dan sumber arus listrik searah (DC). Sumber arus listrik AC

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
1. anode, elektrode positif yang memiliki potensial tinggi,
2. katode, elektrode 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 (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.
2.
3.
4.
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 batu baterai adalah sebagai
berikut.
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%.
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).