Sumber arus listrik

IPA Fisika BAB 11 kelas IX-C/SmpN 1 Tarik-Sidoarjo.
Sumber arus listrik
2012/2013
Sumber arus listrik
K
amu 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, accumulator, dan generator.
Sumber arus listrik dibedakan menjadi dua, yaitu sumber arus
listrik bolak-balik (AC) dan sumber arus listrik searah (DC). Sumber
arus AC (Alternating Current) dihasilkan oleh dinamo arus AC dan
generator, Sedangkan DC (Direct Current) ada beberapa macam
sumber arus searah, misalnya sel volta, elemen kering (baterai),
accumulator, solar sel, dan dinamo arus searah. Elemen volta, batu
baterai dan accumulator merupakan sumber arus searah yang
dihasilkan oleh reaksi kimia. Oleh karena itu, elemen volta, batu
baterai, dan accumulator 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 accumulator. Pada elemen
volta, baterai, dan accumulator terdapat tiga bagian utama, yaitu :
1. Anode, elektrode positif yang memiliki potensial tinggi.
2. Katode, elektroda negatif yang memiliki potensial rendah.
3. 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 dengan menggunakan sebuah bejana
yang diisi larutan asam sulfat (H2SO4) dan dua logam tembaga (Cu)
dan seng (Zn). Bagian utama elemen volta yaitu :
 Kutub positif (anode) terbuat dari tembaga (Cu).
 Kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn).
 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, maka 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
mengalir dari seng menuju tembaga. Adapun reaksi kimia pada
elemen volta adalah sebagai berikut.
Pada larutan elektrolit terjadi reaksi H2
SO4
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 gelembunggelembung 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
 Kutub positif (anode) terbuat dari batang karbon (C)
 Kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn)
 Larutan elektrolit terbuat dari amonium klorida (NH4Cl)
 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 baterai sebagai berikut.
 Pada larutan elektrolit terjadi reaksi Zn + 2NH4Cl
Zn2+ +
2Cl + 2NH3 + H2 (ditangkap dispolarisasi)
 Pada dispolalisator terjadi reaksi H2 + 2MnO2 Mn2O3 + H2O
Reaksi kimia pada baterai akan menghasilkan gelembunggelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen akan ditangkap dan
bereaksi dengan dispolarisator yang berupa mengan dioksida (MnO 2)
menghasilkan air (H2O). Sehingga pada baterai tidak terjadi polarisasi
gas hidrogen yang mengganggu jalannya arus listrik. Bahan yang
dapat menghilangkan polarisasi gas hidrogen disebut dispolarisator.
Adanya bahan dispolarisator pada baterai, menyebabkan arus listrik
yang mengalir lebih lama. Setiap satu baterai menghasilkan tegangan
1,5 volt. Elemen kering banyak dijual di toko-toko karena memiliki
keunggulan antara lain tahan lama, praktis, dan tidak membasahi
peralatan karena elektrolitnya berup pasta (kering).
3. Accumulator (aki)
Accumulator sering disebut aki. Elektrode accumulator baik anode
dan katode terbuat dari timbal (Cu) berpori. Bagian utama
accumulator yaitu :
 Kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2)
 Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb)
 Larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) dengan
kepekatan 30%
Lempeng timbal dioksida dan timbal murni disusun saling
bersisipan akan membentuk satu pasang sel accumuator yang saling
berdekatan dan dipisahkan oleh bahan penyekat berupa isolator. Beda
potensial yang dihasilkan setiap satu sel accumulator 2 volt. Dalam
kehidupan sehari-hari, ada accumulator 12 volt yang digunakan untuk
menghidupkan starter mobil atau untuk menghidupkan lampu sein
depan dan belakang mobil. Accumulator 12 volt tersusun dari 6
pasang sel accumulator yang disusun seri. Kemampuan accumulator
dalam mengalirkan arus listrik disebut kapasitas accumulator yang
dinyatakan dalam satuan ampere hour (AH). Kapasitas accumulator
50 AH artinya accumulator mampu mengalirkan arus listrik 1 ampere
yang dapat bertahan selama 50 jam tanpa pengisian kembali.
A. Proses pengosongan accumulator
Pada saat accumulator digunakan, terjadi perubahan energi kimia
menjadi energi listrik dan terjadi perubahan anode, katode, dan
elektrolitnya. Pada anode terjadi perubahan yaitu timbal dioksida
(PbSO2) 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 accumulator terbentuk
air (H2O).
B. Proses pengisian accumulator
Accumulator termasuk elemen sekunder, sehingga setelah habis dapat
diisi kembali. Pengisian accumulator sering disebut penyetruman.
Pada saat penyetruman terjadi perubahan energi lestrik menjadi energi
kimia. Perubahan yang terjadi pada anode, yaitu timbal sulfat berubah
menjadi timbal dioksida. Kepekatan asam sulfat akan berubah dari
encer menjadi pekat, karena ketika disetrum terjadi penguapan air.