A. SUMBER LISTRIK ARUS SEARAH

1. Elemen Elektro Kimia

Batang logam yang dimasukkan ke dalam larutan asam sulfat akan melepas

ion-ion positif ke dalam larutan itu. Jadi logam tsb bermuatan negative.

Sedangkan larutan menjadi bermuatan positif.

Daftar logam yg kuat melepas ion-ion negative.

Makin ke kanan makin lemah melepas ion-ion elektronnya.

Seng (Zn) lebih kuat melepas ion-ion electron daripada logam tembaga (Cu).

Batang tembaga = kutub positif

Batang zeng = kutub negative

Beda potensial antara kutub positif dan negative disebut gaya gerak listrik.

Pada kawat-kawat penghubung terdapat beda potensial yg disebut tegangan

jepit lampu yang dihubungkan dengan elemen basah volta.

Berpijar lampu ini tidak berpijar lama dan segera meredup kemudian padam.

Hal ini terjadi karena plat tembaga tertutup oleh lapisan gelombang gas

hydrogen.

Jika plat dikeluarkan dan gelembung-gelembung dihilangkan dgn dicuci

kemudian plat-plat itu dicelupkan kembali ke dalam larutan maka lampu

berpijar lagi tetapi hanya bertahan dalam waktu singkat.

2. Elemen Volta

Pada elemen primer reaksi kimia yang menyebabkan electron mengalir dari

elektroda positif ke negative tidak dapat dibalik arahnya. Ini menyebabkan

elemen primer tidak dapat dimuati kembali. Jadi elemen primer ialah elemen yg

bila habis muatannya tidak dapat diisi kembali dan tidak dapat lagi digunakan.

Untuk mengatasi kelemahan elemen primer ini,dibuat jenis elemen yang dapat

dimuati kembali,berulang kali.Jenis ini dinamakan elemen sekunder

(akumulator)

3. Akumulator

Accu disebut sel sekunder karena sebelum dapat memberi arus listrik harus

diisi dahulu.

L Na Ca Mg Ae Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Pt Au G

1

Caranya adalah dengan menghubungkan dengan sumber arus searah

sehingga dialiri arus dan terjadilah reaksi kimia pertama.Sesudah penuh

accumulator dapat memberi arus ke rangkaian luar ,didalamnya terjadi reaksi

kimia kedua.

Asam belerang pecah menjadi ion-ion H2++ bermuatan positif (+).

Untuk mengisi baterai accumulator , hubungkan positif baterai ke positif sumber

arus searah dan kutub negative ke negative sumber arus.

Sebagai sumber arus searah untuk mengisi accu dapat dipakai generator arus

searah atau adaptor (mengubah AC ke DC).

Accumulator dari perkataan to accumulate = mengumpulkan,jadi accu berarti

pengumpul.kalau disusun disebut baterai disebut storage battery.

Secara umum disebut Accumulator TimbalTerdiri dari lempeng positif dan

negative yang direndam dalam larutan asam belerang dalam air.

Lempeng positif dibuat dari rangkaian timbel –antimon ditempeli massa aktif

yang dibuat dari peroxida timbel (PbO2) berwarna coklat tua.

Lempeng negatif dibuar dari rangka yang sama tetapi massa aktifnya timbel

murni (Pb) yang berbentuk spon berwarna kelabu.

Kedua lempeng berpetak-petak.agar massa aktinya dapat menempel kuat.

Apabila massa aktif lepas dapat terjadi hubungan singkat antara plat positif dan

negative dan mengurangi kemampuan kerja accumulator.

Cara memelihara accu :a. Selalu periksa air accub. Bersihkan klem accu dan katup-katup accu

c. Secara berkala ukur berat jenis cairan accu

d. Lebih baik accu diisi pada skala 1,16 Jika terisi penuh 1,25 Bj 1,10 s/d 1,15 tidak terisi penuh.

Cara mengukur berat jenis air accu.

Alat ukur untuk mengukur berat jenis air accu disebut anemometer.

Aerometer berupa tabung gelas yang tertutup kedua ujungnya.dibagian bawah

diberi peluru-peluru timbel sebagai pemberat yang diletakkan pada dinding

tabung.

Terdapat sebuah pipet untuk menghisap elektrolit dan skala harga Berat

jenisnya.

Pembacaan 1,288 accu terisi penuh.

1,250 ¾ penuh

2

1,190 ¼ penuh

1,130 kosong

B. Hubungan Sumber Listrik Arus Searah

Dalam satu rangkaian tertutup di luar arus mengalir dari potensial tinggi (positif) ke

potensial rendah (negatif). Sedangkan dalam sumber arus sendiri arus mengalir

dari kutub negatif ke positif. Kemampuan mengalirkan arus disebut dengan

potensial listrik / tegangan listrik.

Untuk mendapatkan tegangan dan arus listrik yang sesuai dengan keperluan

pemberian daya kepada alat-alat listrik,maka dilakukan macam-macam hubungan

sumber arus.

1. Hubungan seri

Bila kutub negatif baterai dihubungan dengan kutub positif dan begitu

seterusnya disebut hubungan seri.

Jumlah tegangan yang terdapat dalam baterai disebut ggl (gaya gerak listrik )

baterai dengan simbol E. Jumlah hambatan dalam baterai disebut resisitansi

baterai.

Jika jumlah baterai yang dipasang seri = d

GGL setiap baterai = e

3

Hambatan dalam setiap baterai rd

Hambatan beban luar = R 1

Didapat persamaan

E = d x r

Rd = d x rd

Contoh :

Enam buah elemen masing-masing dengan GGL sebesar 2 volt hambatan

setiap sel 0,5 ohm,Baterai dihubungkan dengan lampu yang mempunyai

hambatan 3 ohm dihubungkan seri.

Hitung :

a. Besarnya ggl bateraib. Hambatan dalamc. Arus baterai

Jawab :

a. Besarnya ggl baterai E = d x r = 6 x 2 = 12 Voltb. Rd = d x rd = 6 X 0,5 = 3 Ohmc. Arus baterai

I = = = 2A

2. Hubungan parallel

Bila beberapa unsur dihubungkan berjajar hingga kutub negatif terhubung

dengan kutub negatif, kutub positif terhubung dengan kutub positif.

BATTERY

Tujuan Pembelajaran :

Menyebutkan jenis dan bahan Battery Memahami fungsi dan cara perawatan Battery

Battery adalah Alat yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui sel listrik.

Setiap sel adalah dua logam atau konduktor tak sama yang dicelupkan dalam cairan

elektrolit (secara umum sel dihubungkan seri).

4

ERd + R 1

123 + 3

A. SEL PRIMER

Sel primer adalah sel yang tidak dapat diperbaharui (diisi / charge).

Jika konduktor yang tak sama, ditempatkan dalam larutan penghantar, akan terjadi

reaksi kimia antar konduktor hingga menghasilkan gaya gerak listrik (ggl).

Konduktor disebut juga plat /elektrode dan larutannya disebut elektrolit.

Jika elektrode dihubungkan oleh konduktor, arus akan mengalir ke elektrode yang

lainnya melalui elektrolit.

Elektrode dimana arus meninggalkan sel disebut elektrode positif dan yang menuju

sel disebut elektrode negatif.

B. BAHAN ELEKTRODE DAN LARUTAN

a. elektrode dari seng dan timah hitam dlm larutan asam sulfat menghasilkan ggl

0,5 V.

b. elektrode dari seng dan air raksa oksida dalam larutan kalium hidroksida

menghasilkan ggl 1,35 V.

c. elektrode dari seng dan mangan - oksida dalam larutan kalium hidroksida

menghasilkan ggl 1,5 V.

C. BATTERY KERING

Sel kering paling banyak digunakan sel karbon-seng (tipe leclanche).

Terdapat 4 jenis bateray kering : 1. sel karbon seng

2. sel alkaline

3. sel air raksa oksida

4. sel perak oksida

Sel-sel ini tidak sepenuhnya kering, tapi mempunyai sedikit elektrolit digabung

dengan bahan pengering tak aktif, sel dimasukan dalam tempat anti bocor.

Pembungkus tabung seng antibocor berfungsi sebagai elektrode negatif, didalam

tabung seng terdapat bahan penyerap yaitu seng klorida dan amonium klorida.

Elektrode positif adalah campuran dari mangan dioksida dan bubuk karbon yang

mengelilingi batang carbon yang berfungsi sebagai pengumpul arus.

D. TAHANAN DALAM SEBUAH SEL

Arus yang diberikan oleh sel tidak bergantung pada ggl sel dan tahanan beban,

tetapi juga tahanan dalam dari sel.

Arus yang diberikan oleh sel I = ––––––

5

ERi + RI

Dimana : I = arus E = ggl (volt)

Ri = tahanan dalam sel RI = tahanan beban

Pada rangkaian terbuka, tegangan terminal sel sama dengan ggl yang dihasilkan.

Saat sel memberikan arus, ggl mengatasi tahanan dalam, sehingga tegangan

terminal lebih rendah dari ggl. Vt = E – I Ri

Vt = teg. Terminal

Ri = tahanan dalam

E = ggl

I = arus

Contoh soal :

Suatu kumparan yang mempunyai tahanan 0,05 ohm dihubungkan pada sel yang

mengkhasilkan ggl 1,5 V. Tentukan arus yang mengalir, jika tahanan dlm sel

adalah :

a. 0,1 ohm b. 0,01 ohm

jawab : I = ––––––––– = –––––––––– = 10 A …………(a)

jawab : I = ––––––––– = –––––––––– = 25 A …………(b)

E. SEL SEKUNDER (PENYIMPAN/STORAGE CELL)

6

1,5E

Ri + RI 0,1 + 0,05

1,5E

Ri + RI 0,01 + 0,05

E - VtRi = I

Sel sekunder adalah sel dengan bahan aktif (elektrode dan elektrolit) yang dapat

disimpan kembali dengan memberi arus melalui sel dalam arah yang berlawanan

dengan arah pembuangan.

Sel penyimpan umumnya asam timbal (lead acid) dan nickel cadmium alkaline.

Ggl sel skunder bergantung pula pada bahan untuk electrode dan elektrolit.

Tegangan rata-rata sel asam timbal 2 V, sedang sel nickel cadmium alkaline,kira

kira 1,2 V.

F. TEORI TENTANG ASAM TIMBAL

Pelat positif sel penyimpan asam timbal adalah timbal-peroksida (PbO2),pelat

negative adalah Pb murni. Asam sulpat encer (H2SO4) digunakan sbg elektrolit.

Jika sel mencatu beban atau proses pengosongan, terjadi reaksi kimia yang

mambentuk timbale –sulfat (PbSO4).

Reaksi kimia sebagai berikut:

PelatPositifPbO2

+

PelatNegative

Pb+

Elektrolit2H2SO4

PelatPositifPbSO2

+

PelatNegativePbSO4

+Elektrolit2H2SO4

Sel diisi (batt di charge) sel dikosongkan (batt dipakai)

Persamaan ini menggambarkan tindakan pengosongan muatan jika dibaca dari kiri

kekanan, dan pengisian jika dibaca dari kanan kekiri.

G. BERAT JENIS SEL ASAM TIMBAL

Berat jenis (specific gravity) : asam sulfat = 1,840 kali berat air.

untuk iklim dingin, dipakai elektrolit dengan berat jenis lebih tinggi (menghindari

beku), untuk iklim panas digunakan elektrolit lebih rendah (menghindari

pemanasan lebih).

H. OPERASI DAN PEMELIHARAAN BATTERAY ASAM TIMBAL

Tinggi bagian elektrolit tidak boleh turun lebih rendah dari bagian atas plat

Setiap menambah air suling (murni) tidak boleh melebihi batas yang ditentukan.

Batteray asam timbal tidak boleh dikosongkan terus setelah tercapai tegangan

terminal 1,75 V setiap sel dan berat jenisnya kurang dari normal. Pengosongan

lebih lanjut menghasilkan kelebihan timbal-sulfat (lead sulfate) pada plat.

7

Jika dibiarkan kosong terlalu lama, timbal-sulfat pada plat akan mengkristal.

Jika batt akan disimpan lama, air harus diisi batas max dan batt di charge penuh.

Pada interval 4 sampai 6 minggu, batteray harus diisi air suling dan di-charge

kembali.

I. KONSTRUKSI BATTERY ASAM TIMBAL

Plat-plat dibentuk dengan memberikan pasta timbal-oksida khusus pada bingkai

atau kisi timbal. Kisi-kisi dicampur dengan antimon atau kasium untuk

mengeraskan timbal dan memudahkan pengecoran kisi-kisi. Setelah pengisian,

timbal oksida menjadi bahan aktif plat. Kisi-kisi berfungsi memegang bahan aktif

pada tempatnya dan menyebarkan arus secara merata pada permukaan plat.

Jenis lain dari sel asam timbal, dikenal sebagai sel pelat-tubular (seperti pipa).

Pelat-pelat dari sel asam timbal dibentuk kedalam grup positif dan negatif, jumlah

pelat negatif selalu lebih satu dari pelat positif sehingga kedua sisi setiap pelat

positif akan bekerja sesuai dengan cara kimia. Bahan aktif pada pelat positif

mengembang dan mengerut jika batteray diisi atau dikosongkan. Pemisah dari

kayu/karet/gelas buram diletakan diantara pelat positif dan negatif agar pelat tidak

kontak satu dengan lainnya. Pemisah diberi alur secara vertikal pada satu sisinya

dan halus pada sisi lainnya. Sisi beralur berhadapan dengan pelat positif agar

sirkulasi elektrolit sekitar pelat positif yang merupakan tempat terjadinya aksi kimia

yang lebih besar.

J. BATTERY AUTOMOTIF BEBAS PEMELIHARAAN

Batteray asam timbal menghasilkan hidrogen dan oksigen selama proses pengisian

kembali hal ini menyebabkan hilangnya air dalam elektrolit battery, hal ini

mengantarkan pada pengembangan batteray bebas pemeliharaan (maintenance

free) untuk penggunaan otomotif. Karena tidak perlu penambahan air, dalam

battery ini tidak disediakan tutup ventilasi. Maka berat jenis battery tidak dapat

diukur dengan cara konvensional untuk menunjukan muatan. Beberapa batteray

mempunyai hydrometer terpasang untuk menunjukan ukuran keadaan muatan

batteray.

K. BATTERY NICKEL CADMIUM

8

Dalam sel nickel cadmium , bahan aktif terpenting dalam pelat positif adalah nickel

hidroksida dan plat negative adalah cadmium hidroksida, Sel nickel cadmium bisa

dari jenis berlubang ventilasi (vented type) atau jenis tertutup (sealed type) pada

suatu pengisian tertentu, sel jenis berlubang akan melepas gas ke atmosfir melalui

katup, pada jenis tertutup, rancangan dari sel sedemikian rupa sehingga

pembentukan dari gas hydrogen pada pelat negative ditekan sama sekali dan

oksigen yang lambat pun terjadi pada pelat positif bergabung secara kimia dengan

cadmium pada pelat negative.

Tegangan pengosongan rata-rata setiap sel dari batteray nickel cadmium adalah

1,2 V. Tetapi setiap sel dapat mencapai 1,4 V sampai 1,44 V jika sel tetap dijaga

pada keadaan terisi penuh. Sepuluh sel membentuk battery 12 V yang biasanya

diisi pada 14 V.

Batteray nickel cadmium mempunyai karakteristik antara lain biaya pemeliharaan

rendah, umur batteray panjang dan andal pada kondisi kerja berat

Konstruksi dasar dalam sel nickel cadmium adalah konstruksi pelat kantong

(pocket plate) dan pelat sinter (sintered plate).

L. APLIKASI BATTERY PENYIMPAN

Penggunaan terpenting dari battery penyimpan adalah untuk melengkapi daya siap

pakai untuk berbagai system kelistrikan.

Batteray penyimpan digunakan untuk mencatu arus utama atau normal didalam

kendaraan atau lokomotif dan alat penerangan yang mudah dibawa seperti radio

dan aplikasi lain, yang akan menjadikan tidak praktis bila dihubungkan secara

continu dengan sumber genarator.

1. Apa kegunaan sel listrik pada batery ?

2. Sebutkan bagian yang penting dari sel listrik ?

9

LATIHAN SOAL

3. Apa perbedaan sel primer dan sel sekunder ?

4. Jelaskan kontruksi asam timbal ?

5. Jelaskan kontruksi dari batery nickel Cadmium ?

6. Apa bahan aktif dalam sel nickel Cadmium ?

7. Apa bahan aktif dalam asam timbal ?

8. Apa yang kamu ketahui jika baterai sudah tidak dapat digunakan ?

9. Suatu kumparan yang mempunyai 0,06 ohm dihubungkan pada sel yang

menghasilkan ggl 1,4 V, tentukan arus yg mengalir, jika tahanan dlm sel

adalah: a. 0,2 ohm b. 0,02 ohm ?

10. Sebutkan empat jenis batteray kering ?

11. Bahan apakah yang dapat digunakan sebagai pemisah antara pelat pada

konstruksi battery asam timbal ?

12. Apakah bahan aktif dalam sel niekel cadmium ?

13. Pada saat sel di isi (charge), unsur kimia apakah yang terjadi pd pelat positif

dan negatif ?

10

11