Ilmuwan saat ini memahami listrik sebagai salah satu fenomena paling mendasar di alam. Impuls listrik terus mengalir ke seluruh tubuh kita, dan bahkan materi dunia kita disatukan oleh muatan listrik. Meskipun demikian, listrik masih harus ditemukan, dan ada beberapa kontroversi mengenai siapa yang pertama kali melakukannya.
Penemunya mungkin adalah dokter Inggris William Gilbert, yang pertama kali menggunakan kata "electricus" pada tahun 1600. Mungkin juga ilmuwan Inggris Thomas Browne, yang menciptakan kata "listrik" beberapa tahun kemudian.
Orang Amerika suka percaya bahwa penemu Benjamin Franklin, yang membuktikan bahwa petir adalah listrik pada tahun 1752. Bahkan ada bukti yang menunjukkan bahwa orang Yunani dan Persia kuno tahu tentang listrik. Siapapun yang mendapat hadiah, pasti mereka menemukan listrik DC (arus searah). Listrik AC (arus bolak-balik) tidak muncul sampai abad ke-19.
Apa Itu Listrik DC?
Para ilmuwan memvisualisasikan listrik sebagai aliran partikel bermuatan negatif yang disebut elektron. Mereka adalah partikel yang sama yang mengorbit inti semua atom yang membentuk materi.
Dua hukum dasar kelistrikan adalah bahwa lawan menarik dan suka menolak suka. Akibatnya, elektron akan mengalir menuju terminal positif dan menjauh dari terminal negatif. Aliran hanya terjadi dalam satu arah, dan kekuatan aliran, atau arus, tergantung pada perbedaan muatan antara kedua terminal. Perbedaan ini adalah tegangan antara terminal.
Dengan tidak adanya input eksternal, elektron akan terakumulasi pada terminal positif dan mengurangi perbedaan potensial antara kedua terminal, dan akhirnya aliran akan berhenti.
Contoh Arus Langsung
Mungkin contoh aliran arus DC yang paling terkenal adalah sambaran petir. Membuktikan bahwa petir adalah fenomena listrik adalah prestasi nyata Benjamin Franklin. Franklin menerbangkan layang-layang di tengah badai petir dan memasang kunci pada tali layang-layang. Ketika kuncinya menjadi bermuatan listrik dan memberinya kejutan ringan, dia sangat gembira. Dia telah membuktikan bahwa muatan listrik menumpuk di awan, dan petir adalah pelepasan energi listrik ini dalam sekejap arus DC.
Baterai adalah sumber umum lain dari listrik DC. Ini terdiri dari sepasang terminal yang bermuatan berlawanan, dan ketika Anda menghubungkan terminal dengan konduktor, listrik mengalir dari terminal negatif (katoda) ke terminal positif (anoda).
Perbedaan muatan dalam baterai biasanya disediakan oleh proses kimia di intinya, dan proses ini hanya dapat berlanjut untuk waktu yang terbatas. Jika Anda terus menarik daya dari baterai, baterai akhirnya berhenti menghasilkan muatan dan mati.
Apa Itu Listrik AC?
Fisikawan Inggris Michael Faraday menemukan induksi elektromagnetik pada tahun 1831 ketika dia menemukan bahwa dia dapat menghasilkan arus listrik dalam kumparan kawat penghantar dengan menggerakkan magnet bolak-balik di dalam gulungan.
Yang terpenting, Faraday mencatat bahwa arus berubah arah setiap kali dia mengubah arah magnet. Pembuat instrumen Prancis Hippolyte Pixii menggunakan penemuan ini untuk membangun generator arus bolak-balik pertama pada tahun 1832.
Listrik AC selalu dihasilkan oleh generator induksi jenis yang dibangun oleh Pixii, meskipun generator modern jauh lebih canggih daripada mesin Pixii. Generator dapat menggunakan magnet yang berputar, atau mungkin memiliki kumparan yang berputar, tetapi selalu ada beberapa jenis rotasi yang terlibat, dan periode rotasi menentukan seberapa sering arus berubah arah.
Karena berubah arah, listrik AC memiliki frekuensi yang terkait, yaitu berapa kali per detik ia berbalik.
Contoh Arus Bolak-balik
Tidak perlu jauh-jauh mencari contoh listrik AC. Lampu di ruangan tempat Anda duduk, serta AC, pemanas listrik, dan semua peralatan, menggunakan daya AC, yang dihasilkan di pembangkit listrik lokal Anda.
Sebagian besar pembangkit listrik menggunakan uap yang dihasilkan oleh bahan bakar fosil, fisi nuklir atau proses panas bumi untuk memutar turbin. Turbin menghasilkan listrik dengan induksi elektromagnetik, dan kecepatan putaran diatur dengan hati-hati untuk menghasilkan listrik dengan frekuensi tetap. Di Amerika Utara, frekuensinya adalah 60 Hz (siklus per detik), tetapi di sebagian besar belahan dunia lainnya, frekuensinya adalah 50 Hz.
Kincir angin adalah sumber energi terbarukan yang juga menghasilkan listrik AC, tetapi mereka mengandalkan angin untuk memutar turbin mereka daripada bahan bakar fosil atau bahan bakar nuklir. Beberapa pembangkit gelombang juga memiliki turbin yang menghasilkan daya AC. Ketika gelombang menekan sistem hidrolik atau kantong udara tertutup, energi yang tersimpan digunakan untuk memutar turbin.
Perbedaan Antara AC dan DC
Di dunia listrik abad ke-21, sulit membayangkan saat tidak ada listrik, tetapi waktu itu belum lama berselang. Pada akhir abad ke-19, bola lampu telah ditemukan, tetapi tidak ada cara untuk menghasilkan listrik dan memasukkannya ke dalam rumah sehingga orang dapat menggunakan penemuan baru tersebut.
Thomas Edison, yang membantu mengembangkan dan memasarkan bola lampu, mendukung jaringan pembangkit DC stasiun, sementara Nikola Tesla, seorang penemu Serbia dan mantan karyawan Edison, menyukai AC generator. Tesla menang, dan inilah beberapa alasannya:
- Pada tegangan yang diperlukan untuk penggunaan listrik skala luas, listrik AC dapat ditransmisikan lebih jauh di sepanjang saluran listrik dengan penurunan tegangan yang lebih kecil. Jika Edison menang, dan listrik DC menjadi standar, pasti ada pembangkit listrik dalam jarak satu mil satu sama lain. Tesla, di sisi lain, mampu menyalakan seluruh kota Buffalo, New York, dengan generator induksi tunggal yang ditempatkan di bawah Air Terjun Niagara.
- Pembangkit listrik AC lebih murah. Pembangkit listrik tenaga air seperti yang ada di Air Terjun Niagara dapat menghasilkan listrik dari proses alami. Tidak ada masukan lain yang diperlukan.
- Tegangan listrik AC dapat diubah dengan transformator. Pada saat Tesla dan Edison, ini tidak mungkin dengan arus DC. Namun saat ini, tersedia trafo yang menggunakan sirkuit internal atau inverter untuk mengubah tegangan arus DC.
Mengubah AC ke DC dan Kembali Lagi
Meskipun listrik yang datang melalui saluran listrik adalah AC, peralatan elektronik seringkali membutuhkan listrik DC. Dalam diagram rangkaian, simbol arus searah adalah garis lurus dengan tiga titik atau garis di bawahnya, sedangkan untuk arus bolak-balik adalah garis bergelombang tunggal. Untuk mengubah arus AC menjadi DC, ahli elektronika biasanya menggunakan komponen rangkaian yang disebut dioda, atau penyearah. Ini melewati arus dalam satu arah saja, sehingga menciptakan sinyal DC berdenyut dari sumber arus AC.
Alat untuk mengubah arus DC ke AC disebut inverter. Ini menggunakan transistor, yang merupakan komponen rangkaian yang dapat dinyalakan dan dimatikan dengan sangat cepat, untuk mengarahkan arus di sepanjang rangkaian rangkaian jalur yang secara efektif mengubah arahnya melintasi sepasang terminal pusat, yang merupakan bagian dari sirkuit tempat Anda memasang AC beban. Inverter digunakan pada kendaraan listrik. Mereka juga digunakan dalam sistem fotovoltaik untuk mengubah listrik DC yang dihasilkan oleh panel surya menjadi arus AC untuk digunakan di rumah.