Voltmeter

Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik. Voltmeter biasanya disusun secara parallel (sejajar) dengan sumber tegangan atau peralatan listrik. Biasanya Voltemeter digunakan untuk mengukur sumber tegangan seperti baterai, elemen volta, dan tegangan komponen listrik seperti resistor dan sebagainya.

Cara menggunakan voltmeter sebagai suatu alat ukur listrik adalah dengan merangkainya secara parallel dan jarum penunjuk pada voltmeter akan segera bergerak yang menunjukan hasil pengukuran lanjutan yang ditunjukan. Selain voltmeter, seringkali dijumpai pula alat ukur tegangan yang bernama multimeter. Berbeda dengan voltmeter, multimeter bukan hanya dapat mengukur besaran tegangan listrik, tetapi juga arus dan hambatan.

Voltmeter dibagi menjadi dua, yaitu voltmeter AC dan voltmeter DC. Pada dasarnya, voltmeter AC dan DC memiliki prinsip yang sama, yaitu mengukur beda tegangan. Untuk mengukur tegangan DC, dapat dilakukan dengan langsung membaca ADC internal dari AVR. Namun, perlu diketahui bahwa tegangan maksimal input ke ADC adalah sebesar Vcc AVR. Sehingga, jika ingin mengukur tegangan yang nilainya melebihi +5V, maka diperlukan sebuah pembagi tegangan.

Suatu voltmeter DC yang sederhana dapat dilihat dengan memasang hambatan seri dengan amperemeter. Bila tengangan pada ujung-ujung masukan adalah V, arus yang mengalir melalui amperemeter I, hambatan di seri adalah Rs, maka hubungannya dapat dituliskan sebagai berikut:

V= (Rs+Rm) I

Persamaan tersebut menunjukan bahwa V merupakan fungsi dari I, artinya bahwa bila harga arusnya I, tegangan pada ujung-ujungnya V, maka V besarnya sama dengan (Rs + Rm) dikali besarnya I. Sebagai contoh, bila Rs + Rm = 10 Kohm dan I = 1 mA, maka tegangannya sebesar 10 Volt.

Langkah terakhir dalam perubahan amperemeter ke voltmeter ialah menandai permukaan ke dalam satuan volt dari satuan ampere dengan berpedoman pada persamaan diatas. Untuk suatu atus simpangan penuh, besarnya tegangan maksimum yang dapat diukur untuk arus simpangan penuh dari persamaan diatas menjadi:

Vfs=(Rs+Rm ) I fs

Dengan arti, Vfs adalah tekanan yang menghasilkan arus simpangan penuh, dari persamaan tersebut dapat diperoleh harga Rs sebagai berikut:

Rs= VfsIfs−Rm

Persamaan tersebut merupakan bentuk yang tepat untuk menghitung harga Rs bila harga Ifs, Rm, dan Vfs diketahui. Biasanya harga Rm sangat kecil dibandingkan harga Vfs/Ifs, sehingga:

Rs=VfsIfs

Prinsip kerja voltmeter adalah adanya fluksi magnetic yang memiliki bentuk gelombang sinus dengan frekuensi yang sama dan masuk ke dalam suatu kepingan logam secara parallel. Antara fluks yang satu dengan fluks yang lain terdapat suatu perbedaan fasa. Fluks yang bolak balik akan membangkitkan tegangan-tegangan dalam kepingan logam tersebut.

Prinsip kerja voltmeter pun hampir sama dengan amperemeter, karena desainnya terdiri dari galvanometer dan hambatan seri atau multiplier. Galvanometer menggunakan prinsip hukum Lorentz, dimana interaksi antara medan magnet dan kuat arus akan menimbulkan gaya magnetik. Gaya magnetik inilah yang menggerakan jarum penunjuk sehingga menyimpang saat dilewati oleh arus yang melewati kumparan. Makin besar kuat arus, akan semakin besar penyimpangnya.

Menurut jenisnya, voltmeter dibagi menjadi dua, yaitu Voltmeter Analog dan Voltmeter Digital. Voltmeter Analog adalah voltmeter yang hasil pengukurannya ditunjukan sebuah jarum. Voltemeter Analog lebih banyak digunakan untuk keperluan sehari-hari, seperti para tukang servis TV atau computer yang banyak menggunakan analog. Kelebihannya adalah mudah dalam pembacaannya dengan tampilan yang lebih simple. Sedangkan, kekurangannya adalah memiliki akurasi yang rendah.

Voltmeter digital, memiliki akurasi yang tinggi, dan kegunaan yang lebih banyak jika dibandingkan dengan multimeter analog. Voltmeter ini memiliki tambahan-tambahan satuan yang lebih teliti. Voltmeter digital biasanya digunakan pada penelitian atau pekerjaan yang mengukur kecermatan tinggi. Kekurangannya adalah sulit untuk memonitor tegangan yang tidak stabil (naik-turun).

Kedua voltmeter tersebut memiliki dua prinsip kerja, yaitu prinsip kerja besi putar dan prinsip kerja kumparan putar. Alat ukur dengan prinsip kerja besi putar atau disebut juga system electromagnet adalah suatu alat ukur yang mempunyai kumparan tetap dan besi yang berputar. Bila sebuah kumparan dan didalamnya terdapat besi, maka besi tersebut akan menjadi magnet. Jika didalam kumparan tersebut diletakan dua batang besi maka kedua-duanya akan menjadi magnet sehingga kedua batang besi tersebut akan saling tolak-menolak, karena kedua ujungnya memiliki kutub yang sama.

Prinsip kerja kumparan putar adaLah alat ukur yang mempunyai kutub magnet permanen dan kumparan yang berputar. Besi magnet berbentuk tapal kaki kuda yang pada kutub-kutubnya dilengkapi dengan lapisan kutub, dan di dalam lapang magnetis antara lapisan kutub tersebut dipasangkan sebuah kumparan yang dapat berkeliling poros. Arus yang dialirkan kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar.

Potensial Sel

Potensial adalah gaya yang dibutuhkan untuk mendorong electron melalui sirkuit eksternal. Potensial sel dihasilkan dari sel Galvani atau sel Volta. Besarnya potensial sel dari suatu reaksi redoks dalam sel Volta merupakan total dari potensial elektroda unsur-unsur seusai dengan reaksinya. Hasil perhitungan potensial sel dapat bernilai positif atau negative. Jika potensial sel bertanda positif berarti reaksi dapat berlangsung, sedangkan jika potensial sel bertanda negative berarti reaksi tidak dapat berlangsung.

Potensial sel bergantung pada suhu, konsentrasi ion, dan tekanan parsial gas dalam sel. Potensial sel standar Eosel: potensial pada 25oC, konsentrasi ion 1 M dan tekanan parsial 1 atm. Potensial sel standar dihitung dengan menggunakan potensial-potensial standar zat-zat yang mengalami redoks.

Eosel = Eored - Eooks

Eooks = Potensial standar zat yang mengalami oksidasi

Eored = Potensial standar zat yang mengalami reduksi

Sel Gavani atau disebut juga dengan sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menyebabkan terjadinya energy listrik dari suatu reaksi redoks yang spontan. Dalam sel volta, energi listrik dihasilkan dengan jalan pelepasan electron pada suatu elektroda (oksidasi) dan penerimaan electron pada elektroda lainnya (reduksi). Elektroda yang melepaskan electron akan membentuk kutub negative (-) dinamakan anoda, sedangkan elektroda yang menerima electron akan membentuk kutub positif (+) dinamakan katoda. Jadi, sebuah sel volta terdiri dari dua bagian atau dua elektroda dimana setengah reaksi oksidasi berlangsung pada anoda dan setengah reaksi berlangsung apda katoda. Reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinya energy listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro Guiseppe Volta.

Dengan demikian, tanpa jembatan garam reaksi berlangsung hanya sesaat sebab kelebihan ion-ionnya hasil reaksi redoks tidak ada yang menetralkan dan akhirnya reaksi berhenti seketika. Dalam sel elektrokimia, tempat erjadinya reaksi oksidasi (elektroda Zn) dinamakan anoda, sedangkan tempat ]berhasil menyusun deret keaktifan logam atau deret potensial logam yang dikenal dengan deret volta.

