Sumber Arus Listrik
A.Sumber Tegangan
Gaya yang bekerja pada sebuah muatan Q dan menyebabkan pergeseran sepanjang s disebut energy atau kerja, W. Jadi, kerja yang dilakukan oleh sebuah muatan sama dengan perkalian gaya dengan pergeseran, dirumuskan,
W = F S
Menurut persamaan di atas bahwa gaya sebanding dengan muatan, maka kerja yang dilakukan juga sebanding dengan muatan yang berpindah, dan beda potensial yang menyebabkan muatan bergerak. Oleh karena itu persamaan tersebut dapat ditulis
W = Q V
Dengan VAB adalah beda potensial di titik A dan B dengan satuan volt, Beda potensial listrik sering disebut sebagai potensial dan dalam bahasa sehari-hari lebih dikenal sebagai tegangan listrik. Untuk mengalirkan muatan listrik dari titik satu ke titik yang lain dalam suatu penghantar, diperlukan energi. Banyaknya energi yang dikeluarkan di
antaranya tergantung pada besar kecilnya sebuah muatan yang dipindahkan, makin besar muatan yang dipindahkan, makin besar pula energi yang harus dikeluarkan, persamaan Energi ini disebut Energi Penggerak Listrik (EPL). EPL sering disebut Gaya
Gerak Listrik, (GGL). Dengan kata lain bahwa GGL adalah energi yang dikeluarkan oleh sumber tegangan yang diperlukan untuk menggerakkan muatan listrik di dalam suatu rangkaian.
B. Macam-macam Sumber Tegangan
sumber tegangan. Sumber tegangan yang mengeluarkan energi listrik berdasarkan prinsip pasangan logam disebut sel atau elemen. Elemen ada dua jenis, yaitu elemen kering dan elemen basah. Contoh elemen kering adalah batu baterai (baterai), sedangkan contoh elemen basah adalah aki (accumulator). Elemen kering disebut juga elemen primer, karena setelah tidak dapat memberikan beda potensial sudah tidak bisa dipakai lagi. Sedangkan aki setelah tidak memberikan beda potensial atau dalam bahasa sehari-hari disebut kosong dapat diisi lagi maka aki disebut elemen sekunder.
1. Elemen Volta
Alessandro Volta (1745 – 1827) menemukan bahwa pasangan logam tertentu dapat membangkitkan GGL, gaya gerak listrik ini menyebabkan arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian. Pasangan logam tersebut adalah Cu (tembaga) dan Zn (seng). Sumber tegangan pertama yang dapat mengalirkan arus listrik cukup
besar adalah elemen Volta. H2SO4 yang dipakai sebagai elektrolit akan terdisosiasi menjadi H+ dan SO4-2. Energi yang diperlukan untuk menggerakkan elektron-elektron dari elektroda Zn ke elektroda Cu dan jumlah energi per satuan muatan yang tersedia
dari elemen Volta dinyatakan dalam satuan volt atau joule per coulomb. Adanya gelembung-gelembung ini dikarenakan gas hidrogen tidak dapat bersenyawa dengan Cu, akibatnya menghalangi jalannya aliran listrik sehingga lampu tidak menyala. Sebagai kutub positif (anoda) dalam elemen Volta adalah Cu sedangkan Zn sebagai
kutub negatif (katoda) dan H2SO4 encer sebagai larutan elektrolit yang berakibat terdisosiasi menjadi ion 2H+ dan SO4
2. Elemen Kering (Baterai)
Elemen kering atau baterai adalah sumber tegangan yang dapat lebih lama mengalirkan arus listrik daripada elemen Volta. Elemen kering dibuat pertama kali pada tahun 1866, kimiawan Perancis oleh George Leclanche. Elemen kering ini terdiri atas Zn yang berbentuk bejana dan logam dalam Zn ini dilapisi karbon (batang arang). Karena batang arang memiliki potensial lebih tinggi daripada Zn, maka batang arang sebagai anoda, sedangkan Zn sebagai katoda. Di bagian dalam elemen kering ini terdapat campuran antara salmiak atau amonium klorida (NH4Cl) serbuk arang dan batu kawi atau mangan dioksida (MnO2). Campuran ini berbentuk pasta yang kering. Karena elemen ini menggunakan larutan elektrolit berbentuk pasta yang kering maka disebut elemen kering. Pada elemen kering, NH4Cl sebagai larutan elektrolit dan MnO2 sebagai depolarisator. Kegunaan dispolarisator yaitu dapat meniadakan polarisasi.
Sehingga arus listrik pada elemen kering dapat mengalir lebih lama sebab tidak ada gelembung gelembung gas. Arus listrik pada baterai mengalir searah dan terjadi bila kutub positif dihubungkan dengan kutub negatif. Oleh sebab itu aliran baterai dinamakan Direct Current (DC). Untuk menambah tegangan listrik baterai dapat disusun secara seri, yaitu disusun berurutan dengan kutub positif-negatif dengan
berselang-seling. Misalnya 3 buah baterai mempunyai tegangan 1,5 volt yang disusun seri akan mempunyai tegangan 4,5 volt. Susunan seperti ini sering kita jumpai pada alat-alat listrik sederhana seperti senter dan walkman. Adapun pasangan paralel adalah jika masing-masing kutub baterai yang sama saling dihubungkan, tegangan listrik yang didapat bertambah, tetapi arus yang mengalir akan menjadi lebih besar.
Baterai isi ulang
Saat ini, pemakaian baterai isi ulang semakin meluas, seiring semakin banyaknya alat komunikasi dan alat elektronik lainnya yang bersifat portable (mudah dibawa dan dipindah-pindahkan), misalnya komputer laptop, telepon genggam, Personal Digital
Assistant (PDA), kamera digital, dan kamera genggam. Umumnya jenis baterai yang digunakan adalah nikel-kadmium (Ni-Cd), yang memakai bahan nikel hidroksida serta kadmium sebagai elektrodanya, dan kalium hidroksida sebagai elektrolit. Akan tetapi,
baterai isi ulang juga ada yang menggunakan bahan litium sebagai elektrodanya, sehingga mempunyai daya tahan yang lama.
3. Aki (Accumulator)
Aki merupakan sumber tegangan yang berasal dari reaksi kimia, sebagaimana elemen Volta dan elemen kering. Aki terdiri atas karet keras atau kaca yang berbentuk bak dan berisi larutan asam sulfat pekat H2SO4 yang berfungsi sebagai larutan elektrolit.
Di dalam larutan ini terdapat dua kerangka timbul, yaitu timbal peroksida (PbO2) sebagai anoda dan timbal murni (Pb) sebagai katoda.
a. Pemakaian aki
Pada pemakaian aki terjadi proses perubahan energy kimia menjadi energi listrik. Pemakaian aki di antaranya untuk menyalakan tape recorder, radio, TV. Pada saat aki digunakan maka terjadi proses kimia sehingga aki dapat mengalirkan arus listrik, proses kimia yang terjadi adalah lapisan pada katoda dan anoda sedikit demi sedikit berubah menjadi timbal oksida (PbO). Sehingga potensial kedua kutub menjadi sama, dan arus listrik tidak dapat mengalir, dalam hal ini aki dikatakan kosong. Kemampuan aki untuk mengalirkan arus listrik dapat dipulihkan kembali dengan jalan mengalirkan
arus listrik searah dari sumber arus yang lain melalui kedua kutubnya.
b. Pengisian aki
Pada proses pengisian aki ini terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia.
C. Gaya Gerak Listrik dan Tegangan Jepit
Voltmeter dan basicmeter adalah alat untuk mengukur beda potensial. Multimeter alat yang bisa difungsikan sebagai voltmeter, amperemeter, dan ohmmeter tergantung tujuan dari pengukuran. Pengukuran besarnya potensial tidak bisa ditentukan pada satu titik. Misalnya potensial di titik A dan potensial di titik B kita tidak bisa mengukur nilainya namun hanya bisa untuk mengukur beda potensial antara di titik A dan di titik B. Untuk mengukur beda potensial antara dua titik misalnya dititik A dan B maka voltmeter harus dipasang di antara titik A dan titik B secara paralel.
Pengukuran beda potensial pada Gambar (a) yaitu beda potensial antara kutub positif dan negatif dari suatu sumber tegangan E, yang diukur langsung tanpa adanya aliran arus listrik ke suatu penghantar. Hasil pengukuran ini menunjukkan besarnya nilai GGL.
Sedangkan pengukuran beda potensial, yaitu beda potensial antara dua titik yaitu A dan B selama arus mengalir disebut tegangan jepit, VJ. Untuk VC-D, adalah tegangan jepit antara titik C dan D. Oleh karena itu besarnya nilai GGL lebih besar dari pada VJ. Mengapa? Sebab sebagian tegangan selama arus listrik mengalir digunakan untuk menyalakan lampu yang mempunyai hambatan tertentu. Satuan yang digunakan baik GGL maupun VJ dalam satuan Sistem Internasional adalah volt, V.
