Apa gerakan terarah dari partikel bermuatan? Bagi banyak orang, ini adalah area yang tidak dapat dipahami, tetapi sebenarnya semuanya sangat sederhana. Jadi, ketika mereka berbicara tentang gerakan terarah dari partikel bermuatan, yang mereka maksud adalah arus. Mari kita lihat karakteristik dan formulasi utamanya, serta pertimbangkan masalah keamanan saat bekerja dengannya.
Informasi umum
Mulailah dengan definisi. Arus listrik selalu berarti gerakan teratur (terarah) partikel bermuatan, yang dilakukan di bawah pengaruh medan listrik. Jenis objek apa yang dapat dipertimbangkan dalam kasus ini? Partikel berarti elektron, ion, proton, lubang. Penting juga untuk mengetahui apa kekuatan saat ini. Ini adalah jumlah partikel bermuatan yang mengalir melalui penampang konduktor per satuan waktu.
Sifat fenomena
Semua zat fisik terdiri dari molekul yang terbentuk dari atom. Mereka juga bukan bahan akhir, karena mereka memiliki unsur-unsur (nukleus dan elektron yang berputar di sekitarnya). Semua reaksi kimia disertai dengan pergerakan partikel. Misalnya, dengan partisipasi elektron, beberapa atom akan mengalami kekurangan, sementara yang lain akan mengalami kelebihan. Dalam hal ini, zat memiliki muatan yang berlawanan. Jika kontak mereka terjadi, maka elektron dari satu akan cenderung pergi ke yang lain.
Sifat fisik partikel elementer seperti itu menjelaskan esensi arus listrik. Pergerakan terarah partikel bermuatan ini akan terus berlanjut hingga nilainya sama. Dalam hal ini, reaksi perubahan adalah berantai. Dengan kata lain, alih-alih elektron yang pergi, elektron lain menggantikannya. Partikel atom tetangga digunakan untuk penggantian. Tapi rantai itu tidak berakhir di sana juga. Sebuah elektron juga dapat datang ke atom ekstrim, misalnya dari kutub negatif sumber arus yang mengalir.
Contoh situasi seperti itu adalah baterai. Dari sisi negatif konduktor, elektron bergerak ke kutub positif sumber. Ketika semua partikel dalam komponen yang terinfeksi negatif habis, arus berhenti. Dalam hal ini, baterai dikatakan mati. Berapa kecepatan gerakan terarah partikel bermuatan yang bergerak dengan cara ini? Menjawab pertanyaan ini tidak semudah yang terlihat pada pandangan pertama.
Peran stres
Untuk apa konsep ini digunakan? Tegangan adalah karakteristik medan listrik, yaitu perbedaan potensial antara dua titik yang berada di dalamnya. Bagi banyak orang, ini mungkin tampak membingungkan. Dalam hal pergerakan partikel bermuatan yang terarah (terurut), maka Anda perlu memahami tegangannya.
Mari kita bayangkan bahwa kita memiliki konduktor sederhana. Ini mungkin kawat yang terbuat dari logam, seperti tembaga atau aluminium. Dalam kasus kami, ini tidak begitu penting. Massa elektron adalah 9.10938215(45)×10-31kg. Artinya cukup material. Tetapi logam konduktor itu padat. Lalu bagaimana elektron dapat mengalir melaluinya?
Mengapa ada arus dalam produk logam
Mari kita beralih ke dasar-dasar kimia, yang masing-masing dari kita memiliki kesempatan untuk belajar di sekolah. Jika jumlah elektron dalam zat sama dengan jumlah proton, maka netralitas unsur terjamin. Berdasarkan hukum periodik Mendeleev, ditentukan zat mana yang harus ditangani. Itu tergantung pada jumlah proton dan neutron. Tidak mungkin mengabaikan perbedaan besar antara massa inti dan elektron. Jika mereka dihilangkan, maka berat atom praktis tidak akan berubah.
Misalnya, massa proton kira-kira 1836 lebih besar dari nilai elektron. Tetapi partikel mikroskopis ini sangat penting, karena mereka dapat dengan mudah meninggalkan beberapa atom dan bergabung dengan yang lain. Pada saat yang sama, penurunan atau peningkatan jumlah mereka menyebabkanuntuk mengubah muatan atom. Jika kita menganggap sebuah atom tunggal, maka jumlah elektronnya akan selalu bervariasi. Mereka terus-menerus pergi dan kembali. Ini karena gerakan termal dan kehilangan energi.
