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 :
εs = ε1+
ε2 + ε3 + εn
Sementara itu,
hambatan dalam penggantinya adalah:
rs = r1 + r2
+ … + rn
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:
εs = n . ε
rs = n . r
Dengan demikian, nilai kuat arus yang mengalir
melewati hambatan (resistor R) adalah:
Keterangan :
I = arus yang mengalir (Ampere)
εs =
ggl pengganti seri dari sumber yang sejenis (Volt)
R = hambatan resistor (Ohm)
rs = 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 V sebesar:
V = V1 = V2 = Vn–1 = …
= Vn
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:
εp
= 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.
Sehingga jika terjadi masalah mengenai sumber arus listrik, kita dapat
mengetahui komponen mana yang mengalami gangguan dan tahu cara mengatasinya
karena dalam kehidupan sehari-hari kita tidak bisa lepas dari arus listrik.
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
