Sumber Arus Listrik - Kelas Sains
Headlines News :
Home » , » Sumber Arus Listrik

Sumber Arus Listrik

Written By Toha Nasr on Sabtu, 12 Januari 2013 | 10:15:00 AM


Sebuah mobil mainan membutuhkan tenaga penggerak. Tenaga penggerak itu berasal dari baterai yang terpasang di badan mobil mainan. Pada baterai terjadi perubahan energy kimia menjadi energy listrik. Baterai ini dikenal juga sebagai sumber arus listrik, fenomena perubahan energi menjadi bentuk energy lainnya inilah yang akan kamu pelajari pada bab ini. Pada bab ini juga kalian akan mempelajari pengerian gaya gerak listrik dan usmber arus listrik serta pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari. 
A. Gaya Gerak Listrik
Coba perhatikan sebentuk tulisan pada sebuah batu baterai, disana kamu akan melihat tulisan 1,5 V atau 6 V dan 12 V pada akumulator. Besaran 1,5 V , 6 V atau 12 V yang tertulis pada sumber arus listrik itu menunjukkan besarnya beda potensial yang dimilikinya. Hal itu sering disebut juga sebagai gaya gerak listrik (GGL). 
Perhatikan animasi dibawah ini, baca juga penjelasannya.


Jika saklar ditutup,  ellektron di kutub negative baterai akan bergerak melalui penghantar menuju kutub positif. Selama dalam perjalannya. Electron mendapat tambahan energy  dari gaya tarik kutub positif. Namun energy itu akan habis karena adanya tumbukan antarelektron. Tumbukan antar elekktorn inilah yang mengakibatkan filament pada  lampu akan berpijar dan memancarkan cahaya. Sesampainya dikutub positif electron tetap cenderung bergerak manuju kutub negative kembali. Namun, hal itu sulit jika tidak ada bantuan energy luar. Energy luar tersebut berupa energy kimia dari baterai. Energy yang dipperlukan untuk memindahkan elektorn dalam sumber arus listrik inilah yang disebut gaya gerak listrik (GGL)

Pada animasi diatas, ketika saklar tertbuka maka besaran 1,5 V disebut sebagai gaya gerak listrik (GGL) sedangkan ketika sakelar tertutup merupakan tegangan jepit.

B. Sumber Arus Listrik
Setelah kamu mengetahui bagaimana terjadinya arus listrik, sekarang saatnya kamu juga mengetahui mengenai komponen yang dapat membantu gerakan ellektron dalam rangkaian. Suatu komponen yang berfungsi sebagai tempat untuk mengubah satu jenis energy, misalnya energy kimia dan energy gerak menjadi energy listrik disebut sebagai sumber arus listrik, beberapa contoh sumber arus listrik diantaranya, baterai, akumulator dan generator.

Ada dua sumber  energy listrik, yaitu sumber arus listrik bolak-balik (AC) dan sumber arus listrik searah (DC). Sumber arus AC dihasilkan oleh dynamo arus AC dan generator. Ada beberapa macam sumber arus listrik searah misalnya sel volta, elemen kering (baterai), akumulator, solar sel, dan dynamo arus searah. Elemen volta, batu baterai dan akumulator merupakan sumber arus searah yang dihasilkan oleh reaksi kimia. Oleh karena itu sumber arus listrik ini biasa disebut sebagai elektrokimia. Dikatakan demikian karena alat tersebut menguba energy kimia menjadi energy listrik. 

Elemen dibedakan menjadi dua yaitu elemen primer dan elemen skunder, elemen primer adalah elemen yang setelah habs muatannya tidak dapat diisi ulang kembali. Contohnya elemen volta dan batu baterai. Elemen sekunder adalah elemen yang setelah habis dapat diisi ulang kembali.

Contohnya akumulator (aki). Pada elemen volta baterai dan akumulator terdapat tiga bagian utama, yaitu :
1. Anode, kutub positip yang memiliki potensial tinggi
2. Katode, Kutub negative yang memiliki potensial rendah
3. Larutan elektrolit, cairan yang dapat menghantarkan arus listrik

C. Contoh sumber Arus Listrik

1. Elemen Volta
Elemen Volta dikembangkan pertama kali oleh Fisikawan Italia bernama Allesandro Volta (1790 - 1800) dengan menggunakan sebuah bejana yang diisi larutan asam sulfat (H2SO4) dan dua logam tembaga (Cu) dan seng (Zn). Bagian utama elemen Volta, yaitu

1. kutub positif (anode) terbuat dari tembaga (Cu),
2. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn),
3. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4).

