Arus Searah (DC)

Arus searah (bahasa Inggris direct current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber arus listrik searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan panel surya. Arus searah biasanya mengalir pada sebuah konduktor, walaupun mungkin saja arus searah mengalir pada semi-konduktor, isolator, dan ruang hampa udara

Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.

Penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus searah. Karena listrik arus bolak-balik lebih mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi (penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir semua transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.

a. elemen volta ( sel volta )

Elemen ini merupakan elemen paling sederhana. bagian-bagian utama elemen volta, yaitu

1. elektrode positif ( anoda ) : lempeng tembaga (Cu)

2. elektrode negatif ( katoda ) : lempeng seng (Zn)

3. larutan elektrolit : larutan asan sulfat (H2SO4)

Jika elektrode positif dan elektrode negatif elemen volta dihubungkan dengan voltmeter maka jarum voltmeter akan menyimpang. Hal ini berarti dalam rangkaian tersebut terdapat gaya gerak listrik (GGL) yang menghasilkan arus listrik. Arus listrik yang terjadi hanya mengalir beberapa saat. Kemudian, terputus setelah permukaan electrode positif tertutup gelembung-gelembung gas hidrogen hasil reaksi kimia antara electrode negative fengan larutan elektrolit. Reaksinya sebagai berikut.

Zn + H2SO4 àZnSO4 + 2H

Peristiwa tertutupnya electrode positif elemen volta oleh gelembung-gelembung gas hydrogen disebut polarisasi. Beda potensial yang dihasilkan elemen volta sebesar 1,5 volt dengan ars searah (DC)

Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :

  • Reaksi antara larutan asam sulfat encer dengan seng mengakibatkan lempengan seng bermuatan negatif (seng mengambil elektron dari larutan asam sulfat, potensial seng negatif). karena larutan kekurangan elektron maka larutan mengambil elektron dari batang tembaga, sehingga kekurangan elektron (bermuatan positif – potensial positif).
  • Adanya beda potensial antara ujung tembaga dan ujung seng menyebabkan aliran elektron dari seng ke tembaga melalui kawat penghantar penghubung kedua kutub tersebut.
  • Aliran muatan listrik dalam larutan akan terganggu karena adanya reaksi kimia pada saat perpindahan elektron dan ini terlihat antara lain dengan adanya gelembung gas yang menutupi lempeng tembaga sehingga dalam waktu singkat aliran listrik terhenti.

b. Elemen Kering / Baterai

Elemen kering yang paling umum digunakan adalah sel karbon seng . Susunannya sebagai berikut :.

  • Anoda : batang karbon (C)
  • Katoda : seng (Zn)
  • Elektrolit : Amonium Clorida (NH4Cl)
  • Depolarisator : Mangan dioksida dan serbuk karbon ( MnO2 + C ).

Prinsip kerja Baterai, ketika baterai dipakai , terjadi reaksi antara elektrode positif dan elektrode negatif. Di elektrode negatif terjadi pelepasan elektron oleh seng. Akibatnya, terbentuk ion seng yang bermuatan positif. Elektron yang dilepaskan tersebut ditangkap oleh elektrode positif dalam hal ini, dilakukan oleh mangan dioksida dan larutan amonium klorida . Peristiwa tersebut terjadi terus menerus. Akibatnya, pada suatu saat perbedaan potensial kedua elektrode sama dengan nol. Paad keadaan inilah baterai dikatakan mati. Selama baterai digunakan, seng bereaksi dengan amonium klorida sehingga terbentuk seng klorida dan gas hidrogen. Itulah sebabnya , jumlah amonium klorida berangsur-angsur berkurang.

c. Akumulator

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

Pada saat akumulator digunakan, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik dan terjadi perubahan anode, katode dan elektrolitnya. Pada anode terjadi perubahan yaitu timbal dioksida (PbO2) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Perubahan yang terjadi pada katode adalah timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Adapun pada larutan elektrolit terjadi perubahan, yaitu asam sulfat pekat menjadi encer, karena pada pengosongan akumulator terbentuk air (H2O). Susunan akumulator adalah sebagai berikut.
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%.

Ketika akumulator digunakan, terjadi reaksi antara larutan elektrolit dengan timbal dioksida dan timbal murni sehingga menghasilkan elektron dan air. Reaksi kimia pada akumulator yang dikosongkan adalah sebagai berikut.
• Pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2–
• Pada anode: PbO2 + 2H+ + 2e + H2SO4 →PbSO4+2H2O
• Pada katode : Pb + SO 42 → PbSO4

Pada saat akumulator digunakan, baik anode maupun katode perlahan-lahan akan berubah menjadi timbal sulfat (PbSO4). Jika hal itu terjadi, maka kedua kutubnya memiliki potensial sama dan arus listrik berhenti mengalir. Terbentuknya air pada reaksi kimia menyebabkan kepekatan asam sulfat berkurang, sehingga mengurangi massa jenisnya. Keadaan ini dikatakan akumulator kosong (habis).

Akumulator termasuk elemen sekunder, sehingga setelah habis dapat diisi kembali. Pengisian akumulator sering disebut penyetruman akumulator. Pada saat penyetruman akumulator terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Perubahan yang terjadi pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal dioksida (PbO2). Perubahan pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal murni (Pb). Kepekatan asam sulfat akan berubah dari encer menjadi pekat, karena ketika akumulator disetrum terjadi penguapan air.

Untuk menyetrum akumulator diperlukan sumber tegangan DC lain yang memiliki beda potensial yang lebih besar. Misalnya akumulator 6 volt kosong harus disetrum dengan sumber arus yang tegangannya lebih dari 6 volt. Kutub-kutub akumulator dihubungkan dengan kutub sumber tegangan. Kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub positif akumulator. Adapun, kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub negatif akumulator. Rangkaian ini menyebabkan aliran elektron sumber tegangan DC berlawanan dengan arah aliran elektron akumulator.

Elektron-elektron pada akumulator dipaksa kembali ke elektrode akumulator semula, sehingga dapat membalik reaksi kimia pada kedua elektrodenya. Agar hasil penyetruman akumulator lebih baik, maka arus yang digunakan untuk mengisi kecil dan waktu pengisian lama. Besarnya arus listrik diatur dengan reostat. Pada saat pengisian terjadi penguapan asam sulfat, sehingga menambah kepekatan asam sulfat dan permukaan asam sulfat turun. Oleh sebab itu, perlu ditambah air akumulator kembali.
Susunan akumulator yang akan disetrum (diisi) dalam keadaan masih kosong, yaitu
a. kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbSO4),
b. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (PbSO4),
c. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) encer.

Reaksi kimia saat akumulator diisi, yaitu
• pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2–
• pada anode : PbSO4 + SO4 2– + 2H2O→ PbO2 + 2H2SO4
• pada katode: PbSO4 + 2H+ → Pb + H2SO4
Jadi, saat penyetruman akumulator pada prinsipnya mengubah anode dan katode yang berupa timbal sulfat (PbSO4) menjadi timbal dioksida (PbO2) dan timbal murni (Pb).

Sumber : google books

About these ads

Posted on November 23, 2011, in Pelajaran and tagged , , . Bookmark the permalink. Leave a comment.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 284 other followers

%d bloggers like this: