Hukum Faraday: Definisi, Bunyi, Prinsip dan Contoh Soal

Dalam bidang Fisika, khususnya mengenai listrik, ada hukum yang dikenal dengan hukum Faraday. Hukum ini dicetuskan oleh seorang ahli Fisika dan juga ahli Kimia yang berasal dari Inggris bernama Michael Faraday.

Dia pula yang berhasil menciptakan generator listrik pertama dan alat ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sumbangsih Michael Faraday di bidang Fisika ini bahkan berperan besar terhadap kemajuan listrik.

Contents show

Definisi Hukum Faraday

Sebelum membahas lebih lanjut mengenai hukum yang dicetuskan Michael Faraday ini, mari ketahui dulu pengertian hukum Faraday.

Mudahnya, hukum ini merupakan aturan yang di dalamnya berisi penjelasan mengenai hubungan antara massa zat yang ada dalam elektrode bermuatan listrik yang dihasilkan suplai elektrolisis.

Dengan kata lain, hukum ini akan memprediksi soal bagaimana suatu medan magnet akan berinteraksi dengan rangkaian listrik guna menimbulkan fenomena induksi elektromagnetik atau gaya gerak listrik.

Sang pencetus, yakni Michael Faraday melihat bahwasanya setiap atom yang didapatkan akan dibawa oleh satu mol elektron. Michael Faraday mengamatinya selama proses elektrolisis. D

ari pengamatan ini kemudian ditemukan konstanta yang sangat berguna dalam menghitung besar muatan yang ada dalam satu mol elektron. Konstanta ini disimbolkan dengan huruf F.

Bunyi Hukum Faraday

Menyinggung soal bunyi hukum satu ini, maka perlu diketahui bahwa hukum yang dimaksud terbagi menjadi 2, ada Faraday I dan ada Faraday 2. Penjelasan singkatnya sebagai berikut.

1. Hukum Faraday 1

Bunyi hukum Faraday 1 adalah massa zat yang dihasilkan pada elektrode selama proses elektrolisis berbading lurus dengan muatan listrik yang digunakan. Dari hukum ini, massa zat akan disimbolkan dengan huruf w dan muatan listrik disimbolkan dengan huruf Q.

Dengan pernyataan bahwasanya massa zat itu berbanding lurus dengan jumlah mol elektron dan jumlah mol elektron juga berbanding lurus dengan muatan listrik dalam elektron, jadi bisa bisa disimpulkan bahwasanya:

Massa zat = muatan listrik dalam elektron

Atau

w = Q

jika huruf Q menunjukkan banyaknya muatan listrik yang ada di suatu titik pada kawat, dan jika arus listrik melewatinya selama banyaknya detik, maka secara sistematis bisa dituliskan:

Q = I x t (dengan keterangan I adalah arus listrik dalam ampere dan T adalah waktu dalam detik)

Mempertimbangkan hal tersebut, maka persamaan tersebut bisa ditulis seperti ini.

W = I x ta

2. Hukum Faraday 2

Hukum yang kedua ini berbunyi ‘massa zat yang dihasilkan pada suatu elektrode selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan massa ekuivalen zat tersebut’. Jika massa zat disimbolkan dengan w dan massa ekuivalen zat disimbolkan dengan ME, maka hukum tersebut bisa ditulis seperti ini.

Massa zat = massa ekuivalen zat

Atau

w = ME

Hal yang perlu diperhatikan ialah massa ekuivalen zat itu merupakan massa atom relatif (Ar) yang dibagi dengan perubahan muatan ionnya atau perubahan bilangan oksidasinya. Sehingga bisa dituliskan seperti ini.

ME = Ar / biloks atau muatan ion

Contoh Soal Hukum Faraday

Dengan memperhatikan rumus hukum Faraday di atas, ini akan mempermudah kamu menyelesaikan soal yang berkaitan dengan hukum ini. Beberapa contoh soal yang bisa kamu perhatikan ada di bawah ini.

Contoh Soal 1

Soal :Hitung massa ekuivalen untuk reaksi ini CU2 + (aq) + 2e – CU (s) apablia tembaga (CU) Ar sebesar 63,5!

Jawab : 31,75

Keterangannya adalah kalau berdasarkan reaksi tersebut, sangat terlihat bahwa ada perubahan bilangan oksidasi yang ditunjukkan oleh angka +2. Dari keterangan ini bisa diketahui bahwa untuk massa ekuivalen tembaga (Cu) bisa dihitung dengan rumus yang kedua, yakni ME = Ar / biloks.

Sehingga perhitungannya menjadi ME = 63,5 / 2 dan hasilnya 31,75. Sekali lagi, kalau jumlah listrik yang sama dialirkan ke beberapa sel elektrolisis namun dengan elektrolit berbeda, maka perbandingan antara zat yang dibebaskan berbanding lurus dengan massa ekuivalen zat.

Contoh Soal 2

Soal : Apabila terdapat sebuah rangkaian yang membentuk endapan Cu sebesar 5 gr, berapakah Ag yang akan mengendap pada elektrode jika Cu = 63,5 dan Ag = 108?

Jawab : 17 gram

Pembahasan:

Diketahui bahwasanya massa Cu (wCu) = 5 gram. Dari soal tersebut, yang perlu dihitung ialah massa Ag (wAg). Perhitungan ini bisa dilakukan menggunakan rumus berikut:

Dalam rumus tersebut, untuk menghitung MEcu dan juga MEag, maka kamu harus menuliskan reaksi reduksi Cu serta Ag terlebih dahulu seperti yang ada dalam gambar berikut ini.

Contoh Soal 3

Soal : Berapakah jumlah Faraday yang diperlukan untuk mereduksi ion Ca2+ sebanyak 12 gram?

Jawab : 0,6 F

Pembahasan:

Untuk contoh soal hukum Faraday yang satu ini, cara menjawabnya menggunakan rumus F = W/e. Sebelumnya, diketahui bahwa Ca2+ valensi = 2 dengan Ar Ca = 40.dan w = e x F. Jadi, cara perhitungannya sebagai berikut.

F=We=WAr/n= W x nAr= 12 x 240=0,6 F

Aplikasi Hukum Faraday Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Seperti yang sudah diketahui, listrik merupakan hal yang sangat penting dan dibutuhkan oleh manusia dalam kehidupan sehari-hari. Sementara hukum Faraday adalah salah satu hukum elektromagnetisme dan hampir berbagai teknologi listrik berlandaskan pada hukum ini.

Hukum ini juga sudah menemukan aplikasinya dalam berbagai sektor besar, diantaranya industri medis, industri mesin listrik serta otomotif. Adapun sejumlah contoh hukum Faraday dalam kehidupan sehari-hari sebagai berikut.

1. Produksi Zat atau Bahan

Jika ada pertanyaan seputar bagaimana terapan hukum Faraday dalam bidang industri, jawabannya ialah pada kegiatan produksi bahan atau zat. Sebab, semua bahan kimia yang dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, industri serta di laboratorium banyak yang dihasilkan melalui proses elektrolisis.

2. Kegiatan Pemurnian Logam

Kegiatan pemurnian logam juga termasuk kegiatan yang menerapkan prinsip hukuk ini. Pasalnya, pemurnian logam dilakukan dengan cara elektrolisis.

Yakni susunan logam kotor akan ditempatkan sebagai anode sementara logam yang murni sebagai katode. Dalam proses ini, digunakan pula larutan CuSO4 yang menjadi larutan elektrolit.

3. Dalam Bidang Fisika

Penerapan hukum ini kalau dalam bidang Fisika sangat tampak pada pembelajaran yang terkait dengan anode, katode, electrode dan ion. Hal ini sangat terlihat pada alat transformator daya yang memiliki prinsip kerja berdasarkan pada hukum ini.

4. Dalam Bidang Kimia

Kalau dalam bidang kimia, hukum ini lebih banyak diterapkan dalam reaksi reduksi dan oksidasi. Reaksi ini dipakai dalam proses elektrolisis yang di dalamnya juga terjadi aktivitas transfer elektron atau arus listrik. Arus listrik yang asalnya dari luar akan digunakan untuk membentuk Cu(s).

Contoh lainnya pada kompor induksi. Kompor induksi ini memiliki prinsip kerja induksi timbal balik. Pada saat ada arus yang mengalir melalui kumparan kawat tembaga yang diposisikan di bawahnya tempat untuk memasak, maka akan menghasilkan medan magnet yang berubah.

Medan magnet yang sifatnya bolak balik ini akan menginduksi ggl dan menyebabkan arus yang ada dalam wadah menjadi konduktif atau panas.

5. Generator

Seperti yang sudah disebutkan, hampir seluruh teknologi listrik didasarkan pada hukum yang dicetuskan oleh Michael Faraday ini, termasuk salah satunya adalah generator. Generator merupakan alat yang biasa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

Alat ini terdiri atas beberapa bagian seperti sikat karbon, cincin luncur, kumparan inti besi serta magnet. Generator listrik akan bekerja berdasarkan gejala dari induksi elektromagnetik. Kalau dilihat dari arus listrik yang dihasilkan, alat generator ini bisa dibagi menjadi dua.

Ada generator arus bolak balik (AC) dan ada generator arus searah (DC). Penjelasannya sebagai berikut.

Generator AC

Kalau generator AC, ini merupakan generator yang menghasilkan arus bolak balik. Alat ini memiliki dua buah cincin yang setiap cincinnya berhubungan di setiap ujung kumparan.

Prinsip kerja dari alat ini ialah ketika ujung kumparan tersebut terhubung dengan kedua cincin, maka akan terjadi arus induksi pada kumparan. Arus tersebut akan mengalir melalui sikat atau brush sehingga lampu akan menyala.

Namun ketika kumparan berada dalam posisi tegak lurus dengan arah medan magnetik, arus induksi tersebut akan berhenti mengalir dan lampu akan padam. Beberapa waktu kemudian setelah kumparan melanjutkan putarannya, maka arus listri induksi akan mengalir lagi.

Akan tetapi, kali ini arahnya berbeda sehingga lampu menyala lagi. Beberapa alat elektronik yang menggunakan prinsip kerja alat ini ialah setrika, TV, kulkas serta kipas angin.

Generator DC

Generator DC hanya mempunyai sebuah cincin yang bagian tengahnya terbelah, makanya disebut dengan cincin belah dan komutator. Sedangkan prinsip kerjanya ialah salah satu dari belahan pada komutator tersebut mempunyai kutub magnet.

Bagian medan magnet akan dihubungkan dengan magnet tersebut. Akibatnya, arah arus listrik induksi akan mengalir satu arah dan membuat lampu menyala hanya sekali. Diantara alat elektronik yang menggunakan alat ini ialah kipas pendingin pada CPU dan laptop.

6. Transformator

Transformator merupakan alat yang fungsinya adalah untuk menyalurkan energi listrik dari tegangan yang tinggi ke tegangan yang rendah. Alat ini biasa disebut dengan trafo dan umumnya diterapkan pada gardu listrik yang mempunyai tegangan sangat tinggi dan nilainya bisa mencapai jutaan volt.

Tegangan dari gardu listrik akan dihubungkan trafo baru kemudian didistribusikan ke rumah-rumah milik penduduk. Makanya, tegangan yang diterima oleh rumah-rumah penduduk tadi lebih rendah. Kalau gardu listrik tadi tidak dilengkapi dengan trafo, tegangan listrik yang diterima oleh penduduk akan sangat tinggi.

Tentunya hal ini akan sangat berbahaya bagi para penduduk itu sendiri. Transformator ini terdiri atas 2 macam, yakni transformator step down dan transformator step up. Untuk transformator step down, ini merupakan transformator yang dipakai untuk menurunkan tegangan listrik.

Alat ini ciri-cirinya adalah lilitan primer yang lebih banyak daripada lilitan sekunder. Sementara kalau transformator step up, ini merupakan alat untuk menaikkan tegangan listrik dengan ciri-cirinya ialah lilitan sekunder yang lebih banyak daripada lilitan primer.

Lebih lanjut lagi, salah satu dari penggunaan komponen transformator ialah pada kendaraan seperti mobil dan motor vespa. Komponen yang dimaksud disebut induktor Ruhmkorff.

Ini merupakan komponen yang akan memberikan tegangan listrik pada mesin. Sehingga kemudian akan dihasilkan energi mekanik yang tinggi, makanya kendaraan tadi dapat bergerak.

Jadi, sudah lebih paham dengan apa itu hukum Faraday, bagaimana bunyinya, pemecahan soalnya serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari bukan? Tentunya masih sangat banyak contoh penerapan hukum ini, dan sekarang coba kamu cari contoh lainnya ya.

Baca Juga Artikel Lainnya: