Macam-macam Elemen Sumber Listrik Arus Searah

Yang dimaksud dengan sumber listrik arus searah adalah alat atau benda yang menjadi sumber listrik arus searah dan menghasilkan arus searah dengan secara permanen. Sumber listrik arus searah yang paling banyak dikenal adalah sumber listrik arus searah yang membangkitkan listrik secara kimia dan secara mekanik.

Sumber-sumber listrik arus searah yang banyak kita temui ialah :

1. Elemen Elektro Kimia

         Menurut Nernst, batang logam yang dimasukkan kedalam larutan asam sulfat akan melepas ion-ion positif ke dalam larutan itu. Oleh karena itu, logam tersebut menjadi bermuatan negatif  (Gambar 1).

Sedangkan larutan menjadi bermuatan positf. Beda potensial tersebut dinamakan tegangan larutan elektrolit.

Gambar 1

Tidak semua logam mempunya kemampuan melepas ion-ion elektron sama besar. Berdasarkan elemen yang dibuat volta, biasa, kita ketahui bahwa seng (Zn) lebih kuat melepas ion-ion elektron dari pada logam tembaga (Cu).

Daftar volta, logam yang kuat melepas ion-ion elektron di sebelah kiri. Makin ke kanan adalah logam yang makin lemah melepas ion-ion elektronnya.

L

Na

Ca

Mg

Ae

Zn

Fe

Ni

Sn

Pb

H

Cu

Ag

Pt

Au

G

Untuk mendapatkan beda potensial yang baik dari bahan yang murah dan mudah didapat, dibuat sebuah elemen oleh volta sebagai berikut ini.

Elemen Volta

Yang terjadi ialah adanya beda potensial. Batang tembaga menjadi kutub positif, dan batang seng menjadi kutub negatif. Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif disebut gaya gerak listrik.

Kemudian, kedua kutub tersebut disambungkan dengan sebuah bola lampu atau alat ukur sehingga terlihat adanya beda potensial antara kedua kutub itu.

Pada ujung-ujung kawat penghubung terdapat beda potensial yang disebut tegangan jepit lampu dihubungkan dengan elemen basah volta. Berpijar- lampu ini tidak berpijar lama dan segera meredup kemudian padam. Hal ini terjadi sebab plat tembaga tertutup oleh lapisan gelombang gas hidrogen.

Jika pelat-pelat dikeluarkan dan gelombang dihilangkan dengan dicuci, kemudian pelat-pelat itu dicelupkan kembali ke dalam larutan, maka lampu bepijar lagi tetapi hanya bertahan dalam waktu singkat.

2. Elemen Volta Termasuk Elemen Primer

      Pada elemen primer reaksi kimia yang menyebabkan elektron mengalir dari elektroda positif ke elektroda negatif tidak dapat dibalik arahnya. Ini menyebabkan elemen primer tidak dapat dimuati kembali. Jadi, elemen primer ialah elemen yang bila telah habis muatannya tidak dapat diisi (diberi muatan) 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. Elemen sekunder, sehari-hari dikenal dengan sebuah akumulator.

3. Akumulator

     Akumulator disebut unsur (sel) sekunder karena sesudah energinya habis masih bisa diisi dan digunakan kembali. Ketika diisi, terjadilah reaksi kimia yang pertama. Sesudah akumulator penuh dapat memberi arus pada rangkaian luar, maka terjadilah reaksi kimia kedua. Jadi, pesawat ini bekerja mengumpulkan dan mengeluarkan arus listrik.

       a. Akumulator Timbel

           Jenis akumulator yang umum digunakan adalah akumulator timbel. Akumulator terdiri dari                  dua buah kumpulan pelat timbel ysng dicelupkan ke dalam larutan asam sulfat encer (H₂SO₄).

           Untuk mendapatkan jumlah arus yang lebih besar, tetapi dalam kemasan yang kecil maka                    lapisan timbel tersebut dipasang sedemikian rupa dalam jarak yang sangat berdekatan. Untuk              menjaga agar pelat-pelat tersebut tidak saling bersentuhan, maka di antara pelat timbal tersebut            dipasang penyekat isolator.

           Untuk mendapatkan tegangan (GGL) yang besar, pelat timbel tersebut dihubungkan secara                  seri.

       b. Akumulator Alkali

           Sel ini disebut alkali karena menggunakan lindikali (kaliloog) sebagai larutan elektrolitnya.

           Kebaikan-kebaikannya:

1. tahan terhadap goncangan dan getaran,
2. tahan terhadap arus pengisian dan pembungan yang berlebihan,
3. tahan terhadap arus hubung singkat,

          Kekurangan-kekurangannya:

1. Harganya mahal,
2. Tiap pesawat hanya untuk satu sel,
3. Memerlukan tempat yang luas,
4. Tegangan rendah dibandingkan dengan akumulator timbel.

         Akumulator alkali dipakai untuk industri berat, kendaraan berat, pertambangan, perusahaan                  kereta api (KRL dan KRD), pusat pembangkit tenaga listrik untuk penggerak relai, di kapal laut          dan kapal udara.

         Larutan elekrolitnya berupa 20% larutan lindikali yang hidroksida potasium (KOH) dengan                tambahan sedikit lithium monohidrat dalam air.

         Bejana untuk akumulator alkali dibuat dari baja yang dilapis dengan nikel dan mempunyai                  lubang untuk unjung-ujung (kutub-kutub) akumulator dan lubang untuk mengisi elektrolit.

         Lubang pengisi elektrolit ditutup dengan katup untuk membuang gas dari elektrolit, tetapi                    mencegah jangan sampai udara masuk yang dapat menimbulkan asam arang yang dapat                      mengurangi kapasitas akumulator.

     c. Kapasitas Akumulator

         Kapasitas akumulator dinyatakan dengan ampere jam (AH). Kapasitas akumulator bergantung             pada luas dan jumlah pelat.

         Bila sebuah akumulator mempunyai kapasitas 60 AH dan arus maksimum yang dikeluarkan                sebesar 5 ampere, maka baterai itu dapat memberi arus 4 A selama 15 jam. Atau dapat                        memberikan arus 5 A selama 12 jam.

4. Elemen Kering

    Elemen kering atau elemen Leclanche disebut secara umum sebagai batu baterai. Elemen kering termasuk elemen primer tapi sebagai elemen kering masih mempunyai banyak keunggulan, antara lain kecil, mudah dibawa, aman, dan praktis. Pada elemen ini, elektroda positif (kutub positif) adalah batang karbon yang di tengah dan pembungkusnya yang terbuat dari seng. Elektroda negatif (kutub negatif). Elektrolitnya adalah larutan Amonia Klorida (NH₄Cl) dan depolarisasi yang menahan terbentuknya hidrogen pada elektroda positif terbuat dari mangan dioksida (MnO₂) bercampur serbuk karbon.

5. Termo Elemen

    Pada tahun 1826, Thomas Johan Seebach menemukan peristiwa terjadinya arus listrik karena perbedaan suhu. Jadi pada sebuah logam yang kedua ujungnya tidak sama jenisnya, terjadi perpindahan elektron dari ujung yang satu ke ujung yang lainnya.

Arus listrik yang timbul karena perpindahan elektron tersebut dinamakan arus termo listrik dan gaya gerak listriknya dinamakan Seebach. Gejala ini menunjukkan kalor (panas) berubah menjadi energi listrik. Gaya gerak listrik Seebach inilah yang dijadikan dasar untuk membuat termo elemen. Untuk membuktikan penemuan Seebach ini, dapat kita lakukan sebagai berikut.

Dua pelat logam Bismuth dan Antimon yang dipatrikan jadi satu. Kemudian, salah satu ujungnya kita dipanaskan, dan kita letakkan jarum magnet didekatnya. Suatu saat, akan kita lihat jarum magnet bergerak dan menyimpan dari pada kedua pias (lempeng) Rismuth dan Antimon tersebut mengalit gerak gaya listrik. Pasangan logam Bismuth dan Antimon ini disebut Termo Kopel.

Untuk membuat termo elemen yang menghasilkan GGL yang cukup besar, maka beberapa Termo Kopel disusun seri.

Elemen Termo dihubungkan Seri

Jumlah GGL yang dihasilkan sama dengan jumlah GGL dari beberapa Termo Kopel yang dihubung seri tersebut.

6. Photo Electric Cell

     Photo electric cell atau solar cell  sebenarnya prinsip kerjanya masih berhubungan dengan prinsip listrik termo elemen yang ditemukan oleh Thomas J. Seebach. Tentang timbulnya perbedaan suhu pada ujung dan pangkal sebatang logam yang menimbulkan perbedaan potensial yang menghasilkan listrik.

Perbedaan antara termo elemen dengan solar cell .

1. Solar celli tidak menggunakan bahan Bismuth dan Antimon tetapi menggunakan bahan kaca silicon.
2. Ukuran solar celli lebih kecil.
3. Pada solar cell, perbedaan derajat panas yang sedikit saja sudah bisa menghasilkan arus listrik.
4. Keping-keping solar cell yang kecil-kecil, dengan mudah bisa dirakit berhubungan menderet sehingga bisa menghasilkan arus listrik yang lebih besar.
5. Arus listrik yang dihasilkan solar cell bentunya betul-betul rata arus searah sehingga dengan aman dan mudah disimpan ke dalam accumulator ataupun digunakan langsung pada peralatan elektronik.

7. Generator (Dinamo) Arus Searah

    Pesawat/alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dinamakan generato. Asas generato berdasarkan pada kerja induksi yang ditemukan oleh Faraday. Ia membuktikan apabila kumparan kawat penghantar yang digerakkan berputar memotong garis gaya medan magnet dari sepasang magnet, maka ion-ion elektron pada kumparan tersebut akan terdorong membentuk beda potensial pada kedua ujung kawat kumparan tersebut.

Ujung lingkaran disambungkan pada slipring (gelang geser) yang ikut berputar bersama lingkaran kawarnya. Bila lingkaran kawat ini berputar, maka bangkitlah GGL yang menyebabkan arus mengalir. Arus yang dibangkitkan oleh putaran lingkaran kawat kemudian diambil dari slipring dengan perantara sikat arang (Borstel). Bagian sikat ini tidak ikut berputar seperti slipring , karena dipasang pada kedudukan tetap. Dalam prakteknya, untuk memutarkan lingkaran kawat dan slipring dipergunakan sebuah poros dan puli. Jika diputar oleh sebuah sumber tenaga. Misalnya air terjun atau motor bakar, maka poros akan ikut berputar bersama-sama dengan lingkaran kawat dan slipring . Sewaktu berputar inilah, pada lingkaran kawat tembaga terbangkit arus induksi. Untuk menyekat lingkaran kawat dan slipring pada poros, digunakan kedudukan dan pembangkit dari bahan isolasi.

Untuk menghasilkan arus yang lebih besar, kutub-kutub megnetnya dibuat dari kutub-kutub elektro magnet yang kuat magnetnya lebih besar dari magnet tetap.

Untuk menghasilkan arus searah (DC), sebuah generato ( dinamo) harus diperlengkapi dengan komutator (pembalik arus). Sebenarnya, komutator adalah sebuah slipring yang dipotong menadi dua bagian yang sama dan dipisahkan oleh bahan isolasi.

Grafik Dinamo Arus Searah

Guna memahami arus searah yang dibangkitkan oleh dinamo dapar dipelajari dalam satu putaran dinamo, angker (kawat) menempuh jarak yang dimulai dari 0˚ - 90˚ , 180˚ - 270˚ - 360˚dan kembail ke 0˚ lagi. Untuk lebih jelasnya, kaan diperlihatkan lima kedudukan angker dalam satu putaran.

Dari grafik arus searah di atas, dijelaskan bahwa tidak terjadi arah arus yang berbalik dalam setiap putarannya. Akan tetapi, karena mempergunakan satu lingkaran kawat, masih tampak adanya keadaan tegangan yang sangat mencolok, seperti tegangan nol ( pada posisi 0˚ - 180˚ dan 360˚ ) dan tegangan maksimum (pada posisi 90˚ dan 270˚ ). Bentuk arus searah seperti itu disebut searah "berdenyut".

Untuk mengurangi perbedaan tegangan yang tajam itu, dapat digunakan angker dengan dua kumparan. Jika angker terdiri dari dua kumparan, maka pada keduanya akan dibangkitkan arus. Dengan demikian, arus yang diambil oleh sikat merupakan kombinasi dari kedua arus seperti yang diperlihatkan dalam grafik berikut ini.