Sumber Tegangan Listrik

Sumber Tegangan Listrik

          Sumber tegangan merupakan suatu elemen listrik yang menyimpan energy listrik. Tegangan di dalam istilah sains berarti beda potensial listrik. Satuan untuk beda potensial listrik adalah volt.

1.      Beda Potensial dan Tegangan Listrik

        Aliran arus listrik dapat disamakan dengan aliran air dari dua bejana. Contohnya air yang ada di bejana 1 lebih banyak dari pada air yang ada di bejana 2
dan kedua bejana disambung. Air dari beana 1 hanya akan mengalir ke bejana 2 selama tekanan bejana 1 lebih besar daripada bejana 2. Jika tekanan bejana 1 sama dengan tekanan bejana 2 maka air dari bejana 1 tidak mengalir lagi ke bejana 2. Agar air selalu dapat mengalir dari bejana 1 ke bejana 2 maka harus dipasang pompa yang dapat memindahkan air tersebut melalui jalan yang berbeda sehingga tekanan bejana 1 selalu lebih besar daripada bejana 2. Demikian juga pada aliran listrik. Agar arus listrik dapat mengalir terus maka harus dipasang alat pembuat beda potensial yang disebut sumber tegangan listrik. Misalnya terdapat titik A dan titik B. Agar arus listrik dapat selalu mengalir dari titik A ke titik B maka potensial A harus lebih besar daripada potensial B. Jadi, sumber tegangan berfungsi untuk memindahkan muatan-muatan listrik sehingga terjadi beda potensial antara titik A dan titik B. Agar dapat mengalirkan arus listrik, sumber tegangan harus mengeluarkan energy. Jika mempunyai energy sebesar 1 joule, sumber tegangan dapat memindahkan muatan listrik sebanyak satu coulomb dan dikatakan beda potensialnya sebesar 1 volt. Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial disebut voltmeter.

          Beda potensial antara titik A dan titik B selama arus mengalir disebut tegangan jepit (klem spaning) dan diberi lambing notasi V_AB. Adapun beda potensial antara kutub positive dan negative sumber tegangan yang diukur langsung tanpa adanya aliran arus disebut gaya gerak listrik(GGL) dan diberi notasi E. Beda potensial tegangan jepit lebih kecil daripada beda potensial pada GGL karena selama arus mengalir digunakan untuk menyalakan lampu yang mempunyai hambatan tertentu.

Berdasarkan Uraian di atas dapat disimpulkan sebagai berikut:

a.    tegangan jepit (V) adalah beda potensial antara dua titik selama mengalirkan arus  listrik;

b.    gaya gerak listrik (GGL) adalah beda potensial sebuah sumber tegangan tanpa mengalirkan arus listrik;

c.    voltmeter dipasang secara parallel dan digunakan untuk mengukur beda potensial.

2.     Sumber Tegangan

          Beda potensia antara dua titik pada penghantar terjadi jika pengantar dihubungkan dengan sumber tegangan. Hal itu berarti, untuk dapat menimbulkan perbedaan potensial diperlukan sumber arus listrik. Beberapa sumber arus listrik, antara lain baterai dan generator. Baterai ada yang berasal dari bahan kimia dan ada yang menggunakan energy surya. Baterai dibedakan menjadi baterai sel kering dan baterai sel basah. Baterai yang menggunakan energy surya digunakan pada kalkulator dan jam tangan.

A.      Elemen Volta

          Eleman volta ditemukan oleh Alesandro Volta (1745-1827). Bagian utama dari elemen Volta adalah :

1)    anode (kutub positive) menggunakan lempeng tembaga (Cu), yang mempunyai potensial yang lebih tinggi;

2)   katode (kutub negative) menggunakan lempeng seng (Zn) yang mempunyai potensial lebih rendah;

3)   elektrolit, yaitu larutan yang dapat menghantarkan arus listrik, misalnya asam sulfat (H₂SO₄ ).

Apabila antara kutub positive dan kutub negative dihubungkan dengan sebuah penghantar listrik akan terjadi arus listrik dari kutub positive ke kutub negative. Jika lampu dihubungkan dengan kedua kutub tersebut, lampu akan menyala. Namun, lampu itu tidak menyala dalam waktu cukup lama. Hal itu terjadi karena terbentuknya gelembung-gelembung gas hydrogen yang melekat pada lempeng tembaga sehingga menghambat arus listrik. Adapun reaksi pada elemen Volta sebagai berikut.

Elektrolit        : H₂SO₄  2H⁺  SO₄^-2
Anode             : Cu²⁺ + H⁺  polarisasi
Katode : ZN²⁺ + SO₄^-2  ZnSO₄
          Pada reaksi di atas, gas hydrogen (H₂) tidak dapat bersenyawa dengan tembaga (Cu) sehingga terbentuklah gelembung-gelembung gas yang menempel dan menghalangi jalannya arus listrik. Peristiwa tersebut disebut polarisasi.

B.       Elemen Kering

          Elemen kering (baterai) pertama kali dibuat oleh Leclance. Disebut elemen kering karena elektrolit yang digunakan dalam bentuk pasta yang kering (seperti pasta gigi). Bagian utama elemen kering adalah :

1)    Kutub positive menggunakan batang karbon (C) di sebelah atas dan ditutup dengan kuningan;

2)   Kutub negative menggunakan lempeng seng (Zn);

3)   Larutan elektrolit menggunakan campuran antara ammonium klorida, mangan dioxide, dan serbuk karbon dalam bentuk pasta sehingga dapat mengadakan polarisasi. Oleh Karena itu, elemen kering dapat bertahan lama.

C. Akumulator

          Seperti halnya elemen volta dan elemen kering, akumulator juga merupakan sumber tegangan yang berasal dari reaksi kimia. Bagian utama akumulator adalah :

1)    Kutub positifnya menggunakan timbale peroksida (PbO₂);

2)   Kutub negatifnya menggunakan timbale (Pb);

3)   Elektrolitnya menggunakan larutan asam sulfat (H₂SO₄).

Pada waktu pemakaian akumulator, terdapat perubahan energy dari energy kimia menjadi energy listrik. Reaksi pada pemakaian akumulator sebagai berikut.

Elektrolit                   : H₂SO₄  2H⁺ + SO₄^2-
Anode               : PbO_2­ + SO₄^2- + H₂O  PbO + H₂O
Katode              : Pb + SO₄^2- + H₂O  PbO + H₂SO₄

Berdasarkan reaksi kimia di atas, ternyata saat akumulator digunakan baik anode maupun katode sedikit demi sedikit berubah menjadi PbO atau timbale oksida sehingga potensial kedua kutub menjadi sama. Dalam keadaan yang demikian, arus listrik tidak dapat mengalir dan akumulator disebut kosong. Kemampuan akumulator mengalirkan arus dapat dipulihkan kembali dengan cara menyetrumnya. Hal itu dilakukan dengan cara mengalirkan arus searah dari sumber lain melalui kedua kutubnya.

Pengisian akumulator adalah proses mengubah energy listrik menjadi energy kimia. Reaksi pada saat pengisian akumulator

Elektrolit     : H₂SO₄  2H⁺ + SO₄
Anode          : PbO + SO­­₄^2- + H₂O  PbO₂ + H₂SO₄
Katode         : PbO + 2H⁺  Pb + H₂O
          Adapun cara mengisi akomulator adalah dengan jalan mengalirkan arus searah dari sumber arus lain dengan arah berlawanan dengan arah arus yang dihasilkan oleh akumulator tersebut. Berarti ketika mengisi, kutub positive dihubungkan dengan kutub positive sumber arus dan kutub negative akumulator dihubungkan dengan kutub negative sumber arus. Kedua kutub akhirnya berubah kembali menjadi timbale peroksida (PbO­₂) dan timbale sehingga memiliki beda potensial. Karena akumulator yang telah kosong dapat diisi kembali maka akumulator disebut elemen sekunder. Akumulator yang digunakan sehari-hari terdiri atas beberapa buah elemen yang disusun seri dengan masing-masing elemen mempunyai beda potensial 2 volt. Kapasitas akumulator dinyatakan dengan ampere hours (AH). Kapasitas akumulator    40 AH, artinya jika akumulator itu digunakan dengan arus sebesar 1 A dapat bertahan selama 40 jam tanpa pengisian kembali.