Arus listrik apa yang ada di bumi. Listrik

Pertama-tama, ada baiknya mencari tahu apa itu arus listrik. Listrik adalah gerakan teratur partikel bermuatan dalam konduktor. Agar dapat timbul, medan listrik harus diciptakan terlebih dahulu, di bawah pengaruh partikel bermuatan yang disebutkan di atas akan mulai bergerak.

Pengetahuan pertama tentang listrik, berabad-abad yang lalu, berkaitan dengan “muatan” listrik yang dihasilkan melalui gesekan. Di zaman kuno, orang tahu bahwa amber, yang digosok dengan wol, memperoleh kemampuan untuk menarik benda-benda ringan. Namun baru pada akhir abad ke-16, dokter Inggris Gilbert mempelajari fenomena ini secara mendetail dan menemukan bahwa banyak zat lain yang memiliki sifat yang persis sama. Benda-benda yang, seperti amber, dapat menarik benda-benda ringan setelah digosok, disebutnya dialiri listrik. Kata ini berasal dari bahasa Yunani elektron - "amber". Saat ini, kita mengatakan bahwa benda-benda dalam keadaan ini mempunyai muatan listrik, dan benda-benda itu sendiri disebut “bermuatan”.

Muatan listrik selalu timbul dari kontak dekat berbagai zat. Jika benda-benda tersebut padat, maka kontak dekatnya dicegah oleh tonjolan mikroskopis dan ketidakteraturan yang ada pada permukaannya. Dengan menekan benda-benda tersebut dan menggesekkannya satu sama lain, kita menyatukan permukaannya, yang tanpa tekanan hanya akan bersentuhan di beberapa titik. Pada beberapa benda, muatan listrik dapat bergerak bebas antar bagian yang berbeda, namun pada benda lain hal ini tidak mungkin dilakukan. Dalam kasus pertama, benda disebut "konduktor", dan yang kedua - "dielektrik, atau isolator". Semua logam adalah konduktor larutan berair garam dan asam, dll. Contoh isolator termasuk amber, kuarsa, ebonit, dan semua gas yang ditemukan dalam kondisi normal.

Namun demikian, perlu dicatat bahwa pembagian benda menjadi konduktor dan dielektrik sangat bersyarat. Semua zat menghantarkan listrik pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil. Muatan listrik bersifat positif dan negatif. Arus seperti ini tidak akan bertahan lama, karena benda yang dialiri listrik akan kehabisan daya. Agar arus listrik tetap ada pada suatu penghantar, maka perlu dijaga medan listriknya. Untuk tujuan ini, sumber arus listrik digunakan. Kasus paling sederhana terjadinya arus listrik adalah ketika salah satu ujung kawat dihubungkan ke benda yang dialiri arus listrik, dan ujung lainnya ke tanah.

Sirkuit listrik yang menyuplai arus ke bola lampu dan motor listrik baru muncul pada penemuan baterai, yang dimulai sekitar tahun 1800. Setelah itu, perkembangan doktrin kelistrikan berjalan begitu cepat sehingga dalam waktu kurang dari satu abad doktrin tersebut tidak hanya menjadi bagian dari fisika, tetapi menjadi dasar peradaban kelistrikan baru.

Besaran dasar arus listrik

Jumlah listrik dan arus. Pengaruh arus listrik bisa kuat atau lemah. Kuatnya arus listrik bergantung pada banyaknya muatan yang mengalir melalui rangkaian dalam satuan waktu tertentu. Semakin banyak elektron yang berpindah dari satu kutub sumber ke kutub lainnya, maka semakin besar pula muatan total yang dipindahkan oleh elektron tersebut. Muatan bersih ini disebut jumlah listrik yang melewati suatu konduktor.

Secara khusus, efek kimia arus listrik bergantung pada jumlah listrik, yaitu semakin besar muatan yang melewati larutan elektrolit, semakin banyak zat yang akan diendapkan pada katoda dan anoda. Dalam hal ini, besarnya listrik dapat dihitung dengan menimbang massa suatu zat yang diendapkan pada elektroda dan mengetahui massa serta muatan salah satu ion zat tersebut.

Kuat arus adalah besaran yang sama dengan perbandingan muatan listrik yang melewati penampang penghantar dengan waktu alirannya. Satuan muatan adalah coulomb (C), waktu diukur dalam detik (s). Dalam hal ini, satuan arus dinyatakan dalam C/s. Satuan ini disebut ampere (A). Untuk mengukur arus dalam suatu rangkaian, digunakan alat ukur listrik yang disebut amperemeter. Untuk dimasukkan dalam rangkaian, amperemeter dilengkapi dengan dua terminal. Itu dihubungkan secara seri ke sirkuit.

Tegangan listrik. Kita telah mengetahui bahwa arus listrik adalah pergerakan teratur partikel bermuatan – elektron. Gerakan ini terjadi dengan menggunakan medan listrik, yang menghasilkan sejumlah kerja tertentu. Fenomena ini disebut kerja arus listrik. Untuk memindahkan muatan yang lebih besar sepanjang rangkaian listrik dalam 1 s, medan listrik harus bekerja kerja bagus. Berdasarkan hal tersebut, ternyata kerja arus listrik seharusnya bergantung pada kuat arusnya. Tetapi ada nilai lain yang menjadi sandaran kerja arus. Besaran ini disebut tegangan.

Tegangan adalah perbandingan kerja yang dilakukan oleh arus pada suatu bagian tertentu dari suatu rangkaian listrik dengan muatan yang mengalir melalui bagian yang sama dari rangkaian tersebut. Usaha saat ini diukur dalam joule (J), muatan - dalam coulomb (C). Dalam hal ini, satuan pengukuran tegangan adalah 1 J/C. Satuan ini disebut volt (V).

Agar dapat timbul tegangan pada suatu rangkaian listrik maka diperlukan sumber arus. Ketika rangkaian terbuka, tegangan hanya ada pada terminal sumber arus. Jika sumber arus ini disertakan dalam rangkaian, tegangan juga akan timbul pada masing-masing bagian rangkaian. Dalam hal ini, arus akan muncul di sirkuit. Artinya, kita dapat mengatakan secara singkat sebagai berikut: jika tidak ada tegangan pada rangkaian, maka tidak ada arus. Untuk mengukur tegangan, digunakan alat ukur listrik yang disebut voltmeter. untuknya penampilan mirip dengan amperemeter yang disebutkan sebelumnya, satu-satunya perbedaan adalah huruf V ditulis pada skala voltmeter (bukan A pada amperemeter). Voltmeter memiliki dua terminal, yang dihubungkan secara paralel dengan rangkaian listrik.

Hambatan listrik. Setelah menghubungkan berbagai konduktor dan ammeter ke rangkaian listrik, Anda dapat melihat bahwa ketika menggunakan konduktor yang berbeda, ammeter memberikan pembacaan yang berbeda, yaitu dalam hal ini, kuat arus yang tersedia dalam rangkaian listrik berbeda. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa konduktor yang berbeda memiliki hambatan listrik yang berbeda, yang merupakan besaran fisika. Itu dinamai Ohm untuk menghormati fisikawan Jerman. Biasanya, satuan yang lebih besar digunakan dalam fisika: kilo-ohm, mega-ohm, dll. Resistansi suatu konduktor biasanya dilambangkan dengan huruf R, panjang konduktor adalah L, dan luas penampang adalah S . Dalam hal ini, hambatannya dapat dituliskan sebagai rumus:

R = r * L/S

dimana koefisien p disebut resistivitas. Koefisien ini menyatakan hambatan suatu penghantar yang panjangnya 1 m dengan luas penampang 1 m2. Resistansi spesifik dinyatakan dalam Ohm x m. Karena kabel biasanya memiliki penampang yang agak kecil, luasnya biasanya dinyatakan dalam milimeter persegi. Dalam hal ini, satuan resistivitas adalah Ohm x mm2/m. Pada tabel di bawah ini. Gambar 1 menunjukkan resistivitas beberapa material.

Menurut tabel. 1 menjadi jelas bahwa tembaga memiliki resistivitas listrik paling rendah, dan paduan logam memiliki resistivitas listrik tertinggi. Selain itu, dielektrik (isolator) memiliki resistivitas yang tinggi.

Kapasitas listrik. Kita telah mengetahui bahwa dua konduktor yang diisolasi satu sama lain dapat mengakumulasi muatan listrik. Fenomena ini ditandai dengan besaran fisik yang disebut kapasitansi listrik. Kapasitansi listrik dua penghantar tidak lebih dari perbandingan muatan salah satunya dengan beda potensial antara penghantar ini dan penghantar tetangga. Semakin rendah tegangan ketika konduktor menerima muatan, semakin besar kapasitasnya. Satuan kapasitansi listrik adalah farad (F). Dalam praktiknya, pecahan satuan ini digunakan: mikrofarad (μF) dan pikofarad (pF).

Jika Anda mengambil dua konduktor yang diisolasi satu sama lain dan menempatkannya pada jarak yang dekat satu sama lain, Anda akan mendapatkan kapasitor. Kapasitansi kapasitor bergantung pada ketebalan pelatnya dan ketebalan dielektrik serta permeabilitasnya. Dengan mengurangi ketebalan dielektrik antara pelat kapasitor, kapasitansi kapasitor dapat ditingkatkan secara signifikan. Pada semua kapasitor, selain kapasitasnya, tegangan yang dirancang untuk perangkat ini harus ditunjukkan.

