Volta, Kering, dan Aki

Jumat, 26 Oktober 2012

Volta, Kering, dan Aki

Beda Potensial dan Tegangan Listrik

Semua alat dapat membuat kedua ujung penghantar mempunyai beda potensial disebut sumber tegangan listrik (electric cell). Contohnya antara lain elemen volta, baterai, dan aki (akumulator).

Elemen dibagi dua, yaitu:

1. Elemen primer,

Elemen primer adalah elemen yang terdiri dari satu sel atau yang tidak dapat difungsikan lagi jika sudah habis terpakai. Contohnya sel kering (baterai), elemen volta.

2. Elemen sekunder,

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). Contohnya akumulator atau aki.

Volta Element (Elemen Volta)

Elemen volta adalah sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh ilmuwan Italia Allesandro Volta. Elemen Volta terdiri dari tumpukan batang seng, kain yang direndam dalam larutan garam, dan batang tembaga secara bergantian.

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.

Alessandro Volta menemukan bahwa pasangan logam tertentu dapat membangkitkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik inilah yang menyebabkan arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian, jika pelat tembaga dan pelat seng dihubungkan dengan kawat tembaga melalui sebuah lampu pijar kecil, maka lampu pijar akan menyala. Lampu pijar hanya menyala sebentar, kemudian meredup dan padam. 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 hydrogen berupa gelembung-gelembung dan pada lempeng tembaga dihasilkan endapan yang menempel dan menutupi lempeng tembaga, yang menyebabkan terhambatnya arus sehingga lampu menjadi padam.

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, yaitu 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 larutan, 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.

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.

Untuk mengukur langsung beda potensial listrik pada lampu, maka dipasanglah alat ukur tegangan/beda potensial seperti terlihat pada gambar. Pada gambar di samping, alat ukur tegangan dipasang paralel dengan komponen yang hendak diukur beda potensialnya.

Dry Element (Elemen 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. Sel ini disebut dengan sel kering (dry cell) karena sel ini tidak mengandung cairan.

a. Pengertian

Baterai adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik. Sebuah baterai biasanya terdiri dari tiga komponen penting, yaitu:

batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai)

seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai)

pasta sebagai elektrolit (penghantar)

Baterai yang biasa dijual (disposable/sekali pakai) mempunyai tegangan listrik 1,5 volt. Baterai ada yang berbentuk tabung atau kotak. Ada juga yang dinamakan rechargeable battery, yaitu baterai yang dapat diisi ulang, seperti yang biasa terdapat pada telepon genggam. Baterai sekali pakai disebut juga dengan baterai primer, sedangkan baterai isi ulang disebut dengan baterai sekunder.

Baik baterai primer maupun baterai sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali, karena menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction). Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya bersifat bisa dibalik (reversible reaction).

b. Konstruksi baterai

Baterai terdiri dari beberapa sel, dimana sel-sel ini membangkitkan energy listrik. Tiap sel terdiri dari beberapa plat (lempeng), pemisah (separator) dan elektrolit.

a. Kotak baterai

Kotak baterai terdiri dari ebonite, berguna untuk memegangi sel dan penampang elektrolit. Reaksi kimia terjadi dalam kotak baterai. Sel-sel tersebut dihubungkan secara seri (kutub positif dari salah satu sel dihubungkan dengan kutub negative dari sel lainnya), sehingga tegangan listrik yang terbangkit sama dengan jumlah tegangan listrik di semua sel.

b. Plat

Terdapat dua macam plat, yaitu plat positif dan plat negative. Plat berbentuk kisi-kisi yang terbuat dari timah hitam dengan antimony ditambah dengan bahan yang aktif, sehingga menambah daya penyimpangan. Plat positif dipasang sebelah menyebelah dipisahkan oleh separator, sehingga membentuk satu group plat atau disebut satu sel. Dalam sel, terdapat satu plat negative lebih banyak sehingga kedua ujung dari kumpulan tersebut adalah plat negative.

c. Pemisah (separator)

Separator terbuat dari bahan non-konduktor untuk memisahkan plat positif dan negative agar tidak terjadi hubungan singkat. Pada separator terdapat lubang-lubang dan alur yang halus untuk member jalan terhadap sirkulasi elektrolit. Bahan separator adalah kayu, ebonite, atau dari serat gelas.

d. Elektrolit

Elektrolit terbuat dari campuran air sulingan (60,8%) dan asam belerang (39,2%). Mempunyai berat jenis 1,26 dalam keadaan baterai terisi penuh pada suhu 20ºC. bila plat-play telah terendam elektrolit, bahan aktif plat dan elektrolit sendiri mengadakan reaksi kimia sehingga membangkitkan energy listrik. Prinsip 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.

Electron 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. Pada 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.

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.

Accumulator (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.

Aki tersusun atas pelat timbal sebagai elektrode negatif dan pelat timbal dioksida sebagai elektrode positif, dan larutan elektrolit asam sulfat.

Di antara kedua elektrode , dibatasi dengan bahan isolator. Hal itu dimaksudkan, agar aki tidak bersentuhan (kalau, terjadi sentuhan menyebabkan korsleting).

Prinsip kerja:

Beda potensial setiap sel aki adalah 2 volt. Aki yang terdiri dari 3 sel mempunyai beda potensial 6 volt. Aki yang menghasilkan beda potensial 12 volt terdiri dari 6 sel, misalnya aki pada mobil dan motor. Aki pada kendaraan seharusnya tidak pernah habis setrumnya, karena setiap mesin kendaraan dihidupkan, secara otomatis dynamo ampere akan mengisi aki.

Selain untuk menghidupkan mesin kendaraan, aki juga digunakan untuk menghidupkan klakson, lampu, dan sebagainya. Jika dynamo ampere pada sel aki itu rusak, aki dapat kekurangan potensial listrik sehingga tidak mampu menghidupkan kendaraan.

Penyetruman aki

Pada waktu proses penyetruman aki, muatan listrik yang telah berpindah ke kutub negative, dipindahkan kembali ke kutub positifsehingga potensial kutub positif kembali lebih tinggi daripada potensial kutub negative.

Kesimpulan

• Elemen dibagi 2 yaitu elemen primer dan elemen sekunder.

• Kekurangan elemen volta :

1. Bentuknya besar dan berat,

2. Tidak praktis dan lambat dalam menyuplai beda potensial,

3. Hanya dapat bekerja dalam waktu yang pendek.

• Kelebihan baterai/elemen kering :

1. Lebih praktis,

2. Ada batu baterai yang mempunyai beda potensial lebih dari 1,5 volt,

3. Ada baterai sekunder yang dapat diisi ulang. Seperti baterai yang ada pada
handphone atau kamera digital.

• Kekurangan baterai :

1. Baterai primer hanya dapat digunakan sekali karna tidak dapat diisi ulang.