Tegangan dan arus adalah konsep kuantitatif yang harus selalu diingat dalam rangkaian elektronik. Mereka biasanya bervariasi dari waktu ke waktu, jika tidak, pengoperasian sirkuit tidak ada gunanya.
Tegangan ( simbol kamu, kadang-kadang E). Tegangan antara dua titik adalah energi (atau kerja) yang dikeluarkan untuk memindahkan satuan muatan positif dari titik yang berpotensi rendah ke titik yang berpotensi tinggi (yaitu, titik pertama memiliki potensial lebih negatif dibandingkan titik kedua). Dengan kata lain, ini adalah energi yang dilepaskan ketika satuan muatan “bergeser” dari potensial tinggi ke rendah. Tegangan disebut juga beda potensial atau gaya gerak listrik. Satuan pengukuran tegangan adalah volt. Tegangan biasanya diukur dalam volt (V), kilovolt, milivolt atau mikrovolt (lihat bagian “Awalan untuk membentuk kelipatan dan subkelipatan”, tercetak cetakan kecil). Untuk memindahkan muatan sebesar 1 coulomb antar titik yang mempunyai beda potensial 1 volt, diperlukan usaha sebesar 1 joule. (Coulomb berfungsi sebagai satuan muatan listrik dan kira-kira sama dengan muatan elektron.) Tegangan yang diukur dalam nanovolt atau megavolt jarang terjadi; Anda akan melihat ini setelah membaca keseluruhan buku.
Kami memberi nama pada pemicu tegangan generator seperti baterai dan baterai. Peralatan lain, seperti lemari es, mesin cuci, setrika, blender, tidak memiliki tombol yang memungkinkan Anda mengatur voltase. Jika salah satu perangkat ini dihidupkan pada tegangan yang lebih tinggi dari tegangan yang ditentukan oleh pabrikan, perangkat tersebut akan segera terbakar.
Jika terhubung ke tegangan lebih rendah dari yang ditentukan, atau perangkat tidak berfungsi atau berkinerja buruk. Daya adalah besaran listrik yang menunjukkan konsumsi energi listrik suatu perangkat pada setiap saat pengoperasiannya. Misalnya, jika sebuah lampu diberi daya 100 watt, berarti lampu tersebut mengonsumsi listrik sebesar 100 joule setiap detiknya. Kebanyakan peralatan listrik hanya memiliki nilai watt, namun ada juga yang memberikan lebih dari satu nilai, seperti pancuran listrik.
Saat ini (simbol). Arus adalah kecepatan pergerakan muatan listrik pada suatu titik. Satuan ukuran arus adalah ampere. Arus biasanya diukur dalam ampere (A), miliamp, mikroamp
Nanoamps dan terkadang picoamps. Arus sebesar 1 ampere dihasilkan dengan memindahkan muatan sebesar 1 coulomb dalam waktu 1 s. Disepakati bahwa arus dalam suatu rangkaian mengalir dari titik yang potensialnya lebih positif ke titik yang potensialnya lebih negatif, meskipun elektron bergerak ke arah yang berlawanan.
Dalam hal ini, biasanya mempunyai nilai untuk posisi musim panas dan satu lagi untuk posisi musim dingin. Di musim panas, saat air memanas lebih sedikit, nilainya lebih rendah. Di musim dingin, ketika air lebih panas, nilai daya dan konsumsinya lebih besar energi listrik juga lebih banyak lagi.
Itu diukur dalam kWh, yang berarti kilogram watt-jam. Kilogram ini sama dengan satu kilogram, kilometer dan artinya 000 kali. Satu watt-jam sudah menjadi ukuran energi listrik. Meskipun ini mungkin terasa aneh bagi Anda. Watt-jam ini adalah satuan energi. Ingatlah bahwa watt adalah satuan gaya dan jam adalah satuan waktu. Jadi, satu watt-jam adalah hasil kali daya terhadap waktu dan 1 kWh adalah 000 watt-jam. Pada tahap ini kita dapat mengambil beberapa butir cahaya yang akan didiskusikan dengan siswa.
Ingat: tegangan selalu diukur antara dua titik dalam suatu rangkaian, arus selalu mengalir melalui suatu titik dalam suatu rangkaian atau melalui beberapa elemen rangkaian.
Anda tidak bisa mengatakan "tegangan dalam sebuah resistor" - itu bodoh. Namun, kita sering berbicara tentang tegangan di beberapa titik dalam rangkaian. Dalam hal ini, yang mereka maksud adalah tegangan antara titik ini dan “tanah”, yaitu titik dalam rangkaian yang potensinya diketahui semua orang. Anda akan segera terbiasa dengan metode pengukuran tegangan ini.
Arus listrik adalah besaran yang nilainya bergantung pada daya perangkat, serta tegangan pengoperasiannya. Misalnya, lampu 100 watt dengan daya 110 volt memerlukan lebih banyak arus listrik bila dihubungkan dibandingkan lampu dengan daya 60 watt pada tegangan yang sama. Inilah sebabnya mengapa bohlam 100W lebih terang daripada bohlam 60W.
Ada dua jenis arus listrik: arus searah yang disuplai dari baterai, dan arus bolak-balik yang disuplai dari pembangkit listrik ke rumah, industri, dll. Arus bolak-balik memiliki nilai yang bervariasi dalam suatu rentang selama pengoperasian perangkat listrik yang sama.
Tegangan diciptakan dengan bertindak muatan listrik dalam perangkat seperti baterai (reaksi elektrokimia), generator (interaksi kekuatan magnet), sel surya (efek fotovoltaik energi foton), dll. Kita memperoleh arus dengan menerapkan tegangan antara titik-titik rangkaian.
Di sini mungkin timbul pertanyaan, apa sebenarnya tegangan dan arus itu, seperti apa bentuknya? Untuk menjawab pertanyaan ini, yang terbaik adalah menggunakan perangkat elektronik seperti osiloskop. Ini dapat digunakan untuk mengamati tegangan (dan terkadang arus) sebagai fungsi yang berubah seiring waktu. Kami akan menggunakan pembacaan dari osiloskop serta voltmeter untuk mengkarakterisasi sinyal. Untuk memulainya, kami menyarankan Anda untuk melihat Lampiran A, di mana yang sedang kita bicarakan tentang osiloskop, dan Sekte. “Alat Ukur Universal” dalam cetakan kecil.
Dalam hal ini mengacu pada karakteristik arus listrik bolak-balik yang diperoleh dari pembangkit listrik. Di Brazil, frekuensi arus bolak-balik adalah 60 hertz, yaitu 60 siklus per detik. Ada negara seperti Portugal dan Paraguay yang frekuensinya 50 hertz.
Memahami sedikit tentang jiwa
Dan untuk musim panas. Di posisi manakah arusnya lebih besar?
- Transformasi energi apa yang dilakukan pancuran?
- Dimana itu?
- Kapan airnya menjadi panas?
- Resistor dibagi menjadi dua bagian.
- Apa posisinya dan untuk posisi musim dingin?
Di sirkuit nyata, kita menghubungkan elemen satu sama lain menggunakan kabel, konduktor logam, yang masing-masing di setiap titik memiliki tegangan yang sama (relatif terhadap, katakanlah, ground). Di wilayah frekuensi tinggi atau impedansi rendah, pernyataan ini tidak sepenuhnya benar, dan kami akan membahas masalah ini pada waktunya. Sekarang mari kita ambil asumsi ini dengan iman. Kami menyebutkan ini untuk membuat Anda memahami bahwa rangkaian sebenarnya tidak harus terlihat seperti diagram skematik karena kabel dapat dihubungkan dengan cara yang berbeda.
Koneksi di musim dingin dan musim panas berhubungan dengan tegangan yang sama, dengan kekuatan yang berbeda. Ketebalan kawat lilitan - resistor - biasa disebut "resistansi" - adalah sama. Koneksi di musim dingin dan musim panas diperoleh dengan menggunakan panjang yang berbeda resistor. DI DALAM waktu musim panas digunakan untuk koneksi paling kabel yang sama, dan sambungan musim dingin dibuat menggunakan sebagian kecil kabel, pada posisi musim panas, bagian yang lebih besar digunakan.
Pada sambungan musim dingin, arus pada resistor harus lebih tinggi daripada pada posisi musim panas, yang memungkinkan peningkatan daya dan pemanasan. Jika tegangan, material dan ketebalan dijaga konstan, kita dapat membuat hubungan berikut sesuai tabel berikut.
Ingatlah beberapa hal aturan sederhana mengenai arus dan tegangan.
1. Jumlah arus yang mengalir ke suatu titik sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut (kekekalan muatan). Aturan ini terkadang disebut hukum Kirchhoff untuk arus. Insinyur suka menyebut titik ini di sirkuit sebagai simpul. Akibat wajarnya mengikuti aturan ini: dalam rangkaian seri (yaitu sekelompok elemen yang memiliki dua ujung dan dihubungkan satu sama lain melalui ujung-ujung tersebut), arus di semua titik adalah sama.
Jika kita mempunyai lampu dengan daya 100 W dan tegangan 110 V, kita mempunyai daya P dan lampu yang sama dengan tegangan 220 V, berapakah daya dalam kasus ini? Di bawah ini adalah contoh kegiatan bersama siswa di dalam kelas. Dalam kegiatan ini, siswa akan belajar cara mengoperasikan multimeter, mengukur tegangan, arus, dll.
Bahan yang dibutuhkan: multimeter, baterai dan kabel. Jika guru memiliki resistor yang tersedia untuk digunakan, sirkuit kecil dapat diatur dan lebih banyak konten yang dibahas. Gambar 2 - Masukkan baterai seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Pada perakitan ini kami dapat mengukur beda potensial antara dua lampu.
2. Saat menghubungkan elemen secara paralel (Gbr. 1.1), tegangan pada setiap elemen adalah sama. Dengan kata lain, jumlah jatuh tegangan antara titik A dan B, diukur sepanjang setiap cabang rangkaian yang menghubungkan titik-titik tersebut, adalah sama dan sama dengan tegangan antara titik A dan B. Kadang-kadang aturan ini dirumuskan sebagai berikut: jumlah penurunan tegangan pada setiap loop tertutup pada rangkaian adalah nol. Ini adalah hukum Kirchhoff untuk stres.
Gambar 3 - Di sini kita akan mengukur beda potensial soket. Gambar 4 - Nilai yang diperoleh dengan mengacu pada Gambar 3. Dari percobaan, siswa mampu membuat grafik tegangan versus arus, tiga kali pengukuran cukup untuk melihat perilaku grafik tersebut.
Guru dapat berdiskusi lereng saluran dan listrik. Tegangan, arus, ohm dan daya. Tegangan dapat diibaratkan dengan sebuah gedung, semakin tinggi tegangan dalam gedung tersebut, semakin rendah tegangannya maka semakin rendah pula tegangannya. Dalam elektronik, kesamaan sering kali digunakan dengan cara yang mirip dengan ini, hanya menjelaskan topik yang akan sulit dipahami dengan cepat tanpa trik ini. Seperti yang Anda lihat pada gambar, setiap lantai berharga 10 volt. Bangunan pertama terdiri dari sebuah bidang, jadi biayanya 10 V, yang kedua terdiri dari 4, dan yang ketiga berharga 3.
3. Daya (usaha yang dilakukan per satuan waktu) yang dikonsumsi oleh rangkaian ditentukan sebagai berikut:
Mari kita ingat bagaimana kita mendefinisikan tegangan dan arus, dan kita menemukan bahwa daya sama dengan: (usaha/pengisian) (pengisian/waktu). Jika tegangan U diukur dalam volt dan arus I diukur dalam ampere, maka daya P dinyatakan dalam watt. Daya 1 watt sama dengan usaha 1 joule dalam waktu 1 s.
Tegangan yang dimaksud adalah untuk lantai pertama, tetapi jika dibuat referensi lain, semuanya berubah. Jika semuanya diperhatikan gedung ke 2, gedung pertama -30V, gedung kedua 0, dan gedung ketiga -10V. Untuk lebih memahami konsepnya, pikirkan saja bagaimana Anda memandang bangunan yang dimaksud.
Jika Anda melihat gedung 3, Anda akan melihat gedung pertama dengan 20 lantai bertegangan -20 volt, gedung kedua dengan lantai di atas 10 volt, dan gedung ketiga di mana Anda melihat 0 volt. Semakin banyak elektron yang melewatinya dalam satu detik, semakin besar arus yang mengalir melalui konduktor. Sifat arus muncul dari karakteristik dua benda yang bersentuhan dimana mereka mencoba mengambil muatan listrik yang sama untuk menghilangkan tingkat energi, pergeseran elektron ini disebut “arus”. Arus dinyatakan dalam Ampere, nama yang diambil dari penemunya, fisikawan Perancis Andre-Marie Ampera.
Daya dihamburkan sebagai panas (biasanya) atau kadang-kadang digunakan dalam kerja mekanis (motor), diubah menjadi energi radiasi (lampu, pemancar) atau disimpan (baterai, kapasitor). Selama pengembangan sistem yang kompleks salah satu yang utama adalah pertanyaan menentukan beban termalnya (ambil, misalnya, komputer, di mana produk sampingan dari beberapa halaman hasil penyelesaian suatu masalah adalah beberapa kilowatt energi listrik yang dihamburkan ke ruang angkasa dalam bentuk panas).
Hukum ini menghubungkan tegangan dan arus dengan parameter lain yang disebut “resistansi”. Hal ini dapat dikatakan bahwa arus berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan. Rumus hukum dan kesimpulannya adalah sebagai berikut. Dengan rumus yang berasal dari hukum ohm ini, berbagai jenis masalah dapat diselesaikan. Pada gambar pertama, Anda dapat menghitung arus yang beredar dalam rangkaian sederhana yang dibentuk oleh bola lampu, baterai, dan konduktor.
Bola lampu memiliki filamen yang memiliki hambatan tertentu. Gambar lain ini menunjukkan cara memperoleh tegangan dengan mengetahui arus dan hambatan lampu pijar. Gambar lainnya masih menggambarkan cara menghitung hambatan filamen dengan mengetahui tegangan baterai dan arus yang beredar pada rangkaian.
Di masa depan, ketika mempelajari perubahan arus dan tegangan secara berkala, kita harus menggeneralisasi ekspresi sederhana untuk menentukan nilai rata-rata daya. Dalam bentuk ini, valid untuk menentukan nilai daya sesaat.
Ngomong-ngomong, ingatlah bahwa Anda tidak perlu menyebut kekuatan saat ini - itu buta huruf. Anda juga tidak dapat menyebut resistor sebagai resistansi. Tentang resistor kita akan bicara di bagian selanjutnya.
Dalam elektronika, ada komponen yang disebut “resistor” yang memiliki sejumlah hambatan. Ini dapat ditemukan di toko elektronik atau pendaur ulang TV, namun secara online mereka dapat membelinya di mana saja atau menyelamatkannya dari peralatan yang sudah ketinggalan zaman atau usang. Gambar samping menunjukkan ketahanan terhadap logam.
Nama Siemens diambil dari nama fisikawan Werner von Siemens. Saat menggunakan air panas dari pemanas air listrik atau memasak atau memanaskan makanan di atas kompor listrik, tanpa disadari menggunakan efek Joule, yang mana hambatan merupakan bagian dari peralatan atau pengguna jenis tersebut.
Hanya sedikit yang mampu benar-benar memahami bahwa arus bolak-balik dan arus searah itu berbeda. Belum lagi menyebutkan perbedaan spesifik. Tujuan artikel ini adalah untuk menjelaskan ciri-ciri utama besaran fisis ini agar orang yang tidak memiliki pengetahuan teknis dapat memahaminya, dan juga untuk memberikan beberapa konsep dasar mengenai masalah ini.
Tantangan visualisasi
Kebanyakan orang tidak mengalami kesulitan memahami konsep seperti “tekanan”, “kuantitas”, dan “aliran”, karena ada di dalamnya kehidupan sehari-hari mereka terus-menerus dihadapkan dengan mereka. Misalnya, mudah untuk memahami bahwa meningkatkan aliran saat menyiram bunga akan meningkatkan jumlah air yang keluar dari selang penyiraman, sedangkan meningkatkan tekanan air akan menyebabkannya bergerak lebih cepat dan lebih kuat.
Istilah kelistrikan seperti “tegangan” dan “arus” biasanya sulit dipahami karena Anda tidak dapat melihat atau merasakan aliran listrik melalui kabel dan rangkaian listrik. Sangat sulit bahkan bagi ahli listrik pemula untuk memvisualisasikan apa yang terjadi pada tingkat molekuler atau bahkan memahami dengan jelas apa itu, misalnya elektron. Partikel ini berada di luar kemampuan indra manusia dan tidak dapat dilihat atau disentuh kecuali sejumlah partikel tersebut melewati tubuh manusia. Barulah korbannya pasti akan merasakannya dan mengalami apa yang biasa disebut dengan sengatan listrik.
Namun, kabel-kabel yang terbuka tampak sama sekali tidak berbahaya bagi kebanyakan orang hanya karena mereka tidak dapat melihat elektron yang menunggu untuk mengambil jalur yang hambatannya paling kecil, yang biasanya adalah tanah.
Analogi
Dapat dimengerti mengapa kebanyakan orang tidak dapat memvisualisasikan apa yang terjadi di dalam konduktor dan kabel biasa. Mencoba menjelaskan bahwa ada sesuatu yang bergerak melalui logam adalah tindakan yang bertentangan kewajaran. Sebenarnya tingkat dasar Listrik tidak jauh berbeda dengan air, sehingga konsep dasarnya cukup mudah dipahami ketika Anda membandingkan rangkaian listrik dengan sistem perpipaan. Perbedaan utama antara air dan listrik adalah air mengisi sesuatu jika berhasil keluar dari pipa, sedangkan listrik memerlukan konduktor untuk memindahkan elektron. Dengan memvisualisasikan sistem perpipaan, terminologi teknisnya lebih mudah dipahami oleh sebagian besar orang.
Tegangan sebagai tekanan
Tegangan sangat mirip dengan tekanan elektron dan menunjukkan seberapa cepat dan seberapa besar gaya bergerak melalui konduktor. Ini besaran fisis setara dalam banyak hal, termasuk hubungannya dengan kekuatan kabel pipa. Sama seperti juga tekanan tinggi memecahkan pipa, tegangan yang terlalu tinggi merusak pelindung konduktor atau menembusnya.
Arus sebagai aliran
Arus adalah laju aliran elektron, yang menunjukkan berapa banyak elektron yang bergerak melalui kabel. Semakin tinggi, semakin banyak elektron yang melewati konduktor. Sama seperti jumlah besar air membutuhkan pipa yang lebih tebal, arus yang lebih tinggi memerlukan kabel yang lebih tebal.
Penggunaan model sirkuit air memungkinkan Anda menjelaskan banyak istilah lainnya. Misalnya, generator listrik dapat diibaratkan sebagai pompa air, dan beban listrik dapat diibaratkan sebagai kincir air yang memerlukan aliran dan tekanan air untuk berputar. Bahkan dioda elektronik dapat diibaratkan sebagai katup air yang hanya memungkinkan air mengalir ke satu arah.
D.C
Perbedaan arus searah dan arus bolak-balik sudah jelas dari namanya. Yang pertama mewakili pergerakan elektron dalam satu arah. Sangat mudah untuk memvisualisasikannya menggunakan model putaran air. Bayangkan saja air mengalir melalui pipa dalam satu arah. Perangkat umum yang menghasilkan arus searah adalah sel surya, baterai, dan dinamo. Hampir semua perangkat dapat dirancang untuk ditenagai oleh sumber seperti itu. Ini hampir merupakan domain eksklusif elektronik bertegangan rendah dan portabel.
Arus searah cukup sederhana, dan mematuhi hukum Ohm: U = I × R. Diukur dalam watt dan sama dengan: P = U × I.
Karena persamaan sederhana dan perilaku arus searah relatif mudah dipahami. Sistem transmisi tenaga pertama, yang dikembangkan oleh Thomas Edison pada abad ke-19, hanya menggunakan ini. Namun, perbedaan antara arus bolak-balik dan arus searah segera menjadi jelas. Penularan yang terakhir dalam jarak yang cukup jauh disertai dengan kerugian besar, jadi setelah beberapa dekade sistem ini digantikan oleh sistem (saat itu) yang lebih menguntungkan yang dikembangkan oleh Nikola Tesla.
Meskipun jaringan listrik komersial di seluruh dunia kini menggunakan arus bolak-balik, ironisnya kemajuan teknologi telah membuat transmisi arus searah tegangan tinggi lebih efisien dalam jarak yang sangat jauh dan di bawah beban ekstrim. Yang misalnya digunakan saat menyambung sistem individu, seperti seluruh negara atau bahkan benua. Ini adalah perbedaan lain antara AC dan DC. Namun, yang pertama masih digunakan pada jaringan komersial bertegangan rendah.
Arus searah dan bolak-balik: perbedaan dalam produksi dan penggunaan
Jika arus bolak-balik lebih mudah dihasilkan dengan generator, gunakan energi kinetik, maka baterai hanya dapat menghasilkan konstan. Oleh karena itu, yang terakhir mendominasi rangkaian catu daya perangkat dan elektronik bertegangan rendah. Baterai hanya dapat diisi dengan arus DC, sehingga arus listrik AC disearahkan ketika baterai menjadi bagian utama sistem.
Contoh umum adalah apa saja kendaraan- sepeda motor, mobil dan truk. Generator yang terpasang di dalamnya menghasilkan arus bolak-balik, yang langsung diubah menjadi arus searah menggunakan penyearah, karena terdapat baterai dalam sistem catu daya, dan sebagian besar perangkat elektronik memerlukan tegangan konstan untuk beroperasi. Sel surya dan sel bahan bakar juga hanya menghasilkan arus searah, yang kemudian dapat diubah menjadi arus bolak-balik jika diperlukan dengan menggunakan alat yang disebut inverter.
Arah gerakan
Ini adalah contoh lain perbedaan antara DC dan AC. Seperti namanya, yang terakhir adalah aliran elektron yang terus berubah arahnya. DENGAN akhir XIX abad ini, hampir semua sistem kelistrikan rumah tangga dan industri di seluruh dunia menggunakan arus bolak-balik sinusoidal, karena lebih mudah diperoleh dan lebih murah untuk didistribusikan, dengan pengecualian pada sedikit kasus transmisi ke jarak jauh, ketika kehilangan daya memaksa penggunaan sistem DC tegangan tinggi terbaru.
AC mempunyai keuntungan besar lainnya: AC memungkinkan energi dikembalikan dari titik konsumsi kembali ke jaringan listrik. Hal ini sangat bermanfaat pada bangunan dan struktur yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang mereka konsumsi, yang sangat mungkin terjadi saat menggunakan sumber alternatif, seperti panel surya dan Fakta bahwa arus bolak-balik memungkinkan aliran energi dua arah merupakan alasan utama popularitas dan ketersediaan sumber daya alternatif.
Frekuensi
Sayangnya, jika berbicara secara teknis, sulit menjelaskan cara kerja arus bolak-balik, karena model rangkaian air kurang sesuai. Namun, dimungkinkan untuk memvisualisasikan sistem di mana air dengan cepat mengubah arah aliran, meskipun tidak jelas bagaimana hal itu dapat memberikan manfaat. Arus dan tegangan bolak-balik terus berubah arahnya. Tingkat perubahan tergantung pada frekuensi (diukur dalam hertz) dan rumah tangga jaringan listrik biasanya 50Hz. Artinya tegangan dan arus berubah arah 50 kali per detik. Menghitung komponen aktif dalam sistem sinusoidal cukup sederhana. Cukup dengan membagi nilai puncaknya dengan √2.
Ketika arus bolak-balik berubah arah 50 kali per detik, itu berarti bola lampu pijar menyala dan mati 50 kali per detik. Mata manusia tidak dapat memperhatikan hal ini, dan otak hanya percaya bahwa lampu menyala sepanjang waktu. Ini adalah perbedaan lain antara AC dan DC.
Matematika vektor
Arus dan tegangan tidak hanya terus berubah, tetapi fasenya juga tidak sesuai (tidak sinkron). Sebagian besar beban daya AC menyebabkan perbedaan fasa. Artinya, bahkan untuk sebagian besar orang perhitungan sederhana Anda perlu menggunakan matematika vektor. Saat bekerja dengan vektor, tidak mungkin untuk sekadar menambah, mengurangi, atau melakukan operasi lainnya matematika skalar. Dengan arus konstan, jika satu kabel membawa 5A ke suatu titik tertentu, dan kabel lainnya membawa 2A, maka hasilnya adalah 7A. Dalam kasus variabel, hal ini tidak terjadi, karena hasilnya akan bergantung pada arah vektor.
Faktor kekuatan
Daya aktif suatu beban bertenaga AC dapat dihitung dengan menggunakan rumus sederhana P = U × I × cos (φ) dimana φ adalah sudut antara tegangan dan arus, cos (φ) disebut juga faktor daya. Inilah perbedaan arus searah dan arus bolak-balik: yang pertama, cos (φ) selalu sama dengan 1. Daya aktif dibutuhkan (dan dibayar) oleh konsumen rumah tangga dan industri, namun tidak sama dengan daya kompleks yang melewatinya. konduktor (kabel) ke beban, yang dapat dihitung dengan rumus S = U × I dan diukur dalam volt-ampere (VA).
Perbedaan antara arus searah dan arus bolak-balik dalam perhitungannya jelas - keduanya menjadi lebih kompleks. Bahkan perhitungan yang paling sederhana pun memerlukan setidaknya pengetahuan matematika vektor yang biasa-biasa saja.
Mesin las
Perbedaan antara arus searah dan arus bolak-balik juga muncul saat pengelasan. Polaritas busur memiliki pengaruh yang besar pada kualitasnya. Pengelasan elektroda positif menembus lebih dalam daripada pengelasan elektroda negatif, tetapi pengelasan elektroda negatif mempercepat pengendapan logam. Dengan arus searah, polaritasnya selalu konstan. Dengan variabel berubah 100 kali per detik (pada 50 Hz). Pengelasan permanen lebih disukai karena lebih lancar. Perbedaan pengelasan dengan bolak-balik dan DC adalah bahwa dalam kasus pertama, pergerakan elektron terhenti selama sepersekian detik, yang menyebabkan denyut, ketidakstabilan, dan hilangnya busur. Jenis pengelasan ini jarang digunakan, misalnya untuk menghilangkan pengembaraan busur pada elektroda berdiameter besar.
Segera setelah kita mulai belajar kurikulum sekolah fisika, guru kami segera mulai memberi tahu kami bahwa antara arus dan tegangan ada perbedaan yang sangat besar perbedaan besar, dan kami sangat membutuhkan ilmunya kehidupan selanjutnya. Namun, kini bahkan orang dewasa pun tidak dapat mengetahui perbedaan antara kedua konsep tersebut. Namun setiap orang perlu mengetahui perbedaan ini, karena kita berhubungan dengan arus dan tegangan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya menyalakan TV atau pengisi daya telepon ke dalam soket.
Definisi
Sengatan listrik disebut proses ketika berada di bawah pengaruh medan listrik pergerakan teratur partikel bermuatan dimulai. Partikel bisa menjadi yang paling banyak elemen yang berbeda, itu semua tergantung pada kasus spesifiknya. Jika kita berbicara tentang konduktor, maka partikel dalam situasi ini adalah elektron. Mempelajari ketenagalistrikan, masyarakat mulai memahami bahwa kemampuan arus memungkinkan untuk dimanfaatkan secara maksimal daerah yang berbeda, termasuk obat-obatan. Bagaimanapun, muatan listrik membantu menyadarkan pasien dan memulihkan fungsi jantung. Selain itu, arus ini digunakan dalam pengobatan penyakit kompleks seperti epilepsi atau penyakit Parkinson. Dalam kehidupan sehari-hari arus listrik Ini tidak tergantikan, karena dengan bantuannya lampu di apartemen dan rumah kita menyala dan peralatan listrik berfungsi.
Voltase- sebuah konsep yang jauh lebih kompleks daripada saat ini. Lajang muatan positif bergerak dari poin yang berbeda: dari potensi rendah ke tinggi. Dan tegangan adalah energi yang dikeluarkan untuk gerakan ini. Untuk memudahkan pemahaman, sering diberikan contoh aliran air antara dua tepian: arus adalah aliran air itu sendiri, dan tegangan menunjukkan perbedaan level di kedua tepian. Oleh karena itu, aliran akan terus berlanjut hingga levelnya seimbang.
Perbedaan
Mungkin perbedaan utama antara arus dan tegangan sudah dapat dilihat dari definisinya. Namun untuk kenyamanan, kami akan menyajikan dua perbedaan utama antara konsep-konsep yang sedang dipertimbangkan dengan penjelasan lebih rinci:
- Arus adalah besaran listrik, sedangkan tegangan adalah besarannya energi potensial. Dengan kata lain, kedua konsep ini sangat bergantung satu sama lain, namun pada saat yang sama keduanya sangat berbeda. I (arus) = U (tegangan) / R (resistansi). Ini rumus utama, dari mana Anda dapat menghitung ketergantungan arus pada tegangan. Resistansi dipengaruhi oleh sejumlah faktor, termasuk bahan pembuat konduktor, suhu, dan kondisi eksternal.
- Perbedaannya terletak pada kuitansinya. Paparan muatan listrik pada berbagai perangkat (seperti baterai atau genset) menimbulkan tegangan. Dan arus diperoleh dengan memberikan tegangan antar titik-titik rangkaian.
Segera setelah kita mulai mempelajari fisika dalam kurikulum sekolah, guru segera mulai memberi tahu kita bahwa ada perbedaan yang sangat besar antara arus dan tegangan, dan kita akan sangat membutuhkan pengetahuannya di kemudian hari. Namun, kini bahkan orang dewasa pun tidak dapat mengetahui perbedaan antara kedua konsep tersebut. Namun setiap orang perlu mengetahui perbedaan ini, karena kita berhubungan dengan arus dan tegangan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya saat mencolokkan TV atau charger telepon ke stopkontak.
Sengatan listrik adalah proses ketika, di bawah pengaruh medan listrik, pergerakan teratur partikel bermuatan dimulai. Partikel dapat berupa berbagai macam elemen, semuanya tergantung pada kasus spesifiknya. Jika kita berbicara tentang konduktor, maka partikel dalam situasi ini adalah elektron. Dengan mempelajari kelistrikan, masyarakat mulai memahami bahwa kemampuan arus memungkinkan untuk dimanfaatkan dalam berbagai bidang, termasuk kedokteran. Bagaimanapun, muatan listrik membantu menyadarkan pasien dan memulihkan fungsi jantung. Selain itu, arus ini digunakan dalam pengobatan penyakit kompleks seperti epilepsi atau penyakit Parkinson. Dalam kehidupan sehari-hari, arus listrik tidak tergantikan, karena dengan bantuannya lampu di apartemen dan rumah kita menyala dan peralatan listrik berfungsi.
Voltase- sebuah konsep yang jauh lebih kompleks daripada saat ini. Muatan positif tunggal berpindah dari titik yang berbeda: dari potensial rendah ke potensial tinggi. Dan tegangan adalah energi yang dikeluarkan untuk gerakan ini. Untuk memudahkan pemahaman, sering diberikan contoh aliran air antara dua tepian: arus adalah aliran air itu sendiri, dan tegangan menunjukkan perbedaan level di kedua tepian. Oleh karena itu, aliran akan terus berlanjut hingga levelnya seimbang.
Apa perbedaan antara arus dan tegangan
Mungkin perbedaan utama antara arus dan tegangan sudah dapat dilihat dari definisinya. Namun untuk kenyamanan, kami akan menyajikan dua perbedaan utama antara konsep-konsep yang sedang dipertimbangkan dengan penjelasan lebih rinci:
Arus adalah besaran listrik, sedangkan tegangan adalah besaran energi potensial. Dengan kata lain, kedua konsep ini sangat bergantung satu sama lain, namun pada saat yang sama keduanya sangat berbeda. I (arus) = U (tegangan) / R (resistansi). Ini adalah rumus utama yang digunakan untuk menghitung ketergantungan arus pada tegangan. Resistansi dipengaruhi oleh sejumlah faktor, termasuk bahan pembuat konduktor, suhu, dan kondisi eksternal.
Perbedaannya terletak pada kuitansinya. Paparan muatan listrik pada berbagai perangkat (seperti baterai atau genset) menimbulkan tegangan. Dan arus diperoleh dengan memberikan tegangan antar titik-titik rangkaian.
Kesimpulan:
Perbedaan arus dan tegangan terletak pada definisinya, namun kedua konsep tersebut sangat bergantung satu sama lain.
Mereka diperoleh melalui berbagai proses.
Arus dan tegangan merupakan parameter kuantitatif yang digunakan dalam rangkaian listrik. Paling sering, nilai-nilai ini berubah seiring waktu, jika tidak, pengoperasian rangkaian listrik tidak akan ada gunanya.
Voltase
Secara konvensional, tegangan ditunjukkan dengan huruf "kamu". Usaha yang dilakukan untuk memindahkan satuan muatan dari titik berpotensi rendah ke titik berpotensi tinggi adalah tegangan antara kedua titik tersebut. Dengan kata lain, ini adalah energi yang dilepaskan setelah satuan muatan berpindah dari potensial tinggi ke rendah.
Tegangan juga bisa disebut beda potensial, serta gaya gerak listrik. Parameter ini diukur dalam volt. Untuk memindahkan muatan sebesar 1 coulomb antara dua titik yang bertegangan 1 volt, harus dilakukan usaha sebesar 1 joule. Coulomb mengukur muatan listrik. 1 coulomb sama dengan muatan 6x10 18 elektron.
Tegangan terbagi menjadi beberapa jenis, tergantung dari jenis arusnya.
- Tegangan konstan . Itu ada di sirkuit elektrostatik dan arus searah.
- tegangan AC
. Jenis tegangan ini terdapat pada rangkaian dengan sinusoidal dan arus bolak-balik. Dalam kasus arus sinusoidal, karakteristik tegangan berikut dipertimbangkan:
amplitudo fluktuasi tegangan– ini adalah deviasi maksimumnya dari sumbu x;
tegangan sesaat, yang dinyatakan pada titik waktu tertentu;
tegangan efektif, ditentukan oleh kerja aktif yang dilakukan pada setengah siklus pertama;
tegangan rata-rata yang diperbaiki, ditentukan oleh besarnya tegangan yang disearahkan selama satu periode harmonik.
Saat mentransmisikan listrik melalui saluran udara, desain penyangga dan dimensinya bergantung pada besarnya tegangan yang diberikan. Tegangan antar fasa disebut tegangan saluran , dan tegangan antara tanah dan setiap fasa adalah tegangan fasa . Aturan ini berlaku untuk semua tipe saluran udara. Di Rusia, dalam jaringan listrik rumah tangga, standarnya adalah tegangan tiga fasa dengan tegangan linier 380 volt dan tegangan fasa 220 volt.
Arus listrik
Arus dalam suatu rangkaian listrik adalah kecepatan pergerakan elektron pada suatu titik tertentu, diukur dalam ampere, dan dalam diagram dilambangkan dengan huruf “ SAYA" Satuan turunan ampere dengan awalan mili-, mikro-, nano, dll. yang sesuai juga digunakan. Arus sebesar 1 ampere dihasilkan dengan menggerakkan satuan muatan sebesar 1 coulomb dalam waktu 1 detik.
Secara konvensional dianggap bahwa arus mengalir dalam arah dari potensial positif ke negatif. Namun dari pelajaran fisika kita mengetahui bahwa elektron bergerak berlawanan arah.
Perlu Anda ketahui bahwa tegangan diukur antara 2 titik pada rangkaian, dan arus mengalir melalui satu titik tertentu dalam rangkaian, atau melalui elemennya. Oleh karena itu, jika seseorang menggunakan ungkapan “ketegangan dalam perlawanan”, maka hal tersebut tidak benar dan buta huruf. Namun seringkali kita berbicara tentang tegangan pada titik tertentu dalam rangkaian. Ini mengacu pada tegangan antara tanah dan titik ini.
Tegangan dihasilkan dari paparan muatan listrik pada generator dan perangkat lainnya. Arus diciptakan dengan menerapkan tegangan ke dua titik pada suatu rangkaian.
Untuk memahami apa itu arus dan tegangan, akan lebih tepat jika digunakan. Di atasnya Anda dapat melihat arus dan tegangan, yang nilainya berubah seiring waktu. Dalam prakteknya, elemen-elemen suatu rangkaian listrik dihubungkan oleh konduktor. DI DALAM titik-titik tertentu elemen rangkaian memiliki nilai tegangannya sendiri.
Arus dan tegangan mematuhi aturan:
- Jumlah arus yang masuk ke suatu titik sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut (aturan kekekalan muatan). Aturan ini adalah hukum Kirchhoff untuk arus. Tempat masuk dan keluarnya arus dalam hal ini disebut node. Akibat wajar dari hukum ini adalah pernyataan berikut: dalam rangkaian listrik seri sekelompok elemen, nilai arus di semua titik adalah sama.
- DI DALAM rangkaian paralel elemen, tegangan pada semua elemen adalah sama. Dengan kata lain, jumlah penurunan tegangan pada rangkaian tertutup adalah nol. Hukum Kirchhoff ini berlaku untuk tegangan.
- Usaha yang dilakukan per satuan waktu oleh suatu rangkaian (daya) dinyatakan sebagai berikut: P = U*I. Daya diukur dalam watt. 1 joule usaha yang dilakukan dalam 1 detik sama dengan 1 watt. Tenaga didistribusikan dalam bentuk panas dan digunakan untuk melakukan aktivitas pekerjaan mekanis(dalam motor listrik), diubah menjadi radiasi berbagai jenis, terakumulasi dalam wadah atau baterai. Saat mendesain kompleks sistem kelistrikan,Salah satu masalahnya adalah beban termal sistem.
Ciri-ciri arus listrik
Syarat adanya arus pada suatu rangkaian listrik adalah rangkaian tertutup. Jika rangkaian putus, arus berhenti.
Semua orang di bidang teknik elektro beroperasi berdasarkan prinsip ini. Mereka memutus sirkuit listrik dengan kontak mekanis yang dapat digerakkan, dan dengan demikian menghentikan aliran arus, mematikan perangkat.
Dalam industri energi, arus listrik terjadi di dalam penghantar arus yang dibuat berupa busbar dan bagian lain yang menghantarkan arus.
Ada juga cara lain untuk menciptakan arus internal di:
- Cairan dan gas akibat pergerakan ion bermuatan.
- Vakum, gas dan udara menggunakan emisi termionik.
- , karena pergerakan pembawa muatan.
Syarat terjadinya arus listrik
- Pemanasan konduktor (bukan superkonduktor).
- Penerapan beda potensial untuk membebankan biaya pada operator.
- Reaksi kimia yang melepaskan zat baru.
- Dampak medan magnet kepada kondektur.
Bentuk Gelombang Saat Ini
- Garis lurus.
- Gelombang sinus harmonik variabel.
- Berliku-liku, mirip dengan gelombang sinus, tetapi memiliki sudut tajam(terkadang sudutnya bisa dihaluskan).
- Bentuk pulsasi satu arah, dengan amplitudo bervariasi dari nol hingga nilai terbesar menurut hukum tertentu.
Jenis kerja arus listrik
- Radiasi cahaya yang dihasilkan oleh perangkat penerangan.
- Menghasilkan panas menggunakan elemen pemanas.
- Pekerjaan mekanis (perputaran motor listrik, pengoperasian perangkat listrik lainnya).
- Penciptaan radiasi elektromagnetik.
Fenomena negatif yang disebabkan oleh arus listrik
- Kontak dan bagian aktif yang terlalu panas.
- Terjadinya arus eddy pada inti perangkat listrik.
- Radiasi elektromagnetik ke lingkungan luar.
Saat mendesain, pembuat perangkat listrik dan berbagai rangkaian harus mempertimbangkan sifat-sifat arus listrik di atas dalam desainnya. Misalnya, pengaruh yang merugikan arus eddy pada motor listrik, transformator dan generator dikurangi dengan fusi inti yang digunakan untuk transmisi fluks magnet. Laminasi inti adalah produksinya bukan dari sepotong logam, tetapi dari satu set pelat tipis individu dari baja listrik khusus.
Namun di sisi lain, arus eddy digunakan untuk bekerja oven gelombang mikro, oven yang beroperasi berdasarkan prinsip induksi magnet. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa arus eddy tidak hanya merugikan, tetapi juga bermanfaat.
Arus bolak-balik dengan sinyal berbentuk sinusoidal dapat berbeda frekuensi osilasinya per satuan waktu. Di negara kita, frekuensi arus listrik industri adalah standar dan sama dengan 50 hertz. Di beberapa negara, frekuensi arus 60 hertz digunakan.
Untuk berbagai keperluan di bidang teknik elektro dan teknik radio, nilai frekuensi lain digunakan:
- Sinyal frekuensi rendah dengan frekuensi arus yang lebih rendah.
- Sinyal frekuensi tinggi yang jauh lebih tinggi dari frekuensi arus industri.
Arus listrik diyakini timbul dari pergerakan elektron di dalam suatu penghantar, oleh karena itu disebut arus konduksi. Namun ada jenis arus listrik lain yang disebut konveksi. Ini terjadi ketika benda makro bermuatan, seperti tetesan air hujan, bergerak.
Arus listrik pada logam
Pergerakan elektron saat terkena mereka kekuatan konstan dibandingkan dengan penerjun payung yang jatuh ke tanah. Dalam dua kasus ini hal itu terjadi gerak seragam. Penerjun payung dikenai gaya gravitasi, dan ditentang oleh gaya hambatan udara. Pergerakan elektron dipengaruhi oleh gaya medan listrik, dan ion-ion dalam kisi kristal menahan pergerakan ini. Kecepatan rata-rata elektron mencapai nilai konstan, begitu pula kecepatan penerjun payung.
Pada suatu penghantar logam, kecepatan pergerakan satu elektron adalah 0,1 mm per detik, dan kecepatan arus listrik sekitar 300 ribu km per detik. Hal ini karena arus listrik hanya mengalir jika tegangan diterapkan pada partikel bermuatan. Oleh karena itu, laju aliran arus yang tinggi tercapai.
Ketika elektron berpindah ke kisi kristal Ada pola berikut. Elektron tidak bertabrakan dengan semua ion yang datang, tetapi hanya dengan sepersepuluh ion tersebut. Hal ini dijelaskan oleh undang-undang mekanika kuantum, yang dapat disederhanakan sebagai berikut.
Pergerakan elektron terhambat oleh ion besar yang memberikan hambatan. Hal ini terutama terlihat ketika logam dipanaskan, ketika ion-ion berat “bergoyang”, bertambah besar dan mengurangi konduktivitas listrik kisi kristal konduktor. Oleh karena itu, ketika logam dipanaskan, hambatannya selalu meningkat. Saat suhu menurun, suhu meningkat konduktivitas listrik. Ketika suhu logam turun menjadi nol mutlak efek superkonduktivitas dapat dicapai.
