berputar-putar dan bergerak pada arah yang berbeda. Jadi, tempat yang ideal untuk turbin angin adalah:
134
Jauh dari gangguan seperti hutan, menara, dan tebing batu. (Hal ini akan menyebabkan udara berputar-putar) Sebisa mungkin di titik tertinggi.
Tempat terbaik adalah di puncak bukit, dimana angin dapat berkumpul dan meningkatkan kecepatannya.
Apakah kamu tahu? Daya Angin Daya yang dihasilkan dari angin adalah sebanding dengan pangkat tiga dari kecepatan angin! Artinya: - Jika kecepatan angin menjadi 2 kali lebih besar, daya yang dihasilkan dari angin menjadi 8 kali lebih besar. - Jika kecepatan angin menjadi 3 kali lebih besar, daya yang dihasilkan dari angin menjadi 27 kali lebih besar. - Jika kecepatan angin menjadi 10 kali lebih besar, daya yang dihasilkan dari angin menjadi 1000 kali lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa seberapa penting kita harus menempatkan turbin angin di tempat yang kecepatan anginnya tinggi.
Apa yang menentukan besarnya daya yang dihasilkan oleh turbin angin? Turbin angin tidak menghasilkan listrik setiap saat. Meskipun angin mungkin tersedia sebanyak 70% dari waktu, seringnya tidak cukup kuat untuk menggerakkan turbin angin pada kapasitas penuh. Gabungan dari ketiadaan angin dan kekuatan angin yang tidak memadai menjelaskan bahwa bahkan di lokasi yang baik, selama satu tahun, menghasilkan hanya 30% dari perhitungan saat angin kuat dan konstan. Jumlah tenaga listrik yang dihasilkan oleh sebuah turbin angin tidak hanya bergantung pada kecepatan angin, dan berapa halus angin tersebut mengalir, tetapi juga berantung pada cara turbin itu dibuat. • Jumlah kipas • Panjang kipas • Bentuk kipas • Berat kipas • Sudut antara kipas dan angin • Ketinggian menara • Roda-roda gigi yang digunakan • Jenis generator yang digunakan • Sistem komputer yang mengontrol pengoperasian turbin dan daya outputnya (dimana ini digunakan)
Apa efisiensi energi dari turbin angin? Sebuah tempat yang baik mungkin memiliki faktor kapasitas 35%. Artinya bahwa turbin angin akan menghasilkan 35% dari kapasitasnya selama satu tahun. Terpisah dari masalah-masalah dengan angin itu sendiri, sebagian energi kinetik angin terbuang percuma, karena faktanya sebagian diubah ke dalam bentuk energi panas (roda gigi dan batang menjadi panas) dan energi bunyi (kipas, roda gigi, dan batang membuat kebisingan ketika berputar). Hal ini dirangkum dalam Gambar 4.
Gambar 4. Sebuah diagram Sankey menunjukkan bagaimana sebagian energi kinetik dari angin diubah ke dalam bentuk-bentuk energi yang tidak berguna.
Apa keuntungan dari turbin angin? Keuntungan utama dari turbin angin, sekalinya dibuat, adalah:The main advantages of wind turbines, once they are built*, are:
135
1 Turbin angin termasuk sumber energi terbaharukan – kita selalu punya angin! 2 Turbin angin tidak melepaskan gas rumah kaca* atau gas polusi lainnya 3 Turbin angin memiliki efisiensi lebih besar dibandingkan kebanyakan PLT yang membakar bahan bakar fosil 4 Turbin angin lebih murah untuk menjalankannya dibanding kebanyak sumber energi lain 5 Turbin angin dapat dibangun di wilayah terpencil dimana sumber energi lain tidak praktis, bahkan di tempat seperti Antartika dan di atas samudera *Gas rumah kaca dan polutan lainnya dihasilkan selama pembuatan, transportasi, dan instalasi turbin angin, tetapi sekalinya beroperasi dalam satu tahun, turbin angin akan memberikan kompensasi yang lebih baik. Secara keseluruhan, turbin angin membantu dalam mengurangi jumlah gas rumah kaca terlepas ke atmosfer.
Gambar 5 memperlihatkan salah satu turbin angin yang dibangun oleh perusahaan asal Australia di Antartika. Kantor pusat perusahaan ini terletak di Darwin.
Gambar 5 Sebuah sumber energi angin-diesel yang dibangun oleh Dr. Alan Langworthy dan perusahaannya, Powercorp Pty. Ltd., di dasar Mawson Antartika. Alan juga telah membangun turbin angin di dasar Murdoch dan Scott. Foto dicuplik dari: Powercorp Pty. Ltd
Apa kerugian dari turbin angin? Beberapa kerugian turbin angin adalah: • Daya listrik yang disediakan bervariasi karena kecepatan angin dan arahnya bervariasi. Kadang kecepatan angin terlalu lambat untuk memulai putaran. Sehingga turbin angin hanya dapat digunakan untuk menyediakan beberapa kebutuhan listrik orang. • Turbin angin dapat dirusakkan oleh angin yang sangat kuat dan juga berkarat oleh garam di udara ketika dekat dengan lautan. • Membutuhkan biaya yang tidak sedikit untuk menghubungkan turbin angin dengan jaringan listrik, karena jaraknya. • Beberapa orang berpikir turbin angin merusak lingkungan. • Turbin angin memerlukan cahaya mengkilat di atasnya untuk memperingatkan pilot yang terbang di atasnya. Orang yang tinggal dekat dengan turbin angin terkadang mengkomplain bahwa kilatan cahaya tersebut mengganggu tiduk mereka. • Kebanyakan negara, kebanyakan turbun angin dibangun di lepas pantai, biasanya karena orang tidak ingin turbin angin ada di tanah mereka. Tempat ini merupakan lokasi yang jauh lebih mahal, karena turbin angin mempunyai harga lebih mahal dalam menginstalnya dan merawatnya, karena masalah-masalah seperti korosi bagian logam oleh air laut dan kerusakan akibat pergerakan tetap dari gelombang dan pasir. Artinya listrik yang dihasilkan jauh lebih mahal daripada listrik yang dihasilkan dengan PLT yang menggunakan batu bara. • Mungkin ada beberapa dampak terhadap populasi burung sekitarnya. (Kamu akan berpikit tentang ini di aktivitas berikutnya)
136
Isu kebisingan Beberapa orang percaya bahwa suara yang dihasilkan turbin angin mengganggun atau bahkan berbahaya. Bagaimanapun, tes yang dilakukan oleh Danish seorang teknisi suara terhadap banyak turbin angin di Denmark telah menunjukkan bahwa kebisingan suara yang terdengar di semua lokasi bergantung pada arah angin dan kecepatannya. Teknisi tersebut melaporkan bahwa mereka sering tidak dapat mendeteksi bunyi di atas tingkat alam normal disekitar wilayah turbin angin. Bahkan ketika terdeteksi pun, tingkat kebisingannya tidak berada di tingkat yang membahayakan pendengaran manusia. Mereka juga menemukan bahwa tidak ada bunyi infrasonik yang dihasilkan oleh turbin angin. Bunyi infrasonik adalah bunyi dengan frekuensi rendah yang tidak dapat didengar oleh manusia. Bunyi ini menyebabkan sejumlah masalah kesehatan.
Apa yang dikatakan komunitas orang sekitar? Banyak komunitas orang sekitar, atau kebanyakan dari orang sekitar turbin angin, sangat bahagia memiliki turbin angin yang dipasang di dekat mereka. Biasanya komunitas pertanian, mendapat keuntungan dari pekerjaan pengembangan tersebut. Disamping itu, turbin angin sering dipasang di atas lahan pertanian dan memberikan petani pendapatan lebih. Sapi dan kambing tetap aman di bawah turbin angin (seperti diperlihatkan pada gambar 1 di halaman 126). Bagaimanapun, komunitas sekitar dapat mengajukan permintaan untuk pemasangan turbin angin di tanah mereka. Argument yang bermunculan adalah: • Potensi kerusakan terhadap situs suci setempat • Efek terhadap pemandangan dan mungkin berdampak pada industri turis lokal di sekitarnya. • Bising • Kemungkinan dampak terhadap lingkungan sekitar, dan pada populasi burung dan hewan lainnya.
Pertanyaan Diskusi
Gambar 6 Pemandangan dari bawah sebuah turbin angin di Woolnorth. Foto dicuplik dari Roaring 40s.
137
1 Mengapa kamu pikir kebanyakan turbin angin dibuat sangat tinggi? _________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ 2 Sebutkan dua alasan kebanyakan negara membangun terus menerus turbin angin? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 3 Apakah kamu tinggal dekat sebuah turbin angin? Jika iya, apa yang kamu pikir jika dekat dengan itu? Jika tidak, bagaimana perasaan mu jika turbin angin dipasangt di dekat rumah mu, bahkan di atas bangunan sekolah? Diskusikan semua ide yang kamu punya dengan teman kelas. Apa sudut pandang mayoritas?
