Dalam bidang Fisika, khususnya tentang kelistrikan, ada hukum yang dikenal dengan hukum Faraday. Hukum ini diciptakan oleh seorang ahli fisika dan kimia Inggris bernama Michael Faraday.
Ia pun berhasil menciptakan generator listrik pertama dan alat ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan manusia. Kontribusi Michael Faraday di bidang fisika bahkan berperan besar dalam kemajuan kelistrikan.
Definisi Hukum Faraday
Sebelum membahas lebih jauh tentang hukum yang dicetuskan oleh Michael Faraday ini, yuk kita cari tahu dulu memahami hukum Faraday.
Sederhananya, hukum ini adalah aturan yang berisi penjelasan tentang hubungan antara massa zat yang ada di elektroda bermuatan listrik yang dihasilkan oleh pasokan elektrolisis.
Dengan kata lain, hukum ini memprediksi bagaimana medan magnet akan berinteraksi dengan rangkaian listrik untuk menyebabkan fenomena induksi elektromagnetik atau gaya gerak listrik.
Pencetusnya yaitu Michael Faraday melihat bahwa setiap atom yang diperoleh akan dibawa oleh satu mol elektron. Michael Faraday mengamatinya selama proses elektrolisis. D
Dari pengamatan tersebut ditemukan konstanta yang sangat berguna dalam menghitung jumlah muatan yang ada dalam satu mol elektron. Konstanta ini dilambangkan dengan huruf F.
Bunyi Hukum Faraday
Menyinggung bunyi hukum yang pertama ini, perlu diketahui bahwa hukum yang dimaksud terbagi menjadi 2, ada Faraday I dan ada Faraday 2. Penjelasan singkatnya adalah sebagai berikut.
1. Hukum Faraday 1
Suara Hukum Faraday 1 adalah massa zat yang dihasilkan pada elektroda selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan muatan listrik yang digunakan. Dari hukum ini massa suatu zat akan disimbolkan dengan huruf w dan muatan listrik disimbolkan dengan huruf Q.
Dengan pernyataan bahwa massa suatu zat berbanding lurus dengan jumlah mol elektron dan jumlah mol elektron juga berbanding lurus dengan muatan listrik pada elektron tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa:
Massa zat = muatan listrik dalam elektron
Atau
w = Q
jika huruf Q menunjukkan besarnya muatan listrik yang ada pada suatu titik pada kawat, dan jika arus listrik melewatinya selama beberapa detik, dapat dituliskan secara sistematis:
Q = I xt (di mana I adalah arus dalam ampere dan T adalah waktu dalam detik)
Mempertimbangkan hal ini, persamaannya dapat ditulis seperti ini.
W = I x ta
2. Hukum Faraday2
Hukum kedua ini berbunyi ‘massa suatu zat yang dihasilkan pada elektroda selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan massa ekuivalen zat tersebut’. Jika massa suatu zat dilambangkan dengan w dan massa ekuivalen zat tersebut dilambangkan dengan ME, maka hukumnya dapat ditulis seperti ini.
Massa zat = massa ekuivalen zat
Atau
w = AKU
Perlu dicatat bahwa massa ekuivalen suatu zat adalah massa atom relatif (Ar) dibagi dengan perubahan muatan ionik atau perubahan bilangan oksidasi. Jadi bisa ditulis seperti ini.
ME = Ar / keadaan oksidasi atau muatan ionik
Contoh Soal Hukum Faraday
Dengan memperhatikan Rumus hukum Faraday di atas, ini akan memudahkan Anda untuk menyelesaikan masalah yang terkait dengan undang-undang ini. Beberapa contoh soal yang bisa Anda perhatikan ada di bawah ini.
Contoh Soal 1
Soal : Hitung massa ekuivalen untuk reaksi ini CU2 + (aq) + 2e – CU (s) jika tembaga (CU) Ar adalah 63,5!
Jawaban: 31,75
Penjelasannya berdasarkan reaksi tersebut, sangat jelas terlihat adanya perubahan bilangan oksidasi yang ditunjukkan dengan bilangan +2. Dari informasi tersebut dapat diketahui bahwa massa ekivalen tembaga (Cu) dapat dihitung dengan menggunakan rumus kedua yaitu ME = Ar / keadaan oksidasi.
Sehingga perhitungannya menjadi ME = 63,5/2 dan hasilnya 31,75. Sekali lagi, jika jumlah listrik yang sama dialirkan ke beberapa sel elektrolitik tetapi dengan elektrolit yang berbeda, maka rasio antara zat yang dilepaskan berbanding lurus dengan massa ekuivalen zat tersebut.
Contoh Soal 2
Soal: Jika ada rangkaian yang membentuk endapan Cu sebanyak 5 g, berapakah Ag yang akan mengendap pada elektroda jika Cu = 63,5 dan Ag = 108?
Jawab: 17 gram
Diskusi:
Diketahui massa Cu (wCu) = 5 gram. Dari soal tersebut, yang perlu dihitung adalah massa Ag (wAg). Perhitungan ini dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut:
Dalam rumus ini, untuk menghitung MEcu dan MEag, terlebih dahulu Anda harus menuliskan reaksi reduksi Cu dan Ag seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Contoh Soal 3
Soal: Berapa Faraday yang diperlukan untuk mereduksi 12 gram ion Ca2+?
Jawab: 0,6 F
Diskusi:
Misalnya tentang hukum Faraday yang satu ini, cara menjawabnya menggunakan rumus F = W/e. Sebelumnya telah diketahui bahwa Ca2+ valensi = 2 dengan Ar Ca = 40. dan w = ex F. Maka cara perhitungannya adalah sebagai berikut.
F=Kita=WAr/n=W x nAr= 12 x 240=0,6 F
Penerapan Hukum Faraday dalam Kehidupan Sehari-hari
Seperti diketahui, listrik sangat penting dan dibutuhkan oleh manusia dalam kehidupan sehari-hari. Sementara Hukum Faraday adalah salah satu hukum elektromagnetisme dan hampir semua teknologi kelistrikan didasarkan pada hukum ini.
Undang-undang ini juga telah menemukan penerapannya di berbagai sektor utama, termasuk industri medis, industri mesin listrik, dan industri otomotif. Adapun sejumlah contoh Hukum Faraday dalam kehidupan sehari-hari sebagai berikut.
1. Produksi Zat atau Material
Jika Anda memiliki pertanyaan tentang Bagaimana hukum Faraday diterapkan dalam industri? jawabannya adalah dalam produksi bahan atau zat. Ini karena banyak bahan kimia yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, industri, dan laboratorium diproduksi melalui elektrolisis.
2. Kegiatan Pemurnian Logam
Kegiatan pemurnian logam juga termasuk kegiatan yang menerapkan asas hukum ini. Hal ini karena pemurnian logam dilakukan dengan cara elektrolisis.
Artinya, susunan logam kotor akan ditempatkan sebagai anoda sedangkan logam murni akan menjadi katoda. Dalam proses ini, larutan CuSO4 juga digunakan sebagai larutan elektrolit.
3. Di Bidang Fisika
Penerapan hukum ini dalam bidang Fisika sangat terlihat dalam pembelajaran yang berkaitan dengan anoda, katoda, elektroda dan ion. Hal ini sangat terlihat pada transformator daya yang memiliki prinsip kerja berdasarkan hukum ini.
4. Dalam Kimia
Dalam kimia, hukum ini lebih banyak diterapkan dalam reaksi reduksi dan oksidasi. Reaksi ini digunakan dalam proses elektrolisis dimana juga terjadi perpindahan elektron atau arus listrik. Arus listrik yang berasal dari luar akan digunakan untuk membentuk Cu(s).
Contoh lainnya adalah kompor induksi. Kompor induksi ini memiliki prinsip kerja saling induksi. Ketika ada arus yang mengalir melalui kumparan kawat tembaga yang terletak di bawah area memasak, maka akan menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah.
Medan magnet bolak-balik ini akan menginduksi ggl dan menyebabkan arus dalam wadah menjadi konduktif atau panas.
5. Generator
Seperti yang sudah disebutkan, hampir semua teknologi kelistrikan didasarkan pada hukum yang dicetuskan oleh Michael Faraday ini, termasuk salah satunya adalah generator. Genset adalah alat yang umum digunakan untuk menghasilkan energi listrik.
Alat ini terdiri dari beberapa bagian seperti sikat karbon, cincin geser, gulungan inti besi dan magnet. Generator listrik akan bekerja berdasarkan gejala induksi elektromagnetik. Jika dilihat dari arus listrik yang dihasilkan, alat generator ini dapat dibedakan menjadi dua.
Ada generator arus bolak-balik (AC) dan ada generator arus searah (DC). Penjelasannya adalah sebagai berikut.
Jika itu adalah generator AC, ini adalah generator yang menghasilkan arus bolak-balik. Alat ini memiliki dua ring yang masing-masing ring dihubungkan pada masing-masing ujung kumparan.
Prinsip kerja alat ini adalah ketika ujung kumparan dihubungkan dengan kedua cincin maka akan terjadi arus induksi pada kumparan. Arus akan mengalir melalui kuas atau kuas sehingga lampu akan menyala.
Namun ketika kumparan dalam posisi tegak lurus dengan arah medan magnet, arus induksi akan berhenti mengalir dan lampu akan padam. Beberapa waktu kemudian setelah kumparan melanjutkan putarannya, arus listrik induksi akan mengalir kembali.
Namun, kali ini arahnya berbeda sehingga lampu menyala lagi. Beberapa alat elektronik yang menggunakan prinsip kerja alat ini adalah setrika, TV, kulkas dan kipas angin.
Generator DC hanya memiliki ring yang terbelah di tengahnya, oleh karena itu disebut ring belah dan komutator. Sedangkan prinsip kerjanya adalah salah satu bagian pada komutator memiliki kutub magnet.
Bagian medan magnet akan dihubungkan dengan magnet. Akibatnya, arah arus listrik induksi akan mengalir satu arah dan membuat lampu hanya menyala satu kali. Diantara alat elektronik yang menggunakan alat ini adalah kipas pendingin pada CPU dan laptop.
6. Transformator
Trafo adalah suatu alat yang fungsinya untuk menyalurkan energi listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah. Alat ini biasa disebut trafo dan umumnya diaplikasikan pada gardu listrik yang memiliki tegangan sangat tinggi dan nilainya bisa mencapai jutaan volt.
Tegangan dari gardu listrik tersebut akan disambungkan ke trafo baru untuk kemudian disalurkan ke rumah-rumah milik warga. Sehingga tegangan yang diterima rumah warga lebih rendah. Jika gardu induk tidak dilengkapi trafo, tegangan listrik yang diterima warga akan sangat tinggi.
Tentu saja hal ini akan sangat berbahaya bagi warga itu sendiri. Trafo ini terdiri dari 2 jenis yaitu trafo step down dan trafo step up. Untuk trafo step down, ini adalah trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan listrik.
Alat ini memiliki karakteristik memiliki lilitan primer yang lebih banyak dibandingkan lilitan sekunder. Sedangkan jika trafo step up, ini adalah alat untuk menaikkan tegangan listrik dengan karakteristik lilitan sekunder yang lebih banyak dari lilitan primer.
Selanjutnya salah satu kegunaan komponen trafo adalah pada kendaraan seperti mobil dan motor vespa. Komponen yang dimaksud disebut induktor Ruhmkorff.
Ini adalah komponen yang akan memberikan tegangan listrik ke mesin. Sehingga akan dihasilkan energi mekanik yang tinggi, sehingga kendaraan dapat bergerak.
Jadi, sudah lebih paham tentang apa itu hukum Faraday, bagaimana kedengarannya, pemecahan masalah dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari bukan? Tentunya masih banyak contoh penerapan undang-undang ini, dan sekarang coba cari contoh lainnya.
Baca Juga Artikel Lainnya :
