Fisika listrik adalah sesuatu yang harus kita hadapi masing-masing. Dalam artikel kami akan mempertimbangkan konsep dasar yang terkait dengannya.
Apa itu listrik? Untuk orang yang belum tahu, ini terkait dengan kilatan petir atau dengan energi yang memberi makan TV dan mesin cuci. Dia tahu bahwa kereta listrik menggunakan energi listrik. Apa lagi yang bisa dia katakan? Saluran listrik mengingatkannya akan ketergantungan kita pada listrik. Seseorang dapat memberikan beberapa contoh lain.
Namun, banyak lainnya, tidak begitu jelas, tetapi fenomena sehari-hari berhubungan dengan listrik. Fisika memperkenalkan kita kepada mereka semua. Kami mulai belajar kelistrikan (tugas, definisi dan rumus) di sekolah. Dan kami belajar banyak hal menarik. Ternyata jantung yang berdetak, atlet lari, bayi yang sedang tidur dan ikan yang berenang semuanya menghasilkan energi listrik.
Elektron dan proton
Mari kita definisikan konsep dasarnya. Dari sudut pandang seorang ilmuwan, fisika listrik dikaitkan dengan pergerakan elektron dan partikel bermuatan lainnya dalam berbagai zat. Oleh karena itu, pemahaman ilmiah tentang sifat fenomena yang menarik bagi kita tergantung pada tingkat pengetahuan tentang atom dan partikel subatom penyusunnya. Elektron kecil adalah kunci untuk pemahaman ini. Atom-atom dari zat apapun mengandung satu atau lebih elektron yang bergerak dalam berbagai orbit mengelilingi nukleus, seperti halnya planet-planet berputar mengelilingi matahari. Biasanya jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah proton dalam nukleus. Namun, proton, yang jauh lebih berat daripada elektron, dapat dianggap seolah-olah tetap di pusat atom. Model atom yang sangat disederhanakan ini sudah cukup untuk menjelaskan dasar-dasar fenomena seperti fisika listrik.
Apa lagi yang perlu Anda ketahui? Elektron dan proton memiliki muatan listrik yang sama (tetapi berbeda tanda), sehingga mereka saling tarik menarik. Muatan proton adalah positif dan muatan elektron negatif. Sebuah atom yang memiliki elektron lebih atau kurang dari biasanya disebut ion. Jika jumlahnya tidak cukup dalam atom, maka itu disebut ion positif. Jika mengandung kelebihan, maka disebut ion negatif.
Ketika sebuah elektron meninggalkan atom, ia memperoleh beberapa muatan positif. Sebuah elektron, kehilangan lawannya - sebuah proton, entah berpindah ke atom lain, atau kembali ke atom sebelumnya.
Mengapa elektron meninggalkan atom?
Ini karena beberapa alasan. Yang paling umum adalah bahwa di bawah pengaruh pulsa cahaya atau elektron eksternal, elektron yang bergerak dalam atom dapat terlempar keluar dari orbitnya. Panas membuat atom bergetar lebih cepat. Ini berarti bahwa elektron dapat terbang keluar dari atomnya. Dalam reaksi kimia, mereka juga berpindah dari atom keatom.
Contoh yang baik tentang hubungan antara aktivitas kimia dan listrik diberikan oleh otot kita. Serat mereka berkontraksi ketika terkena sinyal listrik dari sistem saraf. Arus listrik merangsang reaksi kimia. Mereka menyebabkan kontraksi otot. Sinyal listrik eksternal sering digunakan untuk merangsang aktivitas otot secara artifisial.
Konduktivitas
Dalam beberapa zat, elektron di bawah aksi medan listrik eksternal bergerak lebih bebas daripada yang lain. Zat tersebut dikatakan memiliki konduktivitas yang baik. Mereka disebut konduktor. Ini termasuk sebagian besar logam, gas yang dipanaskan, dan beberapa cairan. Udara, karet, minyak, polietilen, dan kaca adalah penghantar listrik yang buruk. Mereka disebut dielektrik dan digunakan untuk mengisolasi konduktor yang baik. Isolator ideal (benar-benar non-konduktif) tidak ada. Dalam kondisi tertentu, elektron dapat dikeluarkan dari atom mana pun. Namun, kondisi ini biasanya sangat sulit untuk dipenuhi sehingga, dari sudut pandang praktis, zat tersebut dapat dianggap non-konduktif.
Berkenalan dengan sains seperti fisika (bagian "Listrik"), kita belajar bahwa ada kelompok zat khusus. Ini adalah semikonduktor. Mereka berperilaku sebagian sebagai dielektrik dan sebagian sebagai konduktor. Ini termasuk, khususnya: germanium, silikon, oksida tembaga. Karena sifatnya, semikonduktor menemukan banyak aplikasi. Misalnya, dapat berfungsi sebagai katup listrik: seperti katup ban sepeda, itumemungkinkan muatan untuk bergerak hanya dalam satu arah. Perangkat semacam itu disebut penyearah. Mereka digunakan di radio mini serta pembangkit listrik besar untuk mengubah AC ke DC.
Panas adalah bentuk pergerakan molekul atau atom yang kacau balau, dan suhu adalah ukuran intensitas pergerakan ini (pada sebagian besar logam, dengan penurunan suhu, pergerakan elektron menjadi lebih bebas). Ini berarti bahwa resistensi terhadap gerakan bebas elektron berkurang dengan penurunan suhu. Dengan kata lain, konduktivitas logam meningkat.
Superkonduktivitas
Pada beberapa zat pada suhu yang sangat rendah, hambatan aliran elektron menghilang sepenuhnya, dan elektron, setelah mulai bergerak, melanjutkannya tanpa batas. Fenomena ini disebut superkonduktivitas. Pada suhu beberapa derajat di atas nol mutlak (-273 °C), diamati pada logam seperti timah, timah, aluminium, dan niobium.
Generator Van de Graaff
Kurikulum sekolah mencakup berbagai eksperimen dengan listrik. Ada banyak jenis generator, salah satunya akan kami bahas lebih detail. Generator Van de Graaff digunakan untuk menghasilkan tegangan ultra-tinggi. Jika sebuah benda yang mengandung kelebihan ion positif ditempatkan di dalam wadah, maka elektron akan muncul di permukaan bagian dalam yang terakhir, dan jumlah ion positif yang sama akan muncul di permukaan luar. Jika sekarang kita menyentuh permukaan bagian dalam dengan benda bermuatan, maka semua elektron bebas akan melewatinya. Di luarmuatan positif akan tetap ada.
Dalam generator Van de Graaff, ion positif dari sumber diterapkan ke ban berjalan di dalam bola logam. Pita itu terhubung ke permukaan bagian dalam bola dengan bantuan konduktor dalam bentuk sisir. Elektron mengalir turun dari permukaan bagian dalam bola. Ion positif muncul di sisi luarnya. Efeknya dapat ditingkatkan dengan menggunakan dua generator.
Arus listrik
Kursus fisika sekolah juga mencakup hal seperti arus listrik. Apa itu? Arus listrik terjadi karena adanya pergerakan muatan listrik. Ketika lampu listrik yang terhubung ke baterai dihidupkan, arus mengalir melalui kabel dari satu kutub baterai ke lampu, kemudian melalui rambutnya, menyebabkannya bersinar, dan kembali melalui kabel kedua ke kutub baterai yang lain.. Jika sakelar diputar, rangkaian akan terbuka - aliran arus akan berhenti dan lampu akan padam.
Pergerakan elektron
Arus dalam banyak kasus adalah pergerakan elektron yang teratur dalam logam yang berfungsi sebagai konduktor. Dalam semua konduktor dan beberapa zat lain selalu ada beberapa gerakan acak yang terjadi, bahkan jika tidak ada arus yang mengalir. Elektron dalam materi bisa relatif bebas atau terikat kuat. Konduktor yang baik memiliki elektron bebas yang dapat bergerak. Tetapi pada konduktor atau isolator yang buruk, sebagian besar partikel ini cukup kuat terhubung dengan atom, yang mencegah pergerakannya.
Terkadang pergerakan elektron ke arah tertentu terjadi secara alami atau buatan dalam sebuah konduktor. Aliran ini disebut arus listrik. Diukur dalam ampere (A). Ion (dalam gas atau larutan) dan "lubang" (kekurangan elektron dalam beberapa jenis semikonduktor) juga dapat berfungsi sebagai pembawa arus. Yang terakhir berperilaku seperti pembawa arus listrik bermuatan positif. Beberapa gaya diperlukan untuk membuat elektron bergerak dalam satu arah atau lain Di alam sumbernya dapat berupa: paparan sinar matahari, efek magnetik dan reaksi kimia. Beberapa di antaranya digunakan untuk menghasilkan listrik. Biasanya untuk tujuan ini adalah: generator yang menggunakan efek magnet, dan sel (baterai) yang aksinya disebabkan untuk reaksi kimia. Kedua perangkat, menciptakan gaya gerak listrik (EMF), menyebabkan elektron bergerak dalam satu arah melalui sirkuit. Nilai EMF diukur dalam volt (V). Ini adalah unit dasar listrik.
Besarnya EMF dan kuat arus saling berhubungan, seperti tekanan dan aliran dalam zat cair. Pipa air selalu terisi air pada tekanan tertentu, tetapi air baru mulai mengalir saat keran dihidupkan.
Demikian pula, rangkaian listrik dapat dihubungkan ke sumber EMF, tetapi arus tidak akan mengalir di dalamnya sampai jalur dibuat agar elektron dapat bergerak. Bisa berupa, katakanlah, lampu listrik atau penyedot debu, sakelar di sini berperan sebagai ketukan yang "melepaskan" arus.
Hubungan antara arus dantegangan
Saat tegangan dalam rangkaian meningkat, begitu juga arus. Mempelajari kursus fisika, kita belajar bahwa rangkaian listrik terdiri dari beberapa bagian yang berbeda: biasanya saklar, konduktor dan perangkat yang mengkonsumsi listrik. Semuanya, terhubung bersama, menciptakan hambatan terhadap arus listrik, yang (dengan asumsi suhu konstan) untuk komponen ini tidak berubah seiring waktu, tetapi berbeda untuk masing-masing komponen. Oleh karena itu, jika tegangan yang sama diterapkan pada bola lampu dan pada setrika, maka aliran elektron di masing-masing perangkat akan berbeda, karena hambatannya berbeda. Oleh karena itu, kekuatan arus yang mengalir melalui bagian tertentu dari rangkaian ditentukan tidak hanya oleh tegangan, tetapi juga oleh resistansi konduktor dan perangkat.
Hukum Ohm
Nilai hambatan listrik diukur dalam ohm (Ohm) dalam ilmu seperti fisika. Listrik (rumus, definisi, eksperimen) adalah topik yang luas. Kami tidak akan menurunkan formula yang rumit. Untuk pengenalan pertama dengan topik, apa yang telah dikatakan di atas sudah cukup. Namun, satu formula masih layak untuk diturunkan. Dia cukup rumit. Untuk setiap konduktor atau sistem konduktor dan perangkat, hubungan antara tegangan, arus dan hambatan diberikan oleh rumus: tegangan=arus x hambatan. Ini adalah ekspresi matematika dari hukum Ohm, dinamai George Ohm (1787-1854), yang pertama kali menetapkan hubungan antara ketiga parameter ini.
Fisika kelistrikan adalah cabang ilmu yang sangat menarik. Kami hanya mempertimbangkan konsep dasar yang terkait dengannya. Tahukah kamuApa itu listrik dan bagaimana cara menghasilkannya? Kami harap informasi ini bermanfaat bagi Anda.
