Pada
elemen primer, reaksi kimia yang menyebabkan electron mengalir dari
elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat
dibalik arahnya. Dengan demikian elemen ini tidak dapat dimuati kembali
jika muatannya habis. Elemen primer ialah elemen elektrokimia yang
memerlukan pergantian bahan-bahan pereaksi setelah memberikan sejumlah
energi listrik kepada rangkaian luar.
1. Elmen 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.
Pada larutan elektrolit terjadi reaksi
H2SO4 → 2H+ + SO42-
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.
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.
Pada larutan elektrolit terjadi reaksi
Zn + 2NH4Cl → Zn2+ + 2Cl + 2NH3 + H2 (ditangkap dispolarisasi)
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. Elemen Leclanche
Elemen Lechlance ditemukan oleh seorang ilmuwan Prancis, George Lechlance (1838 – 1882). Prinsip kerja elemen Lechlance hampir sama dengan elemen Daniell. Elemen ini juga disebut cikal bakal baterai.
Larutan elektrolit yang digunakan dalam elemen Lechlance merupakan campuran dari salamoniak dan seng klorida yang berbentuk pasta. Elemen ini terdiri dari Elektrode positif (anode) yaitu batang carbon (C) yang diselubungi oleh campuran bubuk karbon dan mangan dioksida, juga Elektrode negatif (katode) yang memuat batang seng (Zn) pembungkus elemen. Di elemen ini juga terdapat elektrolit berupa zat yang berjenis garam yaitu Ammonium Klorida (NH4Cl) yang berfungsi untuk menghasilkan listrik.
Cara Kerja:
Ketika ion-ion seng masuk ke dalam larutan ammonium klorida, batang seng akan mejadi negatif terhadap larutan logam. Ammonium klorida memberikan ion NH4+ menembus bejana berpori menuju batang karbon dan memberikan muatan positifnya pada batang karbon.
Pada perkembangannya, elemen Leclanche berubah menjadi elemen kering (baterai) yang lebih mudah dipakai. Sebenarnya elemen kering diperoleh hanya dengan mengganti elektrolit larutan ammonium klorida menjadi campuran pasta ammonium klorida dengan serbuk kayu, tepung atau getah.
Elemen Lechlance dapat menghasilkan arus listrik sekitar 1,5 V. Elemen ini tidak menghasilkan asam yang berbahaya.
4. Elemen Daniell
Elemen ini dibuat oleh John Daniell pada tahun 1835. untuk mencegah terjadinya polarisasi, elektroda dilindungi oleh suatu bahan kimia yang disebut depolarisator. Pada elemen Daniell yang digunakan adalah tembaga sulfat (CuSO4) yang dipisahkan dengan elektrolit asam sulfat encer oleh bejana berpori. Jadi, ion-ion masih dapat pergi dari elektroda ke elektroda lain melalui depolarisator.
5. Generator
Generator dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus searah (DC) dan generator arus bolak-balik (AC). Baik generator AC dan generator DC memutar kumparan di dalam medan magnet tetap. Generator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang dihasilkan berupa arus bolak-balik. Ciri generator AC menggunakan cincin ganda. Generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus searah. Ciri generator DC menggunakan cincin belah (komutator).
Jadi, generator AC dapat diubah menjadi generator DC dengan cara mengganti cincin ganda dengan sebuah komutator. Sebuah generator AC kumparan berputar di antara kutub- kutub yang tak sejenis dari dua magnet yang saling berhadapan. Kedua kutub magnet akan menimbulkan medan magnet. Kedua ujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon yang terdapat pada setiap cincin. Kumparan merupakan bagian generator yang berputar (bergerak) disebut rotor.
Magnet tetap merupakan bagian generator yang tidak bergerak disebut stator. Bagaimanakah generator bekerja? Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet (membentuk sudut 0 derajat), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi (perhatikan Gambar 12.2). Pada saat kumparan berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparan membentuk sudut 90 derajat. Saat itu posisi kumparan tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan ini kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum. Selanjutnya, putaran kumparan terus berputar, arus dan GGL makin berkurang.
Ketika kumparan mem bentuk sudut 180 derajat kedudukan kumparan sejajar dengan arah medan magnet, maka Putaran kumparan berikutnya arus dan tegangan mulai naik lagi dengan arah yang berlawanan. Pada saat membentuk sudut 270 derajat, terjadi lagi kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum lagi, namun arahnya berbeda. Putaran kumparan selanjutnya, arus dan tegangan turun perlahanlahan hingga mencapai nol dan kumparan kembali ke posisi semula hingga memb entuk sudut 360 derajat.
0 komentar:
Posting Komentar