Like

Pengikut

Minggu, 28 November 2010

Sumber-sumber Tegangan

A. Sumber Tegangan

Pada bab 7 telah kita pelajari, bahwa muatan sejenis bila didekatkan akan tolak-menolak begitupun sebaliknya. Hal ini terjadi bila benda bermuatan didekatkan pada benda yang lain maka benda tersebut akan terpolarisasi, yaitu muatan yang sejenis akan menjauh sedang muatan tak sejenis akan tarik-menarik. Pada Gambar 10.1 jika sebuah cakram logam netral didekatkan ke permukaan dalam konduktor berongga yang bermuatan listrik, tidak menyebabkan daun elektroskop mekar. Ini menunjukkan bahwa cakram logam tidak bermuatan listrik. Dan jika cakram logam tersebut didekatkan pada permukaan luar konduktor, maka daun elektroskop mekar. Hal ini menunjukkan bahwa cakram logam bermuatan listrik. Jadi pada prinsipnya muatan-muatan tersebut berada pada sekitar permukaan sebuah konduktor. Muatan yang bergerak akibat kehadiran muatan yang lain, akan mengingatkan pada konsep gaya. Mengapa? Jelaskan! Gaya yang bekerja pada sebuah muatan Q dan menyebabkan pergeseran
Image:dismuatan.JPG

Muatan yang bergerak akibat kehadiran muatan yang lain, akan mengingatkan pada konsep gaya. Mengapa? Jelaskan! Gaya yang bekerja pada sebuah muatan Q dan menyebabkan pergeseran sepanjang s disebut energi atau kerja, W. Jadi, kerja yang dilakukan oleh sebuah muatan sama dengan perkalian gaya dengan pergeseran, dirumuskan,
Image:w=fs.JPG
Menurut persamaan di atas bahwa gaya sebanding dengan muatan, maka kerja yang dilakukan juga sebanding dengan muatan yang berpindah, dan beda
potensial yang menyebabkan muatan bergerak. Oleh karena itu persamaan tersebut dapat ditulis
Image:wqav.JPG

Dengan ��VAB adalah beda potensial di titik A dan B dengan satuan volt, lihat Gambar 10.2! Persamaan di atas menunjukkan bahwa usaha atau kerja dapat
dinyatakan dalam satuan coulomb volt dan disebut sebagai energi potensial. Beda potensial listrik sering disebut sebagai potensial dan dalam bahasa seharihari
lebih dikenal sebagai tegangan listrik. Perhatikan Gambar 10.2, misalkan ada dua buah benda berbentuk bola yang sama besarnya, masingmasing bermuatan positif. Benda A bermuatan positif lebih banyak daripada benda B. Oleh karena itu, benda A mempunyai potensial listrik lebih besar daripada di B. Sebaliknya benda A kekurangan elektron sehingga jika benda A dan B dihubungkan dengan kawat penghantar, maka terjadi aliran elektron dari B ke A dan aliran muatan positif dari A ke B, sampai terjadi keseimbangan, yaitu potensial A sama dengan potensial B. Arah aliran muatanmuatan positif disebut arah arus listrik, I, dan arah sebaliknya adalah arah elektron, hal ini menunjukkan bahwa arah arus listrik selalu berlawanan dengan arah aliran elektron.
Image:beda poten.JPG

Pada saat terjadi keseimbangan antara potensial di A dan di B, maka tidak akan terjadi aliran muatan atau tidak ada arus yang mengalir.Untuk mempertahankan terjadinya aliran muatan, perlu adanya alat sumber tegangan atau sumber arus yang dapat memberikan beda potensial dalam suatu penghantar. Contoh sumber tegangan di antaranya baterai, dinamo, dan aki. Untuk mengalirkan muatan listrik dari titik satu ke titik yang lain dalam suatu penghantar, diperlukan energi. Banyaknya energi yang dikeluarkan di antaranya tergantung pada besar kecilnya sebuah muatan yang dipindahkan, makin besar muatan yang dipindahkan, makin besar pula energi yang harus dikeluarkan, persamaan Energi ini disebut Energi Penggerak Listrik (EPL). EPL sering disebut Gaya Gerak Listrik, (GGL). Dengan kata lain bahwa GGL adalah energi yang dikeluarkan oleh sumber tegangan yang diperlukan untuk menggerakkan muatan listrik di dalam suatu rangkaian.

B. Macam-macam Sumber Tegangan

Telah dipelajari bersama bahwa arus listrik dapat mengalir dalam kawat penghantar jika antara kedua ujung-ujung penghantar itu terdapat beda potensial. Untuk dapat menimbulkan beda potensial diperlukan sumber tegangan. Sumber tegangan yang mengeluarkan energi listrik berdasarkan prinsip pasangan logam disebut sel atau elemen. Elemen ada dua jenis, yaitu elemen kering dan elemen basah. Contoh elemen kering adalah batu baterai (baterai), sedangkan contoh elemen basah adalah aki (accumulator). Elemen kering disebut juga elemen primer, karena setelah tidak dapat memberikan beda potensial sudah tidak bisa dipakai lagi. Sedangkan aki setelah tidak memberikan beda potensial atau dalam bahasa sehari-hari disebut kosong dapat diisi lagi maka aki disebut elemen sekunder.

1. Elemen Volta

Alessandro Volta (1745 – 1827) menemukan bahwa pasangan logam tertentu dapat membangkitkan GGL, gaya gerak listrik ini menyebabkan arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian. Pasangan logam tersebut adalah Cu (tembaga) dan Zn (seng). Sumber tegangan pertama yang dapat mengalirkan arus listrik cukup besar adalah elemen Volta. H2SO4 yang dipakai sebagai elektrolit akan terdisosiasi menjadi H+ dan SO4 -2. Energi yang diperlukan untuk menggerakkan elektron-elektron dari elektroda Zn ke elektroda Cu dan jumlah energi per satuan muatan yang tersedia dari elemen Volta dinyatakan dalam satuan volt atau joule per coulomb. Adanya gelembung-gelembung ini dikarenakan gas hidrogen tidak dapat bersenyawa dengan Cu, akibatnya menghalangi jalannya aliran listrik sehingga lampu tidak menyala. Sebagai kutub positif (anoda) dalam elemen Volta adalah Cu sedangkan Zn sebagai kutub negatif (katoda) dan H2SO4 encer sebagai larutan elektrolit yang berakibat terdisosiasi menjadi ion 2H+ dan SO4 2-.

2. Elemen Kering (Baterai)

Elemen kering atau baterai adalah sumber tegangan yang dapat lebih lama mengalirkan arus listrik daripada elemen Volta. Elemen kering dibuat pertama kali pada tahun 1866, kimiawan Perancis oleh George Leclanche. Elemen kering ini terdiri atas Zn yang berbentuk bejana dan logam dalam Zn ini dilapisi karbon (batang arang). Karena batang arang memiliki potensial lebih tinggi daripada Zn, maka batang arang sebagai anoda, sedangkan Zn sebagai katoda. Di bagian dalam elemen kering ini terdapat campuran antara salmiak atau amonium klorida (NH4Cl) serbuk arang dan batu kawi atau mangan dioksida (MnO2). Campuran ini berbentuk pasta yang kering. Karena elemen ini menggunakan larutan elektrolit berbentuk pasta yang kering maka disebut elemen kering. Pada elemen kering, NH4Cl sebagai larutan elektrolit dan MnO2 sebagai depolarisator. Kegunaan dispolarisator yaitu dapat meniadakan polarisasi. Sehingga arus listrik pada elemen kering dapat mengalir lebih lama sebab tidak ada gelembunggelembung gas.
Arus listrik pada baterai mengalir searah dan terjadi bila kutub positif dihubungkan dengan kutub negatif. Oleh sebab itu aliran baterai dinamakan Direct Current (DC). Untuk menambah tegangan listrik baterai dapat disusun secara seri, yaitu disusun berurutan dengan kutub positif-negatif dengan berselang-seling. Misalnya 3 buah baterai mempunyai tegangan 1,5 volt yang disusun seri akan mempunyai tegangan 4,5 volt. Susunan seperti ini sering kita jumpai pada alat-alat listrik sederhana seperti senter dan walkman. Adapun pasangan paralel adalah jika masing-masing kutub baterai yang sama saling dihubungkan, tegangan listrik yang didapat bertambah, tetapi arus yang mengalir akan menjadi lebih besar. Baterai isi ulang
Saat ini, pemakaian baterai isi ulang semakin meluas, seiring semakin banyaknya alat komunikasi dan alat elektronik lainnya yang bersifat portable (mudah dibawa dan dipindah-pindahkan), misalnya komputer laptop, telepon genggam, Personal Digital Assistant (PDA), kamera digital, dan kamera genggam. Umumnya jenis baterai yang digunakan adalah nikel-kadmium (Ni-Cd), yang memakai bahan nikel hidroksida serta kadmium sebagai elektrodanya, dan kalium hidroksida sebagai elektrolit. Akan tetapi, baterai isi ulang juga ada yang menggunakan bahan litium sebagai elektrodanya, sehingga mempunyai daya tahan yang lama.

3. Aki (Accumulator)

Aki merupakan sumber tegangan yang berasal dari reaksi kimia, sebagaimana elemen Volta dan elemen kering. Aki terdiri atas karet keras atau kaca yang berbentuk bak dan berisi larutan asam sulfat pekat H2SO4 yang berfungsi sebagai larutan elektrolit. Di dalam larutan ini terdapat dua kerangka timbul, yaitu timbal peroksida (PbO2) sebagai anoda dan timbal murni (Pb) sebagai katoda.

a. Pemakaian aki

Pada pemakaian aki terjadi proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Pemakaian aki di antaranya untuk menyalakan tape recorder, radio, TV. Pada saat aki digunakan maka terjadi proses kimia sehingga aki dapat mengalirkan arus listrik, proses kimia yang terjadi adalah lapisan pada katoda dan anoda sedikit demi sedikit berubah menjadi timbal oksida (PbO). Sehingga potensial kedua kutub menjadi sama, dan arus listrik tidak dapat mengalir, dalam hal ini aki dikatakan kosong. Kemampuan aki untuk mengalirkan arus listrik dapat dipulihkan kembali dengan jalan mengalirkan arus listrik searah dari sumber arus yang lain melalui kedua kutubnya.

b. Pengisian aki

Pada proses pengisian aki ini terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Gambar 10.3 menunjukkan cara atau proses pengisian aki.
Image:ngisi aki.JPG

Karena ada aliran arus listrik dari luar, maka kedua kutub anoda dan katoda dari PbO berubah menjadi PbO2 dan Pb. Peristiwa mengalirkan arus listrik ke dalam aki ini disebut mengisi atau dalam bahasa sehari-hari disebut menyeterum aki.

