Arus dan tegangan. Jenis dan aturan

Kondisi untuk penampilan saat ini

Ilmu pengetahuan modern telah menciptakan teori yang menjelaskan proses alam. Banyak proses didasarkan pada salah satu model struktur atom, yang disebut model planet. Menurut model ini, atom terdiri dari inti bermuatan positif dan awan elektron bermuatan negatif yang mengelilingi inti. Zat yang berbeda, yang terdiri dari atom, sebagian besar stabil dan tidak berubah sifat-sifatnya dalam kondisi yang tidak berubah. lingkungan. Tetapi di alam ada proses yang dapat mengubah keadaan stabil zat dan menyebabkan dalam zat ini fenomena yang disebut arus listrik.

Proses dasar seperti itu bagi alam adalah gesekan. Banyak orang yang tahu bahwa jika menyisir rambut dengan sisir yang terbuat dari plastik jenis tertentu, atau memakai pakaian yang terbuat dari jenis kain tertentu, ada efek lengket. Rambut tertarik dan menempel pada sisir, dan hal yang sama terjadi pada pakaian. Efek ini dijelaskan oleh gesekan, yang melanggar stabilitas bahan sisir atau kain. Awan elektron dapat bergerak relatif terhadap inti atau sebagian runtuh. Dan sebagai hasilnya, zat tersebut memperoleh muatan listrik, yang tandanya ditentukan oleh struktur zat ini. Muatan listrik yang dihasilkan dari gesekan disebut elektrostatik.

Ternyata sepasang zat bermuatan. Setiap zat memiliki potensial listrik tertentu. Medan listrik, dalam hal ini medan elektrostatik, bekerja pada ruang antara dua zat bermuatan. Efektivitas medan elektrostatik tergantung pada besarnya potensi dan didefinisikan sebagai perbedaan potensial atau tegangan.

• Ketika tegangan muncul, di ruang antara potensi, gerakan terarah partikel zat bermuatan muncul - arus listrik.

Dimana arus listrik mengalir?

Dalam hal ini, potensi akan berkurang jika gesekan berhenti. Dan, pada akhirnya, potensi akan hilang, dan zat akan mendapatkan kembali stabilitas.

Tetapi jika proses pembentukan potensial dan tegangan berlangsung terus ke arah kenaikannya, maka arus juga akan bertambah sesuai dengan sifat-sifat zat yang mengisi ruang antar potensial. Paling demonstrasi proses seperti itu adalah kilat. Gesekan arus udara yang naik dan turun terhadap satu sama lain menyebabkan munculnya ketegangan yang sangat besar. Akibatnya, satu potensi terbentuk oleh gaya naik di langit, dan yang lainnya oleh gaya turun di bumi. Dan, pada akhirnya, karena sifat-sifat udara, timbul arus listrik dalam bentuk petir.

• Alasan pertama untuk penampilan arus listrik adalah ketegangan.
• Alasan kedua munculnya arus listrik adalah ruang di mana tegangan bekerja - dimensinya dan apa yang diisinya.

Ketegangan datang dari lebih dari sekedar gesekan. Proses fisik dan kimia lain yang mengganggu keseimbangan atom-atom materi juga menyebabkan munculnya stres. Ketegangan muncul hanya sebagai akibat dari interaksi baik

• satu zat dengan zat lain;
• satu atau lebih zat dengan medan atau radiasi.

Stres bisa berasal dari:

• reaksi kimia yang terjadi dalam materi, seperti di semua baterai dan akumulator, serta di semua makhluk hidup;
• radiasi elektromagnetik, seperti panel surya dan pembangkit listrik termal;
• medan elektromagnetik, seperti, misalnya, di semua dinamo.

Arus listrik memiliki sifat yang sesuai dengan zat di mana ia mengalir. Oleh karena itu, berbeda:

• dalam logam;

• dalam cairan dan gas;

• dalam semikonduktor

Dalam logam, arus listrik hanya terdiri dari elektron, dalam cairan dan gas - dari ion, dalam semikonduktor - dari elektron dan "lubang".

Arus searah dan bolak-balik

Tegangan relatif terhadap potensinya, yang tanda-tandanya tetap tidak berubah, hanya dapat berubah besarnya.

• Dalam hal ini, arus listrik konstan atau berdenyut muncul.

Arus listrik tergantung pada durasi perubahan ini dan sifat-sifat ruang yang diisi dengan materi di antara potensial.

• Tetapi jika tanda-tanda potensi berubah dan ini mengarah pada perubahan arah arus, itu disebut variabel, seperti tegangan yang menentukannya.

Kehidupan dan arus listrik

Untuk perkiraan kuantitatif dan kualitatif arus listrik di ilmu pengetahuan modern dan teknologi menggunakan hukum dan besaran tertentu. Hukum utamanya adalah:

• hukum Coulomb;
• Hukum Ohm.

Charles Coulomb pada tahun 80-an abad ke-18 menentukan munculnya tegangan, dan Georg Ohm pada tahun 20-an abad ke-19 menentukan munculnya arus listrik.

Di alam dan peradaban manusia, ia digunakan terutama sebagai pembawa energi dan informasi, dan topik studi dan penggunaannya seluas kehidupan itu sendiri. Sebagai contoh, penelitian telah menunjukkan bahwa semua organisme hidup hidup karena otot-otot jantung berkontraksi dari dampak pulsa arus listrik yang dihasilkan dalam tubuh. Semua otot lain bekerja dengan cara yang sama. Saat membelah, sel menggunakan informasi berdasarkan arus listrik pada frekuensi yang sangat tinggi. Daftar fakta serupa dengan klarifikasi dapat dilanjutkan di volume buku ini.

Banyak penemuan telah dibuat terkait dengan arus listrik, dan masih banyak lagi yang harus dilakukan. Oleh karena itu, dengan munculnya alat penelitian baru, hukum baru, bahan dan hasil lain muncul untuk penggunaan praktis dari fenomena ini.

Listrik

Pertama-tama, ada baiknya mencari tahu apa yang dimaksud dengan arus listrik. Arus listrik adalah gerakan teratur partikel bermuatan dalam konduktor. Agar itu terjadi, Anda harus terlebih dahulu membuat Medan listrik, di bawah aksi yang partikel bermuatan tersebut akan bergerak.

Informasi pertama tentang listrik, yang muncul berabad-abad yang lalu, terkait dengan "muatan" listrik yang diperoleh melalui gesekan. Sudah di zaman kuno, orang tahu bahwa ambar, dikenakan pada wol, memperoleh kemampuan untuk menarik benda-benda ringan. Tapi hanya di akhir XVI abad dokter bahasa inggris Gilbert mempelajari fenomena ini secara rinci dan menemukan bahwa banyak zat lain memiliki sifat yang persis sama. Benda yang mampu, seperti ambar, setelah digosok untuk menarik benda-benda ringan, disebutnya beraliran listrik. Kata ini berasal dari elektron Yunani - "kuning". Saat ini, kami mengatakan bahwa ada muatan listrik pada benda dalam keadaan ini, dan benda itu sendiri disebut "bermuatan".

Muatan listrik selalu muncul ketika zat yang berbeda berada dalam kontak dekat. Jika benda padat, maka kontak dekat mereka dicegah oleh tonjolan mikroskopis dan ketidakteraturan yang ada di permukaannya. Dengan meremas benda-benda tersebut dan menggosoknya bersama-sama, kami menyatukan permukaannya, yang tanpa tekanan hanya akan menyentuh beberapa titik. Di beberapa benda, muatan listrik dapat bergerak bebas di antara bagian yang berbeda, sementara di benda lain hal ini tidak mungkin. Dalam kasus pertama, benda disebut "konduktor", dan yang kedua - "dielektrik, atau isolator." Konduktor adalah semua logam, larutan garam dan asam dalam air, dll. Contoh isolator adalah amber, kuarsa, ebonit, dan semua gas yang berada dalam kondisi normal.

Namun demikian, perlu dicatat bahwa pembagian benda menjadi konduktor dan dielektrik sangat arbitrer. Semua zat menghantarkan listrik pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil. Muatan listrik ada yang positif atau negatif. Arus seperti ini tidak akan bertahan lama, karena badan yang dialiri listrik akan kehabisan daya. Untuk kelangsungan arus listrik dalam konduktor, perlu untuk mempertahankan medan listrik. Untuk tujuan ini, sumber arus listrik digunakan. Kasus paling sederhana terjadinya arus listrik adalah ketika salah satu ujung kabel dihubungkan ke benda yang dialiri listrik, dan ujung lainnya ke tanah.

Sirkuit listrik yang memasok arus ke bola lampu dan motor listrik tidak muncul sampai setelah penemuan baterai, yang dimulai sekitar tahun 1800. Setelah itu, perkembangan doktrin kelistrikan berjalan begitu pesat sehingga dalam waktu kurang dari satu abad tidak hanya menjadi bagian dari fisika, tetapi juga menjadi dasar peradaban kelistrikan yang baru.

Besaran utama arus listrik

Jumlah listrik dan kekuatan arus. Efek arus listrik bisa kuat atau lemah. Kuat arus listrik tergantung pada jumlah muatan yang mengalir melalui rangkaian dalam satuan waktu tertentu. Semakin banyak elektron yang berpindah dari satu kutub sumber ke kutub lainnya, semakin besar muatan total yang dibawa oleh elektron. Muatan total ini disebut jumlah listrik yang melewati konduktor.

Jumlah listrik tergantung, khususnya, pada efek kimia dari arus listrik, yaitu, semakin besar muatan yang melewati larutan elektrolit, semakin banyak zat akan mengendap di katoda dan anoda. Dalam hal ini, besaran listrik dapat dihitung dengan menimbang massa zat yang terdeposit pada elektroda dan mengetahui massa dan muatan satu ion zat tersebut.

Kekuatan saat ini adalah nilai yang sama dengan rasio muatan listrik melewati penampang konduktor, pada saat alirannya. Satuan muatan adalah coulomb (C), waktu diukur dalam detik (s). Dalam hal ini, satuan kekuatan arus dinyatakan dalam C/s. Satuan ini disebut ampere (A). Untuk mengukur kekuatan arus dalam suatu rangkaian, alat pengukur listrik yang disebut ammeter digunakan. Untuk penyertaan dalam rangkaian, ammeter dilengkapi dengan dua terminal. Itu termasuk dalam rangkaian secara seri.

tegangan listrik. Kita sudah tahu bahwa arus listrik adalah gerakan teratur partikel bermuatan - elektron. Gerakan ini dibuat dengan bantuan medan listrik, yang melakukan sejumlah pekerjaan. Fenomena ini disebut kerja arus listrik. Untuk memindahkan lebih banyak muatan melalui rangkaian listrik dalam 1 detik, medan listrik harus melakukan lebih banyak pekerjaan. Berdasarkan hal tersebut, ternyata kerja arus listrik harus bergantung pada kuat arus. Tetapi ada nilai lain di mana pekerjaan arus bergantung. Nilai ini disebut tegangan.

Tegangan adalah perbandingan kerja arus pada bagian tertentu dari rangkaian listrik dengan muatan yang mengalir melalui bagian rangkaian yang sama. Kerja saat ini diukur dalam joule (J), muatan diukur dalam liontin (C). Dalam hal ini, satuan pengukuran tegangan adalah 1 J/C. Satuan ini disebut volt (V).

Agar muncul tegangan pada suatu rangkaian listrik, diperlukan sumber arus. Dalam rangkaian terbuka, tegangan hanya ada di terminal sumber arus. Jika sumber arus ini termasuk dalam rangkaian, tegangan juga akan muncul di bagian tertentu dari rangkaian. Dalam hal ini, juga akan ada arus di sirkuit. Artinya, secara singkat kita dapat mengatakan yang berikut: jika tidak ada tegangan di sirkuit, tidak ada arus. Untuk mengukur tegangan, alat ukur listrik yang disebut voltmeter digunakan. Miliknya penampilan itu menyerupai ammeter yang disebutkan sebelumnya, dengan satu-satunya perbedaan bahwa huruf V ada pada skala voltmeter (bukan A pada ammeter). Voltmeter memiliki dua terminal, dengan bantuan yang terhubung secara paralel ke sirkuit listrik.

hambatan listrik. Setelah menghubungkan semua jenis konduktor dan ammeter ke sirkuit listrik, Anda dapat melihat bahwa ketika menggunakan konduktor yang berbeda, ammeter memberikan pembacaan yang berbeda, yaitu, dalam hal ini, kekuatan arus yang tersedia di sirkuit listrik berbeda. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa konduktor yang berbeda memiliki hambatan listrik yang berbeda, yang merupakan kuantitas fisik. Untuk menghormati fisikawan Jerman, dia diberi nama Ohm. Sebagai aturan, unit yang lebih besar digunakan dalam fisika: kiloohm, megaohm, dll. Resistansi konduktor biasanya dilambangkan dengan huruf R, panjang konduktor adalah L, luas penampang adalah S. Dalam hal ini, resistansi dapat berupa ditulis sebagai rumus:

dimana koefisien p disebut resistivitas. Koefisien ini menyatakan hambatan suatu penghantar yang panjangnya 1 m dengan luas penampang sama dengan 1 m2. Resistivitas dinyatakan dalam ohm x m. Karena kabel, biasanya, memiliki penampang yang agak kecil, luasnya biasanya dinyatakan dalam milimeter persegi. Dalam hal ini, satuan resistivitas adalah Ohm x mm2/m. Pada tabel di bawah ini. 1 menunjukkan resistivitas beberapa bahan.

Menurut Tabel. 1, menjadi jelas bahwa tembaga memiliki resistivitas listrik terkecil, dan paduan logam memiliki yang terbesar. Selain itu, dielektrik (isolator) memiliki resistivitas yang tinggi.

kapasitansi listrik. Kita telah mengetahui bahwa dua konduktor yang diisolasi satu sama lain dapat mengakumulasi muatan listrik. Fenomena ini ditandai dengan kuantitas fisik, yang disebut kapasitansi listrik. Kapasitansi listrik dari dua konduktor tidak lebih dari rasio muatan salah satunya dengan perbedaan potensial antara konduktor ini dan konduktor tetangga. Semakin rendah tegangan ketika konduktor menerima muatan, semakin besar kapasitansinya. Farad (F) diambil sebagai satuan kapasitansi listrik. Dalam praktiknya, pecahan dari unit ini digunakan: mikrofarad (µF) dan picofarad (pF).

Yandex.DirectSemua iklanApartemen untuk sewa harian Kazan! Apartemen dari 1000 rubel. sehari-hari. Mini-hotel. Dokumen pelaporan16.forguest.ru Apartemen Disewa Harian di Kazan Apartemen nyaman di semua distrik Kazan. Sewa apartemen cepat.fatyr.ru Yandex.Browser Baru! Bookmark yang nyaman dan perlindungan yang andal. Peramban untuk jalan-jalan yang menyenangkan di internet!browser.yandex.ru 0+

Jika Anda mengambil dua konduktor yang diisolasi satu sama lain, menempatkannya pada jarak kecil satu sama lain, Anda mendapatkan kapasitor. Kapasitansi kapasitor tergantung pada ketebalan pelatnya dan ketebalan dielektrik dan permeabilitasnya. Dengan mengurangi ketebalan dielektrik antara pelat kapasitor, adalah mungkin untuk meningkatkan kapasitansi yang terakhir. Pada semua kapasitor, selain kapasitansinya, tegangan yang dirancang untuk perangkat ini harus ditunjukkan.

Usaha dan daya arus listrik. Dari uraian di atas, jelas bahwa arus listrik melakukan sejumlah pekerjaan. Ketika motor listrik dihubungkan, arus listrik membuat semua jenis peralatan bekerja, menggerakkan kereta api di sepanjang rel, menerangi jalan, memanaskan rumah, dan juga menghasilkan efek kimia, yaitu memungkinkan elektrolisis, dll. Kita dapat mengatakan bahwa kerja arus di bagian tertentu dari rangkaian sama dengan arus produk, tegangan, dan waktu selama pekerjaan itu dilakukan. Usaha diukur dalam joule, tegangan dalam volt, arus dalam ampere, dan waktu dalam detik. Dalam hal ini, 1 J = 1V x 1A x 1s. Dari sini ternyata untuk mengukur kerja arus listrik, tiga perangkat harus digunakan sekaligus: ammeter, voltmeter, dan jam. Tapi ini rumit dan tidak efisien. Oleh karena itu, biasanya kerja arus listrik diukur meteran listrik. Perangkat perangkat ini berisi semua perangkat di atas.

Kekuatan arus listrik sama dengan rasio kerja arus terhadap waktu selama itu dilakukan. Daya dilambangkan dengan huruf "P" dan dinyatakan dalam watt (W). Dalam praktiknya, kilowatt, megawatt, hektowatt, dll digunakan.Untuk mengukur kekuatan rangkaian, Anda perlu mengambil wattmeter. Kerja listrik dinyatakan dalam kilowatt-jam (kWh).

Hukum dasar arus listrik

Hukum Ohm. Tegangan dan arus dianggap sebagai karakteristik sirkuit listrik yang paling nyaman. Salah satu ciri utama penggunaan listrik adalah transportasi energi yang cepat dari satu tempat ke tempat lain dan transfernya ke konsumen dalam bentuk yang diinginkan. Produk dari perbedaan potensial dan kekuatan arus memberikan daya, yaitu jumlah energi yang dilepaskan dalam rangkaian per satuan waktu. Seperti disebutkan di atas, untuk mengukur daya dalam rangkaian listrik, dibutuhkan 3 perangkat. Apakah mungkin untuk melakukannya dengan satu dan menghitung daya dari pembacaannya dan beberapa karakteristik rangkaian, seperti resistansinya? Banyak orang menyukai ide ini, mereka menganggapnya bermanfaat.

Jadi, berapa hambatan kawat atau rangkaian secara keseluruhan? Apakah kawatnya suka? pipa air atau tabung dari sistem vakum, properti konstan yang bisa disebut resistensi? Misalnya, dalam pipa, rasio perbedaan tekanan yang menciptakan aliran dibagi dengan laju aliran biasanya merupakan karakteristik pipa yang konstan. Dengan cara yang sama, aliran panas dalam kawat tunduk pada hubungan sederhana, yang meliputi perbedaan suhu, luas penampang kawat, dan panjangnya. Penemuan hubungan seperti itu untuk rangkaian listrik adalah hasil dari pencarian yang berhasil.

Pada tahun 1820-an, guru sekolah Jerman Georg Ohm adalah orang pertama yang mulai mencari rasio di atas. Pertama-tama, ia mendambakan ketenaran dan ketenaran, yang memungkinkannya mengajar di universitas. Itulah satu-satunya alasan dia memilih bidang studi yang menawarkan keunggulan tertentu.

Om adalah putra seorang tukang kunci, jadi dia tahu cara menggambar kawat logam dengan ketebalan berbeda, yang dia butuhkan untuk eksperimen. Karena pada masa itu tidak mungkin membeli kawat yang cocok, Om membuatnya dengan tangannya sendiri. Selama percobaan, ia mencoba panjang yang berbeda, ketebalan yang berbeda, logam yang berbeda dan bahkan suhu yang berbeda. Semua faktor ini ia bervariasi pada gilirannya. Dalam waktu Ohm, baterai masih lemah, memberikan arus dengan besaran variabel. Dalam hal ini, peneliti menggunakan termokopel sebagai generator, yang sambungan panasnya ditempatkan dalam nyala api. Selain itu, ia menggunakan ammeter magnetik kasar, dan mengukur perbedaan potensial (Ohm menyebutnya "tegangan") dengan mengubah suhu atau jumlah sambungan termal.

Doktrin rangkaian listrik baru saja mendapat perkembangannya. Setelah penemuan baterai sekitar tahun 1800, baterai mulai berkembang lebih cepat. Berbagai perangkat dirancang dan diproduksi (cukup sering dengan tangan), hukum baru ditemukan, konsep dan istilah muncul, dll. Semua ini mengarah pada pemahaman yang lebih dalam tentang fenomena dan faktor listrik.

Pemutakhiran pengetahuan tentang kelistrikan, di satu sisi menyebabkan munculnya bidang fisika baru, di sisi lain menjadi dasar bagi pesatnya perkembangan teknik elektro, yaitu baterai, generator, sistem catu daya untuk penerangan dan penggerak listrik, tungku listrik, motor listrik, dll ditemukan , lainnya.

Penemuan Ohm adalah nilai bagus baik untuk pengembangan doktrin ketenagalistrikan, maupun untuk pengembangan teknik elektro terapan. Mereka membuatnya mudah untuk memprediksi sifat-sifat sirkuit listrik untuk arus searah, dan kemudian untuk arus bolak-balik. Pada tahun 1826, Ohm menerbitkan sebuah buku di mana ia menguraikan kesimpulan teoretis dan hasil eksperimen. Tapi harapannya tidak dibenarkan, buku itu disambut dengan ejekan. Hal ini terjadi karena metode eksperimen kasar tampak kurang menarik di era di mana banyak orang menggemari filsafat.

Omu tidak punya pilihan selain meninggalkan posisinya sebagai guru. Dia tidak mencapai janji di universitas karena alasan yang sama. Selama 6 tahun, ilmuwan itu hidup dalam kemiskinan, tanpa keyakinan akan masa depan, mengalami perasaan kecewa yang pahit.

Namun lambat laun karya-karyanya mendapatkan ketenaran terlebih dahulu di luar Jerman. Om dihormati di luar negeri, penelitiannya digunakan. Dalam hal ini, rekan senegaranya dipaksa untuk mengenalinya di tanah air mereka. Pada tahun 1849 ia menerima gelar profesor di Universitas Munich.

Ohm menemukan hukum sederhana yang menetapkan hubungan antara arus dan tegangan untuk sepotong kawat (untuk bagian dari rangkaian, untuk seluruh rangkaian). Selain itu, ia membuat aturan yang memungkinkan Anda menentukan apa yang akan berubah jika Anda mengambil kawat dengan ukuran berbeda. Hukum Ohm dirumuskan sebagai berikut: kuat arus pada suatu bagian rangkaian berbanding lurus dengan tegangan pada bagian tersebut dan berbanding terbalik dengan resistansi bagian tersebut.

Hukum Joule-Lenz. Arus listrik di setiap bagian sirkuit melakukan pekerjaan tertentu. Sebagai contoh, mari kita ambil beberapa bagian dari rangkaian, di antara ujung-ujungnya terdapat tegangan (U). Menurut definisi tegangan listrik, pekerjaan yang dilakukan ketika memindahkan satu unit muatan antara dua titik adalah sama dengan U. Jika kuat arus di bagian tertentu dari rangkaian adalah i, maka muatan itu akan lewat dalam waktu t, dan oleh karena itu kerja arus listrik pada bagian ini adalah:

Ungkapan ini berlaku untuk arus searah dalam hal apapun, untuk setiap bagian dari rangkaian, yang mungkin berisi konduktor, motor listrik, dll. Daya saat ini, yaitu kerja per satuan waktu, sama dengan:

Rumus ini digunakan dalam sistem SI untuk menentukan satuan tegangan.

Mari kita asumsikan bahwa bagian dari rangkaian adalah konduktor tetap. Dalam hal ini, semua pekerjaan akan berubah menjadi panas, yang akan dilepaskan dalam konduktor ini. Jika konduktor homogen dan mematuhi hukum Ohm (ini mencakup semua logam dan elektrolit), maka:

dimana r adalah hambatan konduktor. Pada kasus ini:

Hukum ini pertama kali diturunkan secara empiris oleh E. Lenz dan, terlepas darinya, oleh Joule.

Perlu dicatat bahwa pemanasan konduktor menemukan banyak aplikasi di bidang teknik. Yang paling umum dan penting di antara mereka adalah lampu penerangan pijar.

Hukum induksi elektromagnetik. Pada paruh pertama abad ke-19, fisikawan Inggris M. Faraday menemukan fenomena induksi magnetik. Fakta ini, yang telah menjadi milik banyak peneliti, memberikan dorongan kuat untuk pengembangan teknik elektro dan radio.

Selama eksperimen, Faraday menemukan bahwa ketika jumlah garis induksi magnetik yang menembus permukaan yang dibatasi oleh loop tertutup berubah, arus listrik muncul di dalamnya. Ini mungkin merupakan dasar dari hukum fisika yang paling penting - hukum induksi elektromagnetik. Arus yang terjadi pada rangkaian disebut induktif. Karena kenyataan bahwa arus listrik terjadi di sirkuit hanya dalam kasus gaya eksternal yang bekerja pada muatan bebas, maka dengan perubahan fluks magnet yang melewati permukaan sirkuit tertutup, gaya eksternal yang sama ini muncul di dalamnya. Aksi gaya eksternal dalam fisika disebut gaya gerak listrik atau EMF induksi.

Induksi elektromagnetik juga muncul pada konduktor terbuka. Ketika konduktor melintasi magnet garis kekuatan, tegangan dibangkitkan pada ujungnya. Alasan munculnya tegangan seperti itu adalah EMF induksi. Jika fluks magnet yang melewati rangkaian tertutup tidak berubah, arus induksi tidak muncul.

Dengan menggunakan konsep "EMF induksi", orang dapat berbicara tentang hukum induksi elektromagnetik, yaitu, EMF induksi dalam loop tertutup sama dengan nilai absolut dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh lingkaran.

aturan Lenz. Seperti yang telah kita ketahui, arus induktif terjadi pada penghantar. Tergantung pada kondisi penampilannya, ia memiliki arah yang berbeda. Pada kesempatan ini, fisikawan Rusia Lenz merumuskan aturan berikut: arus induksi yang terjadi dalam rangkaian tertutup selalu memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptakannya tidak memungkinkan fluks magnet berubah. Semua ini menyebabkan munculnya arus induksi.

Arus induksi, seperti yang lainnya, memiliki energi. Jadi, dalam kasus terjadinya arus induksi, muncul Energi listrik. Menurut hukum kekekalan dan transformasi energi, energi yang disebutkan di atas hanya dapat muncul karena jumlah energi dari beberapa jenis energi lain. Dengan demikian, aturan Lenz sepenuhnya sesuai dengan hukum kekekalan dan transformasi energi.

Selain induksi, apa yang disebut induksi diri dapat muncul di koil. Esensinya adalah sebagai berikut. Jika arus muncul di kumparan atau kekuatannya berubah, maka medan magnet yang berubah muncul. Dan jika fluks magnet yang melewati kumparan berubah, maka gaya gerak listrik muncul di dalamnya, yang disebut Induksi diri EMF.

Menurut aturan Lenz, EMF induksi diri ketika rangkaian ditutup mengganggu kekuatan arus dan tidak memungkinkannya untuk meningkat. Ketika sirkuit EMF dimatikan, induksi sendiri mengurangi kekuatan arus. Dalam kasus ketika kekuatan arus dalam kumparan mencapai nilai tertentu, medan magnet berhenti berubah dan EMF induksi diri menjadi nol.

Ini adalah gerakan teratur partikel bermuatan tertentu. Untuk menggunakan potensi listrik sepenuhnya secara kompeten, perlu dipahami dengan jelas semua prinsip perangkat dan pengoperasian arus listrik. Jadi, mari kita cari tahu apa itu kerja dan daya saat ini.

Dari mana arus listrik berasal?

Terlepas dari kesederhanaan yang tampak dari pertanyaan itu, hanya sedikit yang mampu memberikan jawaban yang masuk akal untuk itu. Tentu saja, saat ini, ketika teknologi berkembang dengan kecepatan yang luar biasa, seseorang tidak terlalu memikirkan hal-hal dasar seperti prinsip pengoperasian arus listrik. Dari mana listrik berasal? Pasti banyak yang akan menjawab "Yah, dari soket, tentu saja" atau hanya mengangkat bahu. Sementara itu, sangat penting untuk memahami bagaimana arus bekerja. Ini harus diketahui tidak hanya oleh para ilmuwan, tetapi juga kepada orang-orang yang sama sekali tidak terhubung dengan dunia sains, untuk perkembangan serbaguna mereka secara umum. Tetapi untuk dapat menggunakan prinsip operasi saat ini dengan benar bukan untuk semua orang.

Jadi, sebagai permulaan, Anda harus memahami bahwa listrik tidak muncul entah dari mana: itu dihasilkan oleh generator khusus yang terletak di berbagai pembangkit listrik. Berkat kerja memutar bilah turbin, uap yang diperoleh sebagai hasil dari memanaskan air dengan batu bara atau minyak menghasilkan energi, yang kemudian diubah menjadi listrik dengan bantuan generator. Generatornya sangat sederhana: di tengah perangkat ada magnet besar dan sangat kuat, yang menyebabkan muatan listrik bergerak di sepanjang kabel tembaga.

Bagaimana listrik mencapai rumah kita?

Setelah sejumlah arus listrik diperoleh dengan bantuan energi (termal atau nuklir), ia dapat disuplai ke manusia. Pasokan listrik seperti itu berfungsi sebagai berikut: agar listrik berhasil menjangkau semua apartemen dan perusahaan, itu harus "didorong". Dan untuk ini Anda perlu meningkatkan kekuatan yang akan melakukannya. Ini disebut tegangan arus listrik. Prinsip operasinya adalah sebagai berikut: arus melewati transformator, yang meningkatkan tegangannya. Selanjutnya, arus listrik mengalir melalui kabel yang dipasang jauh di bawah tanah atau pada ketinggian (karena tegangan terkadang mencapai 10.000 volt, yang mematikan bagi manusia). Ketika arus mencapai tujuannya, ia harus melewati lagi transformator, yang sekarang akan mengurangi tegangannya. Kemudian melewati kabel ke pelindung yang terpasang di bangunan apartemen atau bangunan lainnya.

Listrik yang dibawa melalui kabel dapat digunakan berkat sistem soket yang menghubungkan peralatan rumah tangga dengannya. Kabel tambahan dibawa di dinding, di mana arus listrik mengalir, dan berkat itu, penerangan dan semua peralatan di rumah berfungsi.

Apa pekerjaan saat ini?

Energi yang dibawa arus listrik itu sendiri diubah dari waktu ke waktu menjadi cahaya atau panas. Misalnya, ketika kita menyalakan lampu, tampilan listrik energi diubah menjadi cahaya.

Berbicara dalam bahasa yang dapat diakses, kerja arus adalah tindakan yang dihasilkan oleh listrik itu sendiri. Selain itu, bisa sangat mudah dihitung dengan rumus. Berdasarkan hukum kekekalan energi, kita dapat menyimpulkan bahwa energi listrik tidak hilang, ia telah sepenuhnya atau sebagian berubah menjadi bentuk lain, sambil mengeluarkan sejumlah panas. Panas ini adalah kerja arus ketika melewati konduktor dan memanaskannya (terjadi pertukaran panas). Ini adalah bagaimana rumus Joule-Lenz terlihat seperti: A \u003d Q \u003d U * I * t (usaha sama dengan jumlah panas atau produk dari daya saat ini dan waktu selama itu mengalir melalui konduktor).

Apa yang dimaksud dengan arus searah?

Arus listrik terdiri dari dua jenis: bolak-balik dan searah. Mereka berbeda karena yang terakhir tidak mengubah arahnya, ia memiliki dua klem (positif "+" dan negatif "-") dan selalu memulai gerakannya dari "+". Dan arus bolak-balik memiliki dua terminal - fase dan nol. Karena adanya satu fase pada ujung konduktor maka disebut juga fase tunggal.

Prinsip-prinsip perangkat arus bolak-balik satu fase dan arus searah sama sekali berbeda: tidak seperti langsung, arus bolak-balik mengubah kedua arahnya (membentuk aliran baik dari fase ke nol, dan dari nol ke fase), dan besarnya . Jadi, misalnya, arus bolak-balik secara berkala mengubah nilai muatannya. Ternyata pada frekuensi 50 Hz (50 osilasi per detik), elektron mengubah arah gerakannya tepat 100 kali.

Di mana arus searah digunakan?

Arus listrik searah memiliki beberapa fitur. Karena kenyataan bahwa ia mengalir secara ketat ke satu arah, lebih sulit untuk mengubahnya. Elemen-elemen berikut dapat dianggap sebagai sumber arus searah:

• baterai (baik basa dan asam);
• baterai konvensional yang digunakan dalam peralatan kecil;
• sebaik berbagai perangkat jenis konverter.

operasi DC

Apa karakteristik utamanya? Ini adalah pekerjaan dan daya saat ini, dan kedua konsep ini sangat erat terkait satu sama lain. Daya berarti kecepatan kerja per satuan waktu (per 1 s). Menurut hukum Joule-Lenz, kita peroleh bahwa kerja arus listrik searah sama dengan hasil kali kekuatan arus itu sendiri, tegangan dan waktu selama kerja medan listrik diselesaikan untuk mentransfer muatan sepanjang konduktor.

Beginilah rumus untuk menemukan pekerjaan arus, dengan mempertimbangkan hukum resistansi Ohm dalam konduktor, terlihat seperti: A \u003d I 2 * R * t (usaha sama dengan kuadrat kekuatan arus dikalikan dengan nilai dari resistansi konduktor dan sekali lagi dikalikan dengan nilai waktu untuk melakukan pekerjaan).

Logam dalam keadaan padat, seperti diketahui, memiliki struktur kristal. Partikel dalam kristal tersusun dalam urutan tertentu, membentuk kisi spasial (kristal).

Ion positif terletak di simpul kisi kristal logam, dan elektron bebas bergerak di ruang di antara mereka. Elektron bebas tidak terikat pada inti atomnya (Gbr. 53).

Beras. 53. Kisi logam

Muatan negatif semua elektron bebas dalam nilai absolut sama dengan muatan positif semua ion kisi. Oleh karena itu, dalam kondisi normal logam netral secara listrik. Elektron bebas di dalamnya bergerak secara acak. Tetapi jika medan listrik dibuat di dalam logam, maka elektron bebas akan mulai bergerak ke arah di bawah aksi gaya listrik. Akan ada arus listrik. Dalam hal ini, pergerakan acak elektron dipertahankan, sama seperti pergerakan acak dalam kawanan pengusir hama ketika, di bawah pengaruh angin, ia bergerak ke satu arah.

Jadi, Arus listrik dalam logam adalah gerakan teratur elektron bebas.

Mandelstam Leonid Isaakovich (1879-1944)
Fisikawan Rusia, akademisi. Dia membuat kontribusi yang signifikan untuk pengembangan radiofisika dan teknik radio.

Papaleksi Nikolai Dmitrievich (1880-1947)
Fisikawan Rusia, akademisi. Dia terlibat dalam penelitian di bidang teknik radio, radiofisika, astronomi radio.

Bukti bahwa arus dalam logam disebabkan oleh elektron adalah eksperimen fisikawan negara kita Leonid Isaakovich Mandelstam dan Nikolai Dmitrievich Papaleksi, serta fisikawan Amerika Balfour Stewart dan Robert Tolman.

Kecepatan pergerakan elektron itu sendiri dalam konduktor di bawah aksi medan listrik kecil - beberapa milimeter per detik, dan kadang-kadang bahkan kurang. Tetapi segera setelah medan listrik muncul di konduktor, medan listrik menyebar di sepanjang konduktor dengan kecepatan luar biasa mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa (300.000 km / s).

Bersamaan dengan propagasi medan listrik, semua elektron mulai bergerak ke arah yang sama di sepanjang konduktor. Jadi, misalnya, ketika rangkaian lampu listrik ditutup, elektron yang ada dalam spiral lampu juga mulai bergerak secara teratur.

Ini akan membantu untuk memahami hal ini dengan membandingkan arus listrik dengan aliran air dalam sistem pasokan air, dan propagasi medan listrik dengan propagasi tekanan air. Ketika air naik ke menara air, tekanan (tekanan) air menyebar dengan sangat cepat ke seluruh sistem perpipaan. Saat kita menyalakan keran, air sudah berada di bawah tekanan dan langsung mulai mengalir. Tetapi air yang ada di dalamnya mengalir dari keran, dan air dari menara akan mencapai keran lebih lama lagi, karena pergerakan air terjadi pada kecepatan yang lebih rendah daripada tekanan yang menyebar.

Ketika mereka berbicara tentang kecepatan rambat arus listrik dalam konduktor, yang mereka maksud adalah kecepatan rambat medan listrik di sepanjang konduktor.

Sinyal listrik yang dikirim, misalnya, melalui kabel dari Moskow ke Vladivostok (s = 8000 km) tiba di sana dalam waktu sekitar 0,03 detik.

pertanyaan

1. Bagaimana menjelaskan bahwa dalam kondisi normal logam netral secara listrik?
2. Apa yang terjadi pada elektron logam ketika medan listrik muncul di dalamnya?
3. Apa yang dimaksud dengan arus listrik pada logam?
4. Berapakah kecepatan yang dimaksud ketika berbicara tentang kecepatan rambat arus listrik dalam suatu penghantar?

Latihan

Menggunakan Internet, temukan seberapa cepat elektron bergerak dalam logam. Bandingkan dengan kecepatan cahaya.

Penemuan pertama yang berkaitan dengan kerja listrik dimulai pada abad ke-7 SM. Filsuf Yunani kuno Thales of Miletus mengungkapkan bahwa ketika amber digosokkan ke wol, amber kemudian mampu menarik benda-benda ringan. Dari bahasa Yunani "listrik" diterjemahkan sebagai "kuning". Pada tahun 1820, André-Marie Ampère menetapkan hukum arus searah. Di masa depan, besarnya arus, atau apa yang diukur arus listrik, mulai dilambangkan dalam ampere.

Arti istilah

Konsep arus listrik dapat ditemukan di semua buku teks fisika. arus listrik- ini adalah gerakan teratur partikel bermuatan listrik ke suatu arah. Untuk memahami kepada orang awam yang sederhana apa itu arus listrik, Anda harus menggunakan kamus ahli listrik. Di dalamnya, istilah itu berarti pergerakan elektron melalui konduktor atau ion melalui elektrolit.

Tergantung pada pergerakan elektron atau ion di dalam konduktor, berikut ini dibedakan: jenis arus:

• konstan;
• variabel;
• intermiten atau berdenyut.

Pengukuran dasar

Kekuatan arus listrik- indikator utama yang digunakan oleh tukang listrik dalam pekerjaan mereka. Kuatnya arus listrik bergantung pada besarnya muatan yang mengalir melalui rangkaian listrik selama jangka waktu tertentu. Semakin banyak elektron mengalir dari satu awal sumber ke akhir, semakin besar muatan yang ditransfer oleh elektron.

Besaran yang diukur sebagai perbandingan muatan listrik yang mengalir melalui penampang partikel dalam suatu penghantar terhadap waktu yang dilaluinya. Muatan diukur dalam coulomb, waktu diukur dalam detik, dan satu satuan kuat arus listrik ditentukan oleh perbandingan muatan terhadap waktu (coulomb terhadap sekon) atau dalam ampere. Penentuan kuat arus listrik (kekuatannya) terjadi dengan cara menghubungkan dua terminal secara seri ke rangkaian listrik.

Ketika arus listrik bekerja, pergerakan partikel bermuatan dilakukan dengan bantuan medan listrik dan tergantung pada kekuatan pergerakan elektron. Nilai di mana kerja arus listrik bergantung disebut tegangan dan ditentukan oleh rasio kerja arus di bagian tertentu dari rangkaian dan muatan yang melewati bagian yang sama. Satuan volt diukur dengan voltmeter ketika dua terminal instrumen dihubungkan secara paralel ke sirkuit.

Nilai hambatan listrik secara langsung tergantung pada jenis konduktor yang digunakan, panjang dan penampangnya. Itu diukur dalam ohm.

Daya ditentukan oleh rasio kerja pergerakan arus terhadap waktu saat kerja ini terjadi. Mengukur daya dalam watt.

Kuantitas fisik seperti kapasitansi ditentukan oleh rasio muatan satu konduktor dengan perbedaan potensial antara konduktor yang sama dan konduktor tetangga. Semakin rendah tegangan ketika konduktor menerima muatan listrik, semakin besar kapasitansinya. Itu diukur dalam farad.

Nilai kerja listrik pada interval tertentu dari rantai ditemukan dengan menggunakan produk dari kekuatan arus, tegangan dan periode waktu di mana pekerjaan dilakukan. Yang terakhir diukur dalam joule. Penentuan kerja arus listrik terjadi dengan bantuan meteran yang menghubungkan pembacaan semua besaran yaitu tegangan, gaya dan waktu.

Rekayasa keselamatan listrik

Pengetahuan tentang aturan keselamatan listrik akan membantu mencegah keadaan darurat dan melindungi kesehatan dan kehidupan manusia. Karena listrik cenderung memanaskan konduktor, selalu ada kemungkinan situasi yang berbahaya bagi kesehatan dan kehidupan. Untuk keamanan rumah harus mematuhi mengikuti sederhana tapi aturan penting:

1. Insulasi jaringan harus selalu berfungsi dengan baik untuk menghindari kelebihan beban atau kemungkinan korsleting.
2. Kelembaban tidak boleh masuk ke peralatan listrik, kabel, pelindung, dll. Juga, lingkungan yang lembab memicu korsleting.
3. Pastikan untuk membuat grounding untuk semua perangkat listrik.
4. Penting untuk menghindari kelebihan beban kabel listrik, karena ada risiko pengapian kabel.

Tindakan pencegahan keselamatan saat bekerja dengan listrik melibatkan penggunaan sarung tangan karet, sarung tangan, permadani, perangkat pelepasan, perangkat pembumian untuk area kerja, pemutus sirkuit atau sekering dengan perlindungan termal dan arus.

Tukang listrik berpengalaman, ketika ada kemungkinan sengatan listrik, bekerja dengan satu tangan, dan tangan lainnya ada di saku mereka. Dengan demikian, sirkuit tangan-ke-tangan terputus jika terjadi kontak yang tidak disengaja dengan pelindung atau peralatan ground lainnya. Dalam hal penyalaan peralatan yang terhubung ke jaringan, padamkan api secara eksklusif dengan alat pemadam bubuk atau karbon dioksida.

Aplikasi arus listrik

Arus listrik memiliki banyak sifat yang memungkinkan untuk digunakan di hampir semua bidang. aktifitas manusia. Cara menggunakan arus listrik:

Listrik saat ini adalah yang paling ramah lingkungan pemandangan bersih energi. Dalam kondisi perekonomian modern, perkembangan industri tenaga listrik telah signifikansi planet. Ke depan, jika terjadi kelangkaan bahan baku, listrik akan menempati posisi terdepan sebagai sumber energi yang tidak habis-habisnya.