Kerja dan daya arus listrik. Dari penjelasan di atas jelas bahwa arus listrik melakukan suatu usaha. Ketika motor listrik dihubungkan, arus listrik membuat semua jenis peralatan bekerja, menggerakkan kereta api di sepanjang rel, menerangi jalan, memanaskan rumah, dan juga menghasilkan efek kimia, yaitu memungkinkan elektrolisis, dll. Kita dapat mengatakan bahwa usaha yang dilakukan dengan arus pada bagian tertentu dari rangkaian sama dengan produk arus, tegangan dan waktu selama pekerjaan dilakukan. Usaha diukur dalam joule, tegangan dalam volt, arus dalam ampere, waktu dalam detik. Dalam hal ini, 1 J = 1B x 1A x 1s. Dari sini ternyata untuk mengukur kerja arus listrik harus digunakan tiga alat sekaligus: amperemeter, voltmeter, dan jam. Namun hal ini rumit dan tidak efektif. Oleh karena itu, kerja arus listrik biasanya diukur dengan meteran listrik. Perangkat ini berisi semua perangkat di atas.

Kekuatan arus listrik sama dengan perbandingan kerja arus dengan waktu pelaksanaannya. Daya dilambangkan dengan huruf “P” dan dinyatakan dalam watt (W). Dalam praktiknya, kilowatt, megawatt, hektowatt, dll digunakan. Untuk mengukur daya rangkaian, Anda perlu mengambil wattmeter. Insinyur kelistrikan menyatakan kerja arus dalam kilowatt-jam (kWh).

Hukum dasar arus listrik

Hukum Ohm. Tegangan dan arus dianggap sebagai karakteristik rangkaian listrik yang paling berguna. Salah satu ciri utama penggunaan listrik adalah transportasi energi yang cepat dari satu tempat ke tempat lain dan transfernya ke konsumen dalam bentuk yang diperlukan. Hasil kali beda potensial dan arus menghasilkan daya, yaitu jumlah energi yang dilepaskan dalam rangkaian per satuan waktu. Seperti disebutkan di atas, untuk mengukur daya pada suatu rangkaian listrik diperlukan 3 alat. Apakah mungkin untuk bertahan hanya dengan satu dan menghitung daya dari pembacaannya dan beberapa karakteristik rangkaian, seperti resistansinya? Banyak orang menyukai ide ini dan menganggapnya membuahkan hasil.

Jadi berapa hambatan suatu kawat atau rangkaian secara keseluruhan? Apakah kawat, seperti pipa air atau pipa sistem vakum, mempunyai sifat permanen yang disebut hambatan? Misalnya pada pipa, perbandingan perbedaan tekanan yang menghasilkan aliran dibagi dengan laju aliran biasanya merupakan karakteristik pipa yang konstan. Demikian pula, aliran panas dalam kawat diatur oleh hubungan sederhana yang melibatkan perbedaan suhu, luas penampang kawat, dan panjangnya. Penemuan hubungan seperti itu pada rangkaian listrik adalah hasil pencarian yang berhasil.

Pada tahun 1820-an, Jerman guru sekolah Georg Ohm adalah orang pertama yang mulai mencari hubungan yang disebutkan di atas. Pertama-tama, dia berjuang untuk ketenaran dan ketenaran, yang memungkinkan dia untuk mengajar di universitas. Itu sebabnya ia memilih bidang penelitian yang menjanjikan keunggulan khusus.

Om adalah anak seorang mekanik, jadi dia tahu cara menggambar kawat logam dengan ketebalan berbeda, yang dia perlukan untuk eksperimen. Karena tidak mungkin membeli kawat yang sesuai pada masa itu, Om membuatnya sendiri. Selama eksperimennya, ia mencoba berbagai panjang, ketebalan berbeda, logam berbeda, dan bahkan suhu berbeda. Dia memvariasikan semua faktor ini satu per satu. Pada masa Ohm, baterai masih lemah dan menghasilkan arus yang tidak konsisten. Dalam hal ini peneliti menggunakan termokopel sebagai generator yang sambungan panasnya ditempatkan pada nyala api. Selain itu, ia menggunakan ammeter magnetik kasar, dan mengukur perbedaan potensial (Ohm menyebutnya “tegangan”) dengan mengubah suhu atau jumlah sambungan termal.

Ilmu yang mempelajari rangkaian listrik baru saja mulai berkembang. Setelah baterai ditemukan sekitar tahun 1800, baterai mulai berkembang lebih cepat. Berbagai perangkat dirancang dan diproduksi (seringkali dengan tangan), undang-undang baru ditemukan, konsep dan istilah muncul, dll. Semua ini mengarah pada pemahaman yang lebih dalam. fenomena kelistrikan dan faktor.