Karir apa! Lihatlah website STELR di www.stelr.org.au/career-profiles dan temukan tentang karir dari spesialis turbin angin: • Cindy Hull – Spesialis avian (burung) ekologis • Maja Barnett – Teknisi pengembangan proyek • Daniel Walsh – Teknisi/ analis angin
138
18 APAKAH LADANG ANGIN SANGAT BERBAHAYA BAGI BURUNG ? Banyak orang menjawab pertanyaan ini berdasarkan perkiraan mereka saja. Merka tidak punya bukti terhadap pendapat mereka sendiri. Seorang peneliti sejati, bagaimanapun, akan mengekspresikan pendapat meraka terhadap sebuah isu jika mereka telah bekerja melalui sebuah proses yang disebut berpikir kritis. Pada aktivitas ini kalian akan menggunakan berpikir kritis untuk mejawab sebuah isu penting tentang ladang angin dan dampaknya terhadap populasi burung.
Apa yang dimaksud berpikir kritis? Berpikir kritis berbeda dengan mengkritik (mencari kesalahan dari sesuatu). Sebaliknya, berpikir kritis berarti memeriksa secara hati-hati dalam hal untuk memahami dan memperbaikinya. Berpikir kritsis merupakan suatu alat yang esensial digunakan oleh orang di banyak disiplin, termasuk sains. Proses dari berpikir kritis termasuk:
•
Mencari fakta yang relevan
•
Berpikir tentang bagaimana dan mengapa sesuatu bisa muncul.
•
Memperhitungkan konsekuensi yang mungkin terjadi.
•
Mempertimbangkan bagaimana itu bisa cocok dengan gambaran yang lebih luas.
•
Mengidentifikasi setiap bias atau prasangka yang mungkin ada, termasuk diri sendiri.
Kasus kelangkaan burung beo oranye
Gambar 1: Burung beo oranye yang langka
Di tahun 2006, proposal pembuatan ladang angin dihentikan secara besar-besaran di Victoria oleh menteri lingkungan Australia, Senator Ian Campbell, hal ini di dasari oleh kelangkaan burung beo orange yang di klaim memiliki jalur penerbangan di tempat yang diinginkan menjadi ladang angin akan. Senator Campbell memberikan pernyataan: “Berdasarkan informasi yang di sampaikan pada saya mengenai burung beo oranye, saya telah memutuskan untuk tidak memberikan izin kepada ladang angin Bald Hills. Saya mengerti bahwa ini akan menimbulkan dampak ketidak setujuan dari para pendukung ladang angin, namun sangat jelas untuk saya dari membaca laporan ini bahwa setiap tindakan pencegahan harus diambil untuk menjaga keberadaan burung langka ini.” Hal ini memicu debat publik. 52 turbin ladang angin telah di berikan izin oleh pemerintah Victoria dua tahun lalu. Dalam sebuah wawancara dengan ABC, Menteri perncanaan Victoria, Rob Hulls, menyebutkan laporan mengenai dampak kolektif dari ladang angin pada beberapa spesies burunga yang terancam di Australia, yang didasarkan keputusan. Dia mengkalim bahwa itu merupakan keputusan politis yang mengabaikan bukti yang disajikan dalam laporan.
139
Dalam wawancaranya bersama ABC, Hulls berkata: “Laporan aktual mnyatakan bahwa tidak ada satu burung beo oranye ditemukan di dekat tempat ladang angin BaldHills yang diajukan. Paling-paling, ilmuwan menemukan catatan sejarah beberapa penampakan dan beberapa daerah pencarian makan potensial 10 sampai 35 kilometer jauhnya.”
Lihat beberapa laporan online mengenai debat ini! http://www.theage.com.au/articles/2006/04/05/1143916574751.html
http://www.abc.net.au/worldtoday/content/2006/s1610250.htm Setelah beberapa bulan, keputusan dibatalkan. Banyak anggota masyarakat umum yang marah ladang angin bisa terus berdiri. Mereka masih percaya bahwa burung tidak dapat melihat pisau turbin berputar, dan burung dapat tercincang olehnya.
Apakah pendapat mereka dibenarkan?
Apa yang harus dilakukan Tahap 1 Mengetahui Fakta Cari dari internet dan sumber lainnya untuk mendapatlkan jawaban dari pertanyaan di bawah ini. Mungkin akan membantu jika membatasi pencarian di sumber US atau Australia untuk mendapatkan informasi. Beberapa situs web yang mungkin tercantum di bawah ini. 1
Untuk tipe 1 MW atau turbin yang lebih besar di ladang angin,berapa rata-rata rotasi pisau turbin per menitnya? Seberapa tinggi pisau tersebut dari tanah? Bagaimana lebar dan tingginya?
2
Berapa banyak burung yang mati setiap tahunnya akibat terbang kedalam bangunan?
3
Berapa banyak burung yang mati setiap tahunnya akibat dari tertabrak mobil?
4
Berapa banyak burung yang terbunuh setiap tahunnya oleh kucing?
5
Berapa banyak burung yang terbunuh setiap tahunnya akibat turbin angin?
6
Berapa banyak pejalan kaki yang meninggal tiap tahunnya akibat kecelakaan jalan raya?
Sumber Web Berikut adalah daftar beberapa website yang berguna untuk membantu menjawab pertanyaan-pertanyaan ini. Anda juga didorong untuk menemukan sumber-sumber lain. Selalu dianjurkan untuk menggunakan situs-situs dari sumber terpercaya, seperti situs web pemerintah, organisasi ilmiah yang diakui seperti CSIRO, diakui ahli di lapangan, dan layanan berita yang disegani seperti ABC dan BBC. (Anda mungkin berpikir tentang mengapa hal ini dianjurkan) •
http://www.omafra.gov.on.ca/english/engineer/facts/03-047.htm
•
http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine
•
http://www.walkinginfo.org/facts/facts.cfm
•
http://www.currykerlinger.com/birds.htm
•
http://science.howstuffworks.com/environmental/green-science/wind-turbine-kill-birds.htm
Tahap 2 Merefleksikan fakta, menilai sikap anda dan menarik kesimpulan Pertanyaan-pertanyaan berikut akan membantu anda untuk melalui proses ini. 1
Haruskah mobil dilarang karena pejalan kaki dan burung secara tidak sengaja ditabrak oleh mereka?
2
Haruskah kucing di larang?
3
Haruskah turbin angin dilarang?
4
Apakah jawaban anda mengenai pertanyaan ini dipengaruhi oleh pengalaman pribadi anda atau opini dari orang lain? Bagaimana mereka mempengaruhi anda?
5
Apa konsekuensi yang mungkin jika tidak ada seorangpun yang diizinkan untuk mempunyai mobil atau memelihara kucing?
6
Mengapa anda berfikir pertanyaan yang ditanyakan adalah kasus dari kematian burung dan kematian pejalan kaki?
7
Klaim yang dibuat banyak orang bahwa burung dapat tercincang seperti nyata, tetapi apakah itu didukung oleh bukti yang anda temukan dalam penelusuran ini?
8
Apa fakta lain yang membantu anda mengerti mengapa menteri membuat keputusan ini?
140
9
Apakah mungkin jika larangan ini dilanjutkan, burung beo oranye dapat diselamatkan dari kepunahan?
10
Apakah konsekuensi yang mungkin jika turbin angin di larang di Australia?
141
AKTIVITAS PRAKTIK 8: BERAPA BANYAK PISAU YANG HARUS DIMILIKI SEBUAH TURBIN ANGIN? Rekan Kerja _________________________________________________ Tanggal _____________
Pertanyaan Inkuiri 1 Apakah daya listrik dialirkan oleh model turbin angin STELR yang beroperasi dengan 6 pisau 2 Apakah hubungan diantara jumlah pisau pada model turbin angin STELR dan daya listrik yang dialirkannya? 3 Berapa banyak pisau yang dibutuhkan untuk menghasilkan daya listrik terbaik?
Pendahuluan Anda akan merangkai sirkuit dengan model turbin angin STELR seperti yang tampak pada gambar 1.
Gambar 1 Sirkuit yang digunakan untuk menentukan daya daya listrik yang dialirkan oleh turbin angin model STELR. Angin akan diproduksi dari oleh rangkaian kipas angin di dekat turbin.
Di gambar 1, jejak penuntun yang pergi dari turbin angin ke lampu pada stasiun pengujian STELR kemudian ke ammeter (multimeter STELR pada pengaturan ammeter), kemudian kembali ke turbin angin. Anda dapat melihat mereka membentuk lingkaran. Karena mereka semua berada dalam bagian yang sama sepanjang jalan dan mengalir bersama, maka mereka dihubungkan secara seri satu sama lain. Perhatikan voltmeter (multimeter STLER pada pengaturan voltmeter) hanya terhubung di lampu pada lingkaran kecil yang terpisah. Ini mengartikan bahwa hubungannya paralel dengan lampu. Gambar 2 pada halaman 134 menunjukkan diagram sirkuit untuk diagram ini.
142
Gambar 2 diagram sirkuit untuk sirkuit yang tampak di Gambar 1.
Perhitungan pada percobaan ini Karena anda akan diminta untuk menghitung daya listrik yang dialirkan pada lima kasus yang berbeda, anda hanya perlu untuk melakukan satu kali perhitungan. Perhitungan yang tersisa akan diselesaikan dalam sebuah tabel. Rumus yang akan Anda gunakan adalah: P = VI
dimana P = daya listrik, dalam milliwat (mW) V = voltase, dalam volts (V) I = arus, dalam milliampere (mA)
Contoh perhitungan: Seorang siswa merancang sirkuit seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1 dan 2. Turbin angin tersebut mempunyai 12 pisau. Tegangan stabil akhir ditemukan menjadi 1,72 V. Arus akhir yang stabil saat ini adalah 26,2 mA. Apakah daya sedang dialirkan oleh model turbin angin? Berikan jawaban Anda dalam miliwatt. Solusi: P = VI
dimana
P = daya listrik, in milliwat
V = voltase = 1.72 V I = arus = 26.2 mA Karena P
= 1.72 x 26.2 = 45.1 mW
Jawaban: Daya yang dialirkan oleh turbin angin model sebesar 45.1mW.
Memprediksi hasil dari percobaan ini Sebelum anda memulai, prediksi apa yang akan terjadi pada daya yang dikirim oleh turbin angin model karena jumlah pisau menurun. Jelaskan pendapat anda. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
Variabel apa yang terlibat? Buatlah daftar faktor yang anda pikir dapat mempengaruhi hasil penelitian ini. Yang manakah variabel tes? Tandai pada daftar. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
143
Apa yang anda butuhkan • • • • •
stasiun pengujian STELR model 2 buah multimeter STELR konektor penghubung kipas angin tiga kecepatan (seperti kipas STELR) kertas catatan dan grafik program (opsional)
• turbin angin model STELR • statif penegak • 12 buah pisau turbin dengan ukuran 150 mm • alat ukur atau meteran
Menilai risiko Bacalah peristiwa berikut, bayangkan apa yang bisa menyebabkan kerusakan, dan fikirkanapa yang dapat Anda lakukan untuk mencegah masalah tersebut. Oleh karena itu lengkapi Tabel 1. Tabel 1 Menilai Risiko
Peristiwa
Apa yang mungkin menjadi risiko?
Tindakan pencegahan apa yang akan diambil?
1 turbin angin model dapat rusak jika salah penanganan. 2 Memasukkan pisau ke celah turbin angin model, atau menarik mereka keluar, bisa menyebabkan pecah serta cedera tangan. 3 Jika pisau tidak dimasukkan dengan pas ke celah, mereka dapat melayang dengan kecepatan tinggi sementara turbin berputar, dan menyebabkan cedera mata. 4 Sebuah kipas angin listrik dengan putaran cepatakan digunakan dalam percobaan ini.
Apa yang harus di lakukan dan apa yang anda temukan BAGIAN A Menguji dengan 6 pisau Pertanyaan inkuiri 1: Apakah daya listrik dialirkan oleh turin angin STELR model yang beroperasi dengan 6 pisau? Perunjuk untuk Bagian A Tabel 2 Petunjuk utuk Bagian A
Tahap
Apa yang dilakukan
1
Pastikan 6 pisau terikat kuat di pusat turbin dan semua terletak pada 45 ⁰ ke muka poros, seperti di Gambar 3.
Bagaimana melakukannya
Kemudian tegakkan turbin angin model gengan posisi berdiri, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Pastikan bahwa pisau terikat kuat pada poros motor dan anda menggunakan batang bawah, seperti terlihat pada Gambar 1 dan 4, yang berarti model dari turbin angin akan tetap.
2
Hubungkan rangkaian seperti yang pada Gambar 1, dengan colokan dimasukkan ke dalam alas lampu dari stasiun pengujian STELR.
Figure 3 These blades have been set into the hub at the same angle (45 ⁰).
144
3
Tempatkan kipas tiga kecepatan di bangku sehingga bagian depan kipas terpisah dengaj jarak 50 cm dari bagian depan poros turbin angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Jangan matikan kipas angin!
4
JANGAN MERUBAH JARAK ANTARA KIPAS ANGIN DAN TURBIN SELAMA PERCOBAAN! Naik turunkan turbin sehingga pusat poros turbin berada pada tinggi yang sam dengan pusat poros kipas angin. Ini mengartikan bahwa kedua poros harus berada pada garis yang sama satu sama lain seperti pada Gambar 4.
Figure 4 The correct relative positions of the fan and the turbine
5 6
Atur ammeter menjadi 200m. (Maksimum pembacaan ameter pada 200mA) Atur voltmetrer menjadi 20. (Maksimum pembacaan voltmeter pada 20 V.)
7
Sudahkah gurumu mengecek rangkaian alat?
8 9
Ketika guru telah mengizinkan, nyalakan kipas angin ke kecepatan maksimum. Catat arus dan voltase ketika didapatkan pembacaan yang tetap dalam tabel hasil percobaan (Tabel 3 dibawah). Kemudian matikan kipas dan kembalukan ameter dan itmeter pada posisi OFF. TETAP JAGA RANGKAIAN TANPA MENGUBAHNYA, SIAPKAN UNTUK BAGIAN B!
Hasil untuk bagian A Tabel 3 Hasil untuk Bagian Part A
Arus (nilai arus akhir yang konstan) (mA)
Voltage (nilai voltase akhir yang konstan) (V)
Perhitungan untuk Bagian A Hitung nilai daya listrik yang dihasilkan oleh model turbin angin STELR dalam miliwatt. (Lihat contoh perhitungan pada bagian pendahuluan, halaman 134)
Kesimpulan untuk Bagian A Apa jawaban anda untuk pertanyaan inkuiri nomor 1: Apakah arus listrik dialirkan dari model turbin angin STELR yang beroperasi dengan 6 pisau? __________________
145
146
Pertanyaan Diskusi untuk Bagian A 1 Apakah anda memiliki kesulitan dalam menjalankan percobaan ini? Jika ya, bagaimana anda menyelesaikannya?
___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ 2 Apa yang anda fikirkanmengenai jumlah daya listrik yang dihasilkan jika kipas diatur dalam kecepatan medium jika dibandingkan dengan kecepatan tinggi? Jika anda memiliki waktu, uji apakah prediksi anda tersebut benar!
___________________________________________________________________________________________ BAGIAN B Mencoba dengan Jumlah Pisau Lain
Pertanyaan Inkuiri 2: Apakah hubungan antara jumlah pisau turbin angin STELR model dengan jumlah daya listrik yang dihasilkan? Pertanyaan Inkuiri 3: Berapa banyak pisau yang dapat menghasilkan daya listrik terbaik?
Petunjuk untuk Bagian B Tabel 4 Petunjuk untuk Bagian B Tahapan Apa yang dilakukan
1
2
3 4
Hati-hati melepaskan poros dari motor penggerak turbin. Longgarkan pisau sedikit dengan memutar sekrup. Tambahkan enam pisau ke dalam posos sehingga anda memiliki 12 pisau yang sama persis, sudut antar pisau masih ditetapkan pada 45 °. Kemudian kencangkan sekrup sehingga pisau yang dipegang kuat lagi. Masukkan poros dan pisau kembali ke batang turbin seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Pastikan bahwa poros terikat kuat pada batang. Atur ulang ammeter dan volt meter seperti pada bagian A. Nyalakan kipas pada kecepatan tertinggi. Catat arus dan voltase pada tabel ketika pembacaan sudah stabil. (Tabel 5 dibawah) Ulangi Tahap 1 dan 2 untuk jumlah pisau yang berbeda. Sudut antar pisau tetap diatur pada 45°. Bongkar sesuai dengan petunjuk guru anda. Anda kemudian akan mengolah hasil percobaan dan mendiskusikannya dengan kelas.
Hasil untuk Bagian B Masukkan hasil percobaan dan lakukan perhitungan pada Tabel 5. Contoh perhitungan ditampilkan pada tabel. Sebagai alternatif dapat menggunakan lembar kerja. Tabel 5 Hasil dan Perhitungan untuk BAGIAN B Jumlah pisau turbin
Voltase V (V)
Arus I (mA)
Daya listrik P P=VxI (mW)
Contoh perhitungan
1.2
39
1.2 x 39 = 47
(dari halaman 134) 12 6 (dari Bagian A) 4 3 2
147
Grafik dari bagian A dan B Gunakan kertas grafik untuk menggambar grafik daya listrik terhadap jumlah pisau turbin. (Atau menggunakan program grafik.) Untuk menggambar grafik Anda harus terlebih dahulu menyelesaikan tabel nilai. Karena jumlah pisau turbin yang digunakan merupakan variabel independen, sehingga akan berada di sumbu horisontal. Lengkapi Tabel 6 dari jawaban anda pada Tabel 5. Hati-hati untuk mengisi pada jumlah pisau yang tepat!! Tabel 6 Tabel nilai untuk grafik daya listrik terhadap jumlah pisau turbin Jumlah pisau turbin
2
3
4
6
12
Daya listrik (mW) Sekarang buat grafik berdasarkan skala yang diinginkan. Jangan gabungkan titik-titik pada grafik! Mengapa titik-titik pada grafik tidak di gabungkan? Grafik hanya dapat digabungkan bila anda memiliki nilai-nilai yang berhubungan. Sebagai contoh, anda memiliki panjang pecahan dan bilangan bulat diantara pengukuran yang anda lakukan. Panjang disebut juga kuantitas berkelanjutan. Daya listrik juga disebut kuantitas berkelanjutan. Namun, anda tidak dapat mempunyai setengah pisau turbin atau pecahan lainnya dari pisau turbin! Jika anda ingin menghubungkan titik-titik pada grafik, mengimplikasikan bahwa anda mempunyai pecahan dari pisu turbin. Jumlah pisau mendeskripsikan kuantitas diskrit
Anda masih dapat menggunakan posisi dari titik-titik grafik untuk memutuskan apakah masih terdapat pola atau hubungan antara jumlah pisau dan daya listrik yang dihasilkan.
Kasimpulan Berdasarkan grafik yang anda gambar, apa jawaban anda untuk pertanyaan inkuiri nomor 2: Apa hubungan antara jumlah pisau pada model turbin angin STELR terhadap daya listrik yang dialirkan? _________________________________________________________________________________________________ Dari grafik yang anda gambar, apa jawaban anda untuk pertanyaan inkuiri no. 3: Berapa banyak pisau yang dibutuhkan untuk menghasilkan daya listrik terbaik? _________
Pertanyaan Diskusi 1 Apakah prediksi yang anda buat di awal eksperimen ini menjadi kenyataan? Atau apakah anda terkejut dengan hasil percobaan untuk model turbin ini? Dapatkah anda menjelaskan alasan mengapa prediksi anda jadi kenyataan ataupun tidak menjadi kenyataan? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________
2 Apakah semua kelompok di kelas setuju dengan jumlah pisau yang terbaik dalam menyalurkan arus listrik?? _________ Jika tidak, identifikasi minimal dua sumber kesalahan untuk eksperimen ini, yang manakah dari sumber tadi yang dapat membantu menjelaskan perbedaan hasil? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________
148
3 Buat daftar variabel yang dikendalikan selama melakukan eksperimen. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ b Apakah ada variabel lain yang mungkin mempengaruhi hasil, yang tidak dikendalikan? Jika demikian, menyatakan apa variabel tersebut dan jelaskan apa pengaruh mereka sehingga bisa mempengaruhi hasil. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 4 Apakah anda berfikir bahwa hasil akan sama jika set pisau berukuran lebih pendek dari set pisau yang digunakan dalam percobaan ini? Diskusikan. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 5 Apakah anda berfikir hasil percobaan akan sama jika sudut antar pisau dirubah dari sudut yang digunakan dalam percobaan ini? Diskusikan. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 6 Sarankan mengapa anda tidak menguji jumlah pisau turbin sebanyak 1, 5 atau 7 pisau? ____________________________________________________________________________________________________ 7 Sarankan mengapa turbin angin besar biasanya mempunyai 3 pisau? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 8 Pertanyaan apa mengenai turbin angin yang anda punya setelah percobaan ini? Apa lagi yang dapat anda uji? Dan bagai mana anda menyusun percobannya? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________
Apakah anda mengetahui? Ada desain turbin angin lainnya yang menggunakan jumlah pisau berbeda, seperti yang ditunjukkan gambar 5.
Cari tahu! Berapa banyak pisau yang digunakan dalam turbin angin berukuran kecil, seperti yang digunakan kapal pesiar lautan?? Mengapa jumlah pisau berbeda digunakan oleh turbin angin yang lebih kecil?
Gambar 5
149
AKTIVITAS PRAKTIK 9: PANJANG PISAU TERBAIK MANA YANG DAPAT DIGUNAKAN OLEH TURBIN ANGIN? Rekan kerja _____________________________________________ Tanggal _____________
Tugas anda Anda akan menelusuri pisau dengan panjang yang berbeda dari tiga jenis pisau yang dapat menyalurkan daya listrik terbaik pada turbin angin model SETLR. Untuk mengerjakan aktivitas ini, anda akan menuliskan juga pengalaman yang didapatkan di Aktivitas Praktik 8. Dalam penelusuran anda, anda harus memutuskan: • Apa hipotesis anda dan apa yang anda harapkan dari penelusuran ini. • Variabel lain apa yang dapat mempengaruhi dan bagaimana anda mengontrolnya agar tidak mempengaruhi hasil uji. • Apa dan berapa banyak jumlah pengukuran yang anda butuhkan untuk mendapatkan kesimpulan yang beralasan.
Apa yang harus dilakukan 1 Dalam kelompok, bekerja berurutan mulai halaman pertama rencana penelusuran pada halaman 103-104 dan presentasikan rencana anda kepada guru. 2 Ketika guru memberikan anda izin, jalankan percobaan dan mulai bekerja. Lengkapi halaman ke dua dari rencana penelusuran. (Anda perlu melampirkan hasil percobaan seperti grafik dan lainnya
Pertanyaan diskusi 1
Apakah anda menemukan sesuatu yang mengejutkan dalam percobaan ini? Dapatkah anda menjelaskan apa yang anda temukan?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 2
Rangkum kesimpulan yang diambil oleh kelas secara keseluruhan dan jawab pertanyaan inkuiri berikut: Berapa panjang pisau terbaik untuk model STELR turbin angin?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 3
Modifikasi apa yang ingin anda buat dalam melakukan eksperimen berdasarkan pengalaman anda?
________________________________________________________________________________________ 4 Investigasi lebih lanjut apa yang yang dapat membantu membuat keputusan kelas lebih reliabel?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 5
Apa dampak dari temuan anda untuk turbin angin komersial? Diskusikan.
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 150
SEL SURYA
Panel surya di Jerman – Salah satu negara yang menggunakan panel surya secara ekstensif, meskipun Jerman lebih sedikit bermatahari daripada Australia.
IDE BESAR Bagaimana panel surya bekerja? Bukankah panel surya ada dimana-mana sekarang? Apa keuntungan dan kerugian dari panel surya? Apakah pengaruh dari cara sel-sel surya terhubung dalam panel surya? Bagaimana cara kamu mendapatkan daya terbesar dari panel surya?
151
19 SEL SURYA DAN PANEL SURYA Apa itu sel surya dan panel surya dan susunan surya? Sebuah sel surya, juga dikenal sebagai sel fotovoltaik atau sel PV, adalah sebuah alat yang mengubah energi matahari langsung menjadi energi listrik. Energi matahari adalah energi yang kita terima dari Matahari. Sebuah panel surya terdiri dari satu set sel surya dihubungkan secara seri dan / atau paralel untuk menghasilkan tegangan dan arus yang diinginkan. Sel surya diatur dalam bingkai. Sebuah susunan surya (juga dikenal sebagai susunan sel PV) diatur dari panel surya yang terhubung dalam kotak seperti di Gambar 1. Susunan surya digunakan pada atap bangunan, termasuk rumah dan sekolah, untuk membantu memenuhi kebutuhan energi mereka.
Gambar 1 Array surya di atap Mossman State High School, Queensland. Sekolah STELR ini merupakan bagian dari National Solar Sekolah Program Australia (NSSP).
Kadang-kadang array surya dapat menghasilkan listrik lebih banyak dari yang dibutuhkan. Energi listrik kelebihan yang dihasilkan dapat dijual kembali ke jaringan listrik, ketika tata surya terhubung ke dalamnya.
Memenuhi permintaan dunia untuk tenaga listrik Permintaan global untuk tenaga listrik meningkat sepanjang waktu. Pada tahun 2006 sekitar 16 TWe, hal ini diperkirakan akan meningkat menjadi sekitar 18 TWe di tahun 2030. (Lihat Tabel 1 di halaman berikut untuk belajar tentang unit ini daya listrik.) Apakah Anda tahu bahwa permintaan global ini dapat dipenuhi oleh panel surya yang dipasang meliputi bidang yang ditampilkan sebagai daerah hitam dalam peta ini?
152
Gambar 2 Sebuah peta dunia, warna untuk menunjukkan berapa banyak tenaga surya mencapai permukaan bumi di setiap daerah, diukur dalam watt per meter persegi.
Tentang peta ini • Tenaga surya adalah jumlah energi matahari yang dikirimkan per detik. Nilai dari 250 watt per meter persegi berarti setiap meter persegi permukaan di daerah yang menerima 250 watt tenaga surya (yaitu 250 joule energi surya per detik). • Simbol “Σ• = 18 TWe” berarti bahwa jumlah total tenaga listrik yang akan Anda dapatkan dari semua panel surya yang mencakup semua 'spot area hitam' akan menjadi 18 terawatts. (Lihat Tabel 1 di bawah ini untuk informasi lebih lanjut tentang unit ini pengukuran.) • Nilai-nilai tenaga surya di peta adalah nilai rata-rata yang diambil dari bacaan selama periode 1991-1993, selama 24 jam sehari. Mereka memperhitungkan pengaruh awan selama periode tersebut. Untuk klaim ini, diasumsikan bahwa panel surya yang menutupi 'titik hitam' wilayah dunia pada Gambar 2 akan beroperasi pada efisiensi energi 8%. Dengan kata lain, hanya 8% dari energi cahaya yang mencapai panel akan diubah menjadi energi listrik. (Sisa 92% dari energi cahaya akan diubah menjadi energi panas.) Ini adalah nilai khas untuk efisiensi energi persentase panel surya berbasis silikon, meskipun teknologi baru telah mencapai efisiensi yang lebih besar. Tiga negara khususnya telah mengambil kemampuan sel surya untuk memenuhi kebutuhan energi mereka sangat serius, dan memiliki area yang luas ditutupi oleh panel surya, jauh lebih dari semua negara lainnya digabungkan. Mereka adalah Jerman, Jepang dan Amerika Serikat.
Apa itu Twe? Ini adalah satuan dari daya listrik dijelaskan dalam Tabel 1. Tabel 1 Ukuran satuan dari daya listrik Satuan daya listrik
Simbol
Nilai relatif
Biasanya digunakan untuk mengukur
watt
W
Daya listrik yang diperlukan untuk menjalankan peralatan rumah tangga seperti bola lampu dan oven microwave
kilowatt
kW
Sama dengan 1 joule dari energi listrik tersedia per detik. Satuan ini merupakan satuan standar internasional untuk daya. 1 kW = 1000 W
megawatt
MW
1 MW = 1 000 000 W 6
= 10 W terawatt
TW Or TWe
1 TW = 1 000 000 000 000 W = 10
12
W
153
Daya listrik yang disampaikan oleh sumber energi skala kecil, seperti array surya Daya listrik yang disampaikan oleh sumber energi skala besar, seperti pembangkit listrik berbahan bakar batubara Total daya listrik tuntutan seluruh dunia. Catatan: • Huruf kecil 'e' di TWe sering digunakan untuk membedakan daya listrik dari bentuk daya lainnya, seperti tenaga surya. • Awalan 'tera' berasal dari kata Yunani yang berarti 'rakasa'.
Bagaimana sel solar bekerja? Sel surya mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Hal ini dapat direpresentasikan sebagai berikut:
Energi Cahaya → Energi Listrik Tahap-tahap utama yang terlibat adalah: TAHAP 1: Cahaya terdiri dari paket-paket energi yang disebut foton. Ketika foton menyinari sel surya, mereka diserap oleh sel. Hal ini menyebabkan sel melepaskan elektron. TAHAP 2: Elektron yang dibebaskan masuk kabel dan berjalandi sirkuit listrik. Arus listrik yang dihasilkan adalah dalam bentuk arus searah (DC). Semakin intens cahaya, semakin besar jumlah elektron dibebaskan per detik dan semakin besar jumlah daya listrik yang dihasilkan.
154
Bagaimana sistem surya atap terpasang? Sebuah sistem surya atap adalah nama yang diberikan ke susunan surya di atap bangunan, bersama dengan sirkuit listrik yang harus dibentuk untuk menghubungkan susunan surya ke sirkuit listrik di dalam gedung. Arus listrik yang dihasilkan oleh sel surya adalah arus searah. Namun, peralatan listrik beroperasi pada arus bolak-balik (AC), arus yang terus-menerus beralih arah ketika mengalir. Untuk alasan ini sebuah perangkat yang dikenal sebagai inverter harus dimasukkan ke dalam sistem surya atap untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik. Hal ini biasanya terletak di sebelah kotak meter, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
← Tiang listrik
Gambar 3 Bagaimana susunan sel PV (surya) dan inverter yang terhubung ke kabel rumah tangga
Energi listrik yang dihasilkan yang tidak diperlukan pada saat itu dapat : 1 „Tersimpan‟ dalam sebuah bank baterai yang dihubungkan ke dalam sistem surya, sehingga akan tersedia untuk malam hari, 2 „Diumpankan‟ ke dalam jaringan listrik (jika bangunan terhubung menjadi satu). Ketika sebuah bangunan di daerah terpencil, dan tidak terhubung ke jaringan listrik, bank baterai diperlukan untuk menyimpan energi listrik untuk malam hari, ketika panel surya tidak bisa menghasilkan listrik. Baterai menyimpan energi listrik dengan mengubahnya menjadi energi potensial kimia. Bila daya baterai sudah terhubung ke rangkaian listrik lengkap, seperti ketika lampu dinyalakan, energi potensial kimia berubah kembali menjadi energi listrik. Ketika energi listrik dimasukkan kembali ke jaringan listrik, meteran mengukur energi listrik yang telah disediakan.
Temukan bagaimana sel surya membuat perbedaan di negara-negara Dunia Ketiga Kunjungi: www.stelr.org.au/rsolar-electricity dan klik pada Case Study: “Lighting The World”. Temukan bagaimana beberapa teknisi Australia membuat perbedaan besar dengan lampu cahayanya.
Temukan bagaimana sistem atap surya membantu negara-negara menjadi lebih hijau Pergi ke bagian yang sama di website STELR dan klik pada Studi Kasus: "Greener Cities". Cari tahu bagaimana salah satu aktor Australia yang paling terkenal dan beberapa bangunan ikonik sekarang membantu mengurangi emisi rumah kaca
Cari tahu bagaimana energi surya dapat terkonsentrasi dan tersimpan Pergi ke bagian yang sama di website STELR dan klik pada studi kasus pada mengkonsentrasikan dan menyimpan energi surya.
155
Jenis-jenis sel surya Bagaimana sel surya sebenarnya bekerja, tergantung pada apakah itu adalah sel surya berbasis silikon atau jenis lain dari sel surya, seperti sel surya organik (yang terbuat dari plastik), atau sel surya tersentisisasi zat warna (juga dikenal sebagai sel Grätzel). Berbagai tim peneliti di seluruh dunia sedang melakukan beberapa penelitian yang sangat menarik dengan menggunakan desain yang berbeda dan teknologi yang berbeda, termasuk nanoteknologi, dengan harapan mengembangkan sel surya yang tidak hanya murah, tetapi juga: • Lebih efisien (mengubah lebih banyak proporsi energi dari matahari ke energi listrik) • Lebih ramah lingkungan (terbuat dari bahan yang lebih tidak berbahaya, mengkonsumsi lebih sedikit sumber daya bumi, menghasilkan lebih sedikit limbah saat produksi) • Dapat digunakan dalam berbagai aplikasi yang lebih luas Beberapa proyek penelitian melibatkan pengembangan fleksibel, sel surya ringan yang dapat menjadi bagian dari pakaian atau tas yang digunakan oleh orang-orang seperti pejalan kaki dan pekerja lapangan. Lainnya yaitu melibatkan pengembangan jendela dan atap yang dapat bertindak sebagai panel surya. Kita hanya akan membahas sel surya berbasis silikon konvensional di sini, karena ini merupakan sel surya utama yang digunakan di seluruh dunia saat ini.
Sel surya berbasis silikon Sel surya berbasis silikon tidak semua sama. Ada beberapa jenis yang berbeda, dan peneliti sedang mengembangkan teknologi baru setiap saat dalam rangka meningkatkan efisiensi energi mereka. Apa yang mereka lakukan memiliki kesamaan, bagaimanapun, adalah bahwa materi yang melepaskan elektron ketika cahaya bersinar di atasnya sebagian besar terbuat dari unsur silikon. Ini adalah unsur yang sangat berlimpah di Bumi. Pasir, misalnya, terbuat dari silikon. Salah satu jenis sel surya berbasis silikon memiliki dua lapisan wafer-tipis silikon terjepit bersama-sama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 di dalam satu jenis sel surya berbasis silikon.
Dua lapisan silikon dapat kalian lihat dalam sel pada Gambar 4 keduanya terbuat dari silikon yang sangat murni. Dari dua lapisan, lapisan atas adalah yang terkena cahaya. Lapisan ini terdiri dari bahan yang melepaskan elektron ketika menyerap energi cahaya.
Lihat sel surya berbasis silikon dalam tindakan!
156
Kunjungi www.stelr.org.au/solar-electricity dan klik pada link ke film tentang bagaimana sel surya berbasis silikon bekerja.
Apa sajakah keuntungan dan kerugian dari panel? Terangkum semua dalam Tabel 2 Tabel 2 Beberapa keuntungan dan kerugian dari panel surya
Keuntungan Mereka adalah sumber daya energi terbarukan. Energi matahari akan tersedia selama jutaan tahun, dan ada lebih dari cukup untuk memasok semua kebutuhan energi dunia. Energi matahari gratis dan panel surya memiliki umur panjang. (Mereka bisa bertahan sampai 50 tahun.) Oleh karena itu mereka adalah investasi jangka panjang yang baik. Ketika operasi, panel surya tidak menghasilkan gas rumah kaca atau polutan lainnya. Dan karena mereka tahan sampai 50 tahun, panel surya akan mengkompensasi emisi gas rumah kaca yang dilepasnya ketika saat pembuatannya, terutama saat menggantikan bentuk polusi pencahayaan seperti lampu minyak tanah. Berkerja tanpa suara Dapat digunakan di daerah terpencil, dimana tida ada akses untuk jaringan listrik. Energi panas juga dihasilkan yang dapat digunakan untuk memanaskan air.
Kerugian Jumlah daya listrik yang dihasilkan bervariasi sepanjang waktu, karena perubahan posisi Matahari di langit, perubahan awan, debu, dan sebagainya. Mereka mahal untuk dipasang. Banyak orang yang tidak mampu untuk itu.
Panel surya berbasis silikon mengandung material beracun, dan energi diperlukan untuk mengekstrak dan membawa bahan material, dan untuk membuat, membawa, dan memasang panel tersebut, dengan kata lain gas rumah kaca dan polutan lainnya dihasilkan setiap tahap. Beberapa orang tidak suka penampakannya di atap. Tidak menghasilkan listrik pada malam hari, dimana waktu disaat listrik sedang banyak dibutuhkan. Efisiensi energinya rendah
Diskusikan! Diskusikan satu atau lebih dari topik berikut: 1 Setiap bangunan di Australia, termasuk rumah, harus memasang sistem sel surya di tahun 2020. 2 Bangsa-bangsa di dunia harus menandatangani persetujuan terkait seluruh pembangkit listrik menggunakan energi matahari di tahun 2050. 3 Semua kendaraan harus menggunakan tenaga surya. 4 Lebih baik memiliki jendela tenaga surya daripada atap sistem surya.
Karir! Masuk ke halaman karir di website STELR untuk melihat profil karir: • Nicole Kuepper, melakukan riset tentang teknologi baru sel surya •Chris Wilson, berperan dalam pemasangan atap bersistem sel surya di atas bangunan besar.
Temukan lebih! Sistem termal surya lebih efisien dibandingkan sel surya PV, sehingga dirasa pilihan yang lebih baik untuk energi masa depan daripada sel surya PV. Gunakan internet untuk menemukan lebih tentang sel surya organik atau sel surya tersentisisasi zat warna (disebut juga sel Grätzel). Temukanlah informasi seperti: Cara kerjanya, cara menggunakannya, dan pengembangannya saat ini.
157
AKTIVITAS PERCOBAAN 10: BERAPA DAYA YANG DAPAT KAMU HASILKAN DARI SEL SURYA? Rekan _________________________________________________ Tanggal _____________ Aktivitas di kelas, semua kelompok akan menyelidiki pertanyaan inkuiri pertama. Kemudian beberapa kelompok akan menyelidiki pertanyaan inkuiri 2 dan sisanya pertanyaan inkuiri 3. Kalian akan melaporkan hasilnya di depan kelas dan membandingkannya dengan yang lain. Pertanyaan Inkuiri 1 Berapa daya listrik yang dihasilkan sel surya STELR? 2 Berapa daya listrik yang dihasilkan sel surya STELR dimana keempat sel dihubungkan seri? 3 Berapa daya listrik yang dihasilkan sel surya STELR dimana keempat sel dihubungkan paralel?
Pendahuluan Gambar 1 menunjukkan panel surya STELR. Terdiri dari 4 sel surya. Pada aktifitas kali ini, kalian akan mengukur daya yang dihasilkan oleh satu sel saja, kemudian keempat sel yang terhubung (baik seri atau paralel).
Gambar 1 panel surya STELR. Diagram di tengah menunjukkan bagaimana susunan sel nya.Sesuai simbol, colokan merah yaitu terminal positif dan yang hitam terminal negatif.
Untuk menjawab pertanyaan inkuiri 1, kalian akan memasang rangkaian sesuai dengan Gambar 2. Rangkaian termasuk lampu yang berada pada stasiun uji.
Gambar 2 Diagram rangkaian sederhana untuk mengukur daya yang dihasilkan satu sel.
158
Untuk menjawab Pertanyaan Inkuiri 2, kelompok kelas dalam kelompok A akan merangkai rangkaian seperti diperlihatkan pada Gambar 3, dimana empat sel dihubungkan secara seri.
Gambar 3 Diagram sirkuit disederhanakan menunjukkan sirkuit yang diperlukan untuk mengukur daya yang dikirim oleh panel surya STELR di mana empat sel surya dihubungkan secara seri.
Untuk menjawab Pertanyaan Inkuiri 3, kelompok kelas dalam kelompok B akan merangkai rangkaian yang diperlihatkan pada Gambar 4, dimana empat sel surya dihubungkan paralel.
Gambar 4 Diagram sirkuit disederhanakan menunjukkan sirkuit yang diperlukan untuk mengukur daya yang dikirim oleh panel surya STELR di mana empat sel surya yang terhubung secara paralel.
Perhitungan dalam percobaan ini Pada aktivitas ini kamu akan secara langsung menghitung daya listrik dalam miliwatt, seperti ditunjukkan di bawah ini. P = VI
diaman P = daya listrik, dalam milliwatts (mW) V = voltase, in volts (V) I = arus listrik, dalam milliamps (mA)
Perhitungan sampel: Siswa memasang sirkuit seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 2. Voltase akhir yang teramati adalah 0,48 V. Arus listrik akhir adalah 27.1 mA. What power was being delivered by the solar cell? Give your answer in milliwatts.
Penyelesaian: P = VI
diaman
P = daya listrik, dalam milliwatts
V = voltase = 0.48 V I = arus listrik = 27.1 mA Sehingga P = 0.48 x 27.1 = 13 mW Jawaban: Daya yang dihasilkan oleh model turbin angin adalah 13 mW.The power delivered by the model wind turbine was 13 mW.
159
Prediksi hasil dari percobaan ini Sebelum dimulai, perkirakan apa yang akan terjadi pada daya listrik yang dihasilkan panel surya. Lingkari respon hasil yang sesuai dengan perkiraanmu. A
Panel surya yang terhubung seri akan menghasilkan daya listik 4 kali lebih besar daripada sel tunggal.
B
Panel surya yang dihubungkan seri akan menghasilkan daya listrik lebih besar daripada sel tunggal, tetapi tidak 4 kali
lebih besar. C
Panel surya yang terhubung paralel akan menghasilkan 4 kali daya listrik sel tunggal.
D
Panel surya yang terhubung paralel akan menghasilkan daya lebih besar dibandingkan oleh satu sel, tetapi tidak empat
kali lebih besar. E
Panel surya yang terhubung seri akan menghasilkan daya terbesar, diikuti dengan panel surya yang terhubung paralel, kemudian sel tunggal.
F
Panel surya yang terhubung paralel aka menghasilkan daya listrik terbesar, diikuti oleh panel surya yang terhubung seri, kemduian sel tunggal. G
Panel surya terhubung paralel akan menghasilkan daya yang sama dengan yang terhubung seri.
Jelaskan alasanmu. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
Variabel-variabel apa saja? Susunlah faktor yang mempengaruhi hasil percobaan. Mana dari semua variabel yang merupakan variabel uji? Berikan tanda. _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________
Apa yang dibutuhkan • Stasiun uji STELR • 2 x multimeter STELR • 2 x lampu
• Panel surya STELR • Kabel penghubung dengan colokan tumpangan dibelakangnya • Power pack
Penilaian resiko Membaca fakta-fakta, bayangkan apa yang bisa menyebabkan kerusakan, dan memikirkan apa yang dapat Anda lakukan untuk mencegah masalah itu. Oleh karena itu lengkap Tabel 1. Tabel 1 Penilaian resiko
Fakta
Apa yang mungkin jadi resiko?
1 Multimeter merupakan instrumen digital yang sangat sensitif. 2 Panel surya dapat patah jika salah penanganan. 3 Lampu sumber menjadi sangat panas.
160
Apa penanganan yang dapat dilakukan?
4 Lampu dihubungkan ke power pack, yang telah terhubung ke colokan listrik.
Apa yang harus dilakukan dan apa yang harus diamati Bagian 1: MENGUJI SATU SEL SURYA Instruksi untuk kelompok A dan B Pertanyaan inkuiri pertama adalah: Pertanyaan inkuiri 1: Berapa daya listrik yang dialirkan oleh sel surya STELR? Gambar 2 dan 5 menunjukkan sirkuit yang harus dirangkai.
Gambar 5 Sirkuit untuk mengukur daya listrik yang dialirkan oleh satu sel surya. Untuk menyederhanakan diagram, hanya simbil ampermeter dan voltmeter yang ditunjukkkan.
Tabel 2 Instruksi untuk kelompok A dan B Tahap Apa yang dilakukan 1
Bagaimana melakukannya
Masukkan dua kabel merah ke dalam lubah merah sel 1, dan dua kabel hitam ke dalam lubang hitam sel 1, seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Kedua kabel yang di atas akan dihubungkan dengan voltmeter. Kedua kabel di bawah akan dihubungkan dengan stasiun uji dan amperemeter.
Gambar 6
2
Rangkai sirkuit sepeti pada Gambar 5, dengan kabel dimasukkan ke dalam lubang yang bertuliskan LAMP di stasiun uji.
3
Hubungkan dua lampu ke power supply, dan tempatkan kedua lampu sehingga kedua lampu tersebut menyinari semua sel pada panel surya. Hati-hati jangan menggerakkan lampu atau panel surya pada tahap ini dan tahap lainnya pada percobaan
161
4
5
(Berpikirlah kenapa ini sangat penting!) Telusurilah kabel-kabel dengan jarimu untuk memastikan bahwa kamu telah membuat dua jalur yang berbeda: • Satu jalur dari terminal merah sel surya ke lampu di stasiun uji kemudian ke amperemeter kemudian ke terminal hitam di sel surya. • Jalur yang lainnya hanya loop kecil yang menghubungkan sel surya dengan voltmeter. Set the ammeter to the 200m setting. (This allows a maximum reading of 200 mA.)
6
Set voltmeter ke angka 20. (Hal ini menunjukkan bahwa maksimum pembacaan adalah 20 V)
7
Pastikan gurumu telah mengecek rangkaianmu.
8
Nyalakan lampu. Tunggu hingga angka amperemeter dan voltmeter stabil, kemudian rekam hasilnya pada Tabel 3 di bawah. Jangan ubah rangkaian atau memindahkan panel surya atau lampu. Kamu akan menggunakannya dalam tahap selanjutnya pada percobaan ini. Tetapi matikan lampu, amperemeter, dan voltmeter. BAHAYA: Lampu mungkin akan sangat panas!
Hasil dan perhitungan untuk kelompok A dan B Masukkan hasilmu ke dalam Tabel3 dan kemudian hitung daya yang dialirkan, seperti ditunjukkan pada contoh. Tabel 3 Hasil dan perhitungan untuk pengujian satu sel surya Voltase V (V) 0.48
Kuat Arus I (mA)
Daya Listrik P P=VxI (mW)
27
0.48 x 27 = 13
(Contoh dari Hal 148)
Kesimpulan untuk kelompok A dan B Apa jawabanmu terhadap pertanyaan inkuiri 1: Berapa daya listrik yang dialirkan oleh sel surya STELR?__________
162
BAGIAN 2: MENGUJI PANEL SURYA HANYA Kelompok A Instruksi untuk kelompok A Pertanyaan inkuiri kedua adalah: Pertanyaan inkuiri 2: Berapa daya listrik yang dialirkan oleh sebuah panel surya STELR dimana empat sel surya dihubungkan secara seri? Gambar 3 (Hal 148) dan Gambar 7 memperlihatkan rangkaian Kelompok A yang akan digunakan sekarang.
Gambar 7 Rangkaian untuk mengukur daya yang dialirkan oleh sel surya yang dihubungkan seri. Untuk menyederhanakan diagram, hanya simbil amperemeter dan voltmeter yang ditunjukkan.
Tabel 4 Instruksi untuk Kelompok A
Tahap 1
2
Apa yang dilakukan
Bagaimana melakukannya
Tandai posisi dari panel surya di atas meja, kemudian pindahkan secara hati-hati dari rangkaian sehingga kamu dapat menghubungkan semua sel. Tetapi tinggalkan kabel merah yang terhubung ke lubang merah pada sel 1. Seperti diperlihatkan pada Gambar 8, sekarang hubungkan terminal (-) dari sel 1 ke terminal (+) sel 2. Kemudian hubungkan kabel lainnya ke terminal (-) sel 2, Siap untuk menghubungkan yang selanjutnya.
Gambar 8
163
3
Seperti diperlihatkan pada Gambar 9, hubungkan terminal (-) dari sel 2 ke terminal (+) sel 3, kemudian hubungkan kabel lainnya ke terminal (-) sel 3, siap untuk menghubungkan yang selanjutnya.
4
Seperti diperlihatkan pada Gambar 10, hubungkan terminal (-) sel 3 ke terminal (+) sel 4. Kemudian hubungkan kabel hitam ke terminal (-) sel 4.
Gambar 9
SEKARANG KAMU TELAH MERANGKAI PANEL SURYA SECARA SERI. INGAT BAHWA TERMINAL DIHUBUNGKAN DARI (-) KE (+) DARI SEL SATU KE SEL BERIKUTNYA.
Gambar 10
5
Hubungkan panel surya ke dalam rangkaian seperti diperlihatkan pada Gambar 7. Pertama selesaikanlah rangkaian yang terdapat panel surya, amperemeter, dan LAMP. Kemudian hubungkan dengan voltmeter melewati panel surya.
6
Pastikan bahwa panel surya dan lampu berada di posisi yang sama dengan sebelumnya! Telusuri kabel dengan jarimu untuk memastikan bahwa kamu telah membuat dua jalur yang berbeda: • Satu jalur dari terminal merah sel 1 pada panel surya ke LAMP di stasiun uji ke amperemeter kemudian ke terminal hitam sel 4 pada panel surya. • Jalur lainnya merupakan sebuah loop kecil yang menghubungkan panel surya dengan voltmeter.
7
Set amperemeter ke penyetelan 200m. (Ini memperbolehkan pembacaan maksimum hingga 200 mA)
8
Set voltmeter ke penyetelan 20. (Ini memperbolehkan pembacaan maksimum hingga 20 V)
9
Pastikan gurumu telah mengecek rangkaianmu.
10
Nyalakan lampu. Tunggu hingga angka pada amperemeter dan voltmeter stabil, kemudian catat di Tabel 5 di halaman berikutnya.
Kemudian matikan lampu, voltmeter, dan amperemeter dan perhatikan arahan guru selanjutnya. BAHAYA: Lampu mungkin akan sangat panas!
164
Hasil dan perhitungan untuk Kelompok A Masukin hasil ke dalam Tabel 3 dan kemudian hitung daya yang dialirkan di kolom pertama. Tabel 3 Hasil dan perhitungan untuk Kelompok A, ketika empat sel surya dihubungkan seri Voltase V (V)
Kuat Arus I (mA)
Daya Listrik P P=VxI (mW)
Kesimpulan Kelompok Apa jawabanmu terhadap pertanyaan inkuiri 2: Berapa daya listrik yang dialirkan oleh panel surya STELR dimana empat sel dihubungkan seri?
________________________
HANYA Kelompok B Instruksi untuk Kelompok B Pertanyaan inkuiri kedua adalah: Pertanyaan inkuiri 3: Berapa daya listrik yang dialirkan oleh panel surya STELR dimana empat sel surya dihubungkan paralel? Gambar 4 (Hal 158) memperlihatkan rangkaian Kelompok B yang akan digunakan sekarang.
Gambar 11 Rangkaian untuk mengukur daya yang dialirkan oleh sel surya yang dihubungkan paralel. Untuk menyederhanakan diagram, hanya simbol amperemeter dan voltmeter yang diperlihatkan.
165
Tabel 6 Instruksi untuk Kelompok B
Tahap
Apa yang dilakukan
Bagaimana melakukannya
1
Tandai posisi panel surya di atas meja, kemudian pindahkan dari rangkaian secara hati-hati sehingga kamu bisa menghubungkan sel surya satu sama lainnya.
2
Seperti ditunjukkan oleh kabel merah di Gambar 12, hubungkan terminal (+) sel 1 ke terminal (+) sel 2. Kemudian hubungkan kabel merah lain ke terminal (+) sel 2, siap untuk hubungan selanjutnya. Ulangi hal ini untuk terminal (-) dari kedua sel ini, seperti diperlihatkan oleh kabel kuning dalam Gambar 12.
Figure 12
3
Seperti diperlihatkan oleh kabel merah dalam Gambar 13, hubungkan terminal (+) sel 2 ke terminal (+) sel 3. Kemudian hubungkan kabel merah lain ke terminal (+) sel 3, siap untuk hubungan selanjutnya.
Ulangi hal ini untuk terminal (-) dari sel 2 dan 3, seperti diperlihatkan dalam Gambar 13.
Figure 13
4
Seperti diperlihatkan oleh kabel merah dalam Gambar 14, hubungkan terminal (+) sel 3 ke terminal (+0 sel 4. Kemudian hubungkan kabel merah lain dari terminal (+) sel 4. Hubungkan terminal (-) sel 3 ke terminal (-) sel 4 dengan sebuah kabel kuning. Kemudian hubungkan kabel hitam ke terminal (-) sel 4 (di atas kabel kuning yang masuk duluan).
SEKARANG KAMU TELAH MENGHUBUNGKAN PANEL SURYA SECARA PARALEL. INGAT BAHWA TERMINAL DIHUBUNGKAN DARI (+) KE (+), DAN (-) KE (-), DARI SEL SATU KE SEL BERIKUTNYA.
5
Figure 14
Hubungkan panel surya ke dalam rangkaian seperti diperlihatkan dalam Gambar 11. Pertama, selesaikanlah rangkaian yang mengandung panel surya, ampermeter, dan LAMP. Kemudian selesaikanlah lintasan kedua yang menghubungkan panel surya dengan voltmeter.
6
Pastikan panel surya dan lampu tetap di posisi yang sama dengan sebelumnya! Telusuri kabel dengan jari untuk memastikan bahwa kamu telah membuat dua jalur yang berbeda: • Satu jalur dari terminal merah sel 4 pada panel surya ke LAMP di stasiun uji ke amperemeter kemudian ke terminal hitam sel 4 pada panel surya.
7
• Jalur lain menghubungkan panel surya dengan voltmeter. Set ampermeter ke penyetelan 200m. (Ini memperbolehkan pembacaan maksimum hingga 200 mA)
8
Set voltmeter ke penyetelan 20. (Ini memperbolehkan pembacaan maksimum hingga 20 V)
166
Pastikan gurumu telah mengecek rangkaianmu.
9
Nyalakan lampu.
10
Tunggu hingga amperemeter dan voltmeter menunjukkan angka yang stabil, kemudian catat hasilnya dalam Tabel 5 di halaman berikutnya. Kemudian matikan lampu, voltmeter, dan amperemeter, kemudian tunggu arahan guru berikutnya. BAHAYA: Lampu mungkin akan sangat panas!
Hasil dan perhitungan Kelompok B Masukkan hasil kamu ke dalam Tabel 7 dan kemudian hitung daya yang dialirkan, seperti ditunjukkan dalam contoh. Tabel 7 Hasil dan perhitungan Kelompok B, ketika empat sel dihubungkan paralel Voltase V (V)
Kuat Arus I (mA)
Daya Listrik P P=VxI (mW)
Kesimpulan Kelompok B Apa jawabanmu terhadap pertanyaan inkuiri 3: Berapa daya listrik yang dialirkan panel surya STELR ketika empat sel dihubungkan secara paralel? _____________________
Pertanyaan Diskusi 1 Rangkum semua hasil di kelas dalam Tabel 8. Tabel 8 Rangkuman hasil kelas Kelompok
Anggota Kelompok
Daya listrik yang dialirkan oleh satu sel
Daya listrik yang dialirkan oleh empat sel yang dihubungkan seri
A
Daya listrik yang dialirkan oleh empat sel yang dihubungkan paralel
Tidak ada
B Tidak ada
2 Apa kesimpulan umum yang dapat kamu gambarkan untuk hasil kelas?
___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ 3 Bandingkan kesimpulan ini dengan prediksimu? Apakah kamu terkejut? Dapatkah kamu menjelaskan hasil ini?
___________________________________________________________________________________________ 167
___________________________________________________________________________________________ 4 Apakah kamu mendapat kesulitan dalam percobaan ini? jika iya, bagaimana kamu menyelesaikannya?
___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ 5 Identifikasi sedikitnya dua sumber error dari percobaan ini, yang mungkin dapat membantu dalam menjelaskan perbedaan dari hasil? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 6 Sebuah list variabel yang dibiarkan tetap di dalam percobaan. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ b Apakah ada variabel lain yang mungkin mempengaruhi hasil, yang tidak terkontrol saat percobaan? Jika iya, apa variabel tersebut dan gambarkan pengaruhnya terhadap hasil. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ 7 Apa pertanyaan tentang sel surya dan panel surya yang kamu punya setelah percobaan ini? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________
168
AKTIVITAS PRAKTIK 11: BERAPA SUDUT YANG TERBAIK UNTUK PANEL SURYA? Rekan _____________________________________________ Tanggal _____________
Gambar 1 Panel surya yang terpasang dengan sudut tertentu membuatnya dapat mengalirkan daya listrik terbesarnya.
Kerjaan Kamu Kamu harus menginversitgasi berapa sudut kemiringan terbaik dari panel surya STELR untuk mengalirkan daya listrik terbesar. Gambar 2 menunjukkan apa yang dimaksud dengan sudut kemiringan. Sudut antara 0° dan 180°.
Gambar 2 Sudut kemiringan dari panel surya STELR. Sumber cahaya tidak diperlihatkan, tetapi terdapat di sebelah kanan panel surya.
Anda akan menarik pengalaman dari Aktivitas Praktik 10
Dalam investigasimu, kamu perlu membuat banyak keputusan: • Apa hipotesis / perkiraanmu dan apa yang kamu harapkan dari penemuanmu? • Apa variabel lain yang akan ada dan bagaimana kamu mengontrolnya supaya percobaan kamu benar? • Apa lampu atau matahari sebagai sumber cahaya yang akan kamu gunakan? • Bagaimana kamu membuat sudut kemiringan yang berbeda? • Bagaimana kamu dengan mudah dan akurat mengukur sudut kemiringannya? • Pengukuran lain apa yang perlu kamu buat? • Berapa banyak pengukuran yang akan kamu ambil untuk menarik kesimpulan yang beralasan?
169
APA YANG DILAKUKAN 1
Sebagai sebuah kelompok, bekerjalah melalui proses pada halaman pertama perencana investigasi pada halaman 97 dan jelaskan rencanamu ke guru.
2 Ketika gurumu memberikan izin, sekarang lakukan percobaan dan selesaikan halaman kedua perencana investigasi. (kamu perlu melampirkan hasil, sebuah grafik yang kamu gambar, dan lain-lain)
Pertanyaan diskusi 1
Apakah kamu menemukan hasil yang mengejutkan? Apakah kamu dapat memberi penjelasan tentang apa yang kamu dapatkan?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 2
Ringkas kesimpulan kelas dan cobalah jawab pertanyaan inkuiri: berapa sudut terbaik untuk panel surya?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 3
Penyelidikan apalagi yang harus dilakukan untuk membuat kesimpulan menjadi lebih baik lagi?
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 4
Hasil mana yang menurutmu paling baik, kenapa? ________________________________________________________________________________________________
5
Modifikasi apa yang akan kamu lakukan pada percobaanmu berikutnya?
________________________________________________________________________________________ 6 Apa saranmu terkait atap sistem surya berdasarkan hasil percobaanmu? Diskusikan.
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
Temukan! Pada sudut berapa biasanya panel surya terpasang, atau apakah bergantung pada lokasinya? Apa alasannya?
170
ILMUWAN DI TEMPAT KERJA
Ilmuwan sedang melakukan percobaan dengan model turbin angin yang berbeda, dan bahkan gabungan angin dan surya, untuk menemukan yang lebih baik untuk situasi yang berbeda
IDE BESAR Berapa usia yang diperlukan untuk menemukan sesuatu yang berguna bagi manusia? Karir apa yang membolehkan kamu bekerja terkait dengan enegi terbaharukan? Bagaimana kamu masuk ke karir tersebut? Apalagi yang dapat menyelesaikan masalah pemanasan? 171
AKTIVITAS PERCOBAAN 12: Aku ingin menemukan _____________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________
Rekan _____________________________________________ Tanggal _____________
Bagaimana panel surya bekerja ketika berawan atau sangat dingin?
Tugas kamu Kamu harus memutuskan aspek apa dari sel surya dan turbin angin yang akan kamu selidiki. Sebagai contoh, kamu mungkin ingin menyelidiki: • Efek awan terhadap sel surya, atau • Berapa sudut terbaik untuk pisau turbin, dan apakah berubah saat panjangnya diubah, atau • Apakah dengan gabungan panjang pisau yang berbeda menghasilkan daya lebih besar
Untuk melakukan ini, kamu akan menarik semua pengalaman yang telah kamu peroleh dari program STELR. Pada penyelidikanmu, kamu perlu membuat keputusan. Termasuk: • Apa yang akan kamu selidiki? • Apa hipotesismu dan apa yang kamu harapkan dari hasil temuanmu? • Variabel apa saja yang akan bekerja dan bagaimana cara mengontrolnya sehingga adil? • Pengukurannya seperti apa? • Berapa banyak pengukuran agar bisa menarik kesimpulan? • Bagaimana kamu menyajikan hasil penyelidikanmu?
Apa yang harus dilakukan 1
Sebagai kelompok, bekerjalah sesuai proses pada halaman pertama dari perencana penyelidikan di halaman 103 dan 104 dan jelaskan rencanamu pada guru.
2 Ketika gurumu memberi izin, lalu lakukan percobaanmu, lengkapi halaman kedua pada bagian perencana penyelidikan, dan jelaskan hasil temuanmu di kelas.
172
20 KARIR DALAM ENERGI TERBAHARUKAN Tugasmu Pada aktivitas ini kamu akan menyelidiki seseorang yang bekerja di energi terbaharukan dan menulis karir orang tersebut.
Apa yang dilakukan Pilih salah satu dari pilihan berikut. Jika mungkin, lakukan wawancara dengan orang yang kamu pilih. Cara lain, kamu mungkin bisa menggunakan internet atau sumber lainnya untuk menemukan informasi, termasuk website STELR.
Pilihan 1 Meneliti karir seseorang yang berkerja di industri energi terbaharukan. Pekerjaan mereka dapat mencakup banyak aspek, seperti penelitian, manufaktur, teknisi, manajemen, instalasi, servis, dan pemasaran.
Pilihan 2 Meneliti karir dari seorang ilmuwan Australia yang fokus meneliti tentang energi terbaharukan. Pekerjaannya mungkin mencakup penelitian dan pengembangan, penilaian tempat yang cocok untuk peternakan angin atau sumber energi terbaharukan lainnya, meneliti dampat industri terhadap lingkungan, dan lain-lain.
Laporanmu Pilihlah format laporan yang cocok dengan yang kamu peoleh. Informasi yang kamu temukan harus terdapat, jika mungkin: •
Nama organisasi dimana orang tersebut bekerja dan deskripsi singkat tentang organisasi tersebut.
•
Posisi di organisasi
•
Subjek yang mereka pelajari setelah lulus SMA
•
Kursus yang diikuti setelah lulus SMA
•
Tugas yang dilakukan selama bekerja
•
Mengapa mereka memilih kerja di tempat tersebut
•
Aspek yang paling menyenangkan dari pekerjaannya
•
Tantangan yang dihadapi
•
Bagaimana mereka berpikir bahwa pekerjaan ini akan mengubah keadaan 10 tahun ke depan.
•
Rentang penghasilan dari pekerjaan tersebut
Sumber Kamu dapat menemukan contoh karir orang yang bekerja di industri energi terbaharukan pada website ATSE STELR di: http://www.stelr.org.au/career-profiles/.
173
TANTANGAN KELOMPOK: MODEL TURBIN ANGIN
Gambar 1 Model turbin angin yang didesain dan dibuat oleh beberapa siswa STELR
Tantanganmu! Dapatkan kamu mendesain dan membuat sebuah model turbin angin yang menghasilkan daya lebih besar dibandingkan lainnya?
Saran 1
Sebagai kelompok, pertama kalian harus menggambar desain dari turbing anginnya, kilas balik model turbin angin yang pernah kalian buat pada paket STELR. Gambarkan desainnya kemudian berikan alasan desain tersebut.
2 Buatlah daftar bahan-bahan yang dibutuhkan dan buat juga cara merangkainya. Bagian ini perlu kalian diskusikan dengan guru. 3 Buatlah model kalian, catat di buku log setiap perubahan yang kalian lakukan terhadap desain yang telah kalian buat serta berikan alasannya. 4 Model tersebut harus diuji untuk melihat daya yang dihasilkan. Bandingkan hasil tersebut dengan hasil yang diperoleh dari model STELR. Semua hasil dan perhitungan harus dicatat di dalam buku log. 5 Berpikirlah tentang hasilmu itu. Modifikasi apa yang mungkin dapat dilakukan untuk menghasilkan daya lebih besar lagi? Cobalah dan catat daya yang kamu peroleh.
174
