Sumber Listrik - Fisika - SMP - IX

1.     Pengertian dari :

a.       Sumber Listrik

Suatu komponen yang berfungsi sebagai tempat untuk mengubah suatu jenis energi, misalnya energi kimia dan energi gerak, menjadi energi listrik.

b.      Gaya Gerak Listrik

Beda potensial antara ujung-ujung penghantar sebelum dialiri arus listrik. Gaya gerak listrik disingkat dengan GGL, dengan satuan volt.

c.       Tegangan Jepit

Ketika sumber arus listrik kita pakai, maka beda potensialnya berkurang. Beda potensial sumber listrik ketika dipakai disebut tegangan jepit. Tegangan jepit selalu lebih kecil dari ggl.

d.      Elemen Primer

Sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang.

e.       Elemen Sekunder

Sumber arus listrik yang dapat diisi lagi.

f.       Anoda

Suatu elektroda di mana arus listrik mengalir ke dalam perangkat listrik yang terpolarisasi. Arah arus listrik, dengan konvensi, berlawanan arah dengan aliran elektron. Dengan kata lain, elektron mengalir dari anoda ke dalam, misalnya, sebuah sirkuit listrik. Mnemonic: ACID (Anoda Current in Device).

g.      Katoda

Kutub elektroda dalam sel elektrokimia yang terpolarisasi jika kutub ini bermuatan positif (sehingga arus listrik akan mengalir keluar darinya, atau gerakan electron akan masuk ke kutub ini).

h.      Polarisasi

Suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar; dari sumber lain mengatakan bahwa Polarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang.

i.        Elektrolit

Suatu zat yang larut atau terurai ke dalam bentuk ion-ion dan selanjutnya larutan menjadi konduktor elektrik, ion-ion merupakan atom-atom bermuatan elektrik. Elektrolit bisa berupa air, asam, basa atau berupa senyawa kimia lainnya. Elektrolit umumnya berbentuk asam, basa atau garam.

2.     Contoh Elemen Primer

§  Anoda

Kesalahpahaman luas saat ini bahwa polaritas anoda selalu positif (+). Hal ini sering tidak akurat dan polaritas anoda tergantung pada jenis perangkat, dan kadang-kadang bahkan dalam mode operasi sesuai dengan arah arus listrik, berbasis pada definisi universal arus listrik. Dengan demikian, dalam sebuah perangkat yang mengkonsumsi daya anoda positif, dan perangkat energi menyediakan anoda negatif.

Istilah ini pertama kali digunakan oleh Faraday (Seri VII penyelidikan eksperimental pada listrik), berfungsi sampai inputnya, tetapi hanya disebut elektrolit dari sel elektrokimia. Hubungannya dengan kutub positif diambil dari asumsi pembangkit yang sesuai menunjukkan bahwa arus listrik berjalan melalui sirkuit eksternal dari positif ke negatif, yakni dibawa oleh muatan positif.

Tampaknya logis untuk mendefinisikan arti dari arus listrik sebagai arah gerak, namun, jika drivernya bukan logam, ada juga muatan positif bergerak melalui konduktor luar (elektrolit dalam sel kita) dan apapun akan ada dibebankan dengan bergerak dalam arah berlawanan. Oleh karena itu diambilnya, konvensi untuk mendefinisikan arah dari kation bermuatan positif, dan dengan demikian merupakan hal yang positif ke negatif (anoda - katoda).

§  Katoda

Katoda berasal dari bahasa Yunani yaitu hodos yang berarti jalan. Katoda merupakan elektroda negative. Kutub negative dalam elektrolis, katoda merupakan elektroda dengan potensial negatif terhadap anoda. Dalam berbagai sistem elektrik, misalnya tabung lucutan dan piranti elektrik padat, katoda adalah ujung akhir electron masuk dalam sistem. Katoda merupakan kutub negative dari sel elektroli. Pada baterai biasa (Baterai Karbon-Seng), yang menjadi kutub katoda biasanya adalah logamseng, yang juga sering menjadi pembungkus dari kotak baterai tersebut. Sedangkan, pada baterai alkalin, yang menjadi katoda adalah logam mangan dioksida (MnO2).

a.      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.

b.      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.

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).

c.       Elemen Leclanche

Elemen Leclanche disebut juga sebagai elemen kering. Elemen ini tidak 100% kering karena masih ada sedikit kandungan air. Elemen ini terdapat sebuah kutub yaitu anode dan katode berupa batang karbon dan terdapat elektrolit berupa zat yang berjenis Garam yaitu Ammonium Klorida (NH4CI) yang berfungsi untuk mengahsilkan listrik.

d.      Elemen Daniell

Adalah seorang ahli kimia Inggris bernama John Frederic Daniell, mencari cara untuk menghilangkan masalah hidrogen gelembung yang ditemukan di Pile Voltaic, dan solusinya adalah menggunakan elektrolit kedua untuk mengkonsumsi hidrogen yang pertama diproduksi. Pada tahun 1836, ia menemukan elemen Daniell, yang terdiri dari panci tembaga yang diisi dengan larutan tembaga sulfat, di mana direndam dalam wadah gerabah tanpa glasir diisi dengan asam sulfat dan elektroda seng. Hambatan gerabah adalah berpori, yang memungkinkan ion untuk melewati tetapi tetap solusi dari pencampuran. Tanpa hambatan ini, ketika arus tidak ada ditarik ion tembaga akan melayang ke anoda seng dan menjalani pengurangan tanpa menghasilkan arus, yang akan menghancurkan hidup baterai.

Seiring berjalannya waktu, penumpukan tembaga akan memblokir pori-pori dalam penghalang gerabah dan memotong pendek kehidupan baterai. Namun demikian, elemen Daniell disediakan arus lebih lama dan lebih dapat diandalkan daripada sel Voltaic karena elektrolit disimpan tembaga (konduktor) daripada hidrogen (isolator) pada katoda. Itu juga lebih aman dan kurang korosif. Ini memiliki tegangan operasi sekitar 1,1 volt. Ini melihat digunakan secara luas dalam jaringan telegraf sampai digantikan oleh elemen Leclanché di akhir 1860-an.

3.     Contoh Elemen Sekunder

§  Anoda

Kesalahpahaman luas saat ini bahwa polaritas anoda selalu positif (+). Hal ini sering tidak akurat dan polaritas anoda tergantung pada jenis perangkat, dan kadang-kadang bahkan dalam mode operasi sesuai dengan arah arus listrik, berbasis pada definisi universal arus listrik. Dengan demikian, dalam sebuah perangkat yang mengkonsumsi daya anoda positif, dan perangkat energi menyediakan anoda negatif.

Istilah ini pertama kali digunakan oleh Faraday (Seri VII penyelidikan eksperimental pada listrik), berfungsi sampai inputnya, tetapi hanya disebut elektrolit dari sel elektrokimia. Hubungannya dengan kutub positif diambil dari asumsi pembangkit yang sesuai menunjukkan bahwa arus listrik berjalan melalui sirkuit eksternal dari positif ke negatif, yakni dibawa oleh muatan positif.

Tampaknya logis untuk mendefinisikan arti dari arus listrik sebagai arah gerak, namun, jika drivernya bukan logam, ada juga muatan positif bergerak melalui konduktor luar (elektrolit dalam sel kita) dan apapun akan ada dibebankan dengan bergerak dalam arah berlawanan. Oleh karena itu diambilnya, konvensi untuk mendefinisikan arah dari kation bermuatan positif, dan dengan demikian merupakan hal yang positif ke negatif (anoda - katoda).

§  Katoda

Katoda berasal dari bahasa Yunani yaitu hodos yang berarti jalan. Katoda merupakan elektroda negative. Kutub negative dalam elektrolis, katoda merupakan elektroda dengan potensial negatif terhadap anoda. Dalam berbagai sistem elektrik, misalnya tabung lucutan dan piranti elektrik padat, katoda adalah ujung akhir electron masuk dalam sistem. Katoda merupakan kutub negative dari sel elektroli. Pada baterai biasa (Baterai Karbon-Seng), yang menjadi kutub katoda biasanya adalah logamseng, yang juga sering menjadi pembungkus dari kotak baterai tersebut. Sedangkan, pada baterai alkalin, yang menjadi katoda adalah logam mangan dioksida (MnO2).

a.       Akumulator

Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi (umumnya energi listrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator adalah baterai dan kapasitor.

Pada umumnya di Indonesia, kata akumulator (sebagai aki atau accu) hanya dimengerti sebagai "baterai" mobil. Sedangkan di bahasa Inggris, kata akumulator dapat mengacu kepada baterai,kapasitor, kompulsator, dll.

Di dalam standar internasional setiap satu cell akumulator memiliki tegangan sebesar 2 volt. sehingga aki 12 volt, memiliki 6 cell sedangkan aki 24 volt memiliki 12 cell.

Aki merupakan sel yang banyak kita jumpai karena banyak digunakan pada sepeda motor maupun mobil. Aki temasuk sel sekunder, karena selain menghasilkan arus listrik, aki juga dapat diisi arus listrik kembali. secara sederhana aki merupakan sel yang terdiri dari elektrode Pb sebagai anode dan PbO2 sebagai katode dengan elektrolit H₂SO_4.

b.      Baterai Isi Ulang

Baterai isi ulang dapat dinamakan rechargeable battery yaitu baterai yang dapat diisi ulang yang biasanya terdapat pada telepon genggam. Baik baterai primer maupun sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah energy kimia menjadi energy listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali karena menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction). Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya bersifat bisa dibalik (reversible reaction).