C. Gaya Gerak Listrik dan Tegangan Jepit

Voltmeter dan basicmeter adalah alat untuk mengukur beda potensial. Multimeter alat yang bisa difungsikan sebagai voltmeter, amperemeter, dan ohmmeter tergantung tujuan dari pengukuran. Pengukuran besarnya potensial tidak bisa ditentukan pada satu titik. Misalnya potensial di titik A dan potensial di titik B kita tidak bisa mengukur nilainya namun hanya bisa untuk mengukur beda potensial antara di titik A dan di titik B. Untuk mengukur beda potensial antara dua titik
misalnya dititik A dan B maka voltmeter harus dipasang di antara titik A dan titik B secara paralel. Pengukuran beda potensial pada Gambar (a) yaitu beda potensial antara kutub positif dan negatif dari suatu sumber tegangan E, yang diukur langsung tanpa adanya aliran arus listrik ke suatu penghantar. Hasil pengukuran ini menunjukkan besarnya nilai GGL.

Sedangkan pengukuran beda potensial pada Gambar (b) yaitu beda potensial antara dua titik yaitu A dan B selama arus mengalir disebut tegangan jepit, VJ.
Untuk VC-D, adalah tegangan jepit antara titik C dan D. Oleh karena itu besarnya nilai GGL lebih besar dari pada VJ. Mengapa? Sebab sebagian tegangan selama arus listrik mengalir digunakan untuk menyalakan lampu yang mempunyai hambatan tertentu. Satuan yang digunakan baik GGL maupun VJ dalam satuan Sistem Internasional adalah volt, V.
Image:tegangan  jepit.JPG

ELEMEN VOLTA

Allesandro Volta, seorang ilmuwan fisika mengetahui, gaya gerak listrik (ggl) dapat dibangkitkan dua logam yang berbeda dan dipisahkan larutan elektrolit. Volta mendapatkan pasangan logam tembaga (Cu) dan seng (Zn) dapat membangkitkan ggl yang lebih besar dibandingkan pasangan logam lainnya (kelak disebut elemen Volta).

Hal ini menjadi prinsip dasar bagi pembuatan dan penggunaan elemen sekunder. Elemen sekunder harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik melaluinya (secara umum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali.

Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging).

Jenis aki yang umum digunakan adalah accumulator timbal. Secara fisik aki ini terdiri dari dua kumpulan pelat yang yang dimasukkan pada larutan asam sulfat encer (H2S04). Larutan elektrolit itu ditempatkan pada wadah atau bejana aki yang terbuat dari bahan ebonit atau gelas. Kedua belah pelat terbuat dari timbal (Pb), dan ketika pertama kali dimuati maka akan terbentuk lapisan timbal dioksida (Pb02) pada pelat positif.

Letak pelat positif dan negatif sangat berdekatan tetapi dibuat untuk tidak saling menyentuh dengan adanya lapisan pemisah yang berfungsi sebagai isolator (bahan penyekat). Proses kimia yang terjadi pada aki dapat dibagi menjadi dua bagian penting, yaitu selama digunakan dan dimuati kembali atau 'disetrum'
Kelebihannya
- Dapat diisi ulang
- Mempunyai arus cukup besar
Kelemahanya .
-Tiap sel hanya menghasilkan tegangan 2,1 Volt DC saja
-Bentuknya besar dan berat

PRINSIP KERJA ELEMEN VOLTA


Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut : Reaksi antara larutan asam sulfat encer dengan seng mengakibatkan lempengan seng bermuatan negatif (seng mengambil elektron dari larutan asam sulfat, potensial seng negatif). karena larutan kekurangan elektron maka larutan mengambil elektron dari batang tembaga, sehingga kekurangan elektron (bermuatan positif - potensial positif). Adanya beda potensial antara ujung tembaga dan ujung seng menyebabkan aliran elektron dari seng ke tembaga melalui kawat penghantar penghubung kedua kutub tersebut. Aliran muatan listrik dalam larutan akan terganggu karena adanya reaksi kimia pada saat perpindahan elektron dan ini terlihat antara lain dengan adanya gelembung gas yang menutupi lempeng tembaga sehingga dalam waktu singkat aliran listrik terhenti.


Baterai Nuklir: Sumber Arus Searah yang Perlu Dikembangkan


Pendahuluan

Untuk mendapatkan tenaga listrik dari energi nuklir, sejauh ini sudah banyak dilakukan melalui PLTN (Pusat Listrik Tenaga Nuklir) dan manfaatnya sudah sangat terasa bagi negara-negara maju, terutama dalam menggerakkan perindustriannya disamping untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik bagi rumah tangga. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh PLTN adalah berasal dari reaksi fisi (pembelahan) yang menghasilkan panas sangat besar. Panas yang sangat besar ini digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi yang kemudian uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin yang dihubungkan ke generator, sehingga akan diperoleh tenaga listrik. Sedangkan pemanfaatan energi nuklir melalui reaksi fusi (penggabungan) yang panasnya jauh lebih besar dari pada reaksi fisi, sampai saat ini masih dalam taraf penelitian mengingat belum ditemukan bahan yang tahan terhadap tekanan tingi dan juga suhu tinggi dengan orde ratusan ribu derajat Celcius. Pemanfaatan energi nuklir untuk menghasilkan tenaga listrik sejauh ini memang sudah terbukti dapat bersaing dengan tenaga listrik yang diperoleh secara konvensional melalui pemakaian energi primer (batubara dan minyak) maupun melalui pemakaian energi terbarukan (air, panas bumi dan matahari). Selain dari itu, para ahli pada saat ini juga akan melengkapi kemampuan energi nuklir dengan cara lain untuk menghasilkan tenaga listrik arus searah (tenaga baterai/DC), tidak hanya tenaga listrik arus bolak-balik (AC) seperti yang sudah dikenal selama ini melalui PLTN. Cara lain yang dimaksud adalah tidak dengan memanfaatkan panas dari hasil reaksi fisi maupun fusi, akan tetapi memanfaatkan proses terjadinya reaksi peluruhan (decay process) pada setiap bahan radioaktif. Pada reaksi peluruhan ini yang dimanfaatkan adalah radiasi nuklir itu sendiri yang disertai dengan pelepasan elektron atau muatan listrik dan juga kemampuan menumbuk bahan untuk menghasilkan elektron sekunder yang dapat diubah menjadi tenaga listrik. Bila hal ini bisa direalisasikan maka tenaga listrik yang diperoleh dari hasil proses peluruhan zat radioaktif akan dapat menambah sumber tenaga listrik arus searah, disamping sumber arus searah (tanaga baterai) yang telah dikenal secara konvensional berupa baterai kimia sel basah maupun sel kering.

Proses Peluruhan Zat Radioaktif

Proses peluruhan zat radioaktif sebenarnya adalah proses alami dari suatu zat radioaktif atau radioisotop dalam rangka keseimbangan menuju kepada energi dasarnya (ground state energy). Proses peluruhan zat radioaktif yang terjadi berkaitan erat dengan jenis radiasi nuklir dari suatu radioisotop. Untuk itu, perlu diketahui beberapa jenis radiasi yang mengikuti terjadinya proses peluruhan tersebut. Jenis radiasi yeng dimaksud sebenarnya ada 8 macam, namun yang akan dijelaskan hanya yang dalam proses peluruhannya menghasilkan elektron atau yang dapat menyebabkan ionisasi langsung saja, yaitu radiasi yang dipancarkan oleh radioisotop yang digunakan dalam baterai nuklir. Jenis radiasi tersebut adalah : 1. Radiasi Alpha (a)

Radiasi ini pada umumnya terjadi pada elemen berat, yaitu atom yang nomor massanya besar (mohon dilihat sistem periodik/tabel berkala) yang tenaga ikatnya rendah, yaitu tenaga ikat antara elektron dan inti atomya rendah. Radiasi Alpha pada umumnya diikuti juga oleh peluruhan radiasi Gamma. Atom yang mengalami peluruhan radiasi Alpha, nomor massanya akan berkurang 4 dan nomor atomnya berkurang 2, sehingga radiasi Alpha disamakan dengan pembentukan inti Helium yang bermuatan listrik 2 dan bermassa 4. Contoh peluruhan radiasi Alpha adalah peluruhan Plutonium menjadi Uranium yang reaksinya sebagai berikut:

94Pu239––>2He4 + 92U235 (2He4 = radiasi Alpha)

2. Radiasi Beta Negatif (b-)

Radiasi Beta Negatif disamakan dengan pemancaran elektron dari suatu inti atom. Bentuk radiasi ini terjadi pada inti yang kelebihan elektron dan pada umumnya juga disertai juga dengan radiasi Gamma. Pada radiasi Beta Negatif, nomor atom akan bertambah 1, sedangkan nomor massanya tetap. Contoh peluruhan radiasi Beta Negatif adalah :

56Ba140 ––>-1e0 + 57La140(-1e0 = elektron negatif)

3. Radiasi Beta Positif (b +)

Radiasi ini sama dengan pancaran positron (elektron positif) dari inti atom. Bentuk peluruhan ini terjadi pada inti yang kelebihan proton. Pancaran positron dapat terjadi bila perbedaan energi antara inti semula dengan inti hasil perubahan (reaksi inti) paling tidak sama dengan 1,02 MeV. Radiasi Beta Positif akan selalu diikuti dengan peristiwa annihilasi atau peristiwa penggabungan, karena begitu terbentuk zarah Beta (+) akan langsung bergabung dengan elektron (-) yang banyak terdapat di alam ini dan menghasilkan radiasi Gamma yang lemah. Contoh radiasi Beta Positif :

7N13 ––> +1e0 + 6C13 (+1e0 = elektron positif / positron)

+1e0 + -1e0 ––> 200(menghasilkan 2 foton Gamma)

Jenis radiasi lainnya (radiasi Gamma, radiasi Neutron dan lain sebagainya) tidak dibahas dalam kaitannya dengan baterai nuklir, karena dalam peluruhannya tidak menghasilkan elektron atau muatan listrik yang langsung dapat mengionisasi medium yang pada akhirnya dapat diubah menjadi tenaga listrik arus searah. Selain dari itu, radiasi Gamma dan Neutron mempunyai daya tembus yang sangat besar, sehingga menyulitkan untuk mengukungnya agar radiasi tidak menembus dinding baterai nuklir. Kalaupun dinding baterai buklir dibuat tebal, akan berdampak pada masalah biaya dan secara teknis akan kalah bersaing dengan sumber radiasi Beta (b-) yang banyak digunakan dalam baterai nuklir.