Lempeng tembaga memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng memiliki potensial rendah. Jika kedua lempeng logam itu dihubungkan melalui lampu, lampu akan menyala. Hal ini membuktikan adanya arus listrik yang mengalir pada lampu. Ketika lampu menyala, larutan elektrolit akan bereaksi dengan logam tembaga maupun seng sehingga menghasilkan sejumlah elektron yang mengalir dari seng menuju tembaga. Adapun, reaksi kimia pada elemen Volta adalah sebagai berikut.

1. Pada larutan elektrolit terjadi reaksi H2SO4 → 2H+ + SO2–4
2. Pada kutub positif terjadi reaksi Cu + 2H+ → polarisasi H2
3. Pada kutub negatif terjadi reaksi Zn + SO4 → ZnSO4+ 2e

Reaksi kimia pada elemen Volta akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen tidak dapat bereaksi dengan tembaga, sehingga gas hidrogen hanya menempel dan menutupi lempeng tembaga yang bersifat isolator listrik. Hal ini menyebabkan terhalangnya aliran elektron dari seng menuju tembaga maupun arus listrik dari tembaga menuju seng. Peristiwa tertutupnya lempeng tembaga oleh gelembung-gelembung gas hidrogen disebut polarisasi. Adanya polarisasi gas hidrogen pada lempeng tembaga menyebabkan elemen Volta mampu mengalirkan arus listrik hanya sebentar. Tegangan yang dihasilkan setiap elemen Volta sekitar 1,1 volt. Penggunaan larutan elektrolit yang berupa cairan merupakan kelemahan elemen Volta karena dapat membasahi peralatan lainnya.

2. Elemen Kering
Elemen kering disebut juga baterai. Elemen kering pertama kali dibuat oleh Leclance. Bagian utama elemen kering adalah

1. kutub positif (anode) terbuat dari batang karbon (C),
2. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn),
3. larutan elektrolit terbuat dari amonium klorida (NH4Cl),
4. dispolarisator terbuat dari mangan dioksida (MnO2).

Baterai disebut elemen kering, karena elektrolitnya merupakan campuran antara serbuk karbon, batu kawi, dan salmiak yang berwujud pasta (kering). Batang karbon (batang arang) memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng memiliki potensial rendah. Jika kedua elektrode itu dihubungkan dengan lampu maka lampu akan menyala. Hal ini membuktikan adanya arus listrik yang mengalir pada lampu. Ketika lampu menyala, larutan elektrolit akan bereaksi dengan seng. Adapun, reaksi kimia pada batu baterai adalah sebagai berikut.

Elemen Kering (Baterai)

  1. Pada larutan elektrolit terjadi reaksi Zn + 2NH4Cl → Zn2+ + 2Cl + 2NH3 + H2 (ditangkap dispolarisasi)
  2. Pada dispolarisator terjadi reaksi H2 + 2MnO2 → Mn2O3 + H2O
Reaksi kimia pada batu baterai akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen akan ditangkap dan bereaksi dengan dispolarisator yang berupa mangan dioksida (MnO2) menghasilkan air (H2O), sehingga pada batu baterai tidak terjadi polarisasi gas hidrogen yang mengganggu jalannya arus listrik. Bahan yang dapat menghilangkan polarisasi gas hidrogen disebut dispolarisator. Adanya bahan dispolarisator pada batu baterai, menyebabkan arus listrik yang mengalir lebih lama. Setiap batu baterai menghasilkan tegangan 1,5 volt. Elemen kering (batu baterai) banyak dijual di toko karena memiliki keunggulan antara lain tahan lama (awet), praktis karena bentuk sesuai kebutuhan, dan tidak membasahi peralatan karena elektrolitnya berupa pasta (kering).

3. Akumulator
Akumulator sering disebut aki. Elektrode akumulator baik anode dan katode terbuat dari timbal (Cu) berpori. Bagian utama akumulator, yaitu

1. kutup positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2),
2. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb),
3. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) dengan kepekatan 30%.
Akumulator

Lempeng timbal dioksida dan timbal murni disusun saling bersisipan akan membentuk satu pasang sel akumulator yang saling berdekatan dan dipisahkan oleh bahan penyekat berupa isolator. Beda potensial yang dihasilkan setiap satu sel akumulator 2 volt. Dalam kehidupan sehari-hari, ada akumulator 12 volt yang digunakan untuk menghidupkan starter mobil atau untuk menghidupkan lampu sein depan dan belakang mobil. Akumulator 12 volt tersusun dari 6 pasang sel akumulator yang disusun seri. Kemampuan akumulator dalam mengalirkan arus listrik disebut kapasitas akumulator yang dinyatakan dengan satuan Ampere Hour (AH). Kapasitas akumulator 50 AH artinya akumulator mampu mengalirkan arus listrik 1 ampere yang dapat bertahan selama 50 jam tanpa pengisian kembali.

a. Proses Pengosongan Akumulator
Pada saat akumulator digunakan, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik dan terjadi perubahan anode, katode dan elektrolitnya. Pada anode terjadi perubahan yaitu timbal dioksida (PbO2) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Perubahan yang terjadi pada katode adalah timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Adapun pada larutan elektrolit terjadi perubahan, yaitu asam sulfat pekat menjadi encer, karena pada pengosongan akumulator terbentuk air (H2O). Susunan akumulator adalah sebagai berikut.

1. Kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2).
2. Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb).
3. Larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) dengan kepekatan 30%.

Ketika akumulator digunakan, terjadi reaksi antara larutan elektrolit dengan timbal dioksida dan timbal murni sehingga menghasilkan elektron dan air. Reaksi kimia pada akumulator yang dikosongkan adalah sebagai berikut.

1. Pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2–
2. Pada anode: PbO2 + 2H+ + 2e + H2SO4 →PbSO4+2H2O
3. Pada katode : Pb + SO 42 → PbSO4

Pada saat akumulator digunakan, baik anode maupun katode perlahan - lahan akan berubah menjadi timbal sulfat (PbSO4). Jika hal itu terjadi, maka kedua kutubnya memiliki potensial sama dan arus listrik berhenti mengalir. Terbentuknya air pada reaksi kimia menyebabkan kepekatan asam sulfat berkurang, sehingga mengurangi massa jenisnya. Keadaan ini dikatakan akumulator kosong (habis).

b. Proses Pengisian Akumulator
Akumulator termasuk elemen sekunder, sehingga setelah habis dapat diisi kembali. Pengisian akumulator sering disebut penyetruman akumulator. Pada saat penyetruman akumulator terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Perubahan yang terjadi pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal dioksida (PbO2). Perubahan pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal murni (Pb). Kepekatan asam sulfat akan berubah dari encer menjadi pekat, karena ketika akumulator disetrum terjadi penguapan air. Bagaimanakah cara menyetrum akumulator?

Untuk menyetrum akumulator diperlukan sumber tegangan DC lain yang memiliki beda potensial yang lebih besar. Misalnya akumulator 6 volt kosong harus disetrum dengan sumber arus yang tegangannya lebih dari 6 volt. Kutub - kutub akumulator dihubungkan dengan kutub sumber tegangan. Kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub positif akumulator. Adapun, kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub negatif akumulator. Rangkaian ini menyebabkan aliran elektron sumber tegangan DC berlawanan dengan arah aliran elektron akumulator.

Elektron - elektron pada akumulator dipaksa kembali ke elektrode akumulator semula, sehingga dapat membalik reaksi kimia pada kedua elektrodenya. Agar hasil penyetruman akumulator lebih baik, maka arus yang digunakan untuk mengisi kecil dan waktu pengisian lama. Besarnya arus listrik diatur dengan reostat. Pada saat pengisian terjadi penguapan asam sulfat, sehingga menambah kepekatan asam sulfat dan permukaan asam sulfat turun. Oleh sebab itu, perlu ditambah air akumulator kembali.

Susunan akumulator yang akan disetrum (diisi) dalam keadaan masih kosong, yaitu
1. kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbSO4),
2. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (PbSO4),
3. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) encer.
Reaksi kimia saat akumulator diisi, yaitu
1. pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2–
2. pada anode : PbSO4 + SO4 2– + 2H2O→ PbO2 + 2H2SO4
3. pada katode: PbSO4 + 2H+ → Pb + H2SO4

Jadi, saat penyetruman akumulator pada prinsipnya mengubah anode dan katode yang berupa timbal sulfat (PbSO4) menjadi timbal dioksida (PbO2) dan timbal murni (Pb).

Sumber terkait :
Crayonpedia
Om-Edukasi
Bagikan Artikel :
Comments
0 Comments

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar

 
Created by : Creating Website
Copyright © 2013 - 2014. Kelas Sains - All Rights Reserved
Template Modify by Belajar Biologi
Proudly powered by Blogger