baterai litium

Bab 8 Elemen dan Arus Listrik 149

(Sumber: www.mahatmiya)

ELEMEN DANARUS LISTRIK

Bab8

Pernahkah kamu berpikir bahwa kamu telah memanfaat-kan listrik dalam kehidupan sehari-hari? Lampu untuk belajardi malam hari dan setrika listrik untuk melicinkan pakaianmerupakan contoh pemanfaatan listrik. Namun, tidakkahkamu bertanya-tanya apa yang menyebabkan peralatantersebut berfungsi? Kamu akan tahu jawabannya setelahbelajar tentang prinsip kerja elemen dan arus listrik serta pe-nerapannya dalam bab ini.

Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX150

Peta Konsep

Kata-Kata Kunci

Arus listrikBeda potensialSumber teganganlistrikTegangan jepit

menghasilkan

Elemenvolta

Elemenprimer

Beda potensial

Arus listrik

menimbulkan

contoh

Baterai Aki

Elemensekunder

disebut disebut

Sumber teganganlistrik (elemen)

Soal Prasyarat

☺ Apakah satuan dari muatan listrik?☺ Rangkaian listrik di rumahmu mempunyai sumber tegangan

listrik. Sebutkan sumber tegangan listrik yang dapat menyalakanlampu rumahmu sehingga tidak gelap.


Pada Bab Listrik Statis kamu telah mempelajari bahwamuatan listrik dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain.Sebagai contoh, jika kamu menyentuh benda bermuatan negatif,maka elektron-elektron akan berpindah dari benda itu ketubuhmu. Kilat yang kamu lihat sebenarnya juga merupakanperpindahan elektron-elektron. Namun, dapatkah kamu me-nyalakan lampu listrik dengan memanfaatkan benda bermuatanatau kilat? Kemungkinan besar tidak dapat, karena lampu tersebutmemerlukan aliran elektron yang terus-menerus. Dalam babini kamu akan mempelajari cara-cara yang membuat elektrondapat mengalir terus-menerus serta cara-cara mengendalikanaliran elektron tersebut.

A. Arus Listrik

Kegiatan 1Cara-cara Menyalakan Lampu

Alat dan bahan

baterai 1,5 V lampukabel pisau kecilsakelar

Cara kerja

1. Kupas kedua ujung kabeldengan pisau kecil danhari-hatilah jangan sampaitanganmu terluka.

2. Rangkai baterai, kabel,sakelar, dan lampu sepertigambar di samping.

3. Amati yang terjadi.

Analisis dan diskusi

1. Apakah lampu pada rangkaian tersebut menyala?2. Diskusikan dengan temanmu, rumuskan cara merangkaikan

baterai, lampu, sakelar, dan kabel, agar lampu tersebutmenyala.

Baterai(+) (−)

FilamenKabel

Bola lampu Sakelar


Gambar 8.1(a) Arus listrik timbul

pada rangkaiantertutup,

(b) Aliran muatan listriktidak terjadi dalamrangkaian terbuka.

Seperti yang telah kamu lakukan dalam Kegiatan 1,jika lampu dihubungkan dengan kutub-kutub baterai melaluikawat, maka terbentuk rangkaian yang tidak memiliki pangkaldan ujung. Rangkaian seperti ini disebut rangkaian tertutupatau sirkuit. Pada keadaan ini lampu menyala. Hal ini menunjuk-kan dalam rangkaian tertutup terjadi aliran muatan listrik.

Aliran muatan listrik disebut arus listrik. Arah arus listrikpada kawat dari kutub positif baterai menuju kutub negatifbaterai. Arah arus listrik dalam rangkaian tertutup diperlihat-kan pada Gambar 8.1(a).

3. Ujilah cara yang kamu rumuskan. Ada berapa macamcara untuk menyalakan lampu yang kamu temukan?Gambarkan rangkaian yang berhasil menyalakan lamputersebut.

4. Diskusikan dengan temanmu, apa kesamaan darirangkaian-rangkaian yang kamu gambar? Selanjutnyatuliskan sebuah hipotesis untuk menjawab apa syaratyang diperlukan untuk menyalakan sebuah lampu listrik.

5. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.

(a) (b)

Besar arus listrik dinyatakan dengan kuat arus listrik,disimbolkan dengan I. Kuat arus listrik adalah banyaknyamuatan listrik yang melalui penampang penghantar setiap sekon.

dengan q = muatan listrik .............................. coulomb (C)t = waktu ........................................... sekon (s)I = kuat arus ...................................... ampere (A)

Iqt

=


Jadi, 1 A = 1 C/s. Perhatikan bahwa 1 mA = 0,001 Adan 1 mikroampere (µA) = 0,000001 A.

Kuat arus listrik diukur dengan menggunakan ampere-meter. Sedangkan untuk kuat arus yang kecil, digunakangalvanometer sebagai alat untuk mengukurnya. Perhatikancara merangkai amperemeter untuk mengukur kuat aruslistrik pada Gambar 8.2.

(b)

A

(a) Lampumenyala

Amperemeter

Baterai

Gambar 8.2(a) Cara mengukur kuatarus listrik, (b) Diagramrangkaian.

Kuat arus pada sebuah rangkaian listrik sebesar 200 mA. Berapabesar muatan listrik yang mengalir pada rangkaian itu setiapmenitnya?Diketahui : kuat arus, I = 200 mA = 200 × 0,001 A = 0,2 A

waktu, t = 1 menit = 60 sDitanya : muatan listrik yang mengalir, q?

Jawab

q = I × tq = 0,2 A × 60 s

= 12 As = 12 CJadi, muatan listrik yang mengalir adalah 12 C.

Sakelar

Ketika hari menjelang malam, kamu menyalakan lampulistrik. Bagaimana cara menyalakan lampu listrik? Kamumenekan tombol sakelar dinding dan lampu menyala. Ingat,lampu menyala menunjukkan adanya arus listrik. Arus listrik

Iqt

=


timbul pada rangkaian tertutup. Jadi, sakelar digunakan untukmembuat rangkaian listrik menjadi tertutup atau terbuka.Perhatikan fungsi sakelar pada Gambar 8.3.

Ada dua jenis sakelar, yaitusakelar manual dan otomatis.Sakelar manual menutup ataumembuka rangkaian listrik denganbantuan tangan. Sakelar untukmenyalakan lampu, sakelar pisaupada Gambar 8.3, merupakancontoh sakelar manual. Sedangkansakelar otomatis bekerja dengan

bantuan peralatan elektronik. Contoh sakelar otomatis adalahsakelar untuk menyalakan lampu pengatur lalu lintas dansakelar untuk menyalakan lampu jalan.

Gambar 8.3Jika sakelar diubah ke

dalam posisi menutup,maka lampu menyala.

Sebaliknya jika sakelarmembuka, lampu mati.

Apa fungsi sakelartersebut?

B.B.B.B.B. Beda PotensialBeda PotensialBeda PotensialBeda PotensialBeda Potensial

Listrik yang kamu manfaatkan untuk menyalakan TV,radio, dan lampu bukan listrik statis. Peralatan tersebutmemerlukan gerakan muatan listrik terus-menerus. Padalistrik statis, aliran muatan dengan cepat berhenti karena tidak

Tulis jawaban pada buku kerjamu.

1. Apakah yang dimaksud dengan kuat arus listrik?2. Apakah perbedaan dari amperemeter dengan galvanometer?3. Apakah rangkaian listrik yang ada di rumahmu terdapat

sakelar? Jika ada, maka sebutkan fungsi dari sakelar tersebut.4. Kuat arus dalam sebuah rangkaian listrik sebesar 450 mA.

Berapakah muatan listrik yang mengalir setiap 5 menit?5. Jika muatan yang mengalir dalam kawat penghantar

adalah 180 C setiap jamnya, maka berapakah kuat arusdalam penghantar tersebut?

1


ada lagi perbedaan potensial (tegangan). Oleh karena itu, harusada sumber tegangan listrik. Sumber tegangan listrik yaituperalatan yang dapat menghasilkan beda potensial listriksecara terus-menerus. Beda potensial listrik diukur dalamsatuan volt (V). Alat yang digunakan adalah voltmeter.