Kekhususan kimia dari fenomena fisik
Bila ada gerakan terarah partikel bermuatan listrik, bukankah massa atomnya hilang? Apakah komposisi konduktor berubah? Ini adalah kesalahpahaman yang sangat penting yang membingungkan banyak orang. Jawaban dalam kasus ini hanya negatif. Ini disebabkan oleh fakta bahwa unsur-unsur kimia ditentukan bukan oleh massa atomnya, tetapi oleh jumlah proton yang ada di dalam nukleus. Ada tidaknya elektron/neutron tidak berperan dalam hal ini. Dalam praktiknya, terlihat seperti ini:
- Menambahkan atau mengurangi elektron. Ternyata ion.
- Menambahkan atau mengurangi neutron. Ternyata sebuah isotop.
Unsur kimia tidak berubah. Tetapi dengan proton, situasinya berbeda. Jika hanya satu, maka kita memiliki hidrogen. Dua proton - dan kita berbicara tentang helium. Ketiga partikel tersebut adalah litium. Dll. Mereka yang tertarik dengan kelanjutannya dapat melihat tabel periodik. Ingat: meskipun arus melewati konduktor seribu kali, komposisi kimianya tidak akan berubah. Tapi mungkin sebaliknya.
Elektrolit dan poin menarik lainnya
Keunikan elektrolit adalah komposisi kimianya yang berubah. Kemudian, di bawah pengaruh arus,elemen elektrolit. Ketika potensi mereka habis, gerakan terarah partikel bermuatan akan berhenti. Situasi ini disebabkan oleh fakta bahwa pembawa muatan dalam elektrolit adalah ion.
Selain itu, ada unsur kimia yang tidak memiliki elektron sama sekali. Contohnya adalah:
- Hidrogen kosmik atom.
- Semua zat yang berada dalam bentuk plasma.
- Gas di bagian atas atmosfer (tidak hanya Bumi, tetapi juga planet lain yang memiliki massa udara).
- Isi akselerator dan penumbuk.
Perlu diperhatikan juga bahwa di bawah pengaruh arus listrik, beberapa bahan kimia dapat hancur. Contoh yang terkenal adalah sekering. Seperti apa tampilannya di tingkat mikro? Elektron yang bergerak mendorong atom di jalurnya. Jika arusnya sangat kuat, maka kisi kristal konduktor tidak dapat bertahan dan hancur, dan zatnya meleleh.
Kembali ke kecepatan
Sebelumnya, poin ini disinggung secara dangkal. Sekarang mari kita lihat lebih dekat. Perlu dicatat bahwa konsep kecepatan gerak terarah partikel bermuatan dalam bentuk arus listrik tidak ada. Ini disebabkan oleh fakta bahwa nilai-nilai yang berbeda saling terkait. Jadi, medan listrik merambat melalui konduktor dengan kecepatan yang mendekati pergerakan cahaya, yaitu sekitar 300.000 kilometer per detik.
Di bawah pengaruhnya, semua elektron mulai bergerak. Tapi kecepatan merekasangat kecil. Ini sekitar 0,007 milimeter per detik. Pada saat yang sama, mereka juga secara acak bergerak dalam gerakan termal. Dalam kasus proton dan neutron, situasinya berbeda. Mereka terlalu besar untuk peristiwa yang sama terjadi pada mereka. Sebagai aturan, tidak perlu membicarakan kecepatan mereka yang mendekati nilai cahaya.
Parameter fisik
Sekarang mari kita lihat bagaimana pergerakan partikel bermuatan dalam medan listrik dari sudut pandang fisik. Untuk melakukan ini, bayangkan kita memiliki kotak kardus yang menampung 12 botol minuman berkarbonasi. Pada saat yang sama, ada upaya untuk menempatkan wadah lain di sana. Mari kita asumsikan itu berhasil. Tapi kotak itu nyaris tidak selamat. Saat Anda mencoba memasukkan botol lain, botol itu pecah, dan semua wadahnya jatuh.
Kotak yang dimaksud dapat dibandingkan dengan penampang konduktor. Semakin tinggi parameter ini (kawat lebih tebal), semakin banyak arus yang dapat diberikannya. Ini menentukan volume apa yang dapat dimiliki oleh gerakan terarah partikel bermuatan. Dalam kasus kami, sebuah kotak berisi satu hingga dua belas botol dapat dengan mudah memenuhi tujuan yang dimaksudkan (tidak akan pecah). Dengan analogi, kita dapat mengatakan bahwa konduktor tidak akan terbakar.
Jika Anda melebihi nilai yang ditunjukkan, objek akan gagal. Dalam kasus konduktor, resistensi akan ikut bermain. Hukum Ohm menjelaskan gerakan terarah partikel bermuatan listrik dengan sangat baik.
Hubungan antara parameter fisik yang berbeda
Per kotakdari contoh kami, Anda dapat memasukkan satu lagi. Dalam hal ini, bukan 12, tetapi sebanyak 24 botol dapat ditempatkan per satuan luas. Kami menambahkan satu lagi - dan ada tiga puluh enam di antaranya. Salah satu kotak dapat dianggap sebagai unit fisik, analog dengan tegangan.
Semakin lebar (sehingga mengurangi hambatan), semakin banyak botol (yang dalam contoh kita menggantikan arus) dapat ditempatkan. Dengan menambah tumpukan kotak, Anda dapat menempatkan wadah tambahan per satuan luas. Dalam hal ini, kekuatannya meningkat. Ini tidak merusak kotak (konduktor). Berikut ringkasan analogi ini:
- Total jumlah botol meningkatkan daya.
- Jumlah wadah di dalam kotak menunjukkan kekuatan saat ini.
- Jumlah kotak tinggi memungkinkan Anda untuk menilai tegangan.
- Lebar kotak memberikan gambaran tentang hambatannya.
Kemungkinan bahaya
Kita telah membahas bahwa gerakan terarah dari partikel bermuatan disebut arus. Perlu dicatat bahwa fenomena ini dapat berbahaya bagi kesehatan manusia dan bahkan kehidupan. Berikut ringkasan sifat-sifat arus listrik:
- Memberikan pemanasan konduktor yang dilaluinya. Jika jaringan listrik rumah tangga kelebihan beban, maka isolasi secara bertahap akan hangus dan hancur. Akibatnya, ada kemungkinan korsleting, yang sangat berbahaya.
- Arus listrik, ketika mengalir melalui peralatan rumah tangga dan kabel, bertemuketahanan elemen pembentuk bahan. Oleh karena itu, ia memilih jalur yang memiliki nilai minimum untuk parameter ini.
- Jika terjadi korsleting, kekuatan arus meningkat tajam. Ini melepaskan sejumlah besar panas. Itu bisa melelehkan logam.
- Hubungan pendek dapat terjadi karena masuknya uap air. Dalam kasus yang dibahas sebelumnya, objek terdekat menyala, tetapi dalam kasus ini, orang selalu menderita.
- Kejutan listrik membawa bahaya yang signifikan. Bahkan sangat mungkin berakibat fatal. Ketika arus listrik mengalir melalui tubuh manusia, resistensi jaringan sangat berkurang. Mereka mulai memanas. Dalam hal ini, sel-sel dihancurkan dan ujung saraf mati.
Masalah Keamanan
Untuk menghindari paparan arus listrik, Anda harus menggunakan alat pelindung khusus. Pekerjaan harus dilakukan dengan sarung tangan karet menggunakan alas dari bahan yang sama, batang pelepasan, serta perangkat pembumian untuk tempat kerja dan peralatan.
Switch sirkuit dengan berbagai perlindungan telah terbukti baik sebagai perangkat yang dapat menyelamatkan nyawa seseorang.
Selain itu, jangan lupa tentang tindakan pencegahan keselamatan dasar saat bekerja. Jika terjadi kebakaran yang melibatkan peralatan listrik, hanya alat pemadam api karbon dioksida dan bubuk yang dapat digunakan. Yang terakhir menunjukkan hasil terbaik dalam memerangi api, tetapi peralatan yang tertutup debu tidak selalu dapat dipulihkan.
Kesimpulan
Dengan menggunakan contoh-contoh yang dapat dimengerti oleh setiap pembaca, kami menemukan bahwa gerakan terarah yang teratur dari partikel-partikel bermuatan disebut arus listrik. Ini adalah fenomena yang sangat menarik, penting dari posisi fisika dan kimia. Arus listrik adalah asisten manusia yang tak kenal lelah. Namun, harus ditangani dengan hati-hati. Artikel tersebut membahas masalah keamanan yang harus diperhatikan jika tidak ada keinginan untuk mati.
