Di dunia modern, setiap orang telah terpapar listrik sejak kecil. Penyebutan pertama dari fenomena alam ini berasal dari zaman para filsuf Aristoteles dan Thales, yang tertarik dengan sifat-sifat arus listrik yang menakjubkan dan misterius. Tetapi baru pada abad ke-17 pemikiran ilmiah yang hebat memulai serangkaian penemuan tentang energi listrik yang berlanjut hingga hari ini.
Penemuan arus listrik dan penciptaan oleh Michael Faraday pada tahun 1831 dari generator pertama di dunia secara radikal mengubah kehidupan manusia. Kita sudah terbiasa dengan kenyataan bahwa hidup kita dipermudah oleh perangkat yang menggunakan energi listrik, tetapi sampai sekarang kebanyakan orang tidak memiliki pemahaman tentang fenomena penting ini. Untuk memulainya, untuk memahami prinsip-prinsip dasar kelistrikan, perlu mempelajari dua definisi dasar: arus dan tegangan listrik.
Isi
Apa yang dimaksud dengan arus dan tegangan listrik?
Listrik adalah gerak teratur partikel bermuatan (pembawa muatan listrik). Pembawa arus listrik adalah elektron (dalam logam dan gas), kation dan anion (dalam elektrolit), lubang pada konduktivitas lubang elektron. Fenomena ini dimanifestasikan oleh penciptaan medan magnet, perubahan komposisi kimia atau pemanasan konduktor. Karakteristik utama arus adalah:
- kekuatan arus, ditentukan oleh hukum Ohm dan diukur dalam Ampere (TETAPI), dalam rumus dilambangkan dengan huruf I;
- daya, menurut hukum Joule-Lenz, diukur dalam watt (sel), dilambangkan dengan huruf P;
- frekuensi, diukur dalam hertz (Hz).
Arus listrik, sebagai pembawa energi, digunakan untuk memperoleh energi mekanik dengan menggunakan motor listrik, untuk memperoleh energi panas pada peralatan pemanas, pengelasan dan pemanas listrik, untuk membangkitkan gelombang elektromagnetik dari berbagai frekuensi, untuk menciptakan medan magnet dalam elektromagnet dan untuk memperoleh cahaya. energi dalam perlengkapan penerangan dan berbagai macam lampu. .
Voltase adalah usaha yang dilakukan oleh medan listrik untuk memindahkan muatan 1 buah gantung (Cl) dari satu titik konduktor ke titik lainnya. Berdasarkan definisi tersebut, masih sulit untuk memahami apa itu stres.
Agar partikel bermuatan dapat berpindah dari satu kutub ke kutub lainnya, perlu dibuat beda potensial antara kutub-kutub tersebut (Itulah yang disebut ketegangan.). Satuan tegangan adalah volt (PADA).
Untuk akhirnya memahami definisi arus dan tegangan listrik, analogi yang menarik dapat diberikan: bayangkan bahwa muatan listrik adalah air, maka tekanan air dalam kolom adalah tegangan, dan kecepatan aliran air dalam pipa. adalah kekuatan arus listrik. Semakin tinggi tegangan, semakin besar arus listrik.
Apa itu arus bolak-balik
Jika Anda mengubah polaritas potensial, maka arah aliran arus listrik berubah. Arus inilah yang disebut variabel. Jumlah perubahan arah selama periode waktu tertentu disebut frekuensi dan diukur, seperti disebutkan di atas, dalam hertz (Hz). Misalnya, dalam jaringan listrik standar di negara kita, frekuensinya adalah 50 Hz, yaitu, arah pergerakan arus berubah 50 kali per detik.
Apa itu arus searah?
Ketika gerakan teratur partikel bermuatan selalu hanya memiliki satu arah, maka arus seperti itu disebut konstan. Arus searah terjadi dalam jaringan tegangan konstan ketika polaritas muatan di satu sisi dan sisi lainnya konstan sepanjang waktu. Ini sangat sering digunakan di berbagai perangkat dan teknologi elektronik, ketika transmisi energi jarak jauh tidak diperlukan.
Sumber arus listrik
Sumber arus listrik biasanya disebut perangkat atau perangkat yang dengannya arus listrik dapat dibuat dalam suatu rangkaian. Perangkat semacam itu dapat menghasilkan arus bolak-balik dan arus searah. Menurut metode menciptakan arus listrik, mereka dibagi menjadi mekanik, cahaya, termal dan kimia.
Mekanis Sumber arus listrik mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.Peralatan ini bermacam-macam. generator, yang, karena rotasi elektromagnet di sekitar kumparan motor asinkron, menghasilkan arus listrik bolak-balik.
lampu sumber mengubah energi foton (energi cahaya) menjadi listrik. Mereka menggunakan properti semikonduktor untuk menghasilkan tegangan ketika terkena fluks cahaya. Panel surya adalah salah satu perangkat tersebut.
Panas - mengubah energi panas menjadi listrik karena perbedaan suhu antara dua pasang semikonduktor yang bersentuhan - termokopel. Besarnya arus pada perangkat tersebut secara langsung berkaitan dengan perbedaan suhu: semakin besar perbedaannya, semakin besar kekuatan arusnya. Sumber tersebut digunakan, misalnya, di pembangkit listrik tenaga panas bumi.
Bahan kimia sumber arus menghasilkan listrik sebagai akibat dari reaksi kimia. Misalnya, perangkat tersebut mencakup berbagai jenis baterai dan akumulator galvanik. Sumber arus berdasarkan sel galvanik biasanya digunakan pada perangkat yang berdiri sendiri, mobil, teknologi dan merupakan sumber arus searah.
Konversi AC ke DC
Perangkat listrik di dunia menggunakan arus searah dan bolak-balik. Oleh karena itu, ada kebutuhan untuk mengubah satu arus menjadi arus lain atau sebaliknya.
Dari arus bolak-balik, arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan jembatan dioda atau, sebagaimana juga disebut, "penyearah". Inti penyearah adalah dioda semikonduktor yang menghantarkan listrik hanya dalam satu arah. Setelah dioda ini, arus tidak berubah arah, tetapi riak muncul, yang dihilangkan dengan bantuan kapasitor dan filter lainnya. Rectifier tersedia dalam versi mekanik, elektrovakum atau semikonduktor.
Bergantung pada kualitas pembuatan perangkat semacam itu, riak arus pada output akan memiliki nilai yang berbeda, sebagai aturan, semakin mahal dan semakin baik perangkat itu dibuat, semakin sedikit riak dan semakin bersih arusnya. Contoh perangkat tersebut adalah Catu daya berbagai perangkat dan charger, penyearah pembangkit tenaga listrik dalam berbagai moda transportasi, mesin las DC dan lain-lain.
Inverter digunakan untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik. Perangkat semacam itu menghasilkan tegangan bolak-balik dengan sinusoid. Ada beberapa jenis perangkat tersebut: inverter dengan motor listrik, relai dan elektronik. Semuanya berbeda satu sama lain dalam kualitas keluaran arus bolak-balik, biaya dan ukuran. Contoh perangkat semacam itu adalah catu daya yang tidak pernah terputus, inverter di mobil atau, misalnya, di pembangkit listrik tenaga surya.
Di mana digunakan dan apa keuntungan dari arus bolak-balik dan searah?
Berbagai tugas mungkin memerlukan penggunaan AC dan DC. Setiap jenis arus memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing.
Arus bolak-balik paling sering digunakan ketika ada kebutuhan untuk mengirimkan arus jarak jauh. Lebih bijaksana untuk mentransmisikan arus seperti itu dari sudut pandang kemungkinan kerugian dan biaya peralatan. Itulah sebabnya sebagian besar peralatan dan mekanisme listrik hanya menggunakan jenis arus ini.
Rumah tinggal dan perusahaan, infrastruktur dan fasilitas transportasi terletak jauh dari pembangkit listrik, sehingga semua jaringan listrik adalah AC. Jaringan semacam itu memberi makan semua peralatan rumah tangga, peralatan industri, lokomotif kereta api. Ada banyak sekali perangkat yang beroperasi pada arus bolak-balik dan jauh lebih mudah untuk menggambarkan perangkat yang menggunakan arus searah.
DC digunakan dalam sistem otonom, seperti sistem on-board mobil, pesawat terbang, kapal atau kereta listrik. Ini banyak digunakan dalam catu daya sirkuit mikro berbagai elektronik, dalam komunikasi dan peralatan lainnya, di mana diperlukan untuk meminimalkan jumlah gangguan dan riak atau menghilangkannya sepenuhnya. Dalam beberapa kasus, arus seperti itu digunakan dalam pengelasan listrik dengan bantuan inverter. Bahkan ada lokomotif kereta api yang berjalan dengan sistem DC. Dalam kedokteran, arus seperti itu digunakan untuk memasukkan obat ke dalam tubuh menggunakan elektroforesis, dan untuk tujuan ilmiah memisahkan berbagai zat (elektroforesis protein, dll.).
Sebutan pada peralatan listrik dan diagram
Seringkali ada kebutuhan untuk menentukan pada saat apa perangkat beroperasi. Bagaimanapun, menghubungkan perangkat yang beroperasi pada arus searah ke jaringan listrik arus bolak-balik pasti akan menyebabkan konsekuensi yang tidak menyenangkan: kerusakan pada perangkat, kebakaran, sengatan listrik. Untuk ini, ada yang diterima secara umum konvensi untuk sistem tersebut dan bahkan kode warna kabel.
Secara konvensional, pada peranti listrik yang beroperasi pada arus searah, satu garis, dua garis padat atau garis padat bersama-sama dengan garis putus-putus, yang terletak satu di bawah yang lain, ditunjukkan. Juga, arus seperti itu ditandai dengan penunjukan dalam huruf Latin DC. Isolasi listrik kabel dalam sistem DC untuk kabel positif berwarna merah, kabel negatif berwarna biru atau hitam.
Pada peralatan dan mesin listrik, arus bolak-balik ditunjukkan dengan singkatan bahasa Inggris AC atau garis bergelombang. Pada diagram dan deskripsi perangkat, itu juga ditunjukkan oleh dua garis: padat dan bergelombang, terletak satu di bawah yang lain. Konduktor dalam banyak kasus ditetapkan sebagai berikut: fase berwarna coklat atau hitam, nol berwarna biru, dan ground berwarna kuning-hijau.
Mengapa arus bolak-balik lebih sering digunakan
Di atas, kita telah berbicara tentang mengapa arus bolak-balik saat ini lebih sering digunakan daripada arus searah. Namun, mari kita lihat masalah ini secara lebih rinci.
Perdebatan tentang arus mana yang lebih baik digunakan telah berlangsung sejak penemuan-penemuan di bidang kelistrikan. Bahkan ada yang namanya "perang arus" - konfrontasi antara Thomas Edison dan Nikola Tesla untuk penggunaan salah satu jenis arus. Pertarungan antara pengikut ilmuwan besar ini berlangsung hingga tahun 2007, ketika kota New York beralih ke arus bolak-balik dari arus searah.
Alasan terbesar mengapa AC lebih sering digunakan adalah karena kemampuan untuk mengirimkannya jarak jauh dengan kerugian minimal. Semakin besar jarak antara sumber arus dan konsumen akhir, semakin besar hambatannya kabel dan kehilangan panas untuk pemanasan mereka.
Untuk mendapatkan daya maksimum, perlu untuk meningkatkan ketebalan kabel (dan dengan demikian mengurangi resistensi), atau menaikkan tegangan.
Dalam sistem AC, Anda dapat meningkatkan tegangan dengan ketebalan kabel minimum, sehingga mengurangi biaya saluran listrik. Untuk sistem dengan arus searah, tidak ada cara yang terjangkau dan efektif untuk meningkatkan tegangan, dan oleh karena itu untuk jaringan seperti itu perlu meningkatkan ketebalan konduktor, atau membangun sejumlah besar pembangkit listrik kecil. Kedua metode ini mahal dan secara signifikan meningkatkan biaya listrik dibandingkan dengan jaringan AC.
Dengan bantuan trafo listrik, tegangan arus bolak-balik efektif (dengan efisiensi hingga 99%) dapat diubah ke segala arah dari nilai minimum hingga maksimum, yang juga merupakan salah satu keuntungan penting dari jaringan AC. Penggunaan sistem AC tiga fase semakin meningkatkan efisiensi, dan mesin seperti motor yang menggunakan daya AC jauh lebih kecil, lebih murah, dan lebih mudah dirawat daripada motor DC.
Berdasarkan hal tersebut di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa penggunaan arus bolak-balik bermanfaat dalam jaringan besar dan ketika mentransmisikan energi listrik jarak jauh, dan untuk pengoperasian perangkat elektronik yang akurat dan efisien dan untuk perangkat otonom, disarankan untuk menggunakan arus searah.
Artikel serupa:
