Pengertian Listrik Arus Searah
Arus listrik searah (Direct Current atau
DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya
tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah.
Arus searah dulu dianggap sebagai arus
positif yang mengalir dari ujung positif sumber arus listrik ke ujung
negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa
sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir
dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan
terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari
kutub positif ke kutub negatif.
Contoh dari penggunaan listrik arus
searah yaitu penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (dibuat
oleh Thomas Alfa Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus
searah. Generator komersiel yang pertama di dunia juga menggunakan
listrik arus searah.
Di tahun 1883, Nicola Tesla dianugerahi
hak paten untuk penemuannya, arus bolak-balik fase banyak. Pada bulan
Mei 1883, dia menyampaikan kuliah klasik kepada The American Institute
of Electrical Engineers:”A New System of Alternating Current Motors and
Tranformers.”
Karena listrik arus bolak-balik lebih
mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi
(penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir
semua transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.
Walaupun begitu, pada saat pertama
peluncuran arus listrik bolak-balik, arus listrik searah masih tetap
digunakan. Bahkan, ada yang tidak mau menerima arus bolak-balik.
Dengan perkembangan teknologi elektronika
saat ini, listrik arus searah (DC) dapat dihasilkan dengan cara merubah
Arus bolak-balik (AC) menjadi Arus Searah (DC) dengan menggunakan suatu
alat yang disebut Power Supply atau Adaptor.
Sebagai dasar dari rangkaian Power Supply
adalah sebuah komponen diode yang dapat berfungsi sebagai penyearah,
artinya adalah dapat merubah dan menyearahkan arus bolak-balik (AC)
menjadi Arus Searah (DC).
Sumber-Sumber Listrik Arus Searah
Semua sumber listrik yang dapat
menimbulkan arus listrik tetap terhadap waktu dan arah tertentu disebut
sumber-sumber listrik arus searah. Sumber listrik arus searah dibagi
menjadi empat macam.
1. Elemen Elektrokimia
Elemen elektrokimia adalah sumber listrik
arus searah dari proses kimiawi. Dalam elemen ini terjadi perubahan
energi kimia menjadi energi listrik. Elemen elektrokimia dapat dibedakan
berdasarkan lama pemakaiannya sebagai berikut.
a. Elemen Primer
Elemen primer adalah sumber listrik arus
searah yang memerlukan penggantian bahan setelah dipakai. Contoh elemen
primer sebagai berikut:
- Elemen volta adalah sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh Alesandro Volta.. Elemen volta masih diterapkan sampai saat ini. Meskipun bentuknya sudah dimodifikasi. Elemen volta terdiri atas 2 elektroda dari logam yang berbeda yang dicelupkan pada cairan asam atau larutan garam. Pada zaman dahulu, cairan asam atau garam tersebut berupa kain yang dicelup dalam larutan garam/asam.
- Penemu elemen daniel adalah John Frederic Daniell. Elemen Daniell adalah elemen yang gaya gerak listriknya agak lama karena adanya depolarisator. Depolarisator adalah zat yang dapat menghambat terjadinya polarisasi gas hidrogen. Depolarisator pada elemen ini adalah larutan tembaga (sulfat).
- Jenis elemen leclanche ada dua macam, yaitu elemen kering dan basah, terdiri atas dua bejana kaca yang berisi:
- batang karbon sebagai kutub positif (anoda)
- batang seng sebagai kutub negatif (katoda)
- Batu kawi sebagai depolarisator
- larutan amonium klorida sebagai elektrolit
- Elemen kering adalah sumber arus listrik yang dibuat dari bahan-bahan kering yang tidak dapat diisi kembali (sekali pakai). Elemen ini termasuk elemen primer. Contoh elemen kering antara lain, batu baterai dan baterai perak oksida (baterai untuk jam tangan). Bahan untuk kutub positif digunakan batang karbon, dan untuk kutub negatif digunakan lempeng seng.
b. Elemen Sekunder
Elemen sekunder adalah sumber arus
listrik yang tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen)
setelah sumber arus habis digunakan. Sumber ini dapat digunakan kembali
setelah diberikan kembali energi (diisi atau disetrum).
Contoh dari elemen sekunder yaitu
akumulator (aki). Akumulator adalah termasuk sumber listrik yang dapat
menghasilkan Tegangan Listrik Arus Searah (DC). Prinsip kerja dari
aumulator adalah berdasarkan proses kimia.
Secara sederhana, prinsip kerja akumulator dapat dijelaskan sebagai berikut.
- Pemakaian, Pada saat akumulator dipakai, terjadi pelepasan energi dari akumulator menuju lampu. Dalam peristiwa ini, arus listrik mengalir dari kutub positif ke pelat kutub negatif. Setelah akumulator dipakai beberapa saat, pelat kutub negatif dan positif akan dilapisi oleh sulfat. Hal ini menyebabkan beda potensial kedua kutub menjadi sama dan kedua kutub menjadi netral.
- Pengisian, Setelah kedua kutub netral dan arus tidak mengalir, kita harus menyetrum aki agar dapat digunakan kembali. Pada saat aki diestrum, arah arus berlawanan dengan pada saat digunakan,yaitu dari kutub negatif ke positif.
Contoh lainnya seperti batu baterai yang digunakan pada telepon genggam (Hp), laptop, kamera, lampu emergensi dll.
2. Generator Arus Searah
Generator arus searah adalah alat yang
digunakan untuk mengubah energi gerak (mekanis) menjadi energi listrik
dengan arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis
berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya
terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
- Generator penguat terpisah
- Generator shunt
- Generator kompon
Generator DC terdiri dua bagian, yang
pertama stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan yang kedua, bagian
rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari:
rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box.
Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Prinsip kerja generator ini adalah
induksi elektromagnetik (perubahan medan magnet yang terjadi pada
kumparan kawat sehingga terjadi arus listrik).
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
- dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
- dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
3. Termoelemen
Termoelemen adalah sumber arus listrik
searah dari proses yang terjadi karena adanya perbedaan suhu.
Termoelemen mengubah energi panas menjadi energi listrik. Peristiwa ini
dikemukakan oleh Thomas John Seebach pada tahun 1826.
Arus yang ditimbulkan dari kejadian ini
disebut termoelemen. Semakin besar perbedaan suhu antara A dan B,
semakin besar arus yang mengalir. Tetapi, karena arus yang dihasilkan
relatif kecil, termoelemen belum dapat dimanfaatkan dalam kehidupan
sehari-hari.
4. Sel Surya (Solar Cell)
Sel surya atau sel photovoltaic, adalah
sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda
p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan
energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic.
Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.
Sel surya memiliki banyak aplikasi.
Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid
tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi,
kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau
panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan
dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.
Prinsip kerjanya sebagai berikut.
Jika pelat foil alumunium terkena cahaya
matahari, maka pelat alumunium akan panas dan diteruskan ke pelat
silikon. Silikon bersifat semikonduktor, sehingga pada suhu yang tinggi,
elektron-elektron akan terlepas dan menempel pada foil alumunium dan
muatan-muatan positifnya menempel pada foil besi. Jika kedua foil
dihubungkan melalui rangkaian luar, maka akan menimbulkan aliran
elektron. Ini karena pada kedua foil tersebut, terdapat perbedaan
potensial. Potensial yang dibangkitkan oleh sel surya sangat kecil
sehingga membutuhkan banyak sekali sel Sel surya juga terlalu mahal
sehingga penggunaannya sangat terbatas pada alat-alat tertentu saja.
Besar arusnya pun sangat bergantung pada
intensitas cahaya yang menembus pelat, jumlah sel yang ada, dan luas
penampang yang terkena cahaya. Contoh barang yang telah menggunakan
tenaga surya yaitu, mobil listrik tenaga surya dan sumber energi pada
satelit.