Berbagai Macam Baterai Nuklir

Pemanfaatan energi nuklir untuk diubah menjadi tenaga listrik arus searah (DC) adalah karena timbulnya elektron atau muatan listrik pada peristiwa peluruhan zat radioaktif. Oleh karena itu, sumber arus searah baterai nuklir ini berasal dari radioisotop yang memancarkan radiasi Alpha, Beta Negatif maupun Beta Positif. Mengingat daya tembus radiasi Alpha sangat kecil, maka radioisotop pemancar Alpha jarang digunakan, karena menyulitkan dalam proses pembuatannya, kecuali bila akan dimanfaatkan untuk mengionisasi langsung medium baterai nuklir. Radioisotop pemancar Beta Positif (b+) jarang digunakan sebagai sumber tenaga baterai nuklir karena sumber baterai nuklir adalah radioisotop pemancar radiasi Beta Negatif (b-). Kemampuan sumber radiasi untuk menghasilkan elektron sekunder dalam tumbukannya dengan medium baterai nuklir, juga dipakai sebagai bahan pertimbangan dalam memilih sumber radioisotop. Penelitian dan pengembangan pembuatan baterai nuklir sangat menarik perhatian para ahli, karena tegangan yang diperoleh dari baterai nuklir relatif konstan dan bisa mencapai orde beberapa ribu volt, sehingga sangat menguntungkan dalam pemakaiannya. Sedangkan umur pakainya sangat panjang, bisa mencapai 2 kali waktu paro radioisotop yang digunakan. Namun demikian, efisiensinya dan arus yang dihasilkan sejauh ini masih rendah, untuk itu perlu ditingkatkan lebih jauh lagi. Adapun rendahnya arus yang dihasilkan karena adanya pengaruh nuclear barrier transmission (d) yang dinyatakan dalam persamaan :

di mana : X1 dan X2 = titik partikel pada saat masuk dan meninggalkan potensial barrier.

M= massa partikel.
V(x)= potensial energi sebagai fungsi barrier.
T= energi kinetik partikel.
h= konstanta Planck.
Mengingat bahwa nuclear barrier transmission merupakan fungsi dari massa radioisotop yang digunakan dan energi kinetik radiasi yang dipancarkan, maka usaha untuk meningkatkan arus harus memperhatikan sumber radioisotop yang digunakan dan juga energi kinetik radiasinya.

Berbagai macam model baterai nuklir yang sudah dikembangkan sejauh ini adalah sebagai berikut;

1. Baterai nuklir “high speed electrons battery”:

Baterai ini dinamakan juga dengan baterai nuklir Beta, sesuai dengan jenis radiasi yang dipancarkan oleh radioisotop yang digunakan. Baterai nuklir ini bisa menghasilkan tegangan sampai beberapa ribu volt. Tegangan yang tinggi ini dipengaruhi oleh kerapatan isolator yang digunakan, sehingga tidak terjadi kebocoran yang dapat menimbulkan ionisasi udara di sekitar terminal elektrodenya. Arus yang dihasilkan masih rendah dan perlu dinaikkan lagi dengan memperhatikan masalah nuclear barrier transmission seperti yang diuraikan di atas. Radioisotop yang digunakan dalam baterai ini adalah Strontium-90 (Sr90) yang mempunyai waktu paro 28 tahun, sehingga umur pakai baterai nuklir jenis ini bisa dua kali waktu paronya, yaitu 56 tahun. Bagan baterai nuklir jenis ini dapat dilihat pada Gambar 1.

2. Baterai nuklir “contact potential difference battery

Baterai nuklir ini sering disingkat dengan baterai CPD (Contact Difference Potential). Elektrode yang digunakan adalah 2 jenis bahan logam yang mempunyai sifat “work function” yang sangat berbeda. Work function suatu bahan adalah energi yang diperlukan untuk membebaskan elektron keluar orbitnya. Bahan elektrode yang mempunyai sifat work function yang sangat jauh berbeda adalah Seng (Zn) dan Karbon. Ruang diantara kedua elektrode, yaitu antara bahan logam yang mempunyai sifat “work function” tinggi dan bahan logam yang mempunyai “work function” rendah, diisi medium berbentuk gas, yaitu Tritium yang setiap saat dapat diionisasikan oleh radioisotop menghasilkan elektron dan ion positif. Hasil ionisasi (elektron dan ion) akan menuju ke masing-masing elektrodenya sesuai dengan muatan listrik yang dibawanya. Penyerahan muatan listrik ke masing-masing elektrode akan menimbulkan arus listrik searah secara berkesinambungan. Radioisotop yang digunakan sama dengan baterai nuklir pertama, yaitu Strontium 90 (Sr90). Bagan baterai nuklir CPD dapat dilihat pada Gambar 2.

3. Baterai nuklir PN junction

Baterai nuklir ini memanfaatkan sifat radioisotop yang dapat menimbulkan berondongan elektron (avalanche) pada salah satu elemen diode semikonduktor yang dipasang di dalam wadah baterai. Bahan semikonduktor yang dapat menghasilkan berondongan elektron akibat terkena radiasi adalah Antimon. Sedangkan untuk elektrode positifnya digunakan Silikon. Berondongan elektron yang terbentuk akan ditarik oleh elektrode positif dan pada saat penyerahan muatan listrik akan timbul arus listrik searah seperti yang terjadi pada baterai nuklir CPD. Baterai nuklir PN junction ini walaupun tegangannya rendah tapi arus yang dihasilkan jauh lebih besar dari pada baterai nuklir lainnya. Sumber radioisotop yang digunakan adalah Prometium 147 (Pm147) yang mempunyai waktu paro 2,5 tahun, sehingga umur pakai baterai nuklir jenis ini bisa mencapai 5 tahun. Bagan baterai nuklir PN junction ini dapat dilihat pada Gambar 3.

4. Baterai nuklir termokopel

Baterai nuklir jenis ini memanfaatkan panas yang ditimbulkan oleh radioisotop yang ditempatkan pada bagian dalam wadah yang dilengkapi dengan dua jenis logam yang bersifat sebagai termokopel. Arus yang timbul dari adanya termokopel dapat menjadi tenaga baterai. Bagan baterai nuklir jenis termokopel dapat dilihat pada Gambar 4.

5. Baterai nuklir “secondary emitter

Baterai nuklir jenis ini menggunakan radioisotop yang dapat menumbuk bahan target yang peka terhadap radiasi, sehingga akan menimbulkan elektron sekunder akibat tumbukan tersebut. Elektron sekunder ini akan dikumpulkan oleh elektrode yang tidak peka terhadap radiasi. Perbedaan tegangan pada kedua elektrode tersebut akan menghasilkan arus listrik yang besarnya proporsional dengan energi yang dibawa oleh elektron sekunder. Skema baterai nuklir jenis ini dapat dilihat pada Gambar 5.

6. Baterai nuklir fotolistrik

Baterai nuklir fotolistrik ini memanfaatkan sifat bahan sintilator yang akan mengeluarkan pendar cahaya (foton) bila terkena radiasi. Pendar cahaya (foton) yang timbul kemudian diubah menjadi tenaga listrik oleh bahan semikonduktor yang peka terhadap foton cahaya. Foton cahaya dapat juga diubah menjadi tenaga listrik oleh sel fotolistrik. Bahan sintilator yang digunakan dapat berupa Posfor, Natrium Iodida yang diberi Thalium. Gambar 6 menunjukkan skema baterai nuklir jenis fotolistrik yang dimaksud.

7. Baterai nuklir “photon junction”

Baterai nuklir ini menggunakan posfor radioaktif (P32) sebagai sumber radioisotopnya yang diapit oleh bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor diletakkan berhimpitan dengan “semiconductor surface layer” agar dapat terjadi perpindahan “electron hole” akibat terkena radiasi P32. Adanya perpindahan electron hole pada bahan semikonduktor ini akan menimbulkan pulsa listrik yang besarnya sama dengan energi pendar cahaya yang terjadi. Tegangan baterai nuklir ini relatif konstan. Gambar 7 menunjukkan skema baterai nuklir jenis “photon junction”.

Penutup

Berdasarkan uraian di muka tampak bahwa penelitian dan pengembangan pembuatan baterai nuklir dari berbagai macam jenis yang pernah dibuat, masih perlu ditingkatkan lagi untuk memperoleh efisiensi baterai nuklir yang lebih baik dan juga untuk dapat menaikkan arus listriknya agar diperoleh daya keluaran yang lebih baik. Umur paro radioisotop yang digunakan akan sangat mempengaruhi umur pakai baterai dan juga kestabilan tegangan baterai nuklir. Bahan radioisotop pemancar radiasi Beta yang dapat digunakan menjadi sumber energi baterai nuklir bisa diperoleh dari hasil fisi yang dihasilkan oleh reaktor nuklir maupun oleh akselerator. Produk radioisotop yang sampai saat ini sudah dipasarkan menjadi baterai nuklir adalah dari deret Lantanida, yaitu Prometium (Pm147) yang bisa mencapai umur pakai lebih dari 5 tahun per baterai. Bila umur paro radioisotop yang digunakan panjang, maka wadah baterai nuklir harus dibuat sedemikian rupa agar supaya tidak bocor selama dalam pemakaian, karena hal ini menyangkut masalah keselamatan lingkungan dan proteksi radiasi. Satu hal yang perlu diketahui bahwa baterai nuklir yang sudah tidak dipakai tidak boleh dibuang sembrangan, mengingat di dalamnya mengandung bahan radioaktif, sehingga pembuangannya memerlukan pengaturan tersendiri sesuai dengan ketentuan yang telah ditetapkan. Untuk Indonesia pengaturan masalah ini ditetapkan oleh Badan Tenaga Nuklir atau BAPETEN yang berkedudukan di Jakarta.

ELEMEN KERING (BATERAI)

Hal kecil tentang Batere

Filed under: tech — Tags: , , , — pradithya @ 12:07 pm

Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang menyimpan energi dalam bentuk senyawa kimia atau sel elektrokimia. Sel-sel tersebutlah yang menghasilkan perbedaan tegangan antara terminal positif dan terminal negatif dari baterai. Baterai dikelompokan berdasarkan jenis senyawa kimia penyusunnya. Jenis baterai yang sering digunakan antara lain : Alkaline, Nickel-Cadmium, Nickel-MetalHidrida, Lithium-Ion, Lithium-Polimer, Lead Acid dan Fuel Cell. Dalam menentukan pemilihan baterai sebaiknya mempertimbangkan spesifikasi atau rating baterai yang meliputi tegangan, arus, serta kapasitas baterai.

1. Rating Tegangan

Pemberian rating tegangan pada baterai kadang membingungkan, sebab tegangan aktual baterai akan berbeda dengan rating yang tertulis dalam baterai. Pada kebanyakan baterai rating tegangan menunjukan tegangan baterai pada kondisi kosong. Sebagai contoh baterai Nickel Metal Hidrida (NIMH) memiliki rating tegangan 1,2 V, yang menyatakan tegangan baterai tersebut bernilai 1,2V bila telah habis terpakai (nilai nominal cell). Seiring dengan proses pengisian baterai atau biasa disebut charging, tegangan baterai akan meningkat hingga bernilai maksimum ketika baterai telah terisi penuh. Tegangan baterai saat terisi penuh memiliki nilai lebih besar 15-25% dari rating tegangan baterai. Untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar, maka baterai dapat dipasang secara seri.

2. Rating Arus

Rating arus pada baterai diberikan dalam bentuk satuan “mA”. Rating arus menunjukan arus maksimum yang dapat diberikan baterai pada beban. Rating arus sebenarnya sangat jarang diberikan dalam baterai terutama baterai NiMH dan NiCd lain halnya dengan baterai yang berasal dari senyawa Lithium. Untuk memperbesar arus, maka baterai dapat dipasang secara parallel.

3. Kapasitas Baterai

Kapasitas pada baterai diukur dengan menggunakan satuan “mAh” atau “Ah” yang merupakan singkatan dari mili-ampere-hour dan ampere-hour. Secara praktis baterai dengan kapasitas 1000 mAh dapat memberikan arus sebanyak 1000 mA selama satu jam atau 2000 mA selama setengah jam.Untuk meningkatkan kapasitas, maka baterai dapat dipasang secara parallel.

Jenis-jenis baterai:

nicd

Nickel Cadmium (NiCd). Baterai NiCd merupakan jenis baterai yang cocok untuk bebean yang memerlukan arus sedang (2-3 Ampere). Baterai ini relative lebih murah dibandingkan dengan baterai lainnya serta dapat di recharged secara cepat. Namun proses recharge dari baterai ini memiliki kekurangan yang biasa disebut memory effect. Memory effect menyebabkan pengurangan kapasitas baterai apabila di-recharge dalam keadaan masih terisi muatan. Hal ini yang menyebabkan baterai NiCd harus benar-benar dikosongkan bila akan diisi ulang.

nimh

Nickel Metal Hydride (NiMH). Baterai ini tidak jauh berbeda dengan baterai NiCd. Hal yang membedakan dari keduannya adalah discharge factor serta siklus recharge. Baterai NiMH memiliki kekurangan dimana dischare factor-nya cukup besar, sehingga bila baterai ini dibiarkan begitu saja selama beberapa waktu, muatan yang terdapat dalam baterai akan lebih cepat berkurang dibandingkan baterai lainnya. Namun dalam segi siklus recharge, baterai ini memiliki kelebihan dimana dapat di recharg lebih sering dibandingkan dengan baterai NiCd.

batteries_lithium

Lithium Ion (Li-Ion). Baterai Li-Ion merupakan baterai standar terbaru (disamping Lithium Polymer). Baterai ini memiliki rapat energy lebih tinggi dibandingkan dengan baterai lainnya. Hal ini memungkinakan baterai Li-Ion memiliki volume lebih kecil untuk kapasitas yang sama. Selain itu, bater Li-Ion tidak memiliki memory effect sehingga dapat di recharge kapan pun kita mau. Terdapat pula baterai Lithium yang bersenyawa dengan senyawa polymer atau biasa disebut Lithium Polymer. Baterai Li-Po sangat baik untuk pemakaian dalam arus besar karena dapat memberikan arus hingga 30 Ampere!!.

batteries_alkaline1

Baterai Alkaline adalah baterai yang paling umum, mudah didapat dan termurah. Namun untuk aplikasi robot dan RC, baterai ini merupakan pilihan yang buruk, jangan sekali-kali menggunakannya! Baterai ini memiliki kapasitas yang rendah, berat, dan bermasalah dalam men-supply arus besar dalam waktu pendek. Selain itu, dikarenakan batterai ini tidak dapat diisi ulang, pemakaian secara terus menerus dengan mengganti baterai baru akan menguras biaya yang cukup besar.

batteries_fuelcell

Baterai Fuel Cell adalah baterai dengan efisiensi energi tertinggi, yaitu 40 hingga 60 kali lipat Baterai Lithium Ion (Li-On) dan memiliki energi densitas 2-3 kali lipat Li-Ion (Perbandingan antara volume zat dengan energi yang dihasilkan, dengan demikian Baterai Fuel Cell dapat menghasilkan energi 2- 3 kali Li-On pada Volume yang sama). Baterai ini menggunakan methanol atau ethanol sebagai energi utamanya. Baterai ini tidak dapat diisi ulang, jika pada saatnya baterai ini habis, maka kita tinggal menggantinya dengan methanol atau ethanol baru. Baterai jenis ini cukup mahal, yaitu berkisar antara 350-400$USD.

batteries_leadacid

Baterai Aki adalah baterai yang cukup populer karena mudah dan murah untuk diproduksi. Baterai ini dapat diisi ulang dan dapat diaplikasikan secara luas. Untuk robot yang memiliki performansi besar dalam penggunaan motor atau solar, baterai ini menjadi pilihan yang baik. Baterai ini cukup murah dan mudah didapatkan. Kekurangan baterai ini adalah ukurannya yang cukup besar dan cukup berat, harus selalu dalam keadaan terisi ulang, dan tidak memiliki kecepatan pengosongan baterai (discharge) yang besar. Jika baterai ini tidak digunakan pada jangka waktu yang lama, maka baterai ini akan melakukan pengosongan (discharge) secara internal, sehingga Kita harus sering memastikan bahwa baterai ini dalam keadaan terisi ulang. Hindari penggunaan baterai pada suhu yang terlalu panas atau di bawah 0o C.

Pengisian Ulang Baterai. Lakukan pengisian ulang baterai dengan teliti dan cermat. Pastikan bahwa tipe baterai yang digunakan sesuai dengan tipe charger yang digunakan. Pastikan bahwa arus yang dikeluarkan charger tidak terlalu besar karena berpotensi mengurangi umur baterai. (aria dan dipta)

Kelebihan Dan Kekurangan Li-Ion Baterai

Sep 27th, 2010 | By Eddy | Category: Tips Notebook

Kelebihan dan Kekurangan Li-Ion Baterai

Apabila anda melihat tulisan yang ada pada bagian belakang baterai Notebook / netbook anda disana biasanya anda akan menemukan tulisan Li-Ion yang mreupakan singkatan dari Lithium-Ion. Hampir semua perangkat elektronik mobile menggunakan baterai jenis ini. Ini adalah jenis baterai yang paling bertenaga dan awet yang tersedia saat ini dan bisa di isi ulang (rechargeable).

Kelebihan:

  • Ringan. Elektroda baterai terbuat dari Lithium dan karbon. Lithium adalah elemen yang bisa menyimpan energi dalam ikatan atomnya.
  • Bertenaga. Dalam 1 kg baterai Li-Ion dapat menyimpan 150 watt-jam. Sedangkan 1kg batterai NiMH (nickel-metal hydride) hanya mampu menyimpan 100 watt-jam
  • Kuat. Baterai Li-Ion setiap bulannya akan kehilangan 5% isinya, sedangkan batterai NiMH akan kehilangan 20%
  • Awet. Baterai ini mampu melakukan ratusan kali siklus isi dan kuras.
  • Tidak perlu menunggu baterai benar-benar habis untuk mengisi ulang.

Kekurangan:

  • Baterai Li-Ion ini umumnya bisa bertahan 2 s/d 3 tahun sejak keluar dari pabriknya, baik digunakan ataupun tidak digunakan.
  • Baterai ini tidak tahan suhu tinggi, sehingga dia akan cepat haus apabila sering digunakan pada suhu tinggi.
  • Baterai ini akan tamat usianya apabila anda menggunakannya hingga kosong sama sekali.
  • Harga lebih mahal, karena memiliki beberapa komponen onboard didalamnya.
  • Ada kemungkinan, meskipun sangat kecil, baterai ini meledak & terbakar. Dari berbagai berita, hal ini hanya terjadi pada 2 dari 3 dalam 1 juta baterai. Namun saat ini baterai jenis ini sudah dilengkapi sensor suhu sehingga rangkaian kecil didalamnya akan memutuskan aliran listrik apabila suhu meningkat panas pada saat pengisian atau pemakaian dan berusaha mendinginkannya.

Pada beberapa kasus, pemilik notebook / netbook terkadang meninggalkan Notebook / netbook-nya didalam mobil dibawah panas terik matahari, maka rangkaian kecil ini akan menunda anda ketika akan menyalakan notebook / netbook hingga baterai dinilai cukup dingin untuk dapat digunakan kembali.






TX FOR :

http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener30.html
Wisnu Arya Wardhana: “Radioekologi”, Andi Offset, Yogyakarta, 1996.
Wisnu Arya Wardhana: “Aplikasi Teknologi Nuklir”, PATN-BATAN, Yogyakarta, 1989
http://www.crayonpedia.org/mw/SUMBER_ARUS_LISTRIK_.1_DEWI_GANAWATI
http://www.google.co.id
http://www.ferlipangemanan.blogspot.com
Samuel Glasstone: “Source Book On Otomic Energy”, Van Nostrand, New Jersey, 1971.
Irving Kaplan: “Nuclear Physics”, Addison Wesley, London, 1979.
http://id.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100902024539AAPUruo
http://arieskuncoro.wordpress.com/2010/08/26/sumber-arus-listrik/
http://www.scribd.com/doc/26907003/22/B-SUMBER-ARUS-LISTRIK
http://orac1on.wordpress.com/2009/04/30/hal-kecil-tentang-batere/
http://jual-notebook.com/
www.infokedokteran.com/article/kekurangan-baterai.html
http://jual-notebook.com/kelebihan-dan-kekurangan-li-ion-baterai/

Komentar :

ada 0 komentar ke “Sumber-sumber Tegangan”

Poskan Komentar

Koment

Newsreel

Loading...
 
This Blog is proudly powered by Spekristo.blogspot.com | Template by Dunia_Kita