Dalam rangkaian listrik, sumber tegangan disimbolkandengan tanda atau disederhanakan menjadi , dengantanda menunjukkan kutub positif dan tanda menunjukkankutub negatif.

Kamu dapat mengukur beda potensial listrik antara duatempat pada rangkaian, dengan cara seperti Gambar 8.4.

Gambar 8.4(a) Cara mengukurbeda potensial antaratitik A dan B, (b)Diagram rangkaiannya.

(b)(a) Voltmeter

Lampu

Baterai

VV

Mengidentifikasi sumbertegangan listrikElemen volta, baterai, aki,dan stop kontak merupakancontoh dari sumber tegang-an listrik. Adakah contohsumber tegangan listriklainnya? Coba kamu bacaliteratur lain atau browsingdi internet.

Gambar 8.5Elemen volta.

Larutanasamsulfat

Lempengtembaga Lempeng

seng

1. Sumber-sumber tegangan listrik (elemen)

Sumber tegangan listrik mengubah berbagai bentukenergi menjadi energi listrik. Contoh sumber tegangan listrikantara lain elemen volta, baterai, aki, dan stop kontak di dindingrumahmu.

a. Elemen volta

Tahun 1800 AlessandroVolta menemukan duabuah logam yang ber-beda jenisnya diletakkandalam bak berisi larutanelektrolit, maka akantimbul beda potensialantara kedua logam itu.Perhatikan Gambar 8.5.

+ -


Gambar 8.6Bagian-bagian baterai.

Kutubpositif

Isolatorplastik

Pastakimia

Batangkarbon

Wadah dariseng

Kutubnegatif

Lempeng tembaga dan seng diletakkan dalam bejana berisiasam sulfat encer. Reaksi kimia yang terjadi menyebabkanelektron terkumpul pada lempeng seng, akibatnya sengberfungsi sebagai kutub negatif. Sebaliknya lempengtembaga sebagai kutub positif.Jika elemen volta digunakan sebagai sumber tegangan,maka timbul gelembung-gelembung gas. Gelembung inimenghalangi aliran muatan, sehingga harus terus-menerusdihilangkan. Oleh karena itu, elemen volta tidak praktisdigunakan dalam kehidupan sehari-hari.

b. Baterai (sel kering)Jika kamu membuka baterai,

kamu akan menemukansusunan yang mirip dengan

Gambar 8.6. Baterai terdiriatas wadah seng yang berisi

pasta kimia dengan batangkarbon menggantung ditengah-tengah pasta itu.Pasta tersebut berupa

senyawa kimia MnO2 danNH4Cl.

Jika kutub-kutub baterai dihubungkan dalam rangkaian,misalnya dengan lampu seperti Kegiatan 1, terjadi reaksikimia dalam pasta dan seng. Sebagai hasilnya, elektron-elektron terkumpul pada seng, menyebabkan seng berlakusebagai kutub negatif, dan batang karbon yang terletakpada pasta berlaku sebagai kutub positif. Beda potensialantara kutub-kutub baterai ini sebesar 1,5 volt. Apabilabaterai digunakan, lama-kelamaan muatan yang terkumpulpada seng semakin sedikit, dan beda potensialnya menurun.Pada keadaan ini baterai biasanya dikatakan “habis” dantidak dapat dipakai lagi. Karena bersifat sekali pakai, bateraidengan elektroda karbon dan seng disebut elemen primer.

c. Aki (sel basah)Aki sering disebut sel basah. Sel basah terdiri atas dualempeng logam yang berbeda diletakkan dalam cairanelektrolit. Sebagai contoh, lempeng logam pada aki mobil


adalah timbal (Pb) dan timbalperoksida (PbO2) yang ter-letak dalam larutan asamsulfat (H2SO4). Reaksi kimiayang terjadi menyebabkanelektron terkumpul padatimbal, sehingga timbalsebagai kutub negatif dantimbal peroksida sebagaikutub positif.Aki mobil umumnyamengandung 6 sel, tiapsel menghasilkan bedapotensial 2 volt. Oleh karena itu, beda potensial yangdihasilkan aki mobil sebesar 12 volt. Jika digunakan, makatimbal dan timbal peroksida berangsur-angsur berubahmenjadi timbal sulfat. Kedua kutub aki tersebut akhirnyatidak memiliki bedapotensial lagi. Apa yangharus dilakukan, agar akitersebut dapat berfungsikembali? Dibandingkanbaterai seng karbon, akimemiliki keunggulan,yaitu dapat diisi ulang.Caranya dengan meng-alirkan arus listrik melaluiaki tersebut dari sumbertegangan lain dengan arah terbalik seperti Gambar 8.8.Dengan cara ini, maka timbal sulfat tersebut kembali lagimenjadi timbal dan timbal peroksida, maka aki siap dipakailagi. Kemampuan aki yang dapat dipakai berulang-ulangdengan cara diisi lagi menjadikan aki tergolong sebagaielemen sekunder.

2. Stop kontak

Berbagai peralatan listrik di rumahmu dirancang untukmenggunakan listrik dari PLN. Beda potensial listrik inisebesar 220 volt, disebut tegangan jala-jala. Sumbertegangan listrik ini dapat kamu jumpai pada stop kontak

Gambar 8.7Bagian-bagian aki.

Lempengtimbalperoksida(katoda)

Larutan asamsulfat

L e m p e n gtimbal(anoda)

Gambar 8.8Bagan proses pengisianaki.

Sumber tegangan

Timbalperoksida

Timbal

Larutan asamsulfat


di dinding rumahmu, sepertiGambar 8.9.Energi listrik ini dihasilkanoleh generator listrik. Generatorlistrik mengubah bentuk energilain seperti energi air, uap ataunuklir menjadi energi listrik.Kamu akan belajar lebih banyak

tentang generator ini pada Bab Elektromagnetik.

Voltmeter

Lampu

Baterai

V

V

Kegiatan 2Mengukur Beda Potensial

Alat dan bahan

baterailampusakelarlampu

Cara kerja

1. Ukur beda potensial antarakutub-kutub baterai denganmenggunakan voltmeter,seperti gambar di samping.

Gambar 8.9Stop kontak merupakansumber tegangan listrikyang berasal dari PLN.

(Sumber: Dok. Penerbit)

2. Rangkaikan lampu padabaterai sehingga lampumenyala. Ukur sekali lagibeda potensial antara kutub-kutub baterai, sepertirangkaian di samping.Berhati-hatilah ketikamemasang lampunya,jangan sampai jatuh.


Analisis dan diskusi

1. Berapa beda potensial yang kamu hasilkan pada langkah1 dan 2.

2. Bandingkan kedua hasil pengukuran beda potensial yangkamu lakukan, apakah sama? Jelaskan mengapa hasilnyademikian.

3. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.

3. Gaya gerak listrik

Kamu telah mengetahui bahwa beda potensial padabaterai sebesar 1,5 V jika baterai tersebut dirangkaikan denganlampu, ternyata beda potensialnya turun, sehingga kurangdari 1,5 V. Jadi, jika sumber tegangan dipasang pada rangkaiantertutup, ternyata beda potensialnya turun.

Beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangansebelum dipasang pada rangkaian listrik disebut gaya geraklistrik, disingkat ggl. Sebagai contoh, gaya gerak listrik bateraisebesar 1,5 V. Sedangkan beda potensial antara kutub-kutubsumber tegangan setelah dipasang pada rangkaian disebuttegangan jepit. Secara umum tegangan jepit pada baterailebih kecil daripada gaya gerak listriknya.

Tulis jawaban pada buku kerjamu.

1. Sebutkan contoh sumber tegangan listrik yang ada dirumahmu.

2. Apa fungsi dari sumber tegangan listrik?3. Mengapa baterai disebut elemen primer?4. Apa perbedaan dari gaya gerak listrik dengan tegangan jepit?5. Kamu telah mengetahui apa itu amperemeter dan voltmeter.

