Jika ada pembawa muatan bebas dalam media apa pun (misalnya, elektron dalam logam), maka mereka tidak diam, tetapi bergerak secara acak. Tetapi Anda dapat membuat elektron bergerak secara teratur ke arah tertentu. Gerakan terarah partikel bermuatan ini disebut arus listrik.
Isi
Bagaimana arus listrik dihasilkan
Jika kita mengambil dua konduktor, dan salah satunya bermuatan negatif (menambahkan elektron), dan yang lainnya bermuatan positif (menghilangkan sebagian elektron darinya), medan listrik akan muncul. Jika kedua elektroda dihubungkan dengan penghantar, medan akan memaksa elektron bergerak berlawanan dengan arah vektor medan listrik, sesuai dengan arah vektor gaya listrik. Partikel bermuatan negatif akan berpindah dari elektroda yang kelebihannya ke elektroda yang kekurangannya.
Untuk terjadinya pergerakan elektron, tidak perlu memberikan muatan positif ke elektroda kedua. Hal utama adalah bahwa muatan negatif yang pertama lebih tinggi. Bahkan dimungkinkan untuk mengisi kedua konduktor secara negatif, tetapi satu konduktor harus memiliki muatan yang lebih besar dari yang lain. Dalam hal ini, seseorang berbicara tentang perbedaan potensial yang menyebabkan arus listrik.
Dengan analogi air, jika Anda menghubungkan dua bejana berisi air ke tingkat yang berbeda, aliran air akan muncul. Tekanannya akan tergantung pada perbedaan level.
Sangat menarik bahwa gerakan elektron yang kacau di bawah aksi medan listrik umumnya dipertahankan, tetapi vektor umum gerakan massa pembawa muatan memperoleh karakter yang diarahkan. Jika komponen gerak "kacau" memiliki kecepatan beberapa puluh bahkan ratusan kilometer per detik, maka komponen arah adalah beberapa milimeter per menit. Tetapi dampaknya (ketika elektron bergerak sepanjang konduktor) merambat dengan kecepatan cahaya, sehingga mereka mengatakan bahwa arus listrik bergerak dengan kecepatan 3 * 108 m/dtk.
Dalam rangka percobaan di atas, arus dalam penghantar tidak akan ada lama - sampai kelebihan elektron dalam penghantar bermuatan negatif habis, dan jumlahnya di kedua kutub tidak seimbang. Kali ini kecil - sepersekian detik yang tidak signifikan.
Kembali ke elektroda yang awalnya bermuatan negatif dan menciptakan muatan berlebih pada pembawa tidak memberikan medan listrik yang sama yang memindahkan elektron dari minus ke plus. Oleh karena itu, harus ada gaya luar yang bekerja melawan kekuatan medan listrik dan melampauinya.Mirip dengan air, harus ada pompa yang memompa air kembali ke tingkat atas untuk membuat aliran air terus menerus.
Arah saat ini
Arah dari plus ke minus diambil sebagai arah arus, yaitu arah pergerakan partikel bermuatan positif berlawanan dengan pergerakan elektron. Ini disebabkan oleh fakta bahwa fenomena arus listrik ditemukan jauh lebih awal daripada penjelasan tentang sifatnya, dan diyakini bahwa arus mengalir ke arah ini. Pada saat itu, sejumlah besar artikel dan literatur lain tentang topik ini telah terkumpul, konsep, definisi, dan undang-undang muncul. Agar tidak merevisi sejumlah besar materi yang sudah diterbitkan, kami hanya mengambil arah arus melawan aliran elektron.
Jika arus mengalir sepanjang waktu dalam satu arah (bahkan berubah dalam kekuatan), itu disebut arus searah. Jika arahnya berubah, maka kita berbicara tentang arus bolak-balik. Dalam penerapan praktis, arah berubah menurut beberapa hukum, misalnya menurut hukum sinusoidal. Jika arah aliran arus tetap tidak berubah, tetapi secara berkala turun ke nol dan meningkat ke nilai maksimum, maka kita berbicara tentang arus berdenyut (dari berbagai bentuk).
Kondisi yang diperlukan untuk menjaga arus listrik di sirkuit
Tiga syarat adanya arus listrik dalam rangkaian tertutup diturunkan di atas. Mereka perlu dipertimbangkan secara lebih rinci.
Operator biaya gratis
Kondisi pertama yang diperlukan untuk keberadaan arus listrik adalah adanya pembawa muatan bebas. Muatan tidak ada secara terpisah dari pembawanya, sehingga perlu untuk mempertimbangkan partikel yang dapat membawa muatan.
Dalam logam dan zat lain dengan jenis konduktivitas yang sama (grafit, dll.), Ini adalah elektron bebas. Mereka lemah berinteraksi dengan nukleus, dan dapat meninggalkan atom dan bergerak relatif tanpa hambatan di dalam konduktor.
Elektron bebas juga berfungsi sebagai pembawa muatan dalam semikonduktor, tetapi dalam beberapa kasus mereka berbicara tentang konduktivitas "lubang" dari kelas padatan ini (sebagai lawan dari "elektronik"). Konsep ini diperlukan hanya untuk menggambarkan proses fisik, pada kenyataannya, arus dalam semikonduktor adalah pergerakan elektron yang sama. Bahan yang elektronnya tidak dapat meninggalkan atom adalah dielektrik. Tidak ada arus di dalamnya.
Dalam cairan, ion positif dan negatif membawa muatan. Ini mengacu pada cairan - elektrolit. Misalnya, air yang garamnya dilarutkan. Dengan sendirinya, air secara elektrik cukup netral, tetapi ketika zat padat dan cair memasukinya, mereka larut dan terdisosiasi (terurai) untuk membentuk ion positif dan negatif. Dan dalam logam cair (misalnya, dalam merkuri), pembawa muatan adalah elektron yang sama.
Gas sebagian besar dielektrik. Tidak ada elektron bebas di dalamnya - gas terdiri dari atom dan molekul netral. Tetapi jika gas terionisasi, mereka berbicara tentang keadaan agregasi materi keempat - plasma. Arus listrik juga dapat mengalir di dalamnya, itu terjadi selama pergerakan elektron dan ion yang terarah.
Juga, arus dapat mengalir dalam ruang hampa (tindakan, misalnya, tabung hampa udara didasarkan pada prinsip ini). Ini akan membutuhkan elektron atau ion.
Medan listrik
Meskipun ada pembawa muatan gratis, sebagian besar media netral secara elektrik. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa partikel negatif (elektron) dan positif (proton) terletak secara merata, dan medannya saling mengimbangi. Agar medan muncul, muatan harus terkonsentrasi di beberapa area. Jika elektron telah terakumulasi di wilayah satu elektroda (negatif), maka akan ada kekurangannya di elektroda yang berlawanan (positif), dan medan akan muncul yang menciptakan gaya yang bekerja pada pembawa muatan dan memaksa mereka untuk bergerak.
Kekuatan pihak ketiga untuk membawa tuduhan
Dan syarat ketiga - harus ada gaya yang membawa muatan ke arah yang berlawanan dengan arah medan elektrostatik, jika tidak, muatan di dalam sistem tertutup akan cepat seimbang. Gaya asing ini disebut gaya gerak listrik. Asal usulnya mungkin berbeda.
Sifat elektrokimia
Dalam hal ini, EMF muncul sebagai akibat dari terjadinya reaksi elektrokimia. Reaksi mungkin tidak dapat diubah. Contohnya adalah sel galvanik - baterai yang terkenal. Setelah reagen habis, EMF turun ke nol, dan baterai "duduk".
Dalam kasus lain, reaksi mungkin reversibel. Jadi, dalam baterai, EMF juga terjadi sebagai akibat dari reaksi elektrokimia. Tetapi setelah selesai, proses dapat dilanjutkan - di bawah pengaruh arus listrik eksternal, reaksi akan berlangsung dalam urutan terbalik, dan baterai akan siap lagi untuk memberikan arus.
sifat fotovoltaik
Dalam hal ini, EMF disebabkan oleh aksi radiasi sinar tampak, ultraviolet atau inframerah pada proses dalam struktur semikonduktor. Kekuatan seperti itu muncul di fotosel ("baterai surya").Di bawah aksi cahaya, arus listrik dihasilkan di sirkuit eksternal.
sifat termoelektrik
Jika Anda mengambil dua konduktor yang berbeda, menyoldernya dan memanaskan sambungan, maka EMF akan muncul di sirkuit karena perbedaan suhu antara sambungan panas (sambungan konduktor) dan sambungan dingin - ujung yang berlawanan dari konduktor. Dengan cara ini, dimungkinkan tidak hanya untuk menghasilkan arus, tetapi juga mengukur suhu dengan mengukur ggl yang muncul.
Sifat piezoelektrik
Terjadi ketika padatan tertentu dikompresi atau berubah bentuk. Pemantik listrik bekerja berdasarkan prinsip ini.
Sifat elektromagnetik
Cara paling umum untuk menghasilkan listrik secara industri adalah dengan generator DC atau AC. Dalam mesin DC, angker berbentuk bingkai berputar dalam medan magnet, melintasi garis gayanya. Dalam hal ini, EMF muncul, tergantung pada kecepatan rotasi rotor dan fluks magnet. Dalam praktiknya, jangkar digunakan dari sejumlah besar belokan, membentuk sejumlah kerangka yang terhubung seri. EMF yang timbul di dalamnya bertambah.
PADA alternator prinsip yang sama berlaku, tetapi magnet (listrik atau permanen) berputar di dalam bingkai tetap. Sebagai hasil dari proses yang sama di stator, EMF, yang berbentuk sinusoidal. Pada skala industri, pembangkit AC hampir selalu digunakan - lebih mudah untuk mengubahnya untuk transportasi dan penggunaan praktis.
Properti yang menarik dari generator adalah reversibilitas.Ini terdiri dari fakta bahwa jika tegangan diterapkan ke terminal generator dari sumber eksternal, rotornya akan mulai berputar. Ini berarti bahwa, tergantung pada skema koneksi, mesin listrik dapat berupa generator atau motor listrik.
Ini hanyalah konsep dasar dari fenomena seperti arus listrik. Faktanya, proses yang terjadi selama pergerakan elektron yang terarah jauh lebih rumit. Untuk memahaminya, diperlukan studi elektrodinamika yang lebih dalam.
Artikel serupa:
