sumber arus listrik

SUMBER ARUS LISTRIK
Untuk dapat bergerak, mobil mainan memerlukan tenaga penggerak. Tenaga itu berasal dari baterai yang ada di
dalamnya. Pada baterai tersebut terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Baterai, sebagai tempat
pengubah suatu energi menjadi energi listrik, dikenal sebagai sumber arus listrik. Fenomena perubahan suatu jenis
energi menjadi energi listrik itu akan kamu pelajari pada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajari pengertian
gaya gerak listrik dan sumber arus listrik, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
A. GAYA GERAK LISTRIK
Pernahkah kamu memerhatikan tulisan 1,5 V pada baterai, atau 6 V dan 12 V pada akumulator? Besaran 1,5 V, 6 V
atau 12 V yang tertulis pada badan baterai atau akumulator menunjukkan beda potensial listrik yang dimilikinya. Hal
itu sering disebut gaya gerak listrik (GGL). Untuk membantumu memahami pengertian gaya gerak listrik, perhatikan
Gambar 9.1 dan perhatikan pula penjelasannya.
Jika sakelar (sk) ditutup, elektron di kutub negatif baterai akan bergerak melalui penghantar
menuju kutub positif. Selama dalam perjalanannya, elektron mendapat tambahan energi dari
gaya tarik kutub positif. Namun, energi itu akan habis karena adanya tumbukan
antarelektron; di dalam lampu tumbukan itu mengakibatkan filamen berpijar dan
mengeluarkan cahaya. Sesampainya di kutub positif, elektron tetap cenderung bergerak
menuju ke kutub negatif kembali. Namun, hal itu sulit jika tidak ada bantuan energi luar.
Energi luar tersebut berupa energi kimia dari baterai. Energi yang diperlukan untuk
memindah elektron di dalam sumber arus itulah yang disebut gaya gerak listrik (GGL).
Pada Gambar 9.1 tegangan terukur pada titik AB (misalnya menggunakan voltmeter) ketika
sakelar terbuka merupakan GGL baterai. Adapun tegangan terukur ketika sakelar tertutup
merupakan tegangan jepit. Nilai tegangan jepit selalu lebih kecil daripada gaya gerak listrik.
Tahukah kamu mengapa demikian?
B. SUMBER ARUS LISTRIK
Kamu sudah mengetahui bagaimana terjadinya arus listrik. Selain itu kamu juga
sudah mengenal komponen yang dapat membantu gerakan elektron dalam suatu
rangkaian. Suatu komponen yang berfungsi sebagai tempat untuk mengubah satu
jenis energi, misalnya energi kimia dan energi gerak, menjadi energi listrik disebut
sumber arus listrik. Contohnya baterai, akumulator, dan generator.
Sumber arus listrik dibedakan menjadi dua, yaitu sumber arus listrik bolak-balik
(AC) dan sumber arus listrik searah (DC). Sumber arus listrik AC dihasilkan oleh
dinamo arus AC dan generator. Ada beberapa macam sumber arus searah,
misalnya sel volta, elemen kering (baterai), akumulator, solar sel, dan dinamo arus
searah. Elemen volta, batu baterai, dan akumulator merupakan sumber arus searah
yang dihasilkan oleh reaksi kimia. Oleh karena itu, elemen volta, batu baterai, dan
akumulator sering disebut elektrokimia. Dikatakan elektrokimia sebab alat tersebut
mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
Elemen dibedakan menjadi dua, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen
primer adalah elemen yang setelah habis muatannya tidak dapat diisi kembali.
Contohnya elemen volta dan batu baterai. Elemen sekunder adalah elemen yang
setelah habis muatannya dapat diisi kembali. Contohnya akumulator (aki). Pada
elemen volta, baterai, dan akumulator terdapat tiga bagian utama, yaitu
a. anode, elektrode positif yang memiliki potensial tinggi,
b. katode, elektrode negatif yang memiliki potensial rendah,
c. larutan elektrolit, cairan yang dapat menghantarkan arus listrik.
Untuk lebih memahami prinsip kerja beberapa contoh elektrokimia, ikutilah uraian
berikut.
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
a. kutub positif (anode) terbuat dari tembaga (Cu),
b. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn),
c. 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.
— Pada larutan elektrolit terjadi reaksi H2SO4 → 2H+ + SO2–4
— Pada kutub positif terjadi reaksi Cu + 2H+ → polarisasi H2
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
a. kutub positif (anode) terbuat dari batang karbon (C),
b. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn),
c. larutan elektrolit terbuat dari amonium klorida (NH4Cl),
d. 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.
— Pada larutan elektrolit terjadi reaksi Zn + 2NH4Cl → Zn2+ + 2Cl + 2NH3 + H2
(ditangkap dispolarisasi)
— 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
a. kutup positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2),
b. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb),
c. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) dengan kepekatan 30%.
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.