Penjelasan Mengenai Aliran Listrik

Arah aliran listrik


Saat kita mengecas baterai laptop, ada energi yang mengalir dari generator pembangkit listrik PLN ke baterai laptop kita. Proses ini dapat disederhanakan dalam rangkaian yang akan kita bahas kali ini.

Aliran Muatan

Dalam sebuah sumber GGL, muatan dibuat mengalir dalam arah yang berlawanan dengan gaya listrik. Ini berarti kalau pekerjaan harus dilakukan untuk memisahkan muatan didalam sumbernya. Pekerjaan ini harusnya datang dari sumber energi tertentu : kimia, mekanik, nuklir, surya, dll.

Kalau dalam kasus baterai, sumbernya adalah zat kimia, dan energi yang disimpan dalam baterai berkurang saat baterai memasok arus pada rangkaian luar. Saat energinya habis, baterai harus diganti atau dimuat ulang.

Dalam memuat ulang baterai, alias ngecas, energi harus dikirim ke zat kimia di dalam baterai dan disimpan dalam bentuk energi kimia dari molekul medium tersebut. Untuk menambah energi diperlukan arus yang mengalir di dalam baterai dari terminal positif ke negatif, yang merupakan arah yang berlawanan dengan aliran waktu baterai dipakai (discharge).

Untuk mencapainya dipakailah sumber GGL lain, seperti generator, dan memberikan tegangan pada terminal baterai dari sumber luar ini yang kemudian akan memaksa arus mengalir dalam arah yang diinginkan. Bila GGL dari sumber luar ini lebih besar dari GGL baterai, maka arus akan mengalir dalam arah yang ditentukan oleh sumber luar.

Dengan cara ini baterai akan menerima energi, bila baterai itu tipe yang bisa di charge ulang, sehingga energi akan tersimpan di dalam baterai.

Contoh Masalah

Nah, sekarang kita coba praktekkan ke soal. Sebuah baterai dengan GGL 6.0 Volt, dan hambatan dalam 1.6 Ohm, di charge oleh sebuah generator dengan GGL 8.2 Volt dan hambatan dalam 2.1 Ohm. 

Berapa banyak arus yang mengalir dalam rangkaian yang dimaksud? Lalu, kira-kira berapa lama diperlukan agar muatan sebesar 15 ribu coloumb dapat dikirim ke baterai. Terakhir, berapa banyak usaha yang dilakukan sepanjang waktu ini?

Solusi Permasalahan

GGL luar berusaha mengirim arus dari terminal positifnya kemudian menuju terminal atau kaki pertama dari hambatan yang terhubung. Jika dibayangkan, baterai sendiri berusaha mengirim arus pada arah searah jarum jam.

Karena GGL luar lebih besar daripada GGL baterai, arusnya akan mengalir pada arah yang ditunjukkan dalam gambar. GGL total yang bertanggung jawab atas aliran tersebut adalah selisih antara kedua GGL, yaitu (8.2 – 6.0) Volt = 2.2 Volt. Hambatan total rangkaian sendiri adalah (1.6 + 2.1) Ohm = 3.7 Ohm. Arusnya berarti I = 2.2 Volt dibagi 3.7 ohm = 0.5945946 Ampere.

Muatan total yang mengalir adalah sama dengan Arus dikali waktu. Rumusnya Q = I.t

Kita tahu kalau Q = 15 ribu colomb, sementara I = 0.5945946 Ampere. Jadi kita tinggal mencari t.

Q = I.t

15000 = 0.5945946 . t

t = 15000 / 0.5945946

t = 25227.272 detik

ini berarti sama dengan 7 jam.

Usaha yang dilakukan untuk menggerakkan sebuah muatan q melalui sebuah GGL sebesar e adalah qe. Jadi besarnya usaha yang dilakukan dalam menggerakkan 15 ribu colomb melalui baterai dengan GGL sebesar 6.0 Volt adalah 15 ribu x 6 volt = 90 ribu joule atau 90 kilojoule.

Satu lagi, perlu diperhatikan juga bahwa usaha yang dipasok oleh sumber luar itu besarnya 15 ribu x 8.2 volt = 123 kilo joule. Perbedaan yang muncul disebabkan oleh panas dari kedua hambatan dalam.

Dengan kata lain, jika suatu komponen mempunyai sebuah hambatan, maka energi yang diberikan tidak selalu sepenuhnya dijadikan usaha. Melainkan ada rugi-rugi daya yang muncul akibat hambatan tersebut.

Gampang kan teman-teman? Pastinya dong, kalau kalian belajar bersama Jagonya Sains.