Elemen Volta, Baterai, Aki

Elemen Volta 

A. ELEMEN VOLTA



Bagian utama elemen Volta, yaitu
a. kutub positif (anode) terbuat dari tembaga (Cu),
b. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn),
c. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4).
Lempeng tembaga memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng memiliki potensial rendah. Jika kedua lempeng logam itu dihubungkan melalui lampu, lampu akan menyala. Hal ini membuktikan adanya arus listrik yang mengalir pada lampu. Ketika lampu menyala, larutan elektrolit akan bereaksi dengan logam tembaga maupun seng sehingga menghasilkan sejumlah elektron yang mengalir dari seng menuju tembaga. Adapun, reaksi kimia pada elemen Volta adalah sebagai berikut.
· Pada larutan elektrolit terjadi reaksi H2SO4 → 2H+ + SO2–4
· Pada kutub positif terjadi reaksi Cu + 2H+ → polarisasi H2
Pada kutub negatif terjadi reaksi Zn + SO4 → ZnSO4+ 2e
Reaksi kimia pada elemen Volta akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen tidak dapat bereaksi dengan tembaga, sehingga gas hidrogen hanya menempel dan menutupi lempeng tembaga yang bersifat isolator listrik. Hal ini menyebabkan terhalangnya aliran elektron dari seng menuju tembaga maupun arus listrik dari tembaga menuju seng. Peristiwa tertutupnya lempeng tembaga oleh gelembung-gelembung gas hidrogen disebut polarisasi. Adanya polarisasi gas hidrogen pada lempeng tembaga menyebabkan elemen Volta mampu mengalirkan arus listrik hanya sebentar. Tegangan yang dihasilkan setiap elemen Volta sekitar 1,1 volt. Penggunaan larutan elektrolit yang berupa cairan merupakan kelemahan elemen Volta karena dapat membasahi peralatan lainnya.

B. ELEMEN LECLANCHE

Elemen ini terdiri dari bejana kaca dan berisi karbon ( C ) sebagai elektroda positif , batang seng ( Zn ) sebagai elektroda negatif , larutan amonium klorida ( NH4CI ) sebagai elektrolit dan depolarisator mangandioksida ( MnO2 ) bercampur serbuk karbon ( C ) dalam bejana berpori.Bila ion - ion seng masuk dalam larutan amonium klorida,maka batang seng akan negatif terhadap larutan itu.Amonium klorida memberikan ion-ion amonium yang bermuatan positif yang menembus bejana berpori menuju batang karbon.Ion-ion itu memberikan muatan positifnya kepada batang karbon dan terurai menjadi amoniak ( Nh3 ) dan gas hidrogen ( H2 ).Elemen Leclanche dapat menghasilkan tegangan listrik sekitar 1,5V.Elemen ini tidak mengandung asam yang berbahaya dan pelopor dari sumber arus listrik potable yang sering dikenal dengan baterai.

C. DRY CELL / ELEMEN KERING




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 ).

Cara kerja :
Ketika kedua elektroda dihubungkan dengan suatu penghantar maka akan terjadi reaksi kimia yang menghasilkan aliran arus listrik. Pada saat yang sama akan terjadi gelembung gas Hidrogen yang kemudian diserap oleh campuran MnO2 + C sehingga tidak menempel pada anoda.
Baterai mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
Beda potensial yang dihasilkan + 1,5 volt.
Sel karbon seng termasuk elemen primer karena jika muatanya habis maka tidak dapat diisi ulang. Namun ada juga sel kering yang bias diisi ulang. Contohnya sel Nicad.

