bab-10-sumber-arus-listrik.pdf

Sumber Arus Listrik 213

Untuk mempermudah memahami materi ini, perhatikan peta konsep berikut ini.

Peta Konsep

Gaya Gerak Listrik

menjelaskan

1. Elemen Volta2. Elemen Kering (Baterai)3. Aki (Accumulator)

Energi

Sumber Tegangan Macam-macam SumberTegangan

Gaya Gerak Listrik danTegangan Jepit

Sumber Arus Listrik

antara lain

menghasilkan

dinamakan

Setelah kalian memahami peta konsep di atas, perhatikan kata-kata kunci berikutyang merupakan kunci dan cara memahami materi ini.• Sumber tegangan• Elemen kering• Elemen Volta• Aki

Andi seorang pelajar kelas tiga SMP yang baru naik dari kelas dua. Pada suatuhari Andi bersama teman sekelasnya dibimbing oleh guru pengajar Fisika

melakukan praktikum di laboratorium yang berkaitan dengan sumber tegangan.Andi duduk berempat dalam satu kelompok sambil mendengarkan penjelasan guru.

Setelah pengarahan dari guru, Andi dan ketiga temannya mulai melakukan kegiatanuntuk mengamati peralatan yang tersedia di meja praktikum yaitu dua buah tabung

yang berisi larutan, batang tembaga, seng, lampu dan kawat yang telahdirangkaikan sesuai petunjuk buku dan pengarahan guru mereka, mendapati lampu

yang terpasang yang menyala. Andi bertanya dalam hati, apa yang terjadi padarangkaian tersebut kaitannya dengan larutan yang menyebabkan lampu dapat

menyala.

Agar dapat menjawab pertanyaan tersebut, ikutilah penjelasan dalam bab ini.

Bab 10Sumber Arus Listrik

Kata Kunci

IPA Terpadu IX214

A. Sumber Tegangan

Pada bab 7 telah kita pelajari, bahwa muatansejenis bila didekatkan akan tolak-menolak begitupunsebaliknya. Hal ini terjadi bila benda bermuatandidekatkan pada benda yang lain maka bendatersebut akan terpolarisasi, yaitu muatan yangsejenis akan menjauh sedang muatan tak sejenisakan tarik-menarik.

Pada Gambar 10.1 jika sebuah cakram logamnetral didekatkan ke permukaan dalam konduktorberongga yang bermuatan listrik, tidak menyebabkandaun elektroskop mekar. Ini menunjukkan bahwacakram logam tidak bermuatan listrik. Dan jikacakram logam tersebut didekatkan pada permukaanluar konduktor, maka daun elektroskop mekar. Halini menunjukkan bahwa cakram logam bermuatanlistrik. Jadi pada prinsipnya muatan-muatan tersebutberada pada sekitar permukaan sebuah konduktor.

Muatan yang bergerak akibat kehadiran muatanyang lain, akan mengingatkan pada konsep gaya.Mengapa? Jelaskan!

Gaya yang bekerja pada sebuah muatan Q danmenyebabkan pergeseran sepanjang s disebut energiatau kerja, W.

Gambar10.1 Distribusi muatan listrik pada konduktor berongga

cakram logam menjadibermuatan listrik

konduktor beronggabermuatan listrik

isolasi

cakram logam tetaptidak bermuatan listrik


Jadi, kerja yang dilakukan oleh sebuah muatansama dengan perkalian gaya dengan pergeseran,dirumuskan,

W = F S

Menurut persamaan di atas bahwa gaya sebandingdengan muatan, maka kerja yang dilakukan jugasebanding dengan muatan yang berpindah, dan bedapotensial yang menyebabkan muatan bergerak. Olehkarena itu persamaan tersebut dapat ditulis

W = Q ΔV

Dengan ΔVAB adalah beda potensial di titik A danB dengan satuan volt, lihat Gambar 10.2! Persamaandi atas menunjukkan bahwa usaha atau kerja dapatdinyatakan dalam satuan coulomb volt dan disebutsebagai energi potensial. Beda potensial listrik seringdisebut sebagai potensial dan dalam bahasa sehari-hari lebih dikenal sebagai tegangan listrik.

