Pengertian Sumber Arus Listrik, Jenis, dan Contohnya Dilengkapi Gambar
Amongguru.com. Arus listrik dapat mengalir karena adanya sumber arus listrik. Sumber arus listrik digunakan untuk menimbulkan beda potensial pada ujung-ujung rangkaian listrik.
Beda potensial antara dua buah kutub sumber arus listrik selanjutnya dinamakan tegangan listrik. Sumber arus listrik biasa disebut dengan elemen listrik atau sel listrik.
Sumber arus listrik dapat diartikan sebagai semua benda yang dapat menghasilkan arus listrik.
Semua sumber arus listrik memiliki kemampuan untuk memberikan gaya pada elektron, sehingga sebuah atom dapat bergerak.
Gaya dari sumber arus listrik yang demikian dinamakan Gaya Gerak Listrik (GGL). Gaya gerak listrik disebut juga tegangan, dengan satuan Volt (V).
Misalnya, pada kulit luar baterai tercantum label 1,5 V, hal ini menunjukkan besarnya GGL yang dibangkitkan baterai tersebut sebesar 1,5 V.
Sumber arus listrik merupakan komponen penting yang berfungsi sebagai tempat untuk mengubah satu jenis energi, misalnya energi kimia menjadi energi listrik.
Sumber arus listrik dibedakan menjadi dua, sebagai berikut.
1. Sumber arus listrik bolak balik (AC)
Sumber arus listrik bolak-balik (Alternating Current) dihasilkan oleh dinamo arus AC dan elemen basah (elemen sekunder).
2. `Sumber arus listrik searah (DC)
Sumber arus listrik searah (Direct Current) dihasilkan oleh sel volta, elemen kering (baterai), akumulator, solar sel, dan dinamo arus searah.
Elemen Listrik
Elemen listrik dibedakan menjadi dua, yaitu elemen kering (primer) dan elemen basah (sekunder).
A. Elemen Primer
Elemen primer merupakan sumber arus listrik yang bersifat sekali pakai. Artinya, jika sumber arus tersebut sudah habis energinya, kita tidak dapat mengisinya kembali dan harus diganti dengan sumber arus yang baru.
1. Elemen Volta
Elemen volta pertama kali ditemukan oleh Fisikawan berkebangsaaan Italia, Alessandro Volta (1745 – 1827).
Alessandro Volta menemukan bahwa pasangan logam tertentu dapat membangkitkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik inilah yang menyebabkan arus listrik mengalir pada suatu rangkaian.
Elemen volta adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan arus listrik. Bagian-bagian elemen Volta adalah sebagai berikut.
a. Kutub positif (anoda) adalah tembaga (Cu).
b. Kutub negatif (katoda) adalah seng (Zn)
c. Larutan elektrolit adalah asam sulfat (H2SO4)
Jika elektroda-elektroda seng dan tembaga dimasukkan ke dalam larutan asam sulfat, akan terjadi reaksi kimia yang menyebabkan lempeng tembaga bermuatan listrik positif dan lempeng seng bermuatan listrik negatif.
Hal ini menunjukkan bahwa lempeng tembaga memiliki potensial lebih tinggi daripada potensial lempeng seng. Elektron akan mengalir dari lempeng seng menuju lempeng tembaga.
Jika kedua lempeng ini dirangkaikan dengan lampu, arus akan mengalir dari lempeng tembaga ke lempeng seng sehingga lampu akan menyala. Akan tetapi aliran arus listrik ini tidak berlangsung lama sehingga lampu akan padam.
Hal ini dikarenakan gelembung-gelembung gas hidrogen yang dihasilkan oleh asam sulfat (H2SO4) akan menempel pada lempeng tembaga. Gelembung gas hidrogen ini akan menghambat aliran elektron.
Peristiwa ini disebut polarisasi. Polarisasi adalah peristiwa tertutupnya elektroda elemen oleh hasil reaksi yang mengendap pada elektroda tersebut.
Meskipun penemuannya memiliki keterbatasan, akan tetapi elemen Volta ini menjadi prinsip dalam pembuatan baterai dan aki.
2. Elemen Daniell
Elemen Daniell memiliki cara kerja yang hampir sama dengan elemen Volta. Akan tetapi, pada elemen Daniell ditambahkan larutan tembaga sulfat (CuSO4) sebagai larutan elektrolit dan campuran serbuk karbon dengan oksida mangan sebagai dispolarisator.
Dispolarisator berfungsi untuk mencegah terjadinya polarisasi. Campuran tersebut akan menyerap gelembung-gelembung gas yang terjadi selama muatan listrik mengalir.
3. Baterai (Elemen Kering)
Baterai memiliki dua kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif baterai berupa batang karbon yang dibenamkan ke dalam campuran mangan dioksida (MnO2) dan amonium klorida (NH4Cl).
Kutub negatif baterai adalah lapisan paling luar yang terbuat dari seng (Zn). Sedangkan campuran mangan dioksida berfungsi sebagai zat pelindung elektrolit.
Di antara lapisan paling luar, yaitu seng yang berfungsi sebagai kutub negatif dan campuran mangan dioksida terdapat pasta amonium klorida yang berfungsi sebagai elektrolit.
Di antara kutub positif dan kutub negatif terdapat beda potensial. Beda potensial inilah yang menyebabkan baterai tersebut dapat mengalirkan arus listrik jika dipasangkan secara benar dalam sebuah rangkaian.
Penyempurnaan dari sel seng karbon adalah baterai alkalin. Apabila digunakan dalam suatu peralatan, sel alkalin dapat bertahan enam atau tujuh kali lebih lama dibanding sel seng karbon biasa.
Di dalam sel alkalin mengandung elektrolit larutan kalium hidroksida. Pelat logamnya terbuat dari nikel dan senyawa kadmium.
B. Elemen Sekunder
Elemen sekunder bersifat dapat diperbaharui. Artinya tegangan yang berasal dari elemen sekunder suatu saat akan habis, tetapi masih dapat diisi ulang.
Contoh elemen sekunder adalah akumulator, yang banyak digunakan dalam kendaraan bermotor, seperti sepeda motor dan mobil.
Akumulator sering disebut juga elemen basah. Akumulator atau aki terdiri atas pasangan-pasangan keping timbal dan timbal dioksida, dimana tiap pasangan ini disebut sel.
Setiap pasangan timbal dan timbal dioksida ini mampu memberikan tegangan 2 volt. Kapasitas penyimpanan sebuah aki dapat terlihat berupa tulisan angka pada aki.
Misalkan pada aki tertulis 12V 40 AH, ini artinya aki mempunyai ggl 12 volt dan mengalirkan arus listrik 40 Ampere selama waktu satu jam.
Akumulator juga mempunyai dua buah kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub negatif akumulator terletak pada timbal dan kutub positif pada timbal dioksida. Timbal dan timbal dioksida dicelupkan ke dalam larutan elektrolit asam
Agar akumulator dapat berfungsi kembali, perlu aliri sumber arus searah (DC). Perubahan energi saat aki digunakan, yaitu dari energi kimia menjadi energi listrik. Sedangkan saat pengisian aki terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kimia.
Baca juga :
Demikian ulasan mengenai pengertian sumber arus listrik, jenis, dan contohnya dilengkapi gambar. Terima kasih sudah berkunjung dan semoga bermanfaat.
Elemen Primer dan Sekunder
· Anode : Batang Karbon (C)
· Elektrolit : Amonium Klorida (NH4CL)
· Dispolisator : Mangan Dioksida (MNO2)
Cara Kerja : Campuran mangan dioksida berfungsi sebagai zat pelindung elektrolit. Di antara lapisan paling luar yaitu seng berfungsi sebagai kutub negatif dan campuran mangan dioksida terdapat pasta amonium klorida yang berfungsi sebagai elektrolit. Di antara kutub positif dan kutub negatif ini terdapat beda potensial. Beda potensial inilah yang menyebabkan baterai tersebut dapat mengalirkan arus listrik jika dipasangkan secara benar dalam sebuah rangkaian. Suatu saat, karbon dan elektrolit dari baterai akan habis sehingga baterai tersebut tidak dapat menghasilkan arus listrik. Baterai termasuk sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang.
· Elektrolit : Asam Sulfat (H2SO4)
Cara kerja : Elemen volta terdiri atas tabung kaca yang berisi larutan asam sulfat (H2SO4) dan sebagai anoda adalah logam Cu (tembaga) sedangkan kutub negatif adalah Zn (seng). Jika elektroda-elektroda seng dan tembaga dimasukkan ke dalam larutan asam sulfat, akan terjadi reaksi kimia yang menyebabkan lempeng tembaga bermuatan listrik positif dan lempeng seng bermuatan listrik negatif. Hal ini menunjukkan bahwa lempeng tembaga memiliki potensial lebih tinggi daripada potensial lempeng seng. Elektron akan mengalir dari lempeng seng menuju lempeng tembaga. Jika kedua lempeng ini dirangkaikan dengan lampu, arus akan mengalir dari lempeng tembaga ke lempeng seng sehingga lampu akan menyala. Namun, aliran arus listrik ini tidak berlangsung lama sehingga lampu akan padam. Hal ini dikarenakan gelembung-gelembung gas hidrogen yang dihasilkan oleh asam sulfat (H2SO4) akan menempel pada lempeng tembaga. Gelembung gas hidrogen ini akan menghambat aliran elektron. Kamu telah mengetahui bahwa arus listrik adalah aliran elektron-elektron sehingga jika aliran elektron ini terhambat, tidak akan ada arus yang mengalir. Peristiwa ini disebut polarisasi. Dengan kata lain, polarisasi adalah peristiwa tertutupnya elektroda elemen oleh hasil reaksi yang mengendap pada elektroda tersebut.
· Elektrolit : Asam Sulfat (H2SO4)
· Dispolisator : Tembaga Sulfat
Cara kerja : Cara kerja elemen daniell pada dasarnya sama dengan cara kerja elemen volta. Namun pada elemen daniell ditambahkan larutan tembaga sulfat (CuSO4) untuk mencegah terjadi polarisasi, yang dinamakan depolarisator sehingga usia elemen dapat lebih lama.
· Elektrolit : Amonium Klorida
Cara kerja : Elemen ini terdiri dari bejana kaca dan berisi karbon ( C ) sebagai elektroda positif , batang seng ( Zn ) sebagai elektroda negatif , larutan amonium klorida ( NH4CI ) sebagai elektrolit dan depolarisator mangandioksida ( MnO2 ) bercampur serbuk karbon ( C ) dalam bejana berpori.Bila ion - ion seng masuk dalam larutan amonium klorida,maka batang seng akan negatif terhadap larutan itu.Amonium klorida memberikan ion-ion amonium yang bermuatan positif yang menembus bejana berpori menuju batang karbon.Ion-ion itu memberikan muatan positifnya kepada batang karbon dan terurai menjadi amoniak ( Nh3 ) dan gas hidrogen ( H2 ).Elemen Leclanche dapat menghasilkan tegangan listrik sekitar 1,5V.Elemen ini tidak mengandung asam yang berbahaya dan pelopor dari sumber arus listrik potable yang sering dikenal dengan baterai.
· Anode : Timbal Dioksida (PbO2)
· Katode : Timbal Murni (Pb)
· Elektrolit : Asam Sulfat (H2SO4)
Cara kerja : Ketika accumulator digunakan terjadi :
- perubahan energi kimia menjadi energi listrik
- Reaksi kimia : PbO2 + Pb + 2 H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
Timbal diosida dan timbal mejadi timbal sulfat. Dalam reaksi ini dilepaskan electron-elektron sehingga arus listrik mengalir pada penghantar luar dari kutub + ke kutub -. Reaksi kimia yang terjadi mengencerkan asam sulfat sehingga massa jenisnya berkurang. Pada nilai massa jenis tertentu, aki tidak dapat menghasilkan muatan listrik (accumulator mati/ soak). Agar dapat digunakan kembali accu harus di muati ulang.
Ketika accumulator diisi (dicharge) terjadi :
- perubahan energi listrik menjadi energi kimia
- reaksi kimia : 2PbSO4 + 2H2O PbO2 + Pb + 2H2SO4
Pengisian aki dilakukan dengan mengalirkan arus searah yang memiliki beda potensial lebih besar dari beda potensial aki dengan cara menghubungkan kutub positif sumber arus pengisi dengan kutub positif aki (PbO2) dan kutub negatif sumber arus pengisi dengan kutub negatif aki ( Pb).
Kapasitas penyimpanan aki diukur dalam satuan ampere hour(AH).Contoh: sebuah aki memiliki 12 V 40 AH berarti ggl aki 12 volt dan dapat mengalirkan arus 1 ampere selama 40 jam atau 0,5 ampere selama 80 jam sebelum aki dimuati ulang.
2. Baterai Nikel Metal Hidrat (Ni-MH)
· Katode : Nikel Oksi Hidroksida
· Elektrolit : Potasium Hidroksida
3. Baterai Nikel Kadmium (Ni-Cd)
· Anode : Nikel Hidroksida (NiO(OH))
· Katode : Kadmium Hidroksida
· Elektrolit : Potasium Hidroksida
Cara kerja : Baterai Nikel-Kadmium terdiri atas nikel hidrosida (Ni(OH2)) sebagai elektroda positif dan Kadmium hidrosida (Cd(OH2))sebagai elektroda negatif.Larutan yang digunakan adalah potassium hidrosida (KOH).Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 Volt dengan kerapatan energi dua kali lipat dari baterai asam timbal. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan intenal yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang tinggi. Umumnya baterai jenis ini memiliki waktu siklus hingga lebih dari 500 siklus. Salah satu kekurangan baterai jenis nikel kadmium adalah adanya efek ingatan (memory effect) yang berarti bahwa baterai dapat mengingat jumlah energi yang dilepaskan pada saat discharge sebelumnya. Efek ingatan disebabkan oleh perubahan yang terjadi pada struktur kristal elektrode ketika baterai nikel kadmium diisi muatan listrik kembali sebelum seluruh energi listrik yang terdapat pada baterai nikel kadmiun dikeluarkan/digunakan. Selain itu, baterai nikel kadmium juga sangat sensitif terhadap kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik pada baterai.
· Anode : Lithium – Metal Oksida
· Elektrolit : Lithium Perklorat