Mengapa pemasangan amperemeter dan voltmeter dirangkaian listrik posisinya berbeda? Perhatikan Gambar 8.2dan 8.4.

2


Buat poster yang menunjukkan bagian-bagian baterai selkering dan apa fungsi bagian-bagian tersebut.

1. Arus listrik adalah aliran muatan listrik.2. Arus listrik timbul dalam rangkaian tertutup.3. Kuat arus listrik adalah muatan listrik yang mengalir melalui penghantar tiap

sekon.4. Kuat arus listrik diukur dengan amperemeter.5. Sakelar digunakan untuk membuat rangkaian listrik menjadi tertutup atau

terbuka.6. Agar muatan listrik dapat mengalir terus-menerus, diperlukan sumber

tegangan listrik.7. Gaya gerak listrik disingkat ggl adalah beda potensial antara kutub-kutub

sumber tegangan sebelum dipasang pada rangkaian listrik.


valuasiE

1. Muatan listrik 120 C berpindah melaluikawat penghantar yang menghubung-kan kedua kutub sumber teganganselama 5 menit. Kuat arus listriknyaadalah ....a. 0,04 A c. 0,5 Ab. 0,4 A d. 2,5 A

2. Fungsi batang karbon pada bateraiadalah ....a. sebagai kutub positifb. timbulnya polarisasic. sebagai larutan elektrolitd. sebagai kutub negatif

3. Rangkaian berikut yang tepat untukmengukur kuat arus listrik adalah ....a. c.

b. d.

A. Pengecekan Konsep

V

5. Perhatikan bagan baterai di bawah ini.Batang karbon ditunjukkan olehangka ....a. 1b. 2c. 3d. 4

6. Gambar rangkaian listrik di bawah iniyang dapat menyalakan lampu jikakedua baterainya sama adalah ....a. c.

b. d.

7. Sebuah baterai dihubungkan dengansebuah lampu dengan menggunakankawat penghantar, sehingga lampu me-nyala. Kutub-kutub baterai dihubung-kan dengan voltmeter, seperti gambardi bawah ini. Angka yang ditunjukkanjarum voltmeter tersebut merupakan ....a. kuat arusb. gaya gerak listrikc. tegangan jepitd. energi listrik

4. Satu mikroampere sama dengan ....a. 0,000001 Ab. 0,001 Ac. 1.000 Ad. 1.000.000 A

12

3

4

Pilih salah satu jawaban yang tepat. Tulis jawaban pada buku kerjamu.

A

A

A

A

+−

+−

+−

+−


B. Pemahaman Konsep

Apakah kamu kesulitan ketika belajar materi bab ini?Coba kamu cari informasi di internet tentang materi ini.Kemudian buat resume berdasarkan pemahamanmu.Apakah resume yang kamu hasilkan sama denganpemahamanmu setelah belajar bab ini?

8. Rangkaian yang tidak timbul aruslistrik adalah ....a. c.

b. d.

1. Apa yang dimaksud dengan arus listrik?

2. Kuat arus dalam sebuah rangkaianlistrik sebesar 500 mA. Berapa muatanlistrik yang mengalir `setiap 7 menit?

3. Bandingkan dan cari perbedaan bateraidan aki sebagai sumber tegangan.

c. energi kimiad. energi panas

10. Ketika hendak tidur, kamu mematikanlampu di ruang tamu dengan menekantombol sakelar. Yang kamu lakukantersebut pada dasarnya adalah ....a. membuat rangkaian menjadi ter-

bukab. membuat rangkaian menjadi ter-

tutupc. mengambil sumber tegangan dari

rangkaiand. mengambil penghantar dari rang-

kaian

4. Sebuah kawat penghantar dialirimuatan sebesar 130 C setiap duajamnya. Hitung kuat arus dalampenghantar tersebut.

5. Bagaimana kamu dapat mengetahuibahwa muatan listrik mengalir dalamrangkaian listrik di sentermu?

9. Elemen volta, baterai, dan aki mengubah... menjadi energi listrik.a. energi mekanikb. energi potensial gravitasi

Tulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.

baterai litium

Documents

Transcript of baterai litium