bab 10 sumber arus listrik

A . Su m be r Te ga n ga n

Pada bab 7 t elah k it a pelaj ar i, bahw a m uat an sej enis bila didekat kan akan t olak- m enolak begit upun sebalik ny a. Hal ini t er j adi bila benda ber m uat an d id ek at k an p ad a b en d a y an g lain m ak a b en d a t er seb u t ak an t er p olar isasi, y ait u m u at an y an g sej enis akan m enj auh sedang m uat an t ak sej enis akan t arik- m enarik.

Pada Gam bar 10.1 j ik a sebuah cak r am logam net r al didek at k an k e per m uk aan dalam k onduk t or berongga yang berm uat an list rik, t idak m enyebabkan daun elek t r osk op m ek ar. I ni m enunj uk k an bahw a cak r am logam t idak ber m u at an list r ik . Dan j ik a cakram logam t ersebut didekat kan pada perm ukaan luar k onduk t or, m ak a daun elek t r oskop m ek ar. Hal ini m enunj uk k an bahw a cak r am logam ber m uat an list rik. Jadi pada prinsipnya m uat an- m uat an t ersebut ber ada pada sekit ar per m ukaan sebuah kondukt or.

Muat an y ang ber ger ak ak ibat k ehadir an m uat an y ang lain, ak an m engingat k an pada k onsep gay a. Mengapa? Jelaskan!

Gay a y ang bek er j a pada sebuah m uat an Q dan m enyebabkan pergeseran sepanj ang s disebut energi at au ker j a, W.

Ga m b a r 1 0 . 1 Dist r ibusi m uat an list r ik pada k onduk t or ber ongga

cak r am logam m enj adi ber m uat an list r ik

k on d u k t or b er on g g a ber m uat an list r ik isolasi

Jadi, k er j a y ang dilakuk an oleh sebuah m uat an sam a dengan per k alian gay a dengan per geser an, dirum uskan,

W = F S

Menurut persam aan di at as bahwa gaya sebanding dengan m uat an, m aka kerj a yang dilakukan j uga sebanding dengan m uatan yang berpindah, dan beda potensial yang m enyebabkan m uatan bergerak. Oleh karena it u persam aan t er sebut dapat ditulis

W = Q ΔV

Dengan ΔV_AB adalah beda pot ensial di t it ik A dan B dengan sat uan volt , lihat Gam bar 10.2! Persam aan di at as m enunj uk k an bahw a usaha at au k er j a dapat diny at ak an dalam sat uan coulom b v olt dan disebut sebagai energi pot ensial. Beda pot ensial list rik sering disebut sebagai pot ensial dan dalam bahasa sehar i-har i lebih dikenal sebagai t egangan list r ik.

Perhat ikan Gam bar 10.2, m isalkan ada dua buah benda berbent uk bola yang sam a besarnya, m asing-m asing berasing-m uat an posit if. Benda A berasing-m uat an posit if lebih bany ak dar ipada benda B. Oleh k ar ena it u, benda A m em puny ai pot ensial list r ik lebih besar d ar ip ad a d i B. Seb alik n y a b en d a A k ek u r an g an elek t r on sehingga j ik a benda A dan B dihubungk an d en g an k aw at p en g h an t ar, m ak a t er j ad i alir an elek t r on dar i B k e A dan alir an m uat an posit if dar i A k e B, sam pai t er j adi k eseim bangan, y ait u pot ensial A sam a dengan pot ensial B. Ar ah alir an m uat an-m uat an posit if disebut ar ah ar us list r ik , I, dan ar ah sebaliknya adalah arah elekt ron, hal ini m enunj ukkan bahw a ar ah ar us list r ik selalu ber law anan dengan arah aliran elekt ron.

Ga m b a r 1 0 . 2 Bed a p ot en sial

B.

M a ca m - m a ca m Su m be r Te ga n ga n

Telah dipelaj ari bersam a bahwa arus list rik dapat m engalir dalam kawat penghant ar j ika ant ara kedua uj ung- uj ung penghant ar it u t erdapat beda pot ensial. Unt uk dapat m enim bulkan beda pot ensial diperlukan Pada saat t erj adi keseim bangan ant ara pot ensial di A dan di B, m ak a t idak ak an t er j adi alir an m uat an a t a u t i d a k a d a a r u s y a n g m e n g a l i r. U n t u k m em per t ahank an t er j adiny a alir an m uat an, per lu adanya alat sum ber t egangan at au sum ber arus yang d ap at m em b er ik an b ed a p ot en sial d alam su at u penghant ar. Cont oh sum ber t egangan di ant aranya bat er ai, dinam o, dan ak i.

Unt uk m engalir k an m uat an list r ik dar i t it ik sat u ke t it ik yang lain dalam suat u penghant ar, diperlukan en er g i . Ban y ak n y a en er g i y an g d i k el u ar k an d i ant ar any a t er gant ung pada besar k ecilny a sebuah m uat an yang dipindahkan, m akin besar m uat an yang dipindahk an, m ak in besar pula ener gi y ang har us dik eluar k an, per sam aan Ener gi ini disebut Ener gi Pengger ak List r ik ( EPL) . EPL ser ing disebut Gay a Ger ak List r ik , ( GGL) . Dengan k at a lain bahw a GGL adalah energi yang dikeluarkan oleh sum ber tegangan yang diperlukan unt uk m enggerakkan m uat an list rik di dalam suat u r angk aian.

Disk usik an dengan t em an sebangk u k alian.

1. Jelask an secar a fisik a t er j adiny a k ilat di angk asa, dan cer it ak an m enur ut bahasa k alian!

2. Bagaim ana bila t erdapat dua gum palan awan di angkasa? Tuliskan apa y ang ak an t er j adi ber dasar k an fenom ena di at as!

3. Mengapa bangunan y ang t inggi selalu diber i penangk al pet ir ?

s u m b e r t e g a n g a n . S u m b e r t e g a n g a n y a n g m en gelu ar k an en er gi list r ik ber dasar k an pr in sip pasangan logam disebut se l at au e le m e n. Elem en ada dua j enis, yait u elem en kering dan elem en basah. Cont oh elem en kering adalah bat u bat erai ( bat erai) , s e d a n g k a n c o n t o h e l e m e n b a s a h a d a l a h a k i ( accum ulat or) .

Elem en ker ing disebut j uga e le m e n p r im e r, k a r en a set el a h t i d a k d a p a t m em b er i k a n b ed a pot ensial sudah t idak bisa dipak ai lagi. Sedangk an ak i set elah t idak m em ber ik an beda pot ensial at au dalam bahasa sehar i- har i disebut k osong dapat diisi lagi m aka aki disebut e le m e n se k u n de r.

Adany a gelem bung- gelem bung ini dik ar enak an gas hidr ogen t idak dapat ber seny aw a dengan Cu, akibatnya m enghalangi j alannya aliran listrik sehingga lam pu t idak m eny ala. Sebagai k ut ub posit if ( anoda) dalam elem en Volt a adalah Cu sedangkan Zn sebagai kut ub negat if ( kat oda) dan H₂SO₄ encer sebagai larut an elekt rolit yang berakibat t erdisosiasi m enj adi ion 2H+ _{dan SO}

2 . Elem en Kering ( Bat erai)

bej ana dan logam dalam Zn ini dilapisi karbon ( batang arang) . Karena bat ang arang m em iliki pot ensial lebih t in ggi dar ipada Zn , m ak a bat an g ar an g sebagai anoda, sedangk an Zn sebagai k at oda.

Di bagian dalam elem en k er in g in i t er dapat cam pu r an an t ar a salm iak at au am on iu m k lor ida ( NH₄Cl) serbuk arang dan bat u kawi at au m angan dioksida ( MnO₂) . Cam puran ini berbent uk past a yang k er ing. Kar ena elem en ini m enggunak an lar ut an elekt rolit berbent uk past a yang kering m aka disebut elem en kering.

Pada elem en kering, NH₄Cl sebagai larutan elektrolit d a n Mn O₂ s e b a g a i d e p o l a r i s a t o r. Ke g u n a a n dispolar isat or y ait u dapat m eniadak an polar isasi. Seh in gga ar u s list r ik pada elem en k er in g dapat m engalir lebih lam a sebab t idak ada gelem bung-gelem bung gas.

Ar us list r ik pada bat er ai m engalir sear ah dan t er j adi bila k ut ub posit if dihubungk an dengan k ut ub negat if. Oleh sebab it u aliran bat erai dinam akan Direct Cur r ent ( DC). Unt uk m enam bah t egangan list r ik bat er ai dapat disusun secar a ser i, y ait u disusun b er u r u t an d en g an k u t u b p osit if - n eg at if d en g an berselang- seling. Misalnya 3 buah bat erai m em punyai t egangan 1,5 volt yang disusun seri akan m em punyai t egangan 4,5 v olt . Susunan seper t i ini ser ing k it a j um pai pada alat - alat list rik sederhana sepert i sent er

dan w alkm an. Adapun pasangan par alel adalah j ik a

Ba t e r a i isi u la n g

Saat ini, pem ak aian bat er ai isi ulang sem ak in m eluas, seiring sem akin banyaknya alat kom unikasi dan alat elek t r onik lainny a y ang ber sifat por t able

( m udah dibaw a dan dipindah- pindahk an) , m isalny a kom put er lapt op, t elepon genggam , Personal Digit al Assi st a n t ( PD A) , k a m e r a d i g i t a l , d a n k a m e r a genggam . Um um ny a j enis bat er ai y ang digunak an adalah nikel- kadm ium ( Ni- Cd) , yang m em akai bahan nikel hidroksida sert a kadm ium sebagai elekt rodanya, dan kalium hidroksida sebagai elekt rolit . Akan t et api, bat erai isi ulang j uga ada yang m enggunakan bahan lit ium sebagai elek t r odany a, sehingga m em puny ai day a t ahan y ang lam a.

3 . Aki (

Accum ulat or

)

Ak i m er upak an sum ber t egangan y ang ber asal dar i r eak si k im ia, sebagaim ana elem en Volt a dan elem en kering. Aki t erdiri at as karet keras at au kaca y ang ber bent uk bak dan ber isi lar ut an asam sulfat pekat H₂SO₄ yang berfungsi sebagai larut an elekt rolit . Di dalam lar ut an ini t er dapat dua k er angk a t im bul, y ait u t im bal per ok sida ( PbO₂) sebagai anoda dan t im bal m ur ni ( Pb) sebagai k at oda.

a. Pem a k a ia n a k i

Pada pem akaian aki terjadi proses perubahan energi kim ia m enjadi energi listrik. Pem akaian aki di antaranya unt uk m enyalakan t ape recorder, radio, TV. Pada saat aki digunakan m aka t erj adi proses kim ia sehingga aki dapat m engalirkan arus listrik, proses kim ia yang terjadi adalah lapisan pada kat oda dan anoda sedikit dem i sedikit berubah m enjadi tim bal oksida (PbO). Sehingga pot ensial kedua kut ub m enj adi sam a, dan arus list rik t idak dapat m engalir, dalam hal ini aki dikat akan k osong.

b . Pe ngisia n a k i

Pada pr oses pengisian ak i ini t er j adi per ubahan ener gi list r ik m enj adi ener gi k im ia. Gam bar 10.3 m enunj ukk an car a at au pr oses pengisian aki.

Kar ena ada alir an ar us list r ik dar i luar, m ak a k edua k ut ub anoda dan k at oda dar i PbO ber ubah m enj adi PbO₂ dan Pb. Per ist iw a m engalir k an ar us list r ik k e dalam ak i ini disebut m engisi at au dalam bahasa sehar i- har i disebut m eny et er um ak i.

Ga m b a r 1 0 . 3 Men gisi ak i

C.

Ga ya Ge r a k List r ik da n Te ga nga n Je pit

A. Tu j u a n

Menget ahui beda pot ensial y ang dihasilk an oleh bat er ai.

B. Ala t da n Ba h a n

1. Bat erai

2. Bola lam pu kecil ( 2,5 volt )

3. Volt m et er/ basicm et er at au m ult im et er 4. Kabel secuk upny a

C. Ca r a Ke r j a

1. Siapk an alat dan bahan y ang diper luk an. 2. Rangk aik an alat seper t i pada gam bar a.

3. Am at ilah penunj uk k an v olt m et er ! Cat at lah angk a y ang dit unj uk k an oleh v olt m et er.

Volt m et er dan basicm et er adalah alat u n t u k m engukur beda pot ensial. Mult im et er alat yang bisa difungsik an sebagai volt m et er, am per em et er, dan oh m m et er t er g an t u n g t u j u an d ar i p en g u k u r an . Pengukuran besarnya pot ensial t idak bisa dit ent ukan pada sat u t it ik . Misalny a pot ensial di t it ik A dan pot ensial di t it ik B k it a t idak bisa m enguk ur nilainy a nam un hany a bisa unt uk m enguk ur beda pot ensial ant ar a di t it ik A dan di t it ik B.

Unt uk m engukur beda pot ensial ant ara dua t it ik m isalny a dit it ik A dan B m ak a v olt m et er har us dipasang di ant ara t it ik A dan t it ik B secara paralel.

Pengukuran beda potensial pada Gam bar ( a) yaitu beda pot ensial ant ara kut ub posit if dan negat if dari suat u sum ber t egangan E, y ang diuk ur langsung t anpa adanya aliran arus list rik ke suat u penghant ar. Hasil pengukuran ini m enunj ukkan besarnya nilai GGL. 4. Rangk aik an alat seper t i pada gam bar b.

5. Am at ilah j ar um y ang dit unj uk k an oleh v olt m et er dan cat at lah.

D. H a sil Penga m a t a n

Ber ilah suat u k esim pulan diser t ai alasan y ang j elas! Volt m et er

( 0- 5 V)

–

+

Volt m et er

( 0- 5 V)

–

+

A

B

Sedangkan pengukuran beda pot ensial pada Gam bar ( b) yait u beda pot ensial ant ara dua t it ik yait u A dan B selam a arus m engalir disebut t egangan j epit , V_J. Unt uk V_{C- D}, adalah t egangan j epit ant ara t it ik C dan D. Oleh karena it u besarnya nilai GGL lebih besar dari pada V_J. Mengapa? Sebab sebagian t egangan selam a arus list rik m engalir digunakan unt uk m enyalakan lam pu yang m em punyai ham bat an t ert ent u. Sat uan yang digunakan baik GGL m aupun V_J dalam sat uan Sist em I nt ernasional adalah volt , V.

Ra ngk um a n

1. Sum ber t egangan: alat yang dapat m enghasilkan beda pot ensial pada penghant ar.

2. Beda pot ensial pada suat u t it ik sebanding dengan k er j a unt uk m em indahkan m uat an sebesar:

W = Q V

3. Gaya gerak list rik: energi yang dikeluarkan oleh sum ber t egangan yang diperlukan unt uk m enggerakkan m uat an list rik dalam suat u rangkaian.

4. Sum ber t egangan dibedak an m enj adi: a. elem en prim er

b. elem en sekunder

5. Elem en pr im er cont ohnya: elem en Volt a dan elem en Leclanche 6. Elem en sek under cont ohny a ak i.

Re f le k si

Uj i Kom pe t e n si

A. Pilihla h sa t u j a w a ba n ya ng bena r denga n m em beri t a nda

silang ( X) pada huruf

a, b, c,

at au

d

!

1. Per hat ik an gam bar di baw ah ini!

Ber ik ut ini y ang benar adalah . . . .

a. ar ah elek t r on dar i A k e B, ar ah ar us list r ik dar i B k e A b. ar ah ar us list r ik dar i A k e B, ar ah elek t r on dar i B k e A c. ar ah ar us list r ik dan ar ah elek t r on dar i B k e A

d. ar ah ar us list r ik dan ar ah elek t r on dar i A k e B

2. Ar ah ar us list r ik dan ar ah elek t r on adalah . . . . a. selalu berlawanan

b. selalu sam a

c. kadang- kadang berlawanan d. t idak dapat dit ent uk an

Pada bar ang elek t r onik seper t i r adio, selain m enggunak an list r ik sebagai su m ber t egan gan , j u ga m en ggu n ak an elem en seper t i bat erai. Pada um um nya bat erai- bat erai t ersebut disusun secara seri, m engapa dem ikian?

Jaw ablah per t any aan di at as sebagai bahan r eflek si unt uk bisa m elanj ut kan ke m at eri berikut nya.

B

C

3. Ber ik ut ini adalah gam bar penghant ar y ang ber bent uk bola ber ik ut ini!

Dar i gam bar di at as, per ny at aan y ang benar adalah . . . . a. pot ensial B sam a dengan pot ensial C

b. pot ensial B lebih besar dar i pot ensial C c. pot ensial B lebih k ecil dar i pot ensial C

d. pot ensial B m ungkin lebih besar at au lebih kecil dar i pot ensial C

4. Sebuah alat yang dapat m enim bulkan beda pot ensial ant ara uj ung-uj ung penghant ar disebut . . . .

a. GGL b. EPL

c. sum ber k alor d. sum ber t egangan

5. Sat uan Sist em I nt er nasional GGL sum ber t egangan adalah . . . . a. am pere

b. volt

c. volt am per e d. ohm

6. Pada elem en Volt a yang digunakan sebagai pem bangkit GGL adalah . . . .

a. Zn dan bat ang ar ang b. Zn dan Cu

c. Zn dan PbO₂ d. H₂SO₄ dan PbO₂

7. Penem u elem en k er ing adalah . . . . a. Alessandr o Volt a

8. Alat yang m enggunakan aki sebagai sum ber energi list rik adalah . . . . a. kom put er

b. walkm an c. kam era digit al d. televisi

9. Pada ak i ( accum ulat or) y ang ber fungsi sebagai anoda adalah . . . . a. Pb

c. H₂SO₄ c. PbO₂ d. Z n

10. Pem asangan volt m et er yang benar pada saat pengukuran t egangan adalah . . . .

a. paralel b. seri c. bebas

d. sem ua j aw aban benar

B. Jaw ablah pertanyaan berikut dengan singkat dan j elas!

1. Jelask an y ang dim ak sud dengan Ener gi Pengger ak List r ik ( EPL) ! 2. Sebut kan m acam - m acam sum ber t egangan!

3. Jelaskan dengan singkat pem akaian aki, sehingga aki dapat dikat akan k oson g!

P r o y e k

1 . Sediakan:

a. Em pat buah bat er ai,

b. Sebuah m ikr oam per e ( basic m et er unit ) ,

c. R depan yang sesuai unt uk m engukur beda t egangan! 2 . Am bil sebuah bat er ai.

3 . Uk u r lah dan baca pen u n j u k an beda t egan gan n y a dan cat at lah.

4 . Ulangi unt uk j um lah bat er ai 2, 3, dan 4.

5 . Tuliskan hasil pengam at an kalian pada t abel di bawah ini.

Ta be l D a t a Pe n ga m a t a n

No. Jum lah Sk a la ya ng Sk ala M ak sim um Ba t a s Uk ur Ba t e r a i ditunjuk yang Dipilih

1. 2. 3.

4.