D. ELEMEN ALKALIN



Elemen Alkalin memiliki bagian yang sama dengan dry cell.Elemen Alkalin memiliki kapasitas 1,5 volt, hanya memiliki perbedaan pada segi konstruksi, elektrolitnya, dan tahanan dalamnya lebih kecil. Batere ini memiliki kelebihan yaitu :
· Pada proses pemakaian akan tetap pada rating yang dimiliki meskipun pemakaiannya tak menentu.
· Pada pembebanan tingi dan terus menerus, mampu memberikan umur pelayanan 2 – 10 kali pemakaian dari sel leclanche.
· Sangat baik dioperasikan pada temperature rendah sampai -25 derajat celcius.
Baterai yang sering digunakan adalah zinc-alcaline manganese oxide. zinc-alcaline manganese oxide memberikan daya olebih per penggunaannya dibandingkan batere sekunder. zinc-alcaline manganese oxide mempunyai umur (waktu hidup yang lama).
Rechargeable alcaline
Baterai alcaline mempunyai umur(waktu hidup) yang panjang ,namun daur hidupnya lebih pendek dari pada batere sekunder lainnya.

E. AKI / ACCU




Susunan Accumulator sebagai berikut :
Anoda : timbal dioksida (PbO2)
Katoda : timbal (Pb)
Elektrolit : asam sulfat (H2SO4)

Beda potensial yang dihasilkan satu sel accumulator + 2 volt.
Sebuah aki 12 volt memiliki 6 sel yang disusun seri.

Cara Kerja :
Ketika accumulator digunakan terjadi :
- perubahan energi kimia menjadi energi listrik
- Reaksi kimia : PbO2 + Pb + 2 H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
Timbal diosida dan timbal mejadi timbal sulfat. Dalam reaksi ini dilepaskan electron-elektron sehingga arus listrik mengalir pada penghantar luar dari kutub + ke kutub -. Reaksi kimia yang terjadi mengencerkan asam sulfat sehingga massa jenisnya berkurang. Pada nilai massa jenis tertentu, aki tidak dapat menghasilkan muatan listrik (accumulator mati/ soak). Agar dapat digunakan kembali accu harus di muati ulang.

Ketika accumulator diisi (dicharge) terjadi :
- perubahan energi listrik menjadi energi kimia
- reaksi kimia : 2PbSO4 + 2H2O PbO2 + Pb + 2H2SO4
Pengisian aki dilakukan dengan mengalirkan arus searah yang memiliki beda potensial lebih besar dari beda potensial aki dengan cara menghubungkan kutub positif sumber arus pengisi dengan kutub positif aki (PbO2) dan kutub negatif sumber arus pengisi dengan kutub negatif aki ( Pb).
Kapasitas penyimpanan aki diukur dalam satuan ampere hour(AH).Contoh: sebuah aki memiliki 12 V 40 AH berarti ggl aki 12 volt dan dapat mengalirkan arus 1 ampere selama 40 jam atau 0,5 ampere selama 80 jam sebelum aki dimuati ulang.


F. BATERAI NIKEL – KADMIUM

Biasa dikenal sebagai baterai Nikel-Kadmium (Ni-Cd) adalah sel kering yang dapat diisi ulang. Baterai ini sangat populer karena mempunyai kemampuan memberikan arus yang kuat dan setiap waktu dapat diisi ulang.Baterai Nikel-Kadmium terdiri atas nikel hidrosida ( Ni (OH2) ) sebagai elektroda positif dan Kadmium hidrosida ( Cd (OH2) )sebagai elektroda negatif.Larutan yang digunakan adalah potassium hidrosida ( KOH ).Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 Volt dengan kerapatan energi dua kali lipat dari baterai asam timbal. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan intenal yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang tinggi.
Umumnya baterai jenis ini memiliki waktu siklus hingga lebih dari 500 siklus. Salah satu kekurangan baterai jenis nikel kadmium adalah adanya efek ingatan (memory effect) yang berarti bahwa baterai dapat mengingat jumlah energi yang dilepaskan pada saat discharge sebelumnya. Efek ingatan disebabkan oleh perubahan yang terjadi pada struktur kristal elektrode ketika baterai nikel kadmium diisi muatan listrik kembali sebelum seluruh energi listrik yang terdapat pada baterai nikel kadmiun dikeluarkan/digunakan. Selain itu, baterai nikel kadmium juga sangat sensitif terhadap kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik pada baterai. 

ELECTRIC CELL

SUMBER 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 :

1. 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).

2. Adanya beda potensial antara ujung tembaga dan ujung seng menyebabkan aliran elektron dari seng ke tembaga melalui kawat penghantar penghubung kedua kutub tersebut.

3. 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.Dry cell (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:

1. batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai)

2. seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai)

3. 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. 

The potential difference from each accumulator cells is 2 volts. An accumulator, which consists of 3 cells has a potential difference of 12 volts consists of 6 cells, like accumulators used in cars and motorcycles. An electric current in a vehicle’s accumulator should always be present because every time the engine starts, the charging dynamo will automatically recharge the accumulators.

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.

Accumulator is also used to operate the horn, light, etc. if the charging dynamo in the accumulator cell is broken, the accumulator can lose its electric potential so that it cannot start the engine.

Penyetruman aki

Pada wktu 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.

In the process of recharging an accumulator, electric chargesin the negative pole are transferred back to the positive pole, so the electric potential in the positive polebecomes higher than in the negative pole.

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.

·         Kelebihan akumulator:

1.      Mempunyai sumber tegangan yang lebih besar dibandingkan batu baterai.

2.      Aki merupakan elemen sekunder, sehingga dapat diisi ulang. 

A. GAYA GERAK LISTRIK 

Pernahkah kamu memerhatikan tulisan 1,5 V pada baterai, atau 6 V dan 12 V pada akumulator? Besaran 1,5 V, 6 V atau 12 V yang tertulis pada badan baterai atau akumulator menunjukkan beda potensial listrik yang dimilikinya. Hal itu sering disebut gaya gerak listrik (GGL). Untuk membantumu memahami pengertian gaya gerak listrik, perhatikan Gambar 9.1 dan perhatikan pula penjelasannya. 

Jika sakelar (sk) ditutup, elektron di kutub negatif baterai akan bergerak melalui penghantar menuju kutub positif. Selama dalam perjalanannya, elektron mendapat tambahan energi dari gaya tarik kutub positif. Namun, energi itu akan habis karena adanya tumbukan antarelektron; di dalam lampu tumbukan itu mengakibatkan filamen berpijar dan mengeluarkan cahaya. Sesampainya di kutub positif, elektron tetap cenderung bergerak menuju ke kutub negatif kembali. Namun, hal itu sulit jika tidak ada bantuan energi luar. Energi luar tersebut berupa energi kimia dari baterai. Energi yang diperlukan untuk memindah elektron di dalam sumber arus itulah yang disebut gaya gerak listrik (GGL). 

Pada Gambar 9.1 tegangan terukur pada titik AB (misalnya menggunakan voltmeter) ketika sakelar terbuka merupakan GGL baterai. Adapun tegangan terukur ketika sakelar tertutup merupakan tegangan jepit. Nilai tegangan jepit selalu lebih kecil daripada gaya gerak listrik. Tahukah kamu mengapa demikian? 

B. SUMBER ARUS LISTRIK 

Kamu sudah mengetahui bagaimana terjadinya arus listrik. Selain itu kamu juga sudah mengenal komponen yang dapat membantu gerakan elektron dalam suatu rangkaian. Suatu komponen yang berfungsi sebagai tempat untuk mengubah satu jenis energi, misalnya energi kimia dan energi gerak, menjadi energi listrik disebut sumber arus listrik. Contohnya baterai, akumulator, dan generator. 

Sumber arus listrik dibedakan menjadi dua, yaitu sumber arus listrik bolak-balik (AC) dan sumber arus listrik searah (DC). Sumber arus listrik AC dihasilkan oleh dinamo arus AC dan generator. Ada beberapa macam sumber arus searah, misalnya sel volta, elemen kering (baterai), akumulator, solar sel, dan dinamo arus searah. Elemen volta, batu baterai, dan akumulator merupakan sumber arus searah yang dihasilkan oleh reaksi kimia. Oleh karena itu, elemen volta, batu baterai, dan akumulator sering disebut elektrokimia. Dikatakan elektrokimia sebab alat tersebut mengubah energi kimia menjadi energi listrik. 

Elemen dibedakan menjadi dua, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer adalah elemen yang setelah habis muatannya tidak dapat diisi kembali. Contohnya elemen volta dan batu baterai. Elemen sekunder adalah elemen yang setelah habis muatannya dapat diisi kembali. Contohnya akumulator (aki). Pada elemen volta, baterai, dan akumulator terdapat tiga bagian utama, yaitu 

1. anode, elektrode positif yang memiliki potensial tinggi, 

2. katode, elektrode negatif yang memiliki potensial rendah, 

3. larutan elektrolit, cairan yang dapat menghantarkan arus listrik. 

Untuk lebih memahami prinsip kerja beberapa contoh elektrokimia, ikutilah uraian berikut. 

1. Elemen Volta 

Elemen Volta dikembangkan pertama kali oleh Fisikawan Italia bernama Allesandro Volta (1790 - 1800) dengan menggunakan sebuah bejana yang diisi larutan asam sulfat (H2SO4) dan dua logam tembaga (Cu) dan seng (Zn). Bagian utama elemen Volta, yaitu 

1. kutub positif (anode) terbuat dari tembaga (Cu), 

2. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn), 

3. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4). 

Lempeng tembaga memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng memiliki potensial rendah. Jika kedua lempeng logam itu dihubungkan melalui lampu, lampu akan menyala. Hal ini membuktikan adanya arus listrik yang mengalir pada lampu. Ketika lampu menyala, larutan elektrolit akan bereaksi dengan logam tembaga maupun seng sehingga menghasilkan sejumlah elektron yang mengalir dari seng menuju tembaga. Adapun, reaksi kimia pada elemen Volta adalah sebagai berikut. 

1. Pada larutan elektrolit terjadi reaksi H2SO4 → 2H+ + SO2–4 

2. Pada kutub positif terjadi reaksi Cu + 2H+ → polarisasi H2 

3. Pada kutub negatif terjadi reaksi Zn + SO4 → ZnSO4+ 2e 

Reaksi kimia pada elemen Volta akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen tidak dapat bereaksi dengan tembaga, sehingga gas hidrogen hanya menempel dan menutupi lempeng tembaga yang bersifat isolator listrik. Hal ini menyebabkan terhalangnya aliran elektron dari seng menuju tembaga maupun arus listrik dari tembaga menuju seng. Peristiwa tertutupnya lempeng tembaga oleh gelembung-gelembung gas hidrogen disebut polarisasi. Adanya polarisasi gas hidrogen pada lempeng tembaga menyebabkan elemen Volta mampu mengalirkan arus listrik hanya sebentar. Tegangan yang dihasilkan setiap elemen Volta sekitar 1,1 volt. Penggunaan larutan elektrolit yang berupa cairan merupakan kelemahan elemen Volta karena dapat membasahi peralatan lainnya. 

2. Elemen Kering 

Elemen kering disebut juga baterai. Elemen kering pertama kali dibuat oleh Leclance. Bagian utama elemen kering adalah 

1. kutub positif (anode) terbuat dari batang karbon (C), 

2. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn), 

3. larutan elektrolit terbuat dari amonium klorida (NH4Cl), 

4. dispolarisator terbuat dari mangan dioksida (MnO2). 

Baterai disebut elemen kering, karena elektrolitnya merupakan 

campuran antara serbuk karbon, batu kawi, dan salmiak yang berwujud pasta (kering). Batang karbon (batang arang) memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng memiliki potensial rendah. Jika kedua elektrode itu dihubungkan dengan lampu maka lampu akan menyala. Hal ini membuktikan adanya arus listrik yang mengalir pada lampu. Ketika lampu menyala, larutan elektrolit akan bereaksi dengan seng. Adapun, reaksi kimia pada batu baterai adalah sebagai berikut. 

1. Pada larutan elektrolit terjadi reaksi Zn + 2NH4Cl → Zn2+ + 2Cl + 2NH3 + H2 (ditangkap dispolarisasi) 

2. Pada dispolarisator terjadi reaksi H2 + 2MnO2 → Mn2O3 + H2O 

Reaksi kimia pada batu baterai akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen akan ditangkap dan bereaksi dengan dispolarisator yang berupa mangan dioksida (MnO2) menghasilkan air (H2O), sehingga pada batu baterai tidak terjadi polarisasi gas hidrogen yang mengganggu jalannya arus listrik. Bahan yang dapat menghilangkan polarisasi gas hidrogen disebut dispolarisator. Adanya bahan dispolarisator pada batu baterai, menyebabkan arus listrik yang mengalir lebih lama. Setiap batu baterai menghasilkan tegangan 1,5 volt. Elemen kering (batu baterai) banyak dijual di toko karena memiliki keunggulan antara lain tahan lama (awet), praktis karena bentuk sesuai kebutuhan, dan tidak membasahi peralatan karena elektrolitnya berupa pasta (kering). 

3. Akumulator 

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

1. kutup positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2), 

2. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb), 

3. 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. 

a. Proses Pengosongan Akumulator 

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. 

1. Kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2). 

2. Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb). 

3. 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. 

1. Pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2– 

2. Pada anode: PbO2 + 2H+ + 2e + H2SO4 →PbSO4+2H2O 

3. 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). 

b. Proses Pengisian Akumulator 

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. Bagaimanakah cara menyetrum akumulator? 

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 

1. kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbSO4), 

2. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (PbSO4), 

3. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) encer. 

Reaksi kimia saat akumulator diisi, yaitu 

1. pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2– 

2. pada anode : PbSO4 + SO4 2– + 2H2O→ PbO2 + 2H2SO4 

3. 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). 

C. PENGUKURAN TEGANGAN LISTRIK 

Kamu sudah mengetahui bahwa alat ukur lsitrik yang cukup penitng, selain amperemeter, adalah voltmeter. Amperemeter digunakan untuk mengetahui kuat arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup. Adapun, voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial. Misalnya beda potensial antara kutub - kutub baterai atau beda potensial di dua titik suatu rangkaian listrik. 

Dalam suatu rangkaian, penggunaan voltmeter secara paralel. Maksudnya, terminal positif voltmeter (berwarna merah) dihubungkan dengan kutub positif batu baterai. Adapun kutub negatif voltmeter dihubungkan dengan kutub negatif batu baterai. 

Salah satu contoh penggunaan voltmeter yaitu pada pengukuran gaya gerak listrik dan tegangan jepit suatu rangkaian. Untuk lebih jelasnya, lakukan Kegiatan 9.1 secara berkelompok. Sebelumnya, bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 lakilaki dan 2 perempuan. 

Perbedaan antara besarnya GGL dengan tegangan jepit menimbulkan adanya kerugian tegangan. Baterai atau sumber arus listrik lainnya memiliki hambatan dalam. Dalam suatu rangkaian, hambatan dalam (r) selalu tersusun seri dengan hambatan luar (R). Perhatikan Gambar 9.8. Berdasarkan gambar, rumus Hukum Ohm dapat ditulis sebagai berikut. 

Untuk beberapa elemen yang dipasang secara seri berlaku 

Keberadaan hambatan dalam itulah yang menyebabkan menyebabkan kerugian tegangan. Kerugian tegangan dilambangkan dengan U satuannya volt. Hubungan antara GGL, tegangan jepit, dan kerugian tegangan dirumuskan. 

E = V + U dengan: E = gaya gerak listrik satuannya volt (V) 

· V = tegangan jepit satuannya volt (V) 

· U = kerugian tegangan satuannya volt (V)