Pemutakhiran pengetahuan tentang ketenagalistrikan di satu sisi menjadi penyebab munculnya bidang baru ilmu fisika, di sisi lain menjadi landasan pesatnya perkembangan ilmu kelistrikan yaitu baterai, genset, sistem penyediaan tenaga listrik untuk penerangan. dan penggerak listrik, tungku listrik, motor listrik, dll. ditemukan, lainnya.

Penemuan Ohm sangat penting baik bagi perkembangan studi kelistrikan maupun bagi pengembangan teknik elektro terapan. Mereka memungkinkan untuk dengan mudah memprediksi sifat-sifat rangkaian listrik untuk arus searah, dan selanjutnya untuk arus bolak-balik. Pada tahun 1826, Ohm menerbitkan sebuah buku di mana ia menguraikan kesimpulan teoritis dan hasil eksperimen. Namun harapannya tidak dibenarkan; buku itu disambut dengan ejekan. Hal ini terjadi karena metode eksperimen kasar terkesan tidak menarik di era yang banyak peminatnya pada filsafat.

Dia tidak punya pilihan selain meninggalkan posisinya sebagai pengajar. Dia tidak berhasil diangkat ke universitas karena alasan yang sama. Selama 6 tahun, ilmuwan tersebut hidup dalam kemiskinan, tanpa keyakinan akan masa depan, mengalami perasaan kecewa yang pahit.

Namun lambat laun karyanya mendapat ketenaran, pertama di luar Jerman. Om dihormati di luar negeri dan mendapat manfaat dari penelitiannya. Dalam hal ini, rekan senegaranya terpaksa mengakui dia di tanah airnya. Pada tahun 1849 ia menerima jabatan profesor di Universitas Munich.

Ohm menemukan hukum sederhana yang menetapkan hubungan antara arus dan tegangan untuk seutas kawat (untuk sebagian rangkaian, untuk keseluruhan rangkaian). Selain itu, ia menyusun aturan yang memungkinkan Anda menentukan apa yang akan berubah jika Anda mengambil kawat dengan ukuran berbeda. Hukum Ohm dirumuskan sebagai berikut: kuat arus pada suatu bagian suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangan pada bagian tersebut dan berbanding terbalik dengan hambatan pada bagian tersebut.

hukum Joule-Lenz. Arus listrik di bagian mana pun dari rangkaian melakukan beberapa pekerjaan. Sebagai contoh, mari kita ambil bagian mana pun dari rangkaian yang di antara ujung-ujungnya terdapat tegangan (U). Menurut definisi tegangan listrik, usaha yang dilakukan ketika memindahkan satuan muatan antara dua titik adalah sama dengan U. Jika kuat arus pada suatu bagian rangkaian tertentu sama dengan i, maka dalam waktu t muatan tersebut akan lewat, dan maka usaha arus listrik pada bagian ini adalah:

A = Uit

Ungkapan ini berlaku untuk arus searah dalam hal apa pun, untuk setiap bagian rangkaian, yang mungkin berisi konduktor, motor listrik, dll. Daya arus, yaitu kerja per satuan waktu, sama dengan:

P = A/t = Ui

Rumus ini digunakan dalam sistem SI untuk menentukan satuan tegangan.

Mari kita asumsikan bahwa bagian rangkaian adalah konduktor stasioner. Dalam hal ini, semua pekerjaan akan berubah menjadi panas, yang akan dilepaskan dalam konduktor ini. Jika konduktornya homogen dan mematuhi hukum Ohm (mencakup semua logam dan elektrolit), maka:

kamu = kamu

di mana r adalah resistansi konduktor. Pada kasus ini:

A = rt2i

Hukum ini pertama kali diturunkan secara eksperimental oleh E. Lenz dan, secara independen, oleh Joule.

Perlu dicatat bahwa konduktor pemanas memiliki banyak penerapan dalam teknologi. Yang paling umum dan penting di antaranya adalah lampu pijar.

Hukum Induksi Elektromagnetik. Pada paruh pertama abad ke-19, fisikawan Inggris M. Faraday menemukan fenomena induksi magnet. Fakta ini, yang telah menjadi milik banyak peneliti, memberikan dorongan yang kuat bagi perkembangan teknik elektro dan radio.

Dalam percobaannya, Faraday menemukan bahwa ketika jumlah garis induksi magnet yang menembus permukaan yang dibatasi oleh loop tertutup berubah, timbul arus listrik di dalamnya. Ini mungkin dasar dari hukum fisika yang paling penting - hukum induksi elektromagnetik. Arus yang terjadi pada rangkaian disebut induksi. Karena kenyataan bahwa arus listrik timbul dalam suatu rangkaian hanya ketika muatan bebas terkena gaya luar, maka dengan perubahan fluks magnet yang melewati permukaan suatu rangkaian tertutup, gaya-gaya luar yang sama ini muncul di dalamnya. Aksi gaya luar dalam fisika disebut gaya gerak listrik atau ggl induksi.

Induksi elektromagnetik juga muncul pada konduktor terbuka. Dalam kasus ketika konduktor melintasi magnet saluran listrik, ketegangan muncul di ujungnya. Alasan munculnya tegangan tersebut adalah ggl induksi. Jika fluks magnet yang melewati loop tertutup tidak berubah, maka tidak ada arus induksi yang muncul.

Dengan menggunakan konsep “ggl induksi”, kita dapat membahas hukum induksi elektromagnetik, yaitu ggl induksi dalam rangkaian tertutup sama besarnya dengan laju perubahan fluks magnet yang melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian tersebut.

aturan Lenz. Seperti yang telah kita ketahui, arus induksi timbul pada suatu penghantar. Tergantung pada kondisi kemunculannya, ia memiliki arah yang berbeda. Pada kesempatan ini, fisikawan Rusia Lenz merumuskannya aturan selanjutnya: arus induksi yang timbul pada suatu rangkaian tertutup selalu mempunyai arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang ditimbulkannya tidak memungkinkan fluks magnet berubah. Semua ini menyebabkan terjadinya arus induksi.

Arus induksi, seperti arus lainnya, memiliki energi. Artinya jika terjadi arus induksi maka timbul energi listrik. Menurut hukum kekekalan dan transformasi energi, energi tersebut di atas hanya dapat timbul karena banyaknya energi dari beberapa jenis energi lain. Dengan demikian, aturan Lenz sepenuhnya sesuai dengan hukum kekekalan dan transformasi energi.

Selain induksi, apa yang disebut induksi diri juga dapat muncul pada kumparan. Esensinya adalah sebagai berikut. Jika timbul arus pada kumparan atau kekuatannya berubah, maka muncullah medan magnet yang berubah. Dan jika fluks magnet yang melewati kumparan berubah, maka muncul gaya gerak listrik di dalamnya, yang disebut ggl yang diinduksi sendiri.

Menurut aturan Lenz, ggl induktif diri ketika rangkaian ditutup mengganggu kekuatan arus dan mencegahnya meningkat. Ketika rangkaian dimatikan, ggl induktif diri mengurangi kekuatan arus. Jika kuat arus dalam kumparan mencapai nilai tertentu, medan magnet berhenti berubah dan ggl induksi diri menjadi nol.

Pergerakan partikel yang terarah (teratur), pembawa muatan listrik, dalam medan elektromagnetik.

Berapakah arus listrik yang masuk zat yang berbeda? Mari kita ambil partikel yang bergerak:

• dalam logam - elektron,
• dalam elektrolit - ion (kation dan anion),
• dalam gas - ion dan elektron,
• dalam ruang hampa dalam kondisi tertentu - elektron,
• dalam semikonduktor - lubang (konduktivitas lubang elektron).

Kadang-kadang arus listrik disebut juga arus perpindahan, yang timbul akibat perubahan medan listrik seiring waktu.

Arus listrik memanifestasikan dirinya sebagai berikut:

• memanaskan konduktor (fenomena ini tidak diamati pada superkonduktor);
• mengubah komposisi kimia konduktor (fenomena ini terutama merupakan karakteristik elektrolit);
• menciptakan medan magnet (terwujud di semua konduktor tanpa kecuali).

Jika partikel bermuatan bergerak di dalam benda makroskopis relatif terhadap media tertentu, maka arus seperti itu disebut “arus konduksi” listrik. Jika benda bermuatan makroskopis (misalnya tetesan air hujan bermuatan) bergerak, maka arus ini disebut “konveksi”.

Arus dibagi menjadi arus searah dan bolak-balik. Ada juga berbagai macam arus bolak-balik. Saat mendefinisikan jenis arus, kata “listrik” dihilangkan.

