Kelas : XII MO-2 / Semester 6 / tahun ajaran 2010-2011

Anggota : Imanuel Palinggi (9)

Isaac (12)

MATERI

Arus Listrik

Arus listrik adalah aliran-aliran partikel listrik yang bermuatan positif didalam suatu pengantar.

Pergerakan muatan ini terjadi pada bahan yang disebut konduktor. Konduktor bisa berupa logam,

gas atau larutan, sedangkan yang membawa muatannya sendiri tergantung pada jenis konduktor,

yaitu pada:

1. logam, pembawa muatannya adalah electron-elektron

2. gas, pembawa muatannya adalah ion positif dan electron

3. larutan, pembawa muatannya adalah ion positif dan negatif

muatan listrik dapat mengalir di dalam suatu rangkaian apabila ada sumber energi sebagai

pompa. Akibatnya muatan listrik dikenai suatu gaya, yaitu gaya gerak listrik (ggl) sehingga

timbullah listrik.

Pada kenyataannya setiap baterai tidak hanya menimbulkan beda potensial, akan tetapi sekaligus

mengandung suatu hambatan karena kelajuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam baterai

membatasi jumlah arus yang akan dihasilkan. Baterai yang rill sering dianggap sebagai baterai

ideal dengan gaya gerak listrik yang dihubungkan dengan hambatan.

Sumber Arus Searah dari Proses Kimiawi

Sumber arus searah dsebut juga sebagai sumber tegangan searah sebab arus yamng ditimbulkan

oleh suatu tegangan. Sumber arus berfungsi sebagai sumber energi untuk mengalirkan muatan

melalui peralatan listrik. Energi diperoleh dari berbagai macam bentuk energi asal yang

kemudian diubah menjadi energi listrik.

Elemen Primer

Pada elemen primer, reaksi kimia yang menyebabkan electron mengalir dari elektroda negatif

(katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Dengan demikian elemen ini

tidak dapat dimuati kembali jika muatannya habis. Elemen primer ialah elemen elektrokimia

yang memerlukan pergantian bahan-bahan pereaksi setelah memberikan sejumlah energi listrik

kepada rangkaian luar.

1. Elemen Volta (elemen Galvani)

Luigi Galvani (1737- 1798) menemukan bahwa bila kaki katak yang baru mati dikaitkan pada

tembaga kemudian disentuh pisau besi, maka kaki katak itu akan bergerak. Volta menyimpulkan

peristiwa ini sebagai gejala listrik yang timbul karena kedua logam yang dihubungkan oleh

larutan yang ada dalam kaki katak.

Bila sebatang logam dimasukkan ke dalam larutan elektrolit, batang logam menjadi negatif

sedangkan larutan menjadi bermuatan positif atau potensial larutan menjadi lebih tinggi daripada

potensial logam. Perbedaan potensial logam dari larutan dinamakan potensial kontak. Ternyata,

setiap logam mempunyai potensial kontak yang berbeda.

Sebuah elemen sederhana dapat dibuat berdasarkan prinsip diatas, yanitu dengan mencelupkan

batang tembaga (Cu) dan batang seng (Zn) kedalam larutan asam sulfat (H2SO4) encer. Batang

tembaga menjadi kutub positif atau anoda dan batang seng menjadi katoda. Beda potensial antara

anoda dan katoda adalah 1 volt.

Dalam laritan, molekul-molekul asam sulfat akan terurai menjadi ion-ion hydrogen yang

bermuatan positif dan ion-ion sulfat yang bermuatan negative. Elemen Volta mempunyai

kelemahan, yaitu hanya dapat bekerja dalam waktu yang pendek sehingga tidak cocok untuk

kehidupan sehari-hari.

2. Elemen Daniell

Elemen ini dibuat oleh John Daniell pada tahun 1835. untuk mencegah terjadinya polarisasi,

elektroda dilindungi oleh suatu bahan kimia yang disebut depolarisator. Pada elemen Daniell

yang digunakan adalah tembaga sulfat (CuSO4) yang dipisahkan dengan elektrolit asam sulfat

encer oleh bejana berpori. Jadi, ion-ion masih dapat pergi dari elektroda ke elektroda lain melalui

depolarisator.

3. Elemen Leclanche basah dan kering (baterai)

Elemen basah ini ditemukan oleh Leclanche tahun 1886. Elemen ini terdiri dari bejana kaa berisi

karbon sebagai elektroda positif, batang seng sebagai elektroda negatif, larutan ammonium

klorida sebagai elektrolit, dan depolarisator mangan dioksida bercampur dengan sebuk karbon

dalam bejana berpori.

Ketika ion-ion seng masuk kedalam larutan ammonium klorida , batang seng akan mejadi

negative terhadap larutan logam. Ammonium klorida memberikan ion NH4+ menembus bejana

berpori menuju batang karbon dan memberikan muatan positifnya pada batang karbon.

Pada perkembangannya, elemen Leclanche berubah menjadi elemen kering (baterai) yang lebih

mudah dipakai. Sebenarnya elemen kering diperoleh hanyadengan mengganti elektrolit larutan

ammonium klorida menjadi campuran pasta ammonium klorida dengan serbuk kayu, tepung atau

getah.

4. Elemen Weston

Elemen ini menggunakan air raksa sebagai anoda dan amalgama cadmium sebagai katoda.

Sebagai depolarisator digunakan campuran merkurosulfat dan kadmiumsulfat berbentuk pasta.

Sebagai elektrolit digunakan larutan jenuh cadmium sulfat. Hablur-hablur kadmiumsulfat

ditambahkan untuk menjaga supaya larutan tetap jenuh.

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 gelembunggelembung 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.

Cara Kerja Elemen

Elemen dibagi dua, yaitu elemen primer, contohnya sel kering (baterai), elemen volta. Elemen sekunder, contohnya accu. Elemen primer adalah elemen yang terdiri dari satu sel atau yang tidak dapat difungsikan lagi jika sudah habis terpakai sedangkan elemen sekunder adalah elemen yang terdiri dari beberapa sel atau dapat dipakai kembali walaupun energinya sudah habis, dengan cara diisi kembali energinya dengan cara di cas (charge). Contoh elemen primer adalah sel kering, elemen volta (baterai)

Sel Kering

Sudah kita ketahui bahwa arus listrik mengalir jika ada beda potensial antara dua titik dalam rangkaian tertutup. Untuk menimbulkan beda potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik selalu diperlukan sumber arus listrik seperti baterai. Dalam subbab ini kamu akan mempelajari beberapa macam sumber arus listrik, seperti elemen volta dan elemen kering (Baterai).

Elemen Volta Allessandro Volta menemukan bahwa pasangan logam tertentu dapat membangkitkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik inilah yang menyebabkan arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian, untuk

memahami cara kerja elemen volta perhatikanlah animasi berikut.

Jika pelat tembaga dan pelat seng dihubungkan dengan kawat tembaga melalui sebuah lampu pijar kecil, maka lampu pijar akan menyala. Lampu pijar hanya berpijar sebentar kemudian meredup dan padam. Mengapa terjadi demikian?

Padamnya lampu pada peristiwa tersebut dinamakan polarisasi (pengkutuban) pada salah satu lempeng elemen. Pada saat terjadi aliran arus, pada lempeng seng akan menghasilkan gas-gas hidrogen berupa gelembung-gelembung dan pada lempeng tembaga dihasilkan endapan yang menempel dan menutupi lempeng tembaga, yang menyebabkan terhambatnya arus sehingga lampu menjadi padam.

Sel ini disebut dengan sel kering (dry cell) karena sel ini tidak mengandung cairan, paling umum ditemui dipasaran biasanya sel karbon-seng. Pada sel kering arus listrik timbul akibat tegangan seng (Zn) lebih

besar dari tegangan batang karbon (C) sehingga arus akan mengalir dari karbon ke seng melalui penghantar luar.seng bertindak sebagai kutub negatif dan karbon bertindak sebagai kutub positif.

2. Elemen Sekunder

Akumulator (aki): Akumulator termasuk ke dalam jenis sel sekunder, artinya sel ini dapat dimuati ulang ketika muatannya habis. Ini karena reaksi kimia dalam sel dapat dibalikkan arahnya. Jadi sewaktu sel dimuati, energi listrik

diubah menjadi energi kimia, dan sewaktu sel bekerja, energi kimia diubah menjadi energi listrik.

Susunan Elemen

Elemen bisa disusun secara seri dan paralel dengan tujuan tertentu. Pemasangan secara paralel diharapkan bisa memperbesar arus yang bisa disediakan sedangkan pemasangan secara seri diharapkan untuk memperbesar tegangan GGL

1. Elemen Seri

Pada susunan seri, tegangan yang dihasilkan merupakan jumlah dari tegangan masing-masing. Susunan ini dapat memperbesar tegangan dengan arus kecil. Berikut adalah perbandingan antara rangkaian listrik dengan 1 baterai dan 3 baterai dirangkai seri dengan sebuah lampu dan switch. Bagaimana nyala lampu?

2. Elemen Paralel

Pada susunan parallel, tegangan yang dihasilkan sama dengan salah satu tegangan masing-masing. Susunan ini dapat memperbesar arus dengan tegangan kecil. dua buah baterai yang dirangkai parallel, sebuah lampu dan skalar. Beda potensial kedua baterai yang dirangkai paralel adalah 9 V. Jika dirangkai sampai 4 buah baterai maka beda potensialnya tetap yaitu 9 V.

Cara Kerja dan Susunan Elemen

A. Cara Kerja Elemen

Elemen dibagi dua, yaitu elemen primer, contohnya sel kering (baterai), elemen volta. Elemen

sekunder, contohnya accu.

Elemen primer adalah elemen yang terdiri dari satu sel atau yang tidak dapat difungsikan lagi

jika sudah habis terpakai sedangkan elemen sekunder adalah elemen yang terdiri dari beberapa

sel atau dapat dipakai kembali walaupun energinya sudah habis, dengan cara diisi kembali

energinya dengan cara di cas (charge). Contoh elemen primer adalah sel kering, elemen volta

(baterai)

Sel Kering

Sudah kita ketahui bahwa arus listrik mengalir jika ada beda potensial antara dua titik dalam

rangkaian tertutup. Untuk menimbulkan beda potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian

listrik selalu diperlukan sumber arus listrik seperti baterai.

Dalam subbab ini kamu akan mempelajari beberapa macam sumber arus listrik, seperti elemen

volta dan elemen kering (Baterai).

Elemen Volta Allessandro Volta menemukan bahwa pasangan logam tertentu dapat membangkitkan gaya gerak

listrik. Gaya gerak listrik inilah yang menyebabkan arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian,

untuk memahami cara kerja elemen volta perhatikanlah animasi berikut.

Jika pelat tembaga dan pelat seng dihubungkan dengan kawat tembaga melalui sebuah lampu

pijar kecil, maka lampu pijar akan menyala. Lampu pijar hanya berpijar sebentar kemudian

meredup dan padam. Mengapa terjadi demikian?

Padamnya lampu pada peristiwa tersebut dinamakan polarisasi (pengkutuban) pada salah satu

lempeng elemen. Pada saat terjadi aliran arus, pada lempeng seng akan menghasilkan gas-gas

hidrogen berupa gelembung-gelembung dan pada lempeng tembaga dihasilkan endapan yang

menempel dan menutupi lempeng tembaga, yang menyebabkan terhambatnya arus sehingga

lampu menjadi padam.

Memperpanjang umur aki atau baterai dengan Radiant charger

Radiant charger adalah pengisi baterai dengan arus berbeda dari listrik biasa. Saat suatu

kumparan yang sedang dialiri arus diputus listriknya, dari kumparan akan timbul listrik imbas

yang mengalir dengan arah kebalikan dari arah arus semula. Arus ini mempunyai sifat berbeda

dari listrik biasa. Bila arus ini dialirkan ke baterai maka baterai akan terisi dengan lebih

sempurna dan mempunyai umur lebih panjang. Pada beberapa kasus, baterai yang mati akan bisa

dihidupkan kembali dengan arus ini.

Saat listrik diputus kumparan menjadi sumber energi, dimana voltase dari arus ini ditentukan

oleh tahanan dari beban dan kumparan itu sendiri. Berdasarkan Peter Lindemann, ini disebut

dengan coil collapse durrent. Bila tahanan tidak ada, maka arus akan mengalir ke rangkaian

sehingga dapat merusak transistor atau IC karena keduanya mempunyai ketahanan voltase yang

rendah. Kasus yang sama terjadi bila listrik yang menghubungkan audio ke speaker putus

mendadak. Karena speaker menggunakan kumparan, saat arus diputus speaker akan

menghasilkan tegangan. Tegangan balik ini dapat merusak audio bila tidak ada proteksi.

Secara standar peralatan listrik yang menggunakan kumparan dengan power yang besar selalu

ditambahkan dengan dioda yang terpasang paralel dengan arah berlawanan dengan arah arus.

Sehingga saat arus diputus arus akan dinetralisir dengan mengalir kembali ke kumparan.

Penggunaan arus radiant untuk mengisi baterai mempunyai kelebihan:

- masa pengisian yang jauh lebih cepat

- voltase pengisian lebih tinggi, dapat meningkatkan hingga 15%

- arus yang terisi akan lebih banyak

- memperpanjang umur baterai

Cara pemanfaatan arus ini bermacam macam. Pemanfaatan arus ini diperkenalkan oleh John Bedini. Yang membuat replika untuk perkenalan alat ini pertama kali adalah anak 9 tahun untuk

pembuatan tugas sekolah. Alat yang dibuat anak kecil ini membuat para guru menjadi takjub

karena alat dapat berputar terus menerus tanpa banyak mengurangi kekuatan dari baterai.

Ada beberapa cara untuk menghasilkan arus ini. Cara yang barusan umum disebut dengan Bedini

School Girl.

Variasi yang lain adalah dengan transistor:

Joule Thief:

Dinamakan joule thief karena rangkaian ini dapat dimodifikasi sehingga mampu menyalakan

ratusan LED atau beberapa lampu neon dengan menggunakan satu baterai kecil saja!

Sedang rangkaian yang saya gunakan sebagai berikut:

Rangkaian ini bisa mencharge batere NiMh 2500mAh atau NiCd 1000mAh dalam satu jam tanpa

baterai menjadi panas sama sekali. Aki kering 12V 7Ah akan dicharge dalam waktu 6 jam.

Transistor KSC5027 diambil dari power supply komputer. Bisa diganti dengan 2N3055,

TIP3055 atau transistor kecepatan tinggi seperti TT2188, atau silahkan pakai yang ada di power

supply komputer yang rusak. Memakai dua transistor untuk memperkuat signal dari IC NE555.

Bila anda berminat untuk membuat rangkaian di atas, selalu cek suhu transistor. Bila transistor

suhunya meningkat hingga seperti setrika, segera matikan rangkaian sebelum transistornya rusak.

Beri pendingin atau kipas. Bila benar maka rangkaian dapat digunakan 24 jam tanpa rusak.

SELESAI