Arus listrik, sumber arus listrik: definisi dan esensi

2024 Pengarang: Henry Conors | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-02-12 09:03

Dari pelajaran fisika, semua orang tahu bahwa arus listrik berarti gerakan teratur partikel yang membawa muatan. Untuk mendapatkannya, medan listrik terbentuk di konduktor. Hal yang sama diperlukan agar arus listrik tetap ada untuk waktu yang lama.

Sumber arus listrik dapat berupa:

• statis;
• kimia;
• mekanik;
• semikonduktor.

Di masing-masing dari mereka, pekerjaan dilakukan, di mana partikel bermuatan berbeda dipisahkan, yaitu, medan listrik dari sumber arus dibuat. Terpisah, mereka menumpuk di kutub, di titik koneksi konduktor. Ketika kutub dihubungkan oleh konduktor, partikel bermuatan mulai bergerak, dan arus listrik terbentuk.

Sumber arus listrik: penemuan mesin listrik

Sampai pertengahan abad ketujuh belas, butuh banyakupaya. Pada saat yang sama, jumlah ilmuwan yang menangani masalah ini terus bertambah. Maka Otto von Guericke menemukan mobil listrik pertama di dunia. Dalam salah satu percobaan dengan belerang, itu, meleleh di dalam bola kaca berongga, mengeras dan memecahkan kaca. Guericke memperkuat bola sehingga bisa dipelintir. Memutarnya dan menekan sepotong kulit, dia mendapat percikan. Gesekan ini sangat memudahkan pembangkitan listrik jangka pendek. Tetapi masalah yang lebih sulit diselesaikan hanya dengan pengembangan sains lebih lanjut.

Masalahnya adalah tuduhan Guerike dengan cepat menghilang. Untuk menambah durasi pengisian, jenazah ditempatkan dalam wadah tertutup (botol kaca), dan bahan yang dialiri listrik adalah air dengan paku. Eksperimen dioptimalkan ketika botol ditutup di kedua sisinya dengan bahan konduktif (lembaran foil, misalnya). Hasilnya, mereka menyadari bahwa hidup tanpa air dapat dilakukan.

Kaki katak sebagai sumber tenaga

Cara lain untuk menghasilkan listrik pertama kali ditemukan oleh Luigi Galvani. Sebagai ahli biologi, ia bekerja di laboratorium tempat mereka bereksperimen dengan listrik. Dia melihat bagaimana kaki katak yang mati berkontraksi ketika dirangsang oleh percikan api dari mesin. Tapi suatu hari, efek yang sama dicapai secara tidak sengaja ketika seorang ilmuwan menyentuhnya dengan pisau bedah baja.

Dia mulai mencari alasan mengapa arus listrik itu berasal. Sumber arus listrik, menurut kesimpulan akhirnya, ada pada jaringan katak.

Italia lain, Alessandro Volto, membuktikan kegagalan sifat "katak" arus. Telah diamati bahwa arus terbesarmuncul ketika tembaga dan seng ditambahkan ke larutan asam sulfat. Kombinasi ini disebut sel galvanik atau sel kimia.

Tetapi menggunakan alat seperti itu untuk mendapatkan EMF akan terlalu mahal. Oleh karena itu, para ilmuwan telah mengerjakan cara mekanis yang berbeda untuk menghasilkan energi listrik.

Bagaimana cara kerja generator biasa?

Pada awal abad kesembilan belas, G. H. Oersted menemukan bahwa ketika arus melewati konduktor, medan magnet muncul. Beberapa saat kemudian, Faraday menemukan bahwa ketika garis gaya medan ini bersilangan, EMF diinduksi dalam konduktor, yang menyebabkan arus. EMF bervariasi tergantung pada kecepatan gerakan dan konduktor itu sendiri, serta pada kekuatan medan. Ketika melintasi seratus juta garis gaya per detik, EMF yang diinduksi menjadi sama dengan satu Volt. Jelas bahwa konduksi manual dalam medan magnet tidak mampu menghasilkan arus listrik yang besar. Sumber arus listrik semacam ini telah menunjukkan dirinya jauh lebih efektif dengan melilitkan kawat pada kumparan besar atau memproduksinya dalam bentuk drum. Kumparan dipasang pada poros antara magnet dan air atau uap yang berputar. Sumber arus mekanis seperti itu melekat pada generator konvensional.

Tesla Hebat

Ilmuwan brilian dari Serbia Nikola Tesla, yang mengabdikan hidupnya untuk listrik, membuat banyak penemuan yang masih kita gunakan sampai sekarang. Mesin listrik polifase, motor listrik asinkron, transmisi daya melalui arus bolak-balik multifase - ini bukan seluruh daftar.penemuan ilmuwan besar.

Banyak yang percaya bahwa fenomena di Siberia, yang disebut meteorit Tunguska, sebenarnya disebabkan oleh Tesla. Tapi, mungkin, salah satu penemuan paling misterius adalah trafo yang mampu menerima tegangan hingga lima belas juta volt. Tidak biasa adalah perangkat dan perhitungannya yang tidak menghasilkan hukum yang diketahui. Tetapi pada masa itu mereka mulai mengembangkan teknologi vakum, di mana tidak ada ambiguitas. Oleh karena itu, penemuan ilmuwan tersebut terlupakan untuk sementara waktu.

Tapi hari ini, dengan munculnya fisika teoretis, ada minat baru dalam karyanya. Eter diakui sebagai gas, di mana semua hukum mekanika gas berlaku. Dari sanalah Tesla yang hebat menarik energi. Perlu dicatat bahwa teori eter sangat umum di masa lalu di antara banyak ilmuwan. Hanya dengan munculnya SRT - teori relativitas khusus Einstein, di mana ia menyangkal keberadaan eter - itu dilupakan, meskipun teori umum yang dirumuskan kemudian tidak membantahnya.

Tapi untuk saat ini, mari kita membahas arus listrik dan perangkat yang ada di mana-mana saat ini.

Pengembangan perangkat teknis - sumber terkini

Perangkat tersebut digunakan untuk mengubah energi yang berbeda menjadi energi listrik. Terlepas dari kenyataan bahwa metode fisik dan kimia untuk menghasilkan energi listrik telah ditemukan sejak lama, mereka baru menyebar luas pada paruh kedua abad kedua puluh, ketika mulai berkembang pesat.elektronik radio. Lima pasangan galvanik asli diisi ulang dengan 25 jenis lagi. Dan secara teoritis, mungkin ada beberapa ribu pasangan galvanik, karena energi bebas dapat diwujudkan pada setiap oksidator dan reduktor.

Sumber arus fisik

Sumber arus fisik mulai berkembang sedikit kemudian. Teknologi modern membuat persyaratan semakin ketat, dan generator termal dan termionik industri berhasil mengatasi tugas yang meningkat. Sumber arus fisik adalah perangkat di mana termal, elektromagnetik, mekanik dan radiasi dan energi peluruhan nuklir diubah menjadi energi listrik. Selain di atas, mereka juga termasuk mesin listrik, generator MHD, serta yang digunakan untuk mengubah radiasi matahari dan peluruhan atom.

Agar arus listrik pada penghantar tidak hilang, diperlukan sumber luar untuk menjaga beda potensial pada ujung penghantar. Untuk ini, sumber energi digunakan yang memiliki gaya gerak listrik untuk menciptakan dan mempertahankan perbedaan potensial. EMF dari sumber arus listrik diukur dengan kerja yang dilakukan dengan mentransfer muatan positif ke seluruh rangkaian tertutup.

Resistensi di dalam sumber arus secara kuantitatif mencirikannya, menentukan jumlah kehilangan energi saat melewati sumber.

Daya dan efisiensi sama dengan rasio tegangan di sirkuit listrik eksternal ke EMF.

Sumber bahan kimiasaat ini

Sumber arus kimia dalam rangkaian listrik EMF adalah perangkat di mana energi reaksi kimia diubah menjadi energi listrik.

Ini didasarkan pada dua elektroda: zat pereduksi bermuatan negatif dan zat pengoksidasi bermuatan positif, yang bersentuhan dengan elektrolit. Perbedaan potensial muncul antara elektroda, EMF.

Perangkat modern sering menggunakan:

• sebagai zat pereduksi - timbal, kadmium, seng dan lain-lain;
• oksidan - nikel hidroksida, timbal oksida, mangan, dan lainnya;
• elektrolit - larutan asam, basa atau garam.

Sel kering seng dan mangan banyak digunakan. Sebuah bejana yang terbuat dari seng (memiliki elektroda negatif) diambil. Elektroda positif ditempatkan di dalam dengan campuran mangan dioksida dengan karbon atau bubuk grafit, yang mengurangi resistensi. Elektrolitnya adalah pasta dari amonia, pati dan komponen lainnya.

Baterai asam timbal paling sering merupakan sumber arus kimia sekunder dalam rangkaian listrik, dengan daya tinggi, pengoperasian yang stabil, dan biaya rendah. Baterai jenis ini digunakan di berbagai bidang. Mereka sering lebih disukai untuk baterai starter, yang sangat berharga di mobil di mana mereka umumnya memiliki monopoli.

Baterai umum lainnya terdiri dari besi (anoda), nikel oksida hidrat (katoda) dan elektrolit - larutan kalium atau natrium dalam air. Bahan aktif ditempatkan dalam tabung baja berlapis nikel.

Penggunaan spesies ini menurun setelah kebakaran pabrik Edison pada tahun 1914. Namun, jika kita membandingkan karakteristik baterai jenis pertama dan kedua, ternyata operasi besi-nikel bisa berkali-kali lebih lama daripada timbal-asam.

Generator DC dan AC

Generator adalah perangkat yang bertujuan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Generator DC paling sederhana dapat direpresentasikan sebagai kerangka konduktor, yang ditempatkan di antara kutub magnet, dan ujungnya terhubung ke setengah cincin terisolasi (kolektor). Agar perangkat berfungsi, perlu untuk memastikan rotasi bingkai dengan kolektor. Kemudian arus listrik akan diinduksi di dalamnya, mengubah arahnya di bawah pengaruh garis medan magnet. Di rantai luar, itu akan mengarah ke satu arah. Ternyata kolektor akan menyearahkan arus bolak-balik yang dibangkitkan oleh rangka. Untuk mencapai arus konstan, kolektor terbuat dari tiga puluh enam pelat atau lebih, dan konduktor terdiri dari banyak bingkai dalam bentuk belitan jangkar.

Mari kita perhatikan apa tujuan dari sumber arus pada rangkaian listrik. Mari cari tahu apa saja sumber terkini lainnya.

Rangkaian listrik: arus listrik, kekuatan arus, sumber arus

Rangkaian listrik terdiri dari sumber arus, yang bersama-sama dengan objek lain, membuat jalur untuk arus. Dan konsep EMF, arus dan tegangan mengungkapkan proses elektromagnetik yang terjadi dalam kasus ini.

Rangkaian listrik paling sederhana terdiri dari sumber arus (baterai, sel galvanik, generator, dan sebagainya), konsumen energi (pemanas listrik, motor listrik, dll), serta kabel penghubung terminal tegangan. sumber dan konsumen.

Sirkuit listrik memiliki bagian internal (sumber listrik) dan eksternal (kabel, sakelar dan sakelar, instrumen untuk mengukur).

Ini akan bekerja dan memiliki nilai positif hanya jika sirkuit tertutup disediakan. Setiap pemutusan menyebabkan aliran arus berhenti.

Rangkaian listrik terdiri dari sumber arus berupa sel galvanik, akumulator listrik, generator elektromekanis dan termoelektrik, fotosel, dan sebagainya.

Motor listrik bertindak sebagai penerima listrik, yang mengubah energi menjadi mekanik, perangkat penerangan dan pemanas, pembangkit elektrolisis, dan sebagainya.

Peralatan bantu adalah perangkat yang digunakan untuk menghidupkan dan mematikan, alat ukur dan mekanisme pelindung.

Semua komponen dibagi menjadi:

• aktif (dimana rangkaian listrik terdiri dari sumber arus EMF, motor listrik, baterai, dan sebagainya);
• pasif (termasuk penerima listrik dan kabel penghubung).

Rantai juga bisa:

• linier, di mana hambatan elemen selalu dicirikan oleh garis lurus;
• nonlinier, di mana resistansi bergantung padategangan atau arus.

Ini adalah rangkaian paling sederhana, di mana sumber arus, kunci, lampu listrik, rheostat disertakan dalam rangkaian.

Meskipun perangkat teknis seperti itu ada di mana-mana, terutama belakangan ini, orang semakin banyak bertanya tentang pemasangan sumber energi alternatif.

Berbagai sumber energi listrik

Sumber arus listrik apa yang masih ada? Bukan hanya matahari, angin, bumi, dan pasang surut. Mereka telah menjadi apa yang disebut sebagai sumber listrik alternatif resmi.

Saya harus mengatakan bahwa ada banyak sumber alternatif. Mereka tidak umum, karena belum praktis dan nyaman. Tapi siapa tahu, mungkin masa depan ada di belakang mereka.

Jadi, energi listrik bisa didapat dari air asin. Norwegia telah membangun pembangkit listrik menggunakan teknologi ini.

Pembangkit listrik juga dapat beroperasi pada sel bahan bakar dengan elektrolit oksida padat.

Generator piezoelektrik diketahui didukung oleh energi kinetik (jalan setapak, gundukan kecepatan, pintu putar, dan bahkan lantai dansa sudah ada dengan teknologi ini).

Ada juga nanogenerator yang bertujuan mengubah energi dalam tubuh manusia menjadi energi listrik.

Dan bagaimana dengan ganggang yang digunakan untuk memanaskan rumah, pedang sepak bola yang menghasilkanenergi listrik, sepeda yang dapat mengisi daya gadget, dan bahkan kertas yang dipotong halus digunakan sebagai sumber listrik?

Prospek yang sangat besar tentu saja termasuk dalam pengembangan energi vulkanik.

Semua ini adalah kenyataan hari ini, yang sedang dikerjakan oleh para ilmuwan. Mungkin beberapa di antaranya akan segera menjadi hal yang lumrah, seperti listrik di rumah-rumah saat ini.

Mungkin seseorang akan mengungkapkan rahasia ilmuwan Nikola Tesla, dan umat manusia akan dapat dengan mudah menerima listrik dari eter?