• D.C- arus yang arah dan besarnya tidak berubah seiring waktu. Mungkin ada variabel yang berdenyut, misalnya variabel yang diperbaiki, yang bersifat searah.
• Arus bolak-balik- arus listrik yang berubah seiring waktu. Arus bolak-balik mengacu pada arus yang tidak searah.
• Arus periodik- arus listrik, nilai sesaat yang diulang secara berkala dalam urutan yang tidak berubah.
• Arus sinusoidal- arus listrik periodik, yang merupakan fungsi sinusoidal waktu. Di antara arus bolak-balik, yang utama adalah arus yang nilainya bervariasi menurut hukum sinusoidal. Setiap arus non-sinusoidal periodik dapat direpresentasikan sebagai kombinasi komponen harmonik sinusoidal (harmonik) yang memiliki amplitudo, frekuensi, dan fase awal yang sesuai. Dalam hal ini, potensial elektrostatik setiap ujung konduktor berubah terhadap potensial ujung konduktor yang lain secara bergantian dari positif ke negatif dan sebaliknya, melewati semua potensial antara (termasuk potensial nol). Akibatnya timbul arus yang terus menerus berubah arah: apabila bergerak dalam satu arah bertambah besar hingga mencapai maksimum yang disebut nilai amplitudo, kemudian berkurang, suatu saat menjadi sama dengan nol, kemudian meningkat lagi, tetapi dalam arah yang berbeda. dan juga mencapai nilai maksimum, menurun dan kemudian melewati nol lagi, setelah itu siklus semua perubahan dilanjutkan.
• Arus kuasi-stasioner- arus bolak-balik yang berubah secara relatif lambat, untuk nilai sesaat yang hukum arus searahnya dipenuhi dengan akurasi yang cukup. Hukum-hukum tersebut adalah hukum Ohm, aturan Kirchhoff dan lain-lain. Arus kuasi-stasioner, seperti arus searah, memiliki kekuatan arus yang sama di semua bagian rangkaian tidak bercabang. Saat menghitung rangkaian arus kuasi-stasioner karena munculnya e. d.s. induksi kapasitansi dan induktansi diperhitungkan sebagai parameter yang disatukan. Quasi-stasioner biasa saja arus industri, kecuali untuk arus pada saluran transmisi jarak jauh yang kondisi kuasi stasioneritas sepanjang saluran tidak terpenuhi.
• Arus frekuensi tinggi- arus bolak-balik (mulai dari frekuensi kira-kira puluhan kHz), yang mana fenomena tersebut menjadi signifikan baik berguna, menentukan penggunaannya, atau berbahaya, sehingga tindakan yang diperlukan diambil, seperti radiasi gelombang elektromagnetik dan efek kulit. Selain itu, jika panjang gelombang radiasi arus bolak-balik menjadi sebanding dengan dimensi elemen rangkaian listrik, maka kondisi kuasi stasioner dilanggar, yang memerlukan pendekatan khusus untuk perhitungan dan desain rangkaian tersebut.
• Arus berdenyut adalah arus listrik periodik yang nilai rata-ratanya dalam suatu periode berbeda dari nol.
• Arus searah- Ini adalah arus listrik yang tidak berubah arah.

Arus Eddy

Arus eddy (atau arus Foucault) adalah arus listrik tertutup pada suatu penghantar masif yang timbul bila fluks magnet yang menembusnya berubah, oleh karena itu arus eddy adalah arus induksi. Semakin cepat perubahan fluks magnet, semakin kuat arus eddy. Arus eddy tidak mengalir sepanjang jalur tertentu pada kabel, tetapi ketika arus tersebut menutup pada konduktor, arus tersebut membentuk sirkuit seperti pusaran.

Adanya arus eddy menimbulkan efek kulit, yaitu arus listrik bolak-balik dan fluks magnet merambat terutama pada lapisan permukaan konduktor. Pemanasan konduktor oleh arus eddy menyebabkan hilangnya energi, terutama pada inti kumparan AC. Untuk mengurangi kehilangan energi akibat arus eddy, digunakan pembagian sirkuit magnet arus bolak-balik menjadi pelat terpisah, diisolasi satu sama lain dan ditempatkan tegak lurus terhadap arah arus eddy, yang membatasi kemungkinan kontur jalurnya dan sangat mengurangi besarnya. arus ini. Pada frekuensi yang sangat tinggi, alih-alih feromagnet, magnetodielektrik digunakan untuk sirkuit magnetik, di mana, karena resistansinya yang sangat tinggi, arus eddy praktis tidak muncul.

Karakteristik

Secara historis, diterima bahwa """arah arus""" bertepatan dengan arah pergerakan muatan positif dalam konduktor. Selain itu, jika satu-satunya pembawa arus adalah partikel bermuatan negatif (misalnya elektron dalam logam), maka arah arus berlawanan dengan arah pergerakan partikel bermuatan.

Kecepatan melayang elektron

Kecepatan penyimpangan arah pergerakan partikel dalam konduktor yang disebabkan oleh medan luar bergantung pada bahan konduktor, massa dan muatan partikel, suhu sekitar, beda potensial yang diterapkan, dan jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya. Dalam 1 detik, elektron dalam suatu konduktor bergerak karena gerak teratur kurang dari 0,1 mm. Meskipun demikian, kecepatan rambat arus listrik itu sendiri sama dengan kecepatan cahaya (kecepatan rambat muka gelombang elektromagnetik). Artinya, tempat elektron mengubah kecepatan geraknya setelah perubahan tegangan bergerak seiring dengan kecepatan rambatnya getaran elektromagnetik.

Kekuatan dan kepadatan saat ini

Arus listrik mempunyai ciri-ciri kuantitatif: skalar adalah kuat arus, dan vektor adalah rapat arus.

Kekuatan saat ini a adalah besaran fisis, sama dengan rasionya jumlah biaya

Melewati beberapa waktu

melalui penampang konduktor, dengan nilai periode waktu tertentu.

Kekuatan arus dalam SI diukur dalam ampere (sebutan internasional dan Rusia: A).

Menurut hukum Ohm, kekuatan saat ini

pada suatu bagian rangkaian berbanding lurus dengan tegangan listrik

diterapkan pada bagian rangkaian ini, dan berbanding terbalik dengan resistansinya

Jika arus listrik pada suatu bagian rangkaian tidak konstan, maka tegangan dan arusnya selalu berubah-ubah, sedangkan untuk arus bolak-balik biasa nilai rata-rata tegangan dan arusnya adalah nol. Namun, daya rata-rata panas yang dilepaskan dalam hal ini tidak sama dengan nol.

Oleh karena itu, konsep berikut digunakan:

• tegangan dan arus sesaat, yaitu bertindak dalam saat ini waktu.
• amplitudo tegangan dan arus, yaitu nilai absolut maksimum
• tegangan dan arus efektif (efektif) ditentukan oleh efek termal dari arus, yaitu, mereka memiliki nilai yang sama dengan arus searah dengan efek termal yang sama.

Kepadatan arus- vektor yang nilai mutlaknya sama dengan perbandingan arus yang mengalir melalui penampang konduktor tertentu, tegak lurus terhadap arah arus, ke luas bagian ini, dan arah vektornya bertepatan dengan arah pergerakan muatan positif pembentuk arus.

Menurut hukum Ohm di bentuk diferensial rapat arus dalam medium

sebanding dengan kuat medan listrik

dan konduktivitas sedang

Kekuatan

Ketika ada arus dalam suatu konduktor, usaha dilakukan melawan gaya hambatan. Hambatan listrik suatu konduktor terdiri dari dua komponen:

• resistensi aktif - resistensi terhadap pembangkitan panas;
• reaktansi - hambatan yang disebabkan oleh perpindahan energi ke medan listrik atau magnet (dan sebaliknya).

Biasanya, sebagian besar usaha yang dilakukan oleh arus listrik dilepaskan sebagai panas. Daya kehilangan panas adalah nilai yang sama dengan jumlah panas yang dilepaskan per satuan waktu. Menurut hukum Joule-Lenz, kekuatan kehilangan panas dalam suatu konduktor sebanding dengan kekuatan arus yang mengalir dan tegangan yang diberikan:

Daya diukur dalam watt.

DI DALAM kontinum kehilangan kekuatan volumetrik

ditentukan oleh produk skalar dari vektor kerapatan arus

dan vektor kuat medan listrik

pada saat ini:

Daya volumetrik diukur dalam watt per meter kubik.

Resistensi radiasi disebabkan oleh terbentuknya gelombang elektromagnetik di sekitar suatu konduktor. Hambatan ini sangat bergantung pada bentuk dan ukuran konduktor, serta panjang gelombang yang dipancarkan. Untuk konduktor lurus tunggal, yang arusnya di mana-mana memiliki arah dan kekuatan yang sama, dan panjang L yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang elektromagnetik yang dipancarkannya

Ketergantungan resistansi pada panjang gelombang dan konduktor relatif sederhana:

Arus listrik yang paling umum digunakan dengan frekuensi standar 50 “Hz” sesuai dengan panjang gelombang sekitar 6 ribu kilometer, itulah sebabnya daya radiasi biasanya dapat diabaikan dibandingkan dengan daya kehilangan panas. Namun, seiring dengan meningkatnya frekuensi arus, panjang gelombang yang dipancarkan berkurang, dan daya radiasi pun meningkat. Konduktor yang mampu memancarkan energi nyata disebut antena.

Frekuensi

Konsep frekuensi mengacu pada arus bolak-balik yang secara berkala mengubah kekuatan dan/atau arah. Ini juga termasuk arus yang paling umum digunakan, yang bervariasi menurut hukum sinusoidal.

Periode AC adalah periode waktu terpendek (dinyatakan dalam detik) yang melaluinya perubahan arus (dan tegangan) berulang. Banyaknya periode yang dilakukan oleh arus per satuan waktu disebut frekuensi. Frekuensi diukur dalam hertz, satu hertz (Hz) sama dengan satu siklus per detik.

Bias saat ini

Kadang-kadang, untuk kenyamanan, konsep arus perpindahan diperkenalkan. Dalam persamaan Maxwell, arus perpindahan ada di persamaan hak dengan arus yang disebabkan oleh pergerakan muatan. Intensitas medan magnet tergantung pada arus listrik total, sama dengan jumlahnya arus konduksi dan arus perpindahan. Menurut definisi, kepadatan arus bias

Besaran vektor, sebanding dengan kecepatan perubahan medan listrik

pada waktunya:

Faktanya adalah ketika medan listrik berubah, serta ketika arus mengalir, medan magnet dihasilkan, yang membuat kedua proses ini serupa satu sama lain. Selain itu, perubahan medan listrik biasanya disertai dengan perpindahan energi. Misalnya, ketika mengisi dan mengeluarkan kapasitor, meskipun tidak ada pergerakan partikel bermuatan di antara pelatnya, mereka berbicara tentang arus perpindahan yang mengalir melaluinya, mentransfer sejumlah energi dan menutup rangkaian listrik dengan cara yang unik. Bias saat ini

dalam kapasitor ditentukan dengan rumus:

Mengisi daya pada pelat kapasitor

Tegangan listrik antar pelat,

Kapasitansi listrik sebuah kapasitor.

Arus perpindahan bukan merupakan arus listrik karena tidak berhubungan dengan pergerakan muatan listrik.

Jenis konduktor utama

Tidak seperti dielektrik, konduktor mengandung pembawa bebas muatan tak terkompensasi, yang, di bawah pengaruh suatu gaya, biasanya berupa beda potensial listrik, bergerak dan menciptakan arus listrik. Karakteristik arus-tegangan (ketergantungan arus pada tegangan) merupakan karakteristik terpenting suatu penghantar. Untuk konduktor logam dan elektrolit yang dimilikinya bentuk paling sederhana: Arus berbanding lurus dengan tegangan (hukum Ohm).

Logam - di sini pembawa arus adalah elektron konduksi, yang biasanya dianggap sebagai gas elektron, yang terlihat jelas sifat kuantum gas yang merosot.

Plasma adalah gas terionisasi. Muatan listrik ditransfer oleh ion (positif dan negatif) dan elektron bebas, yang terbentuk di bawah pengaruh radiasi (ultraviolet, sinar-X dan lain-lain) dan (atau) pemanasan.

Elektrolit adalah zat dan sistem cair atau padat yang mengandung ion dalam konsentrasi berapa pun, sehingga menyebabkan aliran arus listrik. Ion terbentuk selama proses tersebut disosiasi elektrolitik. Ketika dipanaskan, resistansi elektrolit menurun karena peningkatan jumlah molekul yang terurai menjadi ion. Sebagai hasil dari aliran arus melalui elektrolit, ion-ion mendekati elektroda dan dinetralkan, mengendap di sana. Hukum elektrolisis Faraday menentukan massa suatu zat yang dilepaskan pada elektroda.

Ada juga arus listrik elektron dalam ruang hampa, yang digunakan dalam perangkat berkas elektron.

Arus listrik di alam

Listrik atmosfer adalah listrik yang terkandung di udara. Benjamin Franklin adalah orang pertama yang menunjukkan keberadaan listrik di udara dan menjelaskan penyebab terjadinya guntur dan kilat.

Belakangan diketahui bahwa listrik terakumulasi dalam kondensasi uap di dalamnya lapisan atas atmosfer, dan hukum-hukum berikut dinyatakan bahwa listrik atmosfer mengikuti:

• pada saat langit cerah maupun pada saat mendung, listrik atmosfer selalu positif, kecuali jika terjadi hujan, hujan es, atau salju pada jarak tertentu dari lokasi pengamatan;
• tegangan listrik dari awan menjadi cukup kuat untuk melepaskannya lingkungan hanya ketika uap awan mengembun menjadi tetesan air hujan, yang buktinya dapat berupa fakta bahwa pelepasan petir tidak terjadi tanpa hujan, salju atau hujan es di lokasi pengamatan, tidak termasuk sambaran petir kembali;
• listrik di atmosfer meningkat seiring dengan meningkatnya kelembapan dan mencapai maksimum saat hujan, hujan es, dan salju turun;
• tempat terjadinya hujan merupakan reservoir listrik positif yang dikelilingi oleh sabuk negatif, yang kemudian dikelilingi oleh sabuk positif. Pada batas sabuk ini tegangannya nol.

Pergerakan ion di bawah pengaruh gaya medan listrik membentuk arus konduksi vertikal di atmosfer dengan kepadatan rata-rata sekitar (2 3) 10 −12 A/m².

Total arus yang mengalir ke seluruh permukaan bumi kira-kira 1800 A.

Petir adalah pelepasan listrik alami yang memicu. Telah diinstal sifat listrik lampu kutub. Api St. Elmo adalah pelepasan listrik korona alami.

Biocurrents - pergerakan ion dan elektron memainkan peran yang sangat penting dalam semua proses kehidupan. Biopotensial yang diciptakan dalam hal ini ada baik di tingkat intraseluler maupun di dalam bagian individu tubuh dan organ. