SUMBER ARUS LISTRIK

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Arus listrik merupakan hal  yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Dalam kegiatan sehari-hari, listrik telah menjadi kebutuhan utama kita, semua fasilitas kita hampir semuanya menggunakan arus listrik. Misalnya lampu, televisi, kulkas, komputer, kipas angin dan alat-alat elektronik lainnya. Namun masih banyak orang orang yang belum mengenal dan belum tahu sumber arus listrik berasal dan apa penyebab arus listrik dapat bergerak. Bahkan tidak sedikit para pelajar yang ebelum mengetahui tentang sumber arus listrik.

Karena itulah kami mengambil tema ini dalam makalah kami supaya kita dapat mengenal dengan dekat apa yang menyebabkan benda-benda di sekitar kita yang menggunakan listrik dapat berkerja. Sehingga kita tidak hanya memakai arus listrik tersebut, tapi kita juga tahu dari mana sumbernya.

1.2. Masalah

Masalah yang akan dibahas dalam makalah ini antara lain :

1. Berasal dari manakah sumber arus listrik?

2. Apakah elemen listrik itu?

3. Bagaimana Gaya Gerak Listrik (GGL) dan Cara Pengukurannya?

4.  Bagaimana Menghitung Gaya Gerak Listrik (GGL) Pada Rangkaian Seri dan Paralel?

1.3. Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah di atas, pembahasan materi dari makalah ini bertujuan untuk :

1. Mengetahui asal sumber arus listrik

2. Mengenal elemen listrik

3. Mengetahui Gaya Gerak Listrik (GGL) dan cara pengukurannya

4.  Dapat menghitung Gaya Gerak Listrik (GGL) pada rangkaian seri dan paralel

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Berasal dari manakah sumber arus listrik?

Muatan listrik bergerak ketika terjadi aliran elektron. Adapun aliran elektron bergerak ketika terjadi beda potensial. Apabila beda potensial diusahakan selalu ada, arus listrik akan selalu mengalir. Beda potensial dapat dihasilkan di dalam elemen listrik, misalnya elemen volta, batu baterai, dan akumulator (aki). Setiap elemen listrik memiliki  dua kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Di dalam elemen listrik tersebut terjadi reaksi kimia yang akan menimbulkan beda potensial di antara kedua kutub tersebut.

Arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian karena adanya beda potensial antara dua titik dalam rangkaian yaitu dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Agar arus terus mengalir dalam rangkaian harus ada alat yang dapat mempertahankan beda potensial yang disebut sumber gaya gerak listrik. Sumber gaya gerak listrik adalah suatu alat yang dapat mengubah energi kimia, gerak atau energi bentuk lain ke bentuk energi listrik yang diperlukan untuk mempertahankan muatan listrik terus mengalir secara kontinyu. 

Berdasarkan arus yang dihasilkan, sumber arus dibedakan menjadi :

1.      Sumber arus AC (Alternating Curent ) adalah sumber arus listrik yang menghasilkan arus bolak-balik. Misalnya : Generator, dinamo sepeda.

2.      Sumber arus DC (Direct Curent ) adalah sumber arus listrik yang menghasilkan arus searah. Misalnya : elemen

2.2. Apakah elemen listrik itu?

Elemen listrik adalah sumber arus listrik searah yang berasal dari reaksi kimia. Ketika digunakan elemen mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Di dalam elemen listrik terdapat elektrolit yang merupakan zat kimia yang dapat menghantarkan arus listrik. Berdasarkan sifat bahan yang digunakan elemen dibedakan menjadi :

1.      Elemen primer adalah elemen yang reaksi kimia didalamnya tidak dapat diperbaharui lagi. Sehingga jika energi listriknya telah habis tidak dapat dimuati lagi atau diisi lagi (sekali pakai). Contoh : elemen volta, elemen daniel, elemen kering (baterai ).

2.      Elemen sekunder adalah elemen yang reaksi kimia di dalamnya dapat diperbaharui sehingga jika energi listriknya telah habis dapat diisi ulang. Contoh : akumulator, sel Nicad.

Berdasarkan bentuk bahan elektrolit yang digunakan :

1.      Elemen kering yaitu elemen yang elektrolitnya berupa campuran seperti pasta (kering).

2.      Elemen basah yaitu elemen yang elektrolitnya berupa cairan (basah).

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:

a. Pada larutan elektrolit terjadi reaksi H2SO4 → 2H+ + SO2–4

b. Pada kutub positif terjadi reaksi Cu + 2H+ → polarisasi H2

c. 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 :

a. Pada larutan elektrolit terjadi reaksi

   Zn + 2NH4Cl → Zn2+ + 2Cl + 2NH3 + H2 (ditangkap dispolarisasi)

b.  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.

3. Akumulator

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

a.  Kutub 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.

2.3. Bagaimana Gaya Gerak Listrik (GGL) dan Cara Pengukurannya?

Pada lebel setiap sel listrik selalu tertulis suatu besaran seperti 1.5 V, 9V atau 12 V. Besaran tersebut mrnunjukkan gaya gerak listrik (ggl) yang dihasilkan oleh sumber arus listrik. Ggl adalah beda potensial suatu sumber arus listrik ketika sumber arus listrik tersebut tidak digunakan.

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. Ggl dan tegangan jepit dapat diukur dengan menggunakan voltmeter. Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik. Volt meter dipasang paralel dengan komponen yang akan diukur.

Untuk menghitung besarnya ggl dan tegangan jepit pada suatu rangkaian listrik, dapat digunakan rumus sebagai berikut :

V = I . R

E = I (R + r)

Keterangan :

V         : Tegangan Jepit (Volt)

E          : Gaya Gerak Listrik (Volt)

I           : Arus Listrik (Ampere)

R         : Hambatan Luar (Ohm)

r           : Hambatan Dalam (Ohm)

2.4. Bagaimana Menghitung Gaya Gerak Listrik (GGL) Pada Rangkaian Seri dan Paralel?

a. Rangkaian GGL Seri

Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun seri, ternyata tegangan total merupakan jumlah aljabar dari tegangan masing-masing sumber ggl. Contohnya, jika dua buah baterai masing-masing 1,5 V dihubungkan seri, maka tegangan Vac adalah 3,0 V. Untuk lebih tepatnya, kita juga harus memperhitungkan hambatan dalam baterai.

 

Gambar Rangkaian Seri GGL

Apabila terdapat n buah sumber tegangan (ggl) dirangkai secara seri, maka sumber tegangan pengganti akan memiliki ggl sebesar :

ε_s = ε₁+ ε₂ + ε₃ + ε_n

Sementara itu, hambatan dalam penggantinya adalah:

r_s = r₁ + r₂ + … + r_n

Untuk n buah sumber tegangan sejenis yang memiliki ggl ε dan hambatan dalam r, bila dirangkai secara seri akan memiliki ggl pengganti dan hambatan dalam pengganti seri masing-masing:

ε_s = n . ε

r_s = n . r

Dengan demikian, nilai kuat arus yang mengalir melewati hambatan (resistor R) adalah:

Keterangan :

I = arus yang mengalir (Ampere)

ε_s = ggl pengganti seri dari sumber yang sejenis (Volt)

R = hambatan resistor (Ohm)

r_s = hambatan dalam pengganti seri (Ohm)

n = jumlah sumber ggl yang sejenis

ε = gaya gerak listrik (Volt)

r = hambatan dalam baterai (Ohm)

b. Rangkaian Ggl Paralel

 

Gambar Rangkaian Paralel GGL

Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun paralel, ternyata membangkitkan arus yang lebih besar. Apabila terdapat n buah sumber tegangan (ggl) dirangkai secara paralel, maka sumber tegangan pengganti akan memiliki ggl total Vsebesar:

V = V₁ = V₂ = V_n–1 = … = V_n

Untuk n buah sumber tegangan sejenis yang memiliki ggl ε dan hambatan dalam r, bila dirangkai secara paralel akan memiliki ggl pengganti dan hambatan dalam pengganti paralel masing-masing:

ε_p = ε

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

Jadi, sumber listrik dihasilkan di dalam elemen listrik, misalnya elemen volta, batu baterai, dan akumulator (aki). Setiap elemen listrik memiliki  dua kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Di dalam elemen listrik tersebut terjadi reaksi kimia yang akan menimbulkan beda potensial di antara kedua kutub tersebut.

Elemen listrik adalah sumber arus listrik searah yang berasal dari reaksi kimia. Ketika digunakan elemen mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Berdasarkan sifat bahan yang digunakan elemen dibedakan menjadi elemen primer dan elemen sekunder. Berdasarkan bentuk bahan elektrolit yang digunakan, elemen listrik dibedakan menjadi elemen kering dan elemen basah.

Ggl dan tegangan jepit dapat diukur dengan menggunakan voltmeter.Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik. Voltmeter dipasang paralel dengan komponen yang akan diukur. Untuk menghitung besarnya ggl dan tegangan jepit pada suatu rangkaian listrik, dapat digunakan rumus sebagai berikut :

V = I . R

E = I (R + r)

Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun seri, ternyata tegangan total merupakan jumlah aljabar dari tegangan masing-masing sumber ggl. Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun paralel, ternyata membangkitkan arus yang lebih besar. Apabila terdapat n buah sumber tegangan (ggl) dirangkai secara paralel, maka sumber tegangan pengganti akan memiliki ggl total V

3.2. Saran

Melalui pembahasan dari materi ini, kami menganjurkan supaya kita para pembaca memahami dengan baik darimana sumber  arus listrik itu berasal dan komponen-komponen apa saja yang ada di dalamnya.

DAFTAR PUSTAKA

Sukmono, Firdaus. 2006. Fisika. Jakarta: Visindo Media Persada.

http://www.crayonpedia.org/mw/SUMBER_ARUS_LISTRIK.Sukis_Wariyono, diakses tanggal 26 Oktober 2012

http://kamusfisika.blogspot.com/2008/09/sumber-arus-listrik.html, diakses tanggal 26 Oktober 2012

http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-x/menghitung-rangkaian-seri-paralel-ggl/, diakses tanggal 2 November 2012