Rumus Hukum Faraday: Sejarah Dan Penerapannya 

Rumus hukum Faraday – Dalam pelajaran kimia dan fisika, hukum faraday menjadi salah satu materi dasar yang penting diketahui karena berkaitan erat dengan kehidupan manusia yang modern. Berkat perannya, listrik bisa dinikmati oleh siapa saja. Bahkan, ada yang mengatakan bahwa tanpa hukum ini, listrik mungkin tidak akan menjadi hal yang sangat penting bagi kita sekarang.

Kalau kamu tinggal di daerah yang rutin terkena pemadaman listrik bergilir, pasti sudah akrab dengan keadaan gelap tanpa cahaya lampu di malam hari. Selain itu, kamu juga pasti sering mendengar bunyi mesin genset yang bising ketika listrik padam seluruh kampung. Nah, mesin yang suaranya bising ini mempunyai kaitan dengan Michael Faraday, The Father of Electricity sekaligus penemu hukum faraday.

Penasaran seperti apa cerita penemuan hukum faraday dan rumus-rumusnya? Yuk duduk yang manis, fokuskan pikiran, dan baca artikelnya sampai selesai ya.

Awal Mula Penemuan Hukum Faraday

Sebutan “The Father of Electricity” yang diberikan kepada Michael Faraday bukan tanpa sebab. Dia adalah sosok yang berperan penting pada dunia kelistrikan dengan konsep induksi elektromagnetik yang dia temukan tahun 1831. Jauh sebelumnya, perkembangan dunia kelistrikan baru mencapai penemuan bahwa arus listrik bisa dihasilkan oleh arus listrik. Penelitian ini dilakukan oleh Hans Christian Orsted yang membawa pengaruh pada teori elektromagnetik.

Penelitian Hans menemukan bahwa arus listrik yang ada di dalam kawat dapat membuat jarum kompas dengan muatan magnet berbelok. Inilah sejarah awal penemuan Faraday tentang listrik. Faraday yang saat itu menjadi asisten Humphry Davy, seorang kimia asal Inggris, tertarik melakukan eksperimen “kebalikan” dari yang dilakukan oleh Hans. Mudahnya dia ingin tahu apakah medan magnet bisa menghasilkan arus listrik.

Dengan rasa penasaran yang kuat, Faraday kemudian melaksanakan eksperimennya. Eksperimen ini berhasil menemukan bahwa arus listrik bisa mengalir lewat kawat saat ada magnet yang melewati kawat tersebut dan terus bergerak.

Untuk mengetahui sejarah hidup dan penemuan hukum faraday, kamu bisa membaca buku STD 11: FARADAY. Buku ini sangat pas untuk dijadikan sebagai referensi karena membahas kisah hidup Michael Faraday secara lengkap.

.

Inilah yang disebut sebagai induksi elektromagnetik. Dalam pelajaran kimia atau fisika, induksi elektromagnetik kerap diartikan sebagai induksi yang dihasilkan dari gaya gerak listrik pada suatu rangkaian yang memiliki variasi fluks magnet yang saling berhubungan.

Jadi, saat listrik mengalir saat terjadi induksi elektromagnetik, secara bersamaan akan ada arus magnet yang mengalir. Inilah yang dimaksud dengan fluks magnetik. Di samping itu, ada juga fluks listrik atau arus listrik yang mengalir pada induksi elektromagnetik.

Secara singkat, induksi elektromagnetik bisa juga dianggap sebagai kemunculan listrik karena pergerakan magnet. Ini berarti, jika magnet nya diam saja maka listrik nya tidak akan mengalir. Namun, jika magnet menjauh, baik menjauh atau mendekat di sekitar kumparan, maka listrik akan menyala.

Bunyi Hukum Faraday

• Pengertian elektrolisis

Sebelum masuk ke pembahasan tentang bunyi dan rumus hukum faraday, kita akan sedikit membahas pengertian elektrolisis terlebih dulu. Soalnya istilah ini nantinya akan cukup banyak muncul, jadi kalau kamu belum tahu apa arti elektrolisis, kemungkinan besar kamu akan mengalami kesulitan.

Jadi, apa itu elektrolisis? Singkatnya elektrolisis adalah proses saat arus listrik dapat menguraikan suatu zat elektrolit sehingga terjadi reaksi redoks yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Proses elektrolisis memiliki tiga ciri utama, yaitu:

1. Ada ion bebas di dalam suatu larutan elektrolit yang nantinya menjadi penerima atau pemberi elektron untuk dialirkan lewat larutan.
2. Ada sumber arus DC dari luar, seperti baterai contohnya.
3. Dalam sel elektrolisisnya terdapat dua elektroda, yaitu katoda dan anoda.

Katoda ini bertugas menjadi tempat berlangsungnya reaksi reduksi dan juga menjadi kutub negatif, sementara anoda menjadi kutub positif sekaligus tempat berlangsungnya reaksi oksidasi. Kita akan membahas tentang katoda dan anoda lebih jauh dibawah nanti, sekarang mari lanjutkan pembahasan ke bunyi hukum faraday.

• Hukum faraday 1

Hukum faraday 1 berbunyi “massa zat yang dihasilkan pada elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang digunakan”. Nah dalam hukum faraday yang pertama ini, muatan listrik yang ada di dalam elektron menggunakan satuan Q. Kemudian massa zat nya menggunakan satuan w.

Lalu, waktu dalam satuan detik menggunakan t serta arus listrik yang satuannya ampere adalah i. Dalam hukum ini, massa zat (w) yang dihasilkan dari elektrode terjadi ketika proses elektrolisis mempunyai perbandingan lurus dengan penggunaan muatan listriknya (Q).

Kemudian hasil kali antara kekuatan arus listrik (i) dengan selang waktu (t) sama dengan jumlah pemakaian muatan listriknya (Q). Ini berarti setiap perubahan medan magnet yang terjadi di kumparan kawat akan menimbulkan ggl diinduksi dalam kumparan atau yang dikenal dengan nama GGL Induksi.

• hukum faraday

Hukum faraday 2 berbunyi “Massa zat yang dihasilkan pada elektrolisis berbanding lurus dengan massa ekuivalen zat tersebut”. Dalam hukum yang kedua, Faraday menggunakan satuan Me untuk massa ekuivalen zat, sedangkan untuk massa zat masih menggunakan satuan w. ME sendiri adalah air atau biloks atau muatan ion.

Nah dalam hukum faraday yang kedua, hasil dari massa zat pada sebuah elektrode yang berlangsung ketika proses elektrolisis terjadi mempunyai perbandingan lurus dengan jumlah massa yang dihasilkan dari ekuivalen zat. Kemudian, massa dari ekuivalen zat tersebut adalah massa atom atau Ar yang relatif dan terbagi menjadi muatan ion ataupun bilangan oksidasi.

Katoda dan Anoda

• Katoda

Ketika sebuah larutan elektrolit dielektrolisis, kation nya akan reaksi reduksi pada katoda. Reaksi yang terjadi ini sangat bergantung kepada jenis kation dan juga wujud zat nya. Biar lebih jelas lagi, perhatikan diagram di bawah ini:

Diagram ini menjelaskan bahwa wujud zat sangat berpengaruh pada hasil reduksi yang ada di katoda. Contohnya seperti larutan, kalau kation yang direduksinya berasal dari golongan IIA, IA, AI, dan Mn, zat yang direduksinya air. Tapi kalau kation yang direduksi bukan dari golongan tadi, maka zat yang direduksinya kation.

• Anoda

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, anoda adalah tempat berlangsungnya oksidasi. Nah zat yang dioksidasi ini bergantung kepada jenis anion dan jenis anoda seperti yang ada pada diagram ini:

Diagram tersebut menjelaskan bahwa jenis anion dan anoda sangat berpengaruh pada hasil oksidasinya. Contohnya, untuk non-oksi zat yang dioksidasi merupakan anion sementara untuk anion oksi zat yang dioksidasinya adalah air.

Rumus hukum faraday

• Rumus hukum faraday 1

Dalam hukum faraday 1, muatan listrik yang digunakan sama seperti hasil kali antara selang waktu dan juga arus listrik, atau biasa ditulis w = Q. Nah dari sini kemudian muncul persamaan Q = i x t

Dengan catatan, 1 mol elektron sama dengan 1 Faraday dan 1 faraday mempunyai muatan listrik sebanyak 96.500 Coulomb. Berdasarkan pada hubungan ini bisa dirumuskan menjadi: Q = ne x F

Ini berarti W = i x ta

W = e x F = e x i x t : 96500

Err:501

Dengan keterangan:

• Q adalah muatan listrik yang ada dalam elektron
• e adalah massa ekuivalen zat
• i adalah kuat arus listrik dalam satuan Ampere
• n adalah valensi zat
• W adalah massa zat dalam satuan gram
• t adalah waktu dalam satuan detik
• Ar adalah massa atom relatif

Supaya menjadi lebih lancar lagi dalam memahami dan mempraktikkan rumus hukum faraday, maka kamu bisa membaca buku Hafalan Rumus Kimia SMA/MA Kelas 10 11 12. Buku yang ditulis oleh Nuzulul Rachmawati ini sangat mudah dipahami, sehingga sangat cocok untuk para pemula yang ingin belajar rumus-rumus kimia.

• Rumus hukum faraday 2

Rumus hukum faraday 2 berbeda dengan rumus hukum faraday 1 sebab di sini ada massa ekuivalen dengan satuan ME dan juga massa zat dengan satuan w. Massa ekuivalen ini adalah hasil perhitungan massa atom relatif atau Ar yang dibagi dengan perubahan muatan ion atau bilangan oksidasinya. Jika ditulis dengan rumus maka akan menjadi:

W = ME

W1/W2 = e1/e2

Dengan keterangan:

• w adalah massa zat
• ME adalah massa ekuivalen zat
• Me adalah AR dibagi (:) biloks

• Hubungan rumus hukum faraday 1 dan 2:

Rumus hukum faraday yang pertama dan kedua memiliki hubungan yang dinyatakan dengan rumus G = k. i. t. ME

Untuk nilai k atau tetapan Faraday dan nilai ME nya adalah:

k = 196500       ME = Ar / Mrbiloks / valensi

Dengan demikian didapatkan sebuah rumus akhir dari kedua hukum faraday, yaitu:  G = i x t x ME96500

Penerapan Hukum Faraday Dalam Kehidupan Sehari Hari

pixabay.com/PIRO4D

Alangkah pentingnya hukum faraday dalam kehidupan manusia sehingga tanpa hukum ini, sektor-sektor besar seperti industri medis, industri otomotif, hingga industri mesin listrik tidak akan bisa berjalan dengan efektif.

Nah, yang lebih menarik lagi, penerapan hukum faraday dalam kehidupan sehari-hari bisa dilihat dari dua perspektif, yaitu fisika dan juga kimia.

• Fisika

Dari perspektif ilmu fisika, hukum faraday bisa diterapkan dalam kehidupan manusia dengan memakai rumus tertentu yang pastinya berbeda dengan rumus yang dipakai dalam ilmu kimia.

Salah satu contoh penerapannya berhubungan dengan elektrode, katoda, anoda, dan ion. Misalnya seperti alat transformator daya yang mempunyai prinsip kerja yang berdasarkan pada hukum faraday.

Lalu ada juga generator listrik yang menggunakan hukum faraday mengenai mutual induksi. Bahkan alat-alat musik elektronik juga merupakan contoh penerapan hukum faraday yang sering kita temukan dalam kehidupan sehari-hari.

• Kimia

Selain ilmu fisika, hukum faraday juga diterapkan menggunakan ilmu kimia. Dalam ilmu kimia, hukum ini sering dimanfaatkan dalam reduksi dan juga reaksi oksidasi. Reaksi ini dipakai dalam proses elektrolisis yang di dalamnya terjadi proses transfer elektron.

Jadi elektron atau arus listrik dari luar dipakai untuk membentuk Cu(s). Contohnya seperti kompor induksi yang menggunakan prinsip induksi timbal balik. Saat arus mengalir lewat kumparan kawat tembaga yang diletakkan di bawah tempat memasak, maka akan menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah.

Medan magnet yang berubah-ubah inilah yang kemudian menginduksi GGL sehingga arus yang ada di dalam menjadi panas. Contoh lainnya adalah electromagnetic flow meter yang biasa dimanfaatkan untuk mengetahui kecepatan suatu fluida.

Dalam electromagnetic flow meter ini, saat medan magnet diterapkan dalam pipa yang berinsulasi listrik tempat cairan mengalir, maka gaya gerak listrik akan diinduksi di dalamnya. GGL induksi ini sama dengan kecepatan aliran fluida nya.

Faktor Yang Dapat Mempengaruhi Besar Gaya Gerak Listrik

Dari pembahasan tentang hukum faraday di atas, diketahui beberapa faktor yang mampu mempengaruhi gaya gerak listrik. Yang pertama adalah jumlah lilitan yang ada dalam kumparan, lalu kecepatan gerak medan magnet, dan kekuatan magnet.

• Jumlah lilitan dalam kumparan

Intinya, makin banyak kumparan yang ada dalam lilitan induksi maka makin besar surface level yang nantinya terpengaruhi oleh medan magnet. Dengan begitu, jumlah lilitan yang terpengaruhi oleh medan magnet juga semakin besar sebab induksi dan gaya gerak listriknya pun semakin besar.

• Kecepatan gerak medan magnet

Kecepatan gerak medan magnet dapat mempengaruhi konduktor listrik dengan prinsip makin cepat gerakan gaya medan magnet mengenai konduktor, berarti besaran induksi tegangannya juga semakin besar. Mudahnya, ketika medan magnet bergerak dengan cepat gaya gerak listriknya makin besar.

• Kekuatan magnet

Kekuatan magnet dapat menentukan besaran jumlah fluks (garis gaya medan magnet). Makin kuat magnetnya, makin banyak dan makin besar pula gambaran garis pengaruhnya. Dan makin banyak jumlah garis yang mengenai konduktor kumparannya, induksi akan menghasilkan tenaga yang makin besar.

Contoh soal hukum faraday dan pembahasannya

Soal 1

1. Baterai timbal 6 V mengandung 207 g rimbal (Ar = 207) pada anoda dan PbO2 berlebih pada katoda. Jika reaksi di anoda menghasilkan Pb2+ dan 1 f = 96500 C/mol elektron, maka baterai tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan arus 1 A maksimum selama:

1. 193000 detik
2. 96500 detik
3. 72375 detik
4. 48250 detik
5. 24125 detik

Jawaban; A

Pembahasan:

W = i. t. e96500 -> e = ArpBO

W = i x t x ArpBO x 96500

207 g = 1A x t x 2072 x 96500

t = 207 x 2 x 96500207

t = 193000 detik

Soal 2

2. Kadmium yang diendapkan di katoda dari proses elektrolisis larutan CdCl2 (M2 = 183) dengan elektroda karbon adalah 22,4 g (Ar Cd = 112). Muatan listrik (1F = 96500 C mol-1) yang digunakan dalam proses tersebut adalah:

1. 9650 C
2. 11800 C
3. 19300 C
4. 23624 C
5. 38600 C

Jawab E

Pembahasan:

CdCl2 -> Cd2 + 2Cl-

Cd2 + 2e -> Cd(endapan)

Mol zat = QF x pBO

22,4 g112gmol = Q96500 x 2

Q = 96500 x 2 x 22,4112

4323200112

Err:509

Soal 3

3. Elektrolisis Al2O3 dalam pelarut kriolit dilakukan dengan arus 4A selama 24125 detik (1 F = 96500 C/mol elektron), jumlah logam Al yang diperoleh adalah:

1. 0,33 mol
2. 0,50 mol
3. 1,00 mol
4. 2,00 mol
5. 3,00 mol

Jawab: A

Pembahasan:

Al2O3 -> 2Al3+ + 3O2-

Al3+(aq) + 3e -> Al(g)

W = i . t . Ar96500 x pBO

WAr = i . t 96500 x pBO

mol Al = i . t 96500 x pBO

mol Al = 4 A x 24125 detik96500 x 3

mol Al = 13 = 0,33 mol

Soal 4

4. Sebanyak 54 g cuplikan perak (Ar = 108) dilarutkan dalam asam nitrat. Untuk mengendapkan semua Ag+ dari larutan tersebut dibutuhkan 200 mL NaCl 0,5 M. Kadar perak dalam cuplikan adalah:

1. 40%
2. 20%
3. 10%
4. 5%
5. 2%

Jawab: B

Pembahasan:

(mol x valensi)NaCl = (mol x valensi)Ag+

((0,5 M x 200 mL1000) x 1)NaCl = (mol x 1)Ag+

molAg+ = 0,1 mol

gram Ag+108 = 0,1 mol

Gram Ag+ = 10,8 gram

Kadar perak dalam cuplikan adalah

% Ag = massa Agmassa cuplikan x 100%

% Ag = 10,8 g54 g x 100%

% Ag = 20%

Soal 5

5. Dalam suatu proses elektrolisis, arus listrik 1930 C dilewatkan dalam leburan suatu zat elektrolit dan mengendapkan 1,5 gram unsur X pada katoda. Jika Ar X = 150 dan 1 F = 96500, maka ion X dapat ditulis:

1. X+
2. X_
3. X2+
4. X2-
5. X3+

Jawab: C

Pembahasan:

mol zat = Q96500 x pBO

1,5 gram159 gmol = 1930 C96500 x pBO

pBO = 1930 C x 150 g/mol96500 x 1,5 gr

pBO = 289500144750

2

Err:520

Jika ingin mengetahui berbagai macam soal tentang hukum faraday lainnya kamu bisa membaca buku Strategi Cerdas Bank Soal Kimia SMA Kelas 10, 11, 12. Di dalam buku ini ada berbagai macam contoh soal yang bisa kamu pelajari. Selain itu, buku ini juga akan memberikan penjelasan setiap jawaban, sehingga kamu akan lebih mudah dalam memahami materinya.

Itulah pembahasan tentang hukum Faraday hingga rumus hukum Faraday. Semoga semua pembahasan di atas akan memudahkan kalian dalam mengerjakan soal hukum Faraday.

Jika ingin mencari buku tentang fisika, maka kalian bisa mendapatkannya di gramedia.com. Untuk mendukung Grameds dalam menambah wawasan, Gramedia selalu menyediakan buku-buku berkualitas dan original agar Grameds memiliki informasi #LebihDenganMembaca.

Penulis: Gilang Oktaviana

Sumber:

• https://wikielektronika.com/hukum-faraday/?page=all
• https://www.quipper.com/id/blog/mapel/kimia/materi-elektrolisis-kelas-12/
• https://www.ruangguru.com/blog/mengenal-bunyi-hukum-faraday
• https://www.ruangguru.com/blog/apa-bunyi-hukum-faraday-1-dan-2
• https://www.zenius.net/blog/faraday
• Syofnia Siska, S.Si (2013) Pendalaman Materi Kilat Kimia SMA/MA Kelas 10,11,12. Penerbit Dunia Cerdas