< Previous 137 b. Mengenal Sumber Daya Listrik Sumber Daya Listrik a) Apakah Anda mengetahuai sumber-sumber listrik? b) Tuliskan sumber-sumber listrik yang Anda ketahui. c) Diskusikan dengan teman Anda tentang sumber-sumber listrik. d) Buatlah kesimpulan tentang sumber-sumber listrik. Setiap orang pasti menggunakan energi dan berbagai peralatan listrik juga menggunakan energi agar peralatan tersebut dapat dioperasikan. Kata energi berasal dari kata Yunani ”Ergenia” yang berarti daya. Energi tidak dapat dimusnahkan maupun diciptakan, melainkan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Sumber energi secara umum dibagi menjadi dua yaitu sumber energi tak terbarukan dan sumber energi terbarukan. 1) Sumber Energi tak Terbarukan Apa yang akan terjadi jika sumber energi digunakan atau dipakai secara terus menerus? Sumber energi tak terbarukan adalah sumber energi yang keberadaannya di alam sangat terbatas, karena proses pembentukannya memerlukan waktu yang sangat panjang. Dikatakan tak terbarukan karena, jika sejumlah sumbernya dieksploitasi, maka untuk mengganti sumber yang sejenis dengan jumlah sama, baru mungkin atau belum pasti akan terjadi jutaan tahun yang akan datang. Hal ini karena waktu terbentuknya yang sangat lama, cara terbentuknya 138 lingkungan tempat terkumpulkan bahan dasar sumber energi tergantung dari proses dan keadaan geologi saat itu. Bahan bakar minyak, banyak digunakan untuk transportasi dan industri Gas alam, banyak digunakan untuk rumah tangga dan industri Batu bara, banyak digunakan untuk industri dan sumber energi listrik Uranium, banyak digunakan sebagai sumber energi listrik 2) Sumber Energi Terbarukan Apakah ada sumber energi yang dapat dimanfaatkan atau dipakai secara terus menerus? Sumber energi terbarukan adalah sumber energi yang dapat digunakan tanpa batas waktu karena dapat dipulihkan dalam waktu yang cepat. Sumber energi tersebut tidak bisa habis. Pemanfaatan sumber energi terbarukan sampai saat ini masih sangat terbatas. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan teknologi dan besarnya biaya yang dibutuhkan untuk mengubah energi tersebut menjadi energi listrik atau yang lainnya. 139 Tenaga air, banyak digunakan sebagai sumber energi listrik Angin, banyak digunakan sebagai sumber energi listrik Geotermal, banyak digunakan sebagai sumber energi listrik Surya,banyak digunakan sebagai pemanas dan sumber energi listrik 3) Sumber Arus Listrik Sumber arus listrik ada dua macam, yaitu sumber arus listrik serah/direct current (DC) dan sumber arus listrik bolak-balik/alternating current (AC). Sumber arus listrik DC dapat berasal dari elemen volta, elemen kering (baterai), akumulator (accu, aki), dan solar sel. Sedangkan sumber arus listrik AC dapat berasal dari generator AC. Elemen volta, elemen kering (baterai), dan akumulator merupakan sumber arus searah yang dihasilkan berdasarkan reaksi kimia, atau biasanya disebut dengan elektrokimia. Pada proses elektrokimia mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Elemen dibedakan menjadi dua, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer adalah elemen yang setelah habis muatannya tidak dapat diisi kembali (misalnya elemen volta, elemen kering). Elemen sekunder adalah elemen yang setelah habis muatannya dapat diisi kembali (misalnya akumulator). 140 a) Elemen volta Alessandro Volta (1790-1800) fisikawan dari Italia menemukan dua buah logam yang berbeda jenisnya diletakkan dalam bak berisi larutan elektrolit, maka akan timbul beda potensial antara kedua logam itu, seperti terlihat pada Gambar 53. Sel Volta berikut. Gambar 53. Sel Volta Dua buah logam lempeng tembaga (Cu) dan seng (Zn) diletakkan dalam bejana berisi larutan asam sulfat (H2SO4), maka akan terjadi reaksi kimia. Lempeng tembaga (Cu) memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng (Zn) memiliki potensial rendah. Reaksi kimia pada elemen Volta akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen tidak dapat bereaksi dengan tembaga (Cu), sehingga gas hidrogen hanya menempel dan menutupi lempeng tembaga (Cu) yang bersifat isolator listrik. Hal ini menyebabkan terhalangnya aliran elektron dari seng (Zn) menuju tembaga (Cu) maupun arus listrik dari tembaga (Cu) menuju seng (Zn). Dengan demikian, elemen volta kurang praktis untuk digunakan. 141 b) Elemen Kering (Baterai) Elemen Kering (Baterai) Sediakan 1 buah baterai Bukalah baterai (lakukan dengan hati-hati) Amati bagian-bagian yang ada pada baterai Tuliskan bagian-bagian yang ada pada baterai Diskusikan dengan teman Anda bagian-bagian pada baterai Buatlah kesimpulan Jika Anda membuka baterai, Anda akan menemukan susunan yang mirip seperti pada Gambar 7. Baterai tersebut terdiri atas wadah seng (Zn) yang berisi pasta kimia dengan batang karbon di tengah-tengah pasta itu. Pasta tersebut berupa senyawa kimia yaitu MnO2 dan NH4Cl. Jika kutub-kutub baterai dihubungkan dalam rangkaian tertutup (misalnya dihubungkan dengan lampu), maka akan terjadi reaksi kimia dalam pasta dan seng. Reaksi yang terjadi adalah elektron elektron terkumpul pada seng sehingga seng berlaku sebagai kutub negatif, dan batang karbon yang terletak pada pasta berlaku sebagai kutub positif. Beda potensial antara kutub-kutub baterai ini sebesar 1,5 volt (tergantung dari baterai yang digunakan). Jika baterai digunakan, lama-kelamaan muatan yang terkumpul pada seng semakin sedikit, dan beda potensialnya menurun. Pada keadaan ini baterai biasanya dikatakan “habis” dan tidak dapat dipakai lagi. Karena baterai bersifat sekali pakai, maka baterai dengan elektroda karbon dan seng disebut elemen primer. 142 Gambar 54. Baterai c) Accumulator (Accu, Aki) Accumulator (Accu, Aki) Anda pasti pernah melihat aki. Sediakan 1 buah aki Amati bagian-bagian yang ada pada aki Tuliskan bagian-bagian yang ada pada aki Diskusikan dengan teman Anda bagian-bagian pada aki Buatlah kesimpulan Aki (accu) sering disebut sebagai sel basah. Sel basah terdiri atas dua lempeng logam berbeda yang diletakkan dalam cairan elektrolit. Sebagai contoh, lempeng logam pada aki mobil adalah timbal (Pb) dan timal peroksida (PbO2) yang terletak dalam larutan asam sulfat (H2SO4). Reaksi kimia yang terjadi menyebabkan elektron terkumpul pada timbal, sehingga timbale sebagai kutub negatif dan timbal peroksida sebagai kutub positif. 143 Aki mobil umumnya mengandung 6 sel, tiap sel menghasilkan beda potensial 2 volt. Oleh karena itu, beda potensial yang dihasilkan aki mobil sebesar 12 volt. Jika digunakan, maka timbal dan timbal peroksida berangsur-angsur berubah menjadi timbal sulfat. Kedua kutub aki tersebut akhirnya tidak memiliki beda potensial lagi. Apa yang harus dilakukan, agar aki tersebut dapat berfungsi kembali? Dibandingkan baterai seng karbon, aki memiliki keunggulan, yaitu dapat diisi ulang. Caranya dengan mengalirkan arus listrik melalui aki tersebut dari sumber tegangan lain dengan arah terbalik. Dengan cara ini, maka timbal sulfat tersebut kembali lagi menjadi timbal dan timbal peroksida, maka aki siap dipakai lagi. Kemampuan aki yang dapat dipakai berulang-ulang dengan cara diisi lagi menjadikan aki tergolong sebagai elemen sekunder. Berikut ini Gambar 55. Aki. Gambar 55 . Aki 144 d) Solar Sel Anda pernah melihat lampu penerangan seperti pada Gambar 56 berikut ini? Gambar 56. Lampu penerangan jalan Lampu penerangan tersebut menggunakan sumber listrik dari solar sel. Solar sel (solar cell, photovoltaics) dibuat dari sepotong lapisan kristal silikon atau germanium, atau material semi konduktor lainnya yang disusun sedemikian rupa. Solar sell tersebut dapat mengubah energi radiasi matahari menjadi energi listrik. Berikut ini Gambar 57. Solar sel Gambar 57. Solar sel. 145 c. Arus Searah dan Arus Bolak Balik Arus Searah dan Arus Bolak-balik Diskusikan secara kelompok, apa perbedaan sumber listrik yang berasal dari “baterai, aki, dan PLN” ? Ketika menyalakan peralatan listrik, maka akan ada muatan listrik yang mengalir pada kabel yang disebabkan oleh perbedaan potensial listrik, seperti halnya air yang mengalir di dalam sebuah pipa yang disebabkan perbedaan tekanan pipa. 1) Arus Listrik Muatan listrik adalah salah satu sifat dasar dari partikel elementer tertentu. Terdapat dua jenis muatan, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan positif pada bahan dibawa oleh proton, sedangkan muatan negatif oleh elektron. Untuk memahami arus listrik, maka amati Gambar 11 ilustrasi muatan listrik yang mengalir pada sebuah kawat berikut. Gambar 58. Ilustrasi muatan listrik mengalir di dalam kawat Jika q adalah muatan yang mengalir melalui kawat dalam waktu t, maka arus listrik I adalah 146 Sehingga dapat didefinisikan bahwa arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Secara satuan internasional arus listrik I dinyatakan dalam ampere (A). 2) Arus Searah dan Arus Bolak-balik Michael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, membuat dugaan (hipotesis) bahwa medan magnet seharusnya dapat menimbulkan arus listrik. Berdasarkan percobaan, ditunjukkan bahwa gerakan magnet di dalam kumparan menyebabkan jarum galvanometer menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Jika magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tidak menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kiri. Penyimpangan jarum galvanometer tersebut menunjukkan bahwa pada kedua ujung kumparan terdapat arus listrik. Peristiwa timbulnya arus listrik seperti itulah yang disebut induksi elektromagnetik. Adapun beda potensial yang timbul pada ujung kumparan disebut gaya gerak listrik (GGL) induksi. Terjadinya GGL induksi dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika kutub utara magnet didekatkan ke kumparan. Jumlah garis gaya yang masuk kumparan makin banyak. Perubahan jumlah garis gaya itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan jarum galvanometer. Hal yang sama juga akan terjadi jika magnet digerakkan keluar dari kumparan. Akan tetapi, arah simpangan jarum galvanometer berlawanan dengan Next >