Listrik Dinamis – Pengertian, Pengukuran, dan Sumber Arus Listrik

Pengertian, Pengukuran, dan Sumber Arus Listrik – Listrik merupakan suatu aliran yang di dalamnya terdapat muatan dan arus. Listrik secara umum sering digunakan sebagai sumber yang sangat diperlukan oleh manusia. Berikut akan dijelaskan tentang listrik dinamis lebih lengkap!

A. Arus Listrik

Berikut ini adalah uraian tentang pengertian arus listrik, pengukurannya, dan sumber arus listrik.

1. Pengertian dan Pengukuran Arus Listrik

Seperti halnya air yang mengalir karena adanya perbedaan ketinggian, muatan listrik pun dapat mengalir karena adanya suatu perbedaan, yaitu perbedaan potensial listrik. Proton dan elektron dalam suatu muatan listrik mengalir dengan arah yang berbeda. Proton yang menyebabkan listrik bermuatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Sedangkan, elektron (muatan listrik negatif) mengalir dari tempat yang potensialnya rendah ke tempat yang potensialnya. Yang disebut arus listrik hanyalah salah satu di antaranya, yaitu aliran proton atau muatan listrik positif yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Untuk mengukur arus listrik ini, kita dapat menggunakan alat yang bernama amperemeter. Jarum amperemeter akan bergerak jika ada arus yang melaluinya. Adanya arus dapat dilihat dari nyala bola lampu atau kerja alat listrik lainnya.

Secara fisika besar arus listrik atau disebut dengan kuat arus listrik, didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik positif yang mengalir pada suatu penghantar tiap satu satuan waktu, dapat ditulis oleh persamaan:

2. Sumber Arus Listrik

Dalam kehidupan sehari-hari, sumber arus listrik lebih dikenal dengan istilah sel listrik atau elemen listrik. Batu baterai dan aki (accumulator) adalah jenis sel listrik yang paling banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat beberapa jenis sel listrik, di antaranya sel volta, baterai, aki, dan sel Weston. Berdasarkan kemampuannya untuk dapat diisi ulang, sel-sel ini terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel primer dan sel sekunder.

a. Sel Primer

Sel primer adalah kelompok sumber arus listrik yang apabila telah habis digunakan, muatannya tidak dapat diisi kembali. Sel listrik yang termasuk sel primer adalah sel volta, baterai, dan sel Weston.

1)      Sel Volta

Sel volta merupakan sumber arus listrik yang pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta. Sel yang memiliki rangkaian paling sederhana ini pertama kali dibuat pada tahun 1800.

Sel ini disusun oleh sebuah lempeng seng sebagai elektroda negatif dan sebuah lempeng tembaga sebagai elektroda positif yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit asam sulfat (H2SO4). Karena rangkaiannya yang sangat sederhana, beda potensial yang dihasilkan pun relatif kecil, yaitu sekitar 1 volt. 

Ketika kedua lempeng yang telah dicelupkan dihubungkan dengan kawat, reaksi kimia kemudian terjadi di dalamnya. Unsur seng dalam lempeng seng melarut dalam asam sehingga ion-ion positifnya akan berpindah ke dalam larutan. Akibatnya, lempeng seng akan bermuatan negatif dan bergerak melalui kawat menuju lempengan tembaga. Pada lempengan tembaga, elektron ditangkap oleh ion-ion positif hidrogen yang terdapat dalam larutan asam sehingga ion hidrogen berubah menjadi gas hidrogen. Setelah elemen bekerja, seng pada lempengan seng akan berkurang dan gelembung-gelembung gas hidrogen akan mengumpul pada lempeng tembaga.

Gelembung-gelembung yang menempel pada lempeng tembaga akan menghalangi kontak lempeng tembaga ini dengan larutan asam sehingga akan memberhentikan reaksi kimia yang terjadi. Peristiwa mengumpulnya gelembunggelembung gas hidrogen di sekitar tembaga disebut polarisasi. Akibatnya, sel volta hanya dapat berfungsi dalam waktu yang relatif singkat dan kurang efisien untuk digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

2)      Baterai

Baterai adalah istilah sehari-hari yang digunakan untuk menyebutkan sel kering. Sumber arus listrik ini disebut sel kering karena sama sekali tidak mengandung cairan. Sel kering (dry cell) atau batu baterai terdiri atas dua elektroda sebagai kutub positif dan kutub negatif. Elektroda positif (anoda) adalah sebatang karbon yang dikelilingi campuran mangan dioksida dan serbuk karbon yang berfungsi untuk melindungi karbon dari kemungkinan terjadinya polarisasi, disebut juga sebagai depolarisator. Elektroda positif diselubungi oleh seng sebagai elektroda negatif. Di antara depolarisator dan seng terdapat pasta amonium klorida yang dicampur dengan serbuk kayu atau getah yang berfungsi sebagai elektrolit. Beda potensial antara kutub-kutub sel kering adalah 1,5 V atau kelipatannya.

3)      Elemen Weston

Sel Weston disusun oleh air raksa (Hg) sebagai elektroda positif dan larutan (Amalgama cadnium -1% cadnium, 89% Hg) sebagai elektroda negatif, dan larutan elektrolit berupa larutan jenuh kadnium sulfat. Sebagai depolarisator, sel Weston menggunakan campuran merkuri sulfat (HgSO₄) dan kadnium sulfat (CdSO4). Beda potensial yang dihasilkan sel Weston adalah konstan karena tidak dipengaruhi oleh suhu dan tidak mengalami polarisasi. Akibatnya, sel Weston banyak digunakan untuk mengukur beda potensial.

b. Sel Sekunder

Sel sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika muatannya telah habis. Hal ini disebabkan oleh sel elektrokimia yang menjadi penyusunnya tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi meskipun telah mengeluarkan sejumlah energi melalui rangkaian-rangkaian luarnya. Agar dapat bekerja dengan baik, maka pada pertama kali sel harus dimuati terlebih dahulu dengan cara melewatkan arus listrik dari sumber lain menuju sel. Dalam kehidupan sehari-hari, sel sekunder yang sering digunakan adalah akumulator (aki).

Aki terdiri atas pasangan-pasangan keping timbal dioksida yang bertindak sebagai elektroda positif dan timbal sebagai elektroda negatif. Setiap pasangan memberikan beda potensial 2 volt. Aki dirangkai seri sehingga dapat menghasilkan beda potensial yang lebih besar. Dalam sel ini, kepingan-kepingan timbal dan timbal dioksida dicelupkan ke dalam larutan elektrolit asam sulfat sekitar 30%.

Pada saat aki digunakan, konsentrasi larutan elektrolit berkurang dan mengakibatkan tidak adanya beda potensial pada kedua elektroda. Aki membutuhkan pengisian ulang jika arus listrik tidak lagi mengalir. Untuk mengisinya, pastikan berada dalam keadaan kosong. Arus listrik dialirkan berlawanan arah dengan arah arus listrik yang dihasilkan aki. Kapasitas aki diukur dalam satuan ampere-jam (ampere-hour disingkat Ah). Kapasitas aki 40 Ah, berarti aki dapat bekerja selama 40 jam pada arus 1 Ampere atau selama 20 jam pada arus 2 A, dan seterusnya, sebelum aki diisi ulang. Alat yang digunakan untuk memeriksa muatan aki dinamakan hidrometer.