Apa Itu Hukum Faraday? Prinsip dan Contoh Soal

Menjadi salah satu hukum fisika yang memiliki sumbangan besar terhadap kemajuan listrik, hukum Faraday menjadikan listrik sebagai hal sangat penting bagi kehidupan manusia modern. Michael Faraday saat itu berhasill menciptakan generator listrik pertama yang digunakan memenuhi kebutuhan manusia hingga penemuan induksi elektromagnetik.

Dijelaskan adanya penemuan mengenai aspek kuantitatif yang terdapat pada elektrolisis dan hasilnya berupa dua hukum elektrolisis Faraday. Beberapa jenis aspek kuantitatif yang disebutkan seperti massa zat hasil, volume gas, jumlah mol elektron kuat arus dan waktu elektrolisis yang dibutuhkan dalam proses.

Prinsip Kerja Hukum Faraday

Sebelum mengetahui lebih lanjut mengenai Hukum Faraday dan apa saja pengaplikasian di dalamnya. Perlu memahami lebih dulu mengenai prinsip kerja hukum ini, dimulai dari  pengertiannya. Hukum Faraday adalah aturan yang isinya berupa penjelasan tentang hubungan antara massa zat terdapat pada elektrode bermuatan listrik yang dihasilkan suplai elektrolisis.

Michael Faraday melihat setiap atom yang diperoleh dibawa oleh satu mol elektron, hal ini diamatinya selama proses elektrolisis. Hasilnya ditemukan konstanta yang bermanfaat untuk menghitung besaran muatan yang terdapat di dalam satu mol elektron. Mempermudah dalam menghitung stoikiometri menjadi salah satu manfaat yang didapat.

Terdapat konstanta Faraday yang dipakai untuk menghitung besarnya muatan yang terdapat di dalam satu mol elektron. Konstanta Faraday memudahkan proses perhitungan stoikiometri elektrolisis dan dampaknya membuat konstanta Faraday memungkinkan dalam melakukan perhitungan stoikiometri tanpa harus memperhitungkan muatan elektron di setiap saat.

Konstanta Faraday disimbolkan dengan F dan memiliki nilai seperti berikut, F adalah L/Mol x muatan elektron atau elektron, F adalah (6,02214 x 10^23 elektron/mol) x (1,6022 x 10^-19 C/elektron) dan F adalah 96.500 C. Setelah itu pemahaman selanjutnya terkait Faraday adalah pembagian hukum ini yang dibedakan menjadi dua jenis.

Pada dasarnya hukum Faraday dipakai dalam melakukan hipotesis atau prediksi terkait bagaimana suatu medan magnet mampu berinteraksi dengan rangkaian listrik. Berguna memunculkan gaya gerak listrik atau disebut dengan induksi elektromagnetik. Hukum Faraday dibagi menjadi dua jenis, yakni Hukum Faraday I dan Faraday II.

Hukum Faraday I

Hukum Faraday I menyatakan jika suatu massa zat yang dilarutkan atau diendapkan akan berbanding lurus dengan muatan yang dilewati dalam sel dan massa ekivalen dari zat tersebut. Hukum Faraday I berbunyi sebagai berikut, massa zat yang didapat pada elektroda ketika proses elektrolisis sebanding dengan jumlah muatan listrik yang mengalir.

Dari bunyi hukum di atas dapat dilihat bahwa massa produk yang disimbolkan dengan W, diendapkan atau dilarutkan pada elektroda akan semakin banyak. Bertambah banyaknya jumlah massa itu beriringan dengan peningkatan pada muatan listrik yang disimbolkan dengan Q yang digunakan, sehingga dapat disimpulkan bahwa W = Q, rumus hukum Faraday I adalah W = e . i . t/F.

• W adalah massa zat yang dihasilkan dengan ketentuan gram.
• e adalah ekuivalen.
• i adalah kuat arus dengan ketentuan ampere.
• t adalah waktu dengan ketentuan sekon.
• F adalah tetapan Faraday yakni 96.500 Coulomb/mol.

Hukum Faraday II

Hukum Faraday II memiliki poin yang sangat menarik, di mana hukum ini berlaku pada dua sel elektrolisis dengan kepemilikan zat berbeda. Adanya jumlah zet produk elektrolisis yang berbeda sehingga memunculkan berbanding lurus dengan massa ekuivalen dari zat-zat yang ada tersebut, dalam memahami hal ini sesuai dengan bunyi hukum Faraday II.

Bunyi hukum Faraday II adalah massa zat yang dihasilkan dalam suatu elektroda yang muncul selama elektrolisis (W) berbanding lurus dengan massa ekuivalen (e) dari zat tersebut. Jika sebagian sel elektrolisis disusun berdasarkan seri atau arus listrik dalam jumlah yang sama termasuk jumlah muatan listrik yang sama juga.