Perhatikan Gambar 10.2, misalkan ada dua buahbenda berbentuk bola yang sama besarnya, masing-masing bermuatan positif. Benda A bermuatan positiflebih banyak daripada benda B. Oleh karena itu,benda A mempunyai potensial listrik lebih besardaripada di B. Sebaliknya benda A kekuranganelektron sehingga jika benda A dan B dihubungkandengan kawat penghantar, maka terjadi aliranelektron dari B ke A dan aliran muatan positif dari Ake B, sampai terjadi keseimbangan, yaitu potensialA sama dengan potensial B. Arah aliran muatan-muatan positif disebut arah arus listrik, I, dan arahsebaliknya adalah arah elektron, hal ini menunjukkanbahwa arah arus listrik selalu berlawanan denganarah aliran elektron.

Gambar 10.2 Beda potensial

A B

IPA Terpadu IX216

B. Macam-macam Sumber Tegangan

Telah dipelajari bersama bahwa arus listrik dapatmengalir dalam kawat penghantar jika antara keduaujung-ujung penghantar itu terdapat beda potensial.Untuk dapat menimbulkan beda potensial diperlukan

Pada saat terjadi keseimbangan antara potensialdi A dan di B, maka tidak akan terjadi aliran muatanatau tidak ada arus yang mengalir. Untukmempertahankan terjadinya aliran muatan, perluadanya alat sumber tegangan atau sumber arus yangdapat memberikan beda potensial dalam suatupenghantar. Contoh sumber tegangan di antaranyabaterai, dinamo, dan aki.

Untuk mengalirkan muatan listrik dari titik satuke titik yang lain dalam suatu penghantar, diperlukanenergi. Banyaknya energi yang dikeluarkan diantaranya tergantung pada besar kecilnya sebuahmuatan yang dipindahkan, makin besar muatan yangdipindahkan, makin besar pula energi yang harusdikeluarkan, persamaan Energi ini disebut EnergiPenggerak Listrik (EPL). EPL sering disebut GayaGerak Listrik, (GGL). Dengan kata lain bahwa GGLadalah energi yang dikeluarkan oleh sumber teganganyang diperlukan untuk menggerakkan muatan listrikdi dalam suatu rangkaian.

Diskusikan dengan teman sebangku kalian.1. Jelaskan secara fisika terjadinya kilat di angkasa, dan ceritakan

menurut bahasa kalian!2. Bagaimana bila terdapat dua gumpalan awan di angkasa? Tuliskan

apa yang akan terjadi berdasarkan fenomena di atas!3. Mengapa bangunan yang tinggi selalu diberi penangkal petir?

Tugas


sumber tegangan. Sumber tegangan yangmengeluarkan energi listrik berdasarkan prinsippasangan logam disebut sel atau elemen. Elemenada dua jenis, yaitu elemen kering dan elemen basah.Contoh elemen kering adalah batu baterai (baterai),sedangkan contoh elemen basah adalah aki(accumulator).

Elemen kering disebut juga elemen primer,karena setelah tidak dapat memberikan bedapotensial sudah tidak bisa dipakai lagi. Sedangkanaki setelah tidak memberikan beda potensial ataudalam bahasa sehari-hari disebut kosong dapat diisilagi maka aki disebut elemen sekunder.

1. Elemen Volta

Alessandro Volta (1745 – 1827) menemukanbahwa pasangan logam tertentu dapatmembangkitkan GGL, gaya gerak listrik inimenyebabkan arus listrik mengalir dalam suaturangkaian. Pasangan logam tersebut adalah Cu(tembaga) dan Zn (seng). Sumber teganganpertama yang dapat mengalirkan arus listrik cukupbesar adalah elemen Volta. H2SO4 yang dipakaisebagai elektrolit akan terdisosiasi menjadi H+ danSO4

-2. Energi yang diperlukan untuk menggerakkanelektron-elektron dari elektroda Zn ke elektroda Cudan jumlah energi per satuan muatan yang tersediadari elemen Volta dinyatakan dalam satuan volt ataujoule per coulomb.

Adanya gelembung-gelembung ini dikarenakangas hidrogen tidak dapat bersenyawa dengan Cu,akibatnya menghalangi jalannya aliran listrik sehinggalampu tidak menyala. Sebagai kutub positif (anoda)dalam elemen Volta adalah Cu sedangkan Zn sebagaikutub negatif (katoda) dan H2SO4 encer sebagailarutan elektrolit yang berakibat terdisosiasi menjadiion 2H+ dan SO4

2-.

IPA Terpadu IX218

2. Elemen Kering (Baterai)

Elemen kering atau baterai adalah sumbertegangan yang dapat lebih lama mengalirkan aruslistrik daripada elemen Volta. Elemen kering dibuatpertama kali pada tahun 1866, kimiawan Perancisoleh George Leclanche.

Elemen kering ini terdiri atas Zn yang berbentukbejana dan logam dalam Zn ini dilapisi karbon (batangarang). Karena batang arang memiliki potensial lebihtinggi daripada Zn, maka batang arang sebagaianoda, sedangkan Zn sebagai katoda.

Di bagian dalam elemen kering ini terdapatcampuran antara salmiak atau amonium klorida(NH4Cl) serbuk arang dan batu kawi atau mangandioksida (MnO2). Campuran ini berbentuk pasta yangkering. Karena elemen ini menggunakan larutanelektrolit berbentuk pasta yang kering maka disebutelemen kering.

Pada elemen kering, NH4Cl sebagai larutan elektrolitdan MnO2 sebagai depolarisator. Kegunaandispolarisator yaitu dapat meniadakan polarisasi.Sehingga arus listrik pada elemen kering dapatmengalir lebih lama sebab tidak ada gelembung-gelembung gas.

Arus listrik pada baterai mengalir searah danterjadi bila kutub positif dihubungkan dengan kutubnegatif. Oleh sebab itu aliran baterai dinamakan DirectCurrent (DC). Untuk menambah tegangan listrikbaterai dapat disusun secara seri, yaitu disusunberurutan dengan kutub positif-negatif denganberselang-seling. Misalnya 3 buah baterai mempunyaitegangan 1,5 volt yang disusun seri akan mempunyaitegangan 4,5 volt. Susunan seperti ini sering kitajumpai pada alat-alat listrik sederhana seperti senterdan walkman. Adapun pasangan paralel adalah jikamasing-masing kutub baterai yang sama salingdihubungkan, tegangan listrik yang didapatbertambah, tetapi arus yang mengalir akan menjadilebih besar.


Baterai isi ulang

Saat ini, pemakaian baterai isi ulang semakinmeluas, seiring semakin banyaknya alat komunikasidan alat elektronik lainnya yang bersifat portable(mudah dibawa dan dipindah-pindahkan), misalnyakomputer laptop, telepon genggam, Personal DigitalAssistant (PDA), kamera digital, dan kameragenggam. Umumnya jenis baterai yang digunakanadalah nikel-kadmium (Ni-Cd), yang memakai bahannikel hidroksida serta kadmium sebagai elektrodanya,dan kalium hidroksida sebagai elektrolit. Akan tetapi,baterai isi ulang juga ada yang menggunakan bahanlitium sebagai elektrodanya, sehingga mempunyaidaya tahan yang lama.

3. Aki (Accumulator)

Aki merupakan sumber tegangan yang berasaldari reaksi kimia, sebagaimana elemen Volta danelemen kering. Aki terdiri atas karet keras atau kacayang berbentuk bak dan berisi larutan asam sulfatpekat H2SO4 yang berfungsi sebagai larutan elektrolit.Di dalam larutan ini terdapat dua kerangka timbul,yaitu timbal peroksida (PbO2) sebagai anoda dantimbal murni (Pb) sebagai katoda.

a. Pemakaian aki

Pada pemakaian aki terjadi proses perubahan energikimia menjadi energi listrik. Pemakaian aki di antaranyauntuk menyalakan tape recorder, radio, TV. Pada saataki digunakan maka terjadi proses kimia sehingga akidapat mengalirkan arus listrik, proses kimia yang terjadiadalah lapisan pada katoda dan anoda sedikit demisedikit berubah menjadi timbal oksida (PbO). Sehinggapotensial kedua kutub menjadi sama, dan arus listriktidak dapat mengalir, dalam hal ini aki dikatakankosong.

Kemampuan aki untuk mengalirkan arus listrikdapat dipulihkan kembali dengan jalan mengalirkanarus listrik searah dari sumber arus yang lain melaluikedua kutubnya.

IPA Terpadu IX220

b. Pengisian aki

Pada proses pengisian aki ini terjadi perubahanenergi listrik menjadi energi kimia. Gambar 10.3menunjukkan cara atau proses pengisian aki.

Karena ada aliran arus listrik dari luar, makakedua kutub anoda dan katoda dari PbO berubahmenjadi PbO2 dan Pb. Peristiwa mengalirkan aruslistrik ke dalam aki ini disebut mengisi atau dalambahasa sehari-hari disebut menyeterum aki.

Gambar 10.3 Mengisi aki

C. Gaya Gerak Listrik dan Tegangan Jepit

A. Tujuan

Mengetahui beda potensial yang dihasilkan oleh baterai.

B. Alat dan Bahan1. Baterai2. Bola lampu kecil (2,5 volt)3. Voltmeter/basicmeter atau multimeter4. Kabel secukupnya

C. Cara Kerja1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan.2. Rangkaikan alat seperti pada gambar a.3. Amatilah penunjukkan voltmeter! Catatlah angka yang

ditunjukkan oleh voltmeter.

Kegiatan


Voltmeter dan basicmeter adalah alat untukmengukur beda potensial. Multimeter alat yang bisadifungsikan sebagai voltmeter, amperemeter, danohmmeter tergantung tujuan dari pengukuran.Pengukuran besarnya potensial tidak bisa ditentukanpada satu titik. Misalnya potensial di titik A danpotensial di titik B kita tidak bisa mengukur nilainyanamun hanya bisa untuk mengukur beda potensialantara di titik A dan di titik B.

Untuk mengukur beda potensial antara dua titikmisalnya dititik A dan B maka voltmeter harusdipasang di antara titik A dan titik B secara paralel.

Pengukuran beda potensial pada Gambar (a) yaitubeda potensial antara kutub positif dan negatif darisuatu sumber tegangan E, yang diukur langsungtanpa adanya aliran arus listrik ke suatu penghantar.Hasil pengukuran ini menunjukkan besarnya nilai GGL.

4. Rangkaikan alat seperti pada gambar b.5. Amatilah jarum yang ditunjukkan oleh voltmeter dan

catatlah.

D. Hasil Pengamatan

Berilah suatu kesimpulan disertai alasan yang jelas!

Voltmeter(0-5 V)

–

+ Voltmeter(0-5 V)

–

+

A

B

(a) (b)

IPA Terpadu IX222

Sedangkan pengukuran beda potensial pada Gambar(b) yaitu beda potensial antara dua titik yaitu A danB selama arus mengalir disebut tegangan jepit, VJ.Untuk VC-D, adalah tegangan jepit antara titik C danD. Oleh karena itu besarnya nilai GGL lebih besar daripada VJ. Mengapa? Sebab sebagian tegangan selamaarus listrik mengalir digunakan untuk menyalakanlampu yang mempunyai hambatan tertentu. Satuanyang digunakan baik GGL maupun VJ dalam satuanSistem Internasional adalah volt, V.

Rangkuman

1. Sumber tegangan: alat yang dapat menghasilkan beda potensialpada penghantar.

2. Beda potensial pada suatu titik sebanding dengan kerja untukmemindahkan muatan sebesar:

W = Q V

3. Gaya gerak listrik: energi yang dikeluarkan oleh sumber teganganyang diperlukan untuk menggerakkan muatan listrik dalam suaturangkaian.

4. Sumber tegangan dibedakan menjadi:a. elemen primerb. elemen sekunder

5. Elemen primer contohnya: elemen Volta dan elemen Leclanche

6. Elemen sekunder contohnya aki.a. Pemakaian aki, terjadi perubahan energi kimia menjadi listrik.b. Pengisian aki, terjadi perubahan energi listrik menjadi kimia

7. Tegangan jepit: tegangan pada saat arus mengalir.


Refleksi

Uji Kompetensi

A. Pilihlah satu jawaban yang benar dengan memberi tandasilang (X) pada huruf a, b, c, atau d!

1. Perhatikan gambar di bawah ini!

Berikut ini yang benar adalah . . . .a. arah elektron dari A ke B, arah arus listrik dari B ke Ab. arah arus listrik dari A ke B, arah elektron dari B ke Ac. arah arus listrik dan arah elektron dari B ke Ad. arah arus listrik dan arah elektron dari A ke B

2. Arah arus listrik dan arah elektron adalah . . . .a. selalu berlawananb. selalu samac. kadang-kadang berlawanand. tidak dapat ditentukan

Pada barang elektronik seperti radio, selain menggunakan listriksebagai sumber tegangan, juga menggunakan elemen sepertibaterai. Pada umumnya baterai-baterai tersebut disusun secara seri,mengapa demikian?

Jawablah pertanyaan di atas sebagai bahan refleksi untuk bisamelanjutkan ke materi berikutnya.

A B

IPA Terpadu IX224

B C

3. Berikut ini adalah gambar penghantar yang berbentuk bola berikutini!

Dari gambar di atas, pernyataan yang benar adalah . . . .a. potensial B sama dengan potensial Cb. potensial B lebih besar dari potensial Cc. potensial B lebih kecil dari potensial Cd. potensial B mungkin lebih besar atau lebih kecil dari potensial C

4. Sebuah alat yang dapat menimbulkan beda potensial antara ujung-ujung penghantar disebut . . . .a. GGLb. EPLc. sumber kalord. sumber tegangan

5. Satuan Sistem Internasional GGL sumber tegangan adalah . . . .a. ampereb. voltc. volt ampered. ohm

6. Pada elemen Volta yang digunakan sebagai pembangkit GGL adalah. . . .a. Zn dan batang arangb. Zn dan Cuc. Zn dan PbO2

d. H2SO4 dan PbO2

7. Penemu elemen kering adalah . . . .a. Alessandro Voltab. Gaston Plantec. Benjamin Franklind. George Leclanche


8. Alat yang menggunakan aki sebagai sumber energi listrik adalah . . . .a. komputerb. walkmanc. kamera digitald. televisi

9. Pada aki (accumulator) yang berfungsi sebagai anoda adalah . . . .a. Pbc. H2SO4

c. PbO2

d. Zn

10. Pemasangan voltmeter yang benar pada saat pengukuran teganganadalah . . . .a. paralelb. seric. bebasd. semua jawaban benar

B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!1. Jelaskan yang dimaksud dengan Energi Penggerak Listrik (EPL)!

2. Sebutkan macam-macam sumber tegangan!

3. Jelaskan dengan singkat pemakaian aki, sehingga aki dapat dikatakankosong!

4. Jelaskan prinsip kerja pada elemen kering (baterai)!

5. Jelaskan yang dimaksud dengan tegangan jepit!

IPA Terpadu IX226

P r o y e k

1. Sediakan:a. Empat buah baterai,b. Sebuah mikroampere (basic meter unit),c. R depan yang sesuai untuk mengukur beda tegangan!

2. Ambil sebuah baterai.3. Ukurlah dan baca penunjukan beda tegangannya dan

catatlah.4. Ulangi untuk jumlah baterai 2, 3, dan 4.5. Tuliskan hasil pengamatan kalian pada tabel di bawah ini.

Tabel Data Pengamatan

No. Jumlah Skala yang Skala Maksimum Batas UkurBaterai ditunjuk yang Dipilih

1.2.3.

4.

6. Hitunglah beda tegangan masing-masing percobaan.

bab-10-sumber-arus-listrik.pdf

Documents