Semakin ke kiri suatuunsur dalam deret volta sifat reduktornya semakin kuat. Karena suatu unsur akan mampu mereduksi ion-ion unsur disebelah kanannya, tetapi tidak mampu mereduksi ion-ion dari unsur di sebelah kirinya. Logam Na, Mg, dan Al terletak disebelah kiri H sehingga logam tersebut dapat mereduksi ion H+ untuk menghasilkan gas H2, sedangkan logam Cu dan Ag terletak di sebelah kiri H sehingga logam tersebut dapat mereduksi ion H+ untuk menghasilkan gas H2, sedangkan logam Cu dan Ag terletak di sebelah kanan H sehingga tidak dapat mereduksi ion H+ (tidak bereaksi dengan asam). Deret volta juga dapat menjelaskan reaksi logam dengan

logam lainnya. Misalkan, logam Zn dimasukan ke dalam larutan CuSO4. Reaksi yang terjadi adalah Zn mereduksi Cu+2 (berasal dari CuSO4) dan menghasilkan endapan logam Cu karena Zn terletak di sebelah kiri Cu.

Dalam sel elektrokimia, untuk mendorong electron mengalir rangkaian luar dan menggerakan ion-ion di dalamnya larutan menuju electrode diperlukan suatu usaha. Usaha atau kerja yang diperlukan ini dinamakan gaya gerak listrik, disingkat GGL.

Buffer

Larutan buffer adalah larutan yang terdiri dari asam dan basa lemah dengan garamnya. Larutan tersebut mampu menahan perubahan pH ketika terjadi sedikit penambahan asam atau basa. Kapasitas buffer adalah jumlah asam atau basa yang dapat ditambahkan ke buffer sehingga nilai relative tetap. Kapasitas buffer bergantung pada jumlah asam garam atau basa garam didalamnya. Kapasitas buffer, yaitu keefektifan larutan buffer, bergantung pada jumlah asam dan basa konjugat yang menyusun buffer tersebut. Semakin besar jumlahnya, semakin besar kapasitas buffernya.

Larutan buffer asam jika ditambahkan asam akan menggeser kesetimbangan ke kiri dan jika ditambahkan basa, maka ion OH- dari basa itu akan bereaksi dengan ion H+ membentuk air. Larutan buffer basa jika ditambahkan asam, maka kesetimbangan bergeser ke kiri, sehingga konsentrasi ion OH- dapat dipertahankan. Jika ditambahkan basa, maka kesetimbangan bergeser ke kiri sehingga konsentrasi ion OH- dapat dipertahankan.

Pengertian asam basa menurut Bronsted-Lowry, asam merupakan zat yang dapat memberikan proton hydrogen yang bermuatan positif, basa merupakan zat yang dapat menerima proton. Menurut Arhenius, asam merupakan zat yang dapat mengionkan H+ dalam air, sedangkan basa merupakan zat yang dapat mengionkan OH- dalam air. Menurut Lewis, asam merupakan zat yang dapat menerima sepasang electron, basa merupakan zat yang dapat memberikan sepasang electron.

Buffer TISAB

TISAB (Total Ionic Strength Adjusment Buffer) adalah sebuah reagen yang ditambahkan pada larutan sampel dan larutan standar. TISAB merupakan suatu larutan buffer, dimana fungsi dasar dari larutan buffer adalah sebagi penjaga pH. Pada dasarnya, penjagaan pH oleh larutan buffer dilakukan dengan cara mengkondisikan suatu larutan hingga mencapai titik kesetimbangannya. Titik kesetimbangan ini akan mengatasi adanya perbedaan yang signifikan antara konsentrasi dan aktivitas suatu spesi kimia sehingga apabila larutan yang sudah tercampur buffer ini

ditambahkan asam atau basa, nilai pHnya tidak akan berubah banyak. Sama halnya dengan larutan TISAB.

Larutan TISAB akan menyamakan kekuatan ion antara dua larutan sehingga meminimalisir potential junction yang akan berpengaruh pada nilai potensial sel akhir pada voltmeter. Pada sel elektrokimia untuk pengukuran potensial menggunakan ISE (Ion Selective Electrode), larutan TISAB ditambahkan ke larutan sampel dan larutan standar. Efek penambahannya akan berupa penyamaan antara kekuatan ion dan aktivitas ion di masing-masing larutan.