Elemen Volta, Elemen Kering, dan Akumulato

Elemen Volta, Elemen Kering, dan Akumulator

A.      Elemen Volta

Elemen Volta yaitu sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh ilmuwan Italia Allesandro Volta. Elemen Volta terdiri dari tumpukan batang seng, kain yang direndam dalam larutan asam, dan batang tembaga secara bergantian. Elemen Volta mempunyai kelemahan, yaitu hanya dapat bekerja dalam waktu yang pendek sehingga tidak cocok untuk kehidupan sehari-hari.

I.                   KOMPONEN PENYUSUN

1.      Plat tembaga (Cu) sebagai anoda atau kutub positif.

2.      Plat seng (Zn) sebagai katoda atau kutub negative.

3.      H2S04 encer sebagai larutan elektrolit ( larutan yang dapat menghantarkan listrik).

II.                CARA KERJA

Plat tembaga mempunyai potensial lebih tinggi mengakibatkan setelah dihubungkan terjadi aliran electron dari plat seng ke plat tembaga, saat didalam asam sulfat elektron dapat mengalir. Jika dipasang lampu diantara kedua plat dengan menggunakan kawat, maka 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⁺ + SO₄^2- 

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.

B.     Elemen Kering / Baterai

Elemen Kering adalah suatu alat yang menghasilkan energi listrik dengan proses kimia. Baterai juga merupakan elemen kering primer, karena tidak dapat diisi ulang (disetrum). Dibuat pertama kali pada tahun 1866, oleh kimiawan Perancis George Leclanche.

I.         KOMPONEN PENYUSUN

1.      Batang arang atau karbon (C) sebagai kutub positif (anode)

2.      Mangan dioksida (MnO₂) dan serbuk karbon.

3.      Lapisan seng (Zn) sebagai kutub negative (katode)

4.      Larutan elektrolit terbuat dari Amonia klorida (NH₄Cl).

5.      Lapisan kuningan.

6.      Karton

II.       CARA KERJA

Batang arang ini mempunyai potensial yang lebih tinggi dari pada seng. Kutub positif elemen kering ini adalah batang arang ( C ), sedangkan kutub negatifnya adalah seng (Zn). Potensial kutub positif ini lebih tinggi daripada potensial kutub negatif.

GGL yang diperoleh standar tiap baterai atau sel adalah 1,5 volt. Bila dua baterai kita serikan berarti memperoleh ggl 3 volt. Seperti elemen Volta elemen kering termasuk elemen kimiawi yaitu mengubah energi kimia menjadi energi listrik, Elemen Leclanche kering ini trermasuk elemen primer sehingga apabila potensialnya habis, sudah tidak dapat digunakan lagi. Untuk mengatasi kelemahan itu diciptakan baterai yang dapat disetrum lagi seperti baterai alkali atau baterai nikel-besi yang dikembangkan oleh Thomas Alva Edison tahun 1900, energizer dan lain-lain yang termasuk elemen sekunder. 

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).

C.     Akumulator

Akumulator adalah sebuah sel atau elemen sekunder dan merupakan sumber arus listrik searah yang dapat mengubah energy kimia menjadi energy listrik. Aki termasuk elemen elektrokimia yang dapat mempengaruhi zat pereaksinya, sehingga disebut elemen sekunder. Kutub positif aki menggunakan lempeng oksida dan kutub negatifnya menggunakan lempeng timbale sedangkan larutan elektrolitnya adalah larutan asam sulfat.

Pengumpulan jumlah muatan listrik dinyatakan dalam ampere jam disebut tenaga aki. Pada kenyataannya, pemakaian aki tidak dapat mengeluarkan seluruh energy yang tersimpan aki itu. Oleh karenanya, aki mempunyai rendemen atau efisiensi.

I.     KOMPONEN PENYUSUN

1.      Pemisah

2.      Terminal

3.      Pelat positif

4.      Pelat negative

5.      Batang penghubung

II.  CARA KERJA

Akki (accumulator), akki terdiri dari sebuah bak kecil yang terbuat dari karet keras atau kaca yang berisi larutan asam sulfat encer.
Di dalamnya terdapat dua kerangka P (positif) dan N (negatif) terbuat dari timbal (Pb) yang berlubang-lubang berbentuk segiempat. Lubang-lubang kerangka P diisi dengan timbal peroksida (PbO₂) yang berupa lapisan berpori. Kerangka P ini berwarna coklat dan merupakan kutub positif akki. Kerangka N berisi lapisan timbal berpori (Pb), warnanya abu-abu dan merupakan kutub negatif akki. Ggl yang dihasilkan kedua kutub ini besarnya sekitar 2 volt.

Bila akki mengalirkan arus listrik, maka lapisan timbal dan timbal peroksida keduanya berubah sedikit demi sedikit menjadi timbal sulfat (PbSO₄), sehingga kemampuan akki untuk mengalirkan arus listrik menjadi berkurang. Untuk memulihkan kembali kemampuan akki ini, maka akki harus “diisi” kembali dengan cara menyetrumnya, yaitu dengan jalan mengalirkan arus searah dari sumber arus, dengan arah yang bertentangan dengan arah arus yang dialirkan oleh aki tersebut. Karena aliran listrik ini, timbal sulfat berubah menjadi timbal dan timbal peroksida kembali.

Diposting 26th November 2014 oleh soraya berliana

http://sorayaberliana32.blogspot.co.id/2014/11/elemen-volta-elemen-kering-dan.html

1.      Accumulator

Accumulator sering disebut aki. Elektrode accumulator baik anode dan katode terbuat dari timbal (Cu) berpori. Bagian utama akumulator, yaitu

1.      kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2), 

2.      kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb), 

3.      larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) dengan kepekatan 30%. 

Lempeng timbal dioksida dan timbal murni disusun saling bersisipan akan membentuk satu pasang sel akumulator yang saling berdekatan dan dipisahkan oleh bahan penyekat berupa isolator. Beda potensial yang dihasilkan setiap satu sel akumulator 2 volt. Dalam kehidupan sehari-hari, ada akumulator 12 volt yang digunakan untuk menghidupkan starter mobil atau untuk menghidupkan lampu sein depan dan belakang mobil. Akumulator 12 volt tersusun dari 6 pasang sel akumulator yang disusun seri. Kemampuan akumulator dalam mengalirkan arus listrik disebut kapasitas akumulator yang dinyatakan dengan satuan Ampere Hour (AH). Kapasitas akumulator 50 AH artinya akumulator mampu mengalirkan arus listrik 1 ampere yang dapat bertahan selama 50 jam tanpa pengisian kembali.

Proses Pengosongan Accumulator

Pada saat accumulator digunakan, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik dan terjadi perubahan anode, katode dan elektrolitnya. Pada anode terjadi perubahan yaitu timbal dioksida (PbO2) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Perubahan yang terjadi pada katode adalah timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Adapun pada larutan elektrolit terjadi perubahan, yaitu asam sulfat pekat menjadi encer, karena pada pengosongan accumulator terbentuk air (H2O). Susunan akumulator adalah sebagai berikut. 

Kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2).

Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb).

Larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) dengan kepekatan 30%.

Ketika accumulator digunakan, terjadi reaksi antara larutan elektrolit dengan timbal dioksida dan timbal murni sehingga menghasilkan elektron dan air. Reaksi kimia pada accumulator yang dikosongkan adalah sebagai berikut. 

Pada elektrolit : H2SO4→2H+ + SO42– 

Pada anode: PbO2 + 2H+ + 2e + H2SO4 →PbSO4+2H2O 

Pada katode : Pb + SO42–→ PbSO4 

Pada saat accumulator digunakan, baik anode maupun katode perlahan-lahan akan berubah menjadi timbal sulfat (PbSO4). Jika hal itu terjadi, maka kedua kutubnya memiliki potensial sama dan arus listrik berhenti mengalir. Terbentuknya air pada reaksi kimia menyebabkan kepekatan asam sulfat berkurang, sehingga mengurangi massa jenisnya. Keadaan ini dikatakan accumulator kosong (habis).

Proses Pengisian Accumulator

Accumulator termasuk elemen sekunder, sehingga setelah habis dapat diisi kembali. Pengisian accumulator sering disebut penyetruman accumulator. Pada saat penyetruman accumulator terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Perubahan yang terjadi pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal dioksida (PbO2). Perubahan pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal murni (Pb). Kepekatan asam sulfat akan berubah dari encer menjadi pekat, karena ketika akumulator disetrum terjadi penguapan air.

Untuk menyetrum accumulator diperlukan sumber tegangan DC lain yang memiliki beda potensial yang lebih besar. Misalnya akumulator 6 volt kosong harus disetrum dengan sumber arus yang tegangannya lebih dari 6 volt. Kutub-kutub akumulator dihubungkan dengan kutub sumber tegangan. Kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub positif akumulator. Adapun, kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub negatif akumulator. Rangkaian ini menyebabkan aliran elektron sumber tegangan DC berlawanan dengan arah aliran elektron accumulator.

Elektron-elektron pada accumulator dipaksa kembali ke elektrode accumulator semula, sehingga dapat membalik reaksi kimia pada kedua elektrodenya. Agar hasil penyetruman accumulator lebih baik, maka arus yang digunakan untuk mengisi kecil dan waktu pengisian lama. Besarnya arus listrik diatur dengan rheostat. Pada saat pengisian terjadi penguapan asam sulfat, sehingga menambah kepekatan asam sulfat dan permukaan asam sulfat turun. Oleh sebab itu, perlu ditambah air accumulator kembali. Susunan accumulator yang akan disetrum (diisi) dalam keadaan masih kosong, yaitu 

Kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbSO4),

Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (PbSO4),

Larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) encer.

Reaksi kimia saat accumulator diisi, yaitu 

Pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO42– 

Pada anode : PbSO4 + SO42– + 2H2O→ PbO2 + 2H2SO4 

Pada katode: PbSO4 + 2H+ → Pb + H2SO4 

Jadi, saat penyetruman accumulator pada prinsipnya mengubah anode dan katode yang berupa timbal sulfat (PbSO4) menjadi timbal dioksida (PbO2) dan timbal murni (Pb).

http://penulisinfo.blogspot.co.id/2013/12/macam-macam-elemen-fisika.html

Macam-macam Elemen Fisika

Written By Maulana Affan on Selasa, 03 Desember 2013 | 14.10