Sehingga akan memunculkan perbandingan massa zat-zat yang diperoleh menjadi sama dengan perbandingan massa ekuivalen masing-masing zat. Rumus hukum Faraday II adalah W1 / W2 = e1 / e3, W1 adalah massa zat 1 (gram), W2 adalah massa zat 2 (gram), ei adalah ekuivalen zat 1 dan e2 adalah ekuivalen zat 2.

Penjelasan ini menegaskan jika memang adanya penerapan hukum ini dipakai untuk memperhitungkan aspek kuantitatif zat-zat yang terlibat dalam reaksi di dalam sel elektrolisis. Selain itu faraday juga merupakan suatu hukum mengenai induksi elektromagnetik setelah dilakukannya percobaan mengenai bagaimana medan magnet melakukan induksi terhadap suatu arus listrik.

Baca juga: Pengertian Hukum Bernoulli, Persamaan dan Contoh Soal

Penemuan Induksi Elektromagnetik

Michael Faraday menjadi kepala laboratorium di Royal Institute menggantikan posisi Sir Humphry Davy yang saat itu mengalami sakit parah. Enam tahun setelahnya Faraday menemukan induksi elektromagnetik dengan menggunakan cincin induksi sebagai trafo elektronika pertama yang ada di dunia pada saat itu.

Dalam percobaan kedua yang dilakukan pada September 1831, Faraday menemukan induksi magnet-listrik berupa produksi arus listrik yang stabil. Penemuan itu kemudian menjadi prinsip di balik lahirnya motor listrik modern, transformator dan adanya generator listrik. Begitu pula dengan penemuan Hukum Faraday yang sudah dijelaskan secara detail di atas. 

Sebelum pada tahun 1839, Michael Faraday mengalami masalah yang membuat kesehatannya menurun secara drastis yakni gangguan saraf. Kesehatan sang ilmuwan yang terus memburuk membuat penelitiannya berkurang, meskipun tanggung jawab sebagai dosen pada saat itu masih diembannya hingga tahun 1861.

Tepat di usianya yang ke-75 tahun, sang penemu listrik akhirnya meninggal dunia di kediamannya yang berada di Hampton Court. Pada tanggal 25 Agustus 1867, menurut kabar yang beredar Faraday meninggal dunia saat duduk di ruang kerjanya. Jenazahnya kemudian dimakamkan di Pemakaman Highgate yang terletak di London Utara dan kemudian dibuatkan monumen sebagai peringatan.

Contoh Soal Hukum Faraday

• Contoh Soal 1

Berapakah massa ekuivalen untuk sebuah reaksi berikut Cu2+ (aq) + 2e – Cu (s) jika memiliki, tembaga (Cu) Ar = 63,5 ?

Dilihat dari reaksi di atas maka terlihat adanya perubahan bilangan oksidasi yakni pada +2, sehingga massa ekuivalen dari Cu adalah ME = Ar/biloks = 63,5/2 = 31,75. Apabila jumlah listrik yang sama dialirkan ke dalam dua atau lebih sel elektrolisis dengan elektrolit berbeda. Maka perbandingan zat yang dibebaskan berbanding lurus dengan perbandingan massa ekuivalen zat.

• Contoh Soal 2

Apabila dalam rangkaian di atas membentuk endapan Cu sebesar 5 gram, maka berapa Ag yang mengendap pada elektrode? (Cu = 63,5, Ag= 108).

Jawab

Untuk menghitung massa Ag, wag menggunakan rumus yang sudah disediakan pada gambar di atas di mana ME = Ar / biloks. Sementara diketahui bahwa Cu, wcu = 5 gram. Untuk menghitung MEcu dan MEag harus menuliskan dulu reaksi reduksi Cu dan Ag seperti gambar di bawah ini. 

Jika hukum Faraday I dan Faraday II digabungkan maka diperoleh w = I x t x ME, selanjutnya perbandingan ini menjadi persamaan dengan menambahkan faktor 1/96.500 dan diperoleh rumus hukum Faraday w= 1/96.500 x I x t x ME.

Demikian penjelasan dan pembahasan mengenai prinsip hukum Faraday, mulai dari pengertian dan contoh soal yang mudah untuk dikerjakan. Sampoerna Academy menjadikan para siswa gemar memahami ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan alam, termasuk hal-hal mendasar seperti terjadinya proses arus listrik dan hukum ini di dalamnya.

Sampoerna Academy menerapkan kurikulum berstandar internasional tak hanya memberi dan mempelajari ilmu teori di kelas tetapi juga mempraktekkannya secara langsung. Sampoerna Academy memiliki tenaga pengajar atau guru yang kompeten di bidangnya serta berkualitas, Sampoerna Academy juga melengkapi fasilitas belajar sesuai dengan kebutuhan para siswa.

Referensi
Detik.com