Arus searah

Artikel ini merupakan bagain dari seri
Listrik dan Magnet
Michael Faraday, bapak kelistrikan dunia dan sosok penting pada ilmu kemagnetan. Buku rujukan
Statika listrik Muatan listrik Medan listrik Insulator Konduktor Ketribolistrikan Induksi Listrik Statis Hukum Coulomb Hukum Gauss Fluks listrik / energi potensial Momen polaritas listirk
Statika magnet Hukum Ampere Medan magnet Magnetisasi Fluks magnetik Kaidah tangan kanan Kaidah tangan kiri Hukum Biot–Savart Hukum magnet Gauss Momen polaritas magnetik Gaya gerak magnet
Dinamika listrik Gaya Lorentz Hukum Faraday Hukum Lenz Persamaan Maxwell Medan magnetik listrik Radiasi magnetik listrik
Rangkaian listrik Arus listrik Potensi listirk Tegangan listrik Hambatan Hukum Ohm Hukum Kirchoff Rangkaian seri Rangkaian paralel Arus searah Arus bolak-balik Jembatan Wheatstone Daya listrik Energi listrik Gaya gerak listrik Kapasitansi Induktansi Impedansi
Ilmuwan Ampère Biot Coulomb Davy Einstein Faraday Fizeau Gauss Henry Hertz Joule Lenz Lorentz Maxwell Neumann Ørsted Ohm Tesla Kelvin Volta Weber Poisson Wheatstone
l b s

Arus searah (bahasa Inggris: direct current) adalah arus listrik yang nilainya tidak berubah. Arah pengaliran arus listriknya hanya positif atau hanya negatif saja.^[1] Arus searah didefinisikan sebagai arus listrik yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu. Nilai ini ditinjau dari pengaliran arus listrik pada waktu yang berbeda dan akan selalu mendapatkan nilai yang sama.^[2] Sumber tegangan listrik dan arus searah diperoleh dari elemen-elemen seperti elemen volta, baterai, dan akumulator, yang merupakan suatu energi listrik yang mengalir secara merata pada setiap saat.^[3] Alat pengukur tegangan dan arus searah yaitu jenis kumparan berputar yang terdiri dari sebuah kumparan yang berada dalam suatu medan magnet permanen. Kumparan yang disanggah oleh sumbu yang dilengkapi dengan pegas, apabila dialiri arus maka kumparan tersebut akan berputar. Pada saat momen putar yang timbul akibat adanya interaksi antara medan magnet dan arus listrik kumparan maka perputaran tersebut akan mencapai kududukan tertentu. Terjadinya defleksi maksimum disebabkan oleh arus listrik maksimum yang diperbolehkan mengalir pada kumparan. Untuk mendapatkan kumparan yang ringan, maka harus dibuat dari kawat yang halus sehingga arus listrik yang mengalir padanya sangat terbatas dan disebut dengan resistansi internal alat ukur.^[4]

Thomas Alva Edison merupakan orang pertama yang melakukan penyaluran tenaga listrik arus searah secara komersial pada akhir abad ke-19. Tetapi semakin berkembangnya teknologi, listrik arus bolak-balik lebih mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah dalam melakukan penyaluran dan pembagian tenaga listrik. Hal ini membuat arus searah tidak memiliki penggunaan dalam skala besar pada sistem tenaga listrik.^[5]

Sumber arus searah merupakan sumber energi listrik yang dapat menimbulkan arus listrik yang besar dan arahnya selalu tetap. Sumber arus searah diperoleh dari proses kimia yang disebut elemen-elemen elektrokimia. Elemen elektrokimia dibagi menjadi dua golongan, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Contoh elemen primer yaitu : elemen volta, elemen Leclance, elemen kering, elemen alkalin, dan elemen raksa, sedangkan contoh elemen sekunder adalah akumulator. Sumber lain arus searah yaitu generator arus searah.^[6] Generator merupakan alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik ditandai dengan terjadinya peristiwa induksi. Dengan mengubah bentuk cincin terminalnya, maka generator arus searah dapat menghasilkan gaya gerak listrik induksi ke satu arah dan cincin ini disebut cincin belah atau komutator.^[7]

Elemen primer adalah elemen yang hanya dapat digunakan selama reaksi kimia yang terjadi sedang berlangsung. Jika reaksi kimia yang terjadi pada elemen primer habis, maka bahan kimia di dalamnya tidak dapat dikembalikan seperti semula.^[8]

Elemen sekunder adalah elemen yang bahan-bahan pereaksinya dapat diperbaharui kembali jika bahan-bahan pereaksinya tidak dapat berfungsi. Dengan cara mengalirkan arus listrik dari sumber luar yang arahnya berlawanan dengan arus listrik yang dihasilkan.^[8]

Susunan elemen Volta terdiri atas:^[8]

• elektroda negatif (katoda) yaitu elektroda yang terbuat dari bahan seng (Zn)
• elektroda positif (anoda) yaitu elektroda yang terbuat dari bahan tembaga (Cu)
• elektrolit yaitu elektrolit yang terbuat dari asam sulfat (H₂SO₄).

Susunan Elemen Daniel terdiri atas:^[9]

• Anoda yaitu elemen yang terbuat dari material/bahan tembaga (Cu)
• Katoda yaitu elemen yang terbuat dari bahan seng (Zn)
• Elektrolit yaitu elemen yang terbuat dari bahan cair asam sulfat (H₂SO₄)
• Depolarisator merupakan elemen yang terdiri dari bahan tembaga sulfat (CuSO₄)

Cara kerja dari elemen kering yaitu ketika kedua elektroda dihubungkan dengan suatu penghantar maka akan terjadi reaksi kimia yang menghasilkan aliran arus listrik. Kemudian akan terjadi gelembung gas Hidrogen yang selanjutnya akan diserap oleh campuran MnO₂+C sehingga tidak menempel pada anoda. Energi listrik yang dihasilkan oleh baterai terjadi karena baterai tersebut mengubah energi kimia menjadi energi listrik yang menghasilkan beda potensial +1,5 Volt. Elemen primer yang tidak dapat diisi ulang jika muatannya habis yaitu sel karbon seng, tetapi ada juga sel kering yang biasa diisi ulang seperti sel Nicad.^[9]

Susunan elemen kering yang paling umum digunakan adalah sel karbon seng, diantaranya:^[9]

• Anoda merupakan elemen yang terbuat dari batang karbon (C)
• Katoda merupakan elemen yang terbuat dari seng (Zn)
• Elektrolit adalah dari unsur amonium klorida (NH₄Cl)
• Depolarisator merupakan elemen yang terbuat dari bahan karbon dioksida dan serbuk karbon (MnO₂ + C).

Sebuah akumulator 12 Volt terdiri dari 6 sel yang disusun seri dan satu sel akumulator menghasilkan beda potensial + 2 Volt. Dalam melakukan pengisian akumulator, yang harus listrik dilakukan adalah mengalirkan arus searah yang memiliki beda potensial lebih besar dari beda potensial akumulator. Hal tersebut dilakukan dengan cara menghubungkan kutub positif sumber arus listrik pengisi dengan kutub positif akumulator (PbO₂) dan kutub negatif sumber arus listrik pengisi dengan kutub negatif akumulator (Pb). Satuan dalam pengukuran kapasitas penyimpanan akumulator yaitu ampere hour (AH).^[10]

Susunan material akumulator sebagai berikut:^[10]

• Anoda terbuat dari material timbal dioksida (PbO₂)
• Katoda terbuat dari material timbal (Pb)
• Elektrolit terbuat dari asam sulfat (H₂SO₄)

Ketika akumulator digunakan, maka akan terjadi:^[10]

• Berubahnya energi kimia menjadi energi listrik
• Reaksi kimia: PbO₂ + Pb + 2 H₂SO₄ 2PbSO₄ + 2H₂O.
• Berubahnya energi listrik menjadi energi kimia
• Reaksi kimia: 2PbSO₄ + 2H₂O PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄

Termoelemen merupakan sumber arus listrik searah yang proses terjadinya akibat adanya perbedaan suhu. Perubahan energi panas menjadi energi listrik termasuk proses Termoelemen yang pertama kali ditemukan oleh John Seebach (1826). Apabila perbedaan suhu antara titik A dan B pada suatu logam semakin besar, maka semakin besar pula arus listrik yang mengalir.

Generator arus searah merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang disebabkan oleh peristiwa induksi. Pada prinsipnya generator menghasilkan arus bolak balik yang memiliki dua cincin yang terpisah, sedangkan pada generator arus searah menggunakan komutator satu cincin yang terbelah dua.

Sel fotovoltaik atau sel surya termasuk alat semikonduktor yang terdiri dari komponen dioda sambungan P-N. dimana sel fotovoltaik berfungsi mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Cara kerjanya adalah jika pelat foil alumunium terkena sinar matahari, maka akan menimbulkan panas kemudian selanjutnya diteruskan ke pelat yang terbuat dari silicon yang bersifat semikonduktor. Ketika suhu semakin tinggi, maka elektron-elektronnya terlepas dari silikon kemudian masuk pada foil alumunium dan selanjutnya muatan-muatan positifnya menempel pada kedua foil besi. Proses tersebut akan menghasilkan aliran elektron atau sering disebut arus listrik apabila kedua foil tersebut dihubungkan pada suatu rangkaian. Proses tersebut terjadi karena adanya beda potensial antara kedua foil.^[11]

Arus bolak-balik merupakan suatu tegangan dan arus listrik yang besar dan arahnya berubah-ubah secara periodik dalam waktu tertentu. Arus bolak-balik memiliki gelombang yang berbentuk sinusoida, sehingga memungkinkan penyaluran energi yang paling efisien. Penyaluran arus bolak-balik dimulai dari sumbernya menuju ke pelanggan misalnya ke kantor-kantor dan rumah-rumah penduduk, serta sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel.^[12]

Penyearahan dilakukan dengan tujuan memperoleh arus searah, dimana arus searah ini mengandung komponen arus bolak-balik. Riak tegangan pada penyearah setengah gelombang lebih besar dari penyearah gelombang penuh. Untuk meloloskan komponen searah dan mencegah komponen bolak-balik, maka digunakan penyaring dalam memperkecil riak tegangan. SIfat dari penyearah ialah:^[13]

1. Peneyearah merupakan alat listrik yang berfungsi untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah, sesuai dengan kapasitas batterai yang diperlukan.
2. Peneyarah harus selalu terhubung dengan baterai.
3. Penyearah harus diperiksa kondisi baterainya secara periodik dan rutin.

Baterai memiliki sifat sebagai berikut:^[14]

1. Alat yang menghasilkan sumber tenaga listrik arus searah yang diperoleh melalui proses kimia.
2. Baterry merupakan sumber arus searah yang berfungsi untuk menggerakkan peralatan kontrol, relai pengaman, motor penggerak CB, DS, dan lain-lain.
3. Sumber arus searah ini harus selalu terhubung dengan penyearah.
4. Sumber arus searah ini harus diperiksa secara rutin kondisi air, kebersihan dan berat jenisnya.

1. ^ Ponto 2018, hlm. 43.
2. ^ Safitri, N., Sutyati, dan Rachmawati (2017). Analisa Rangkaian Listrik (Teori Dasar, Penyelesaian Soal dan Soal-Soal Latihan) (PDF). Lhokseumawe, Aceh: Politeknik Negeri Lhokseumawe. ISBN 978-602-17282-5-3.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
3. ^ Ponto 2018, hlm. 40.
4. ^ Sudirham 2012, hlm. 181-182.
5. ^ Ponto 2018, hlm. 45.
6. ^ Soebyakto 2017, hlm. 28.
7. ^ Soebyakto 2017, hlm. 49-50.
8. ^ ^{a b c} Ponto 2018, hlm. 47.
9. ^ ^{a b c} Ponto 2018, hlm. 48-49.
10. ^ ^{a b c} Ponto 2018, hlm. 49.
11. ^ Ponto 2018, hlm. 50.
12. ^ Ponto 2018, hlm. 51.
13. ^ Sudirham 2012, hlm. 203.
14. ^ Ismara, K.I. dan Prianto, E. (2016). Keselamatan dan Kesehatan Kerja di Bidang Kelistrikan (Elektrical Safety) (PDF). Solo: Adimeka. ISBN 978-602-7615-11-3.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)

1. Ponto, H. (2018). Dasar Teknik Elektro (PDF). Yogyakarta: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2021-01-31. Diakses tanggal 2021-01-24.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
2. Soebyakto (2017). Fisika Terapan 2 (PDF). Tegal: Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal. ISBN 978-602-73169-4-2.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
3. Sudirham, S. (2012). Analisis Rangkaian Listrik (PDF). Bandung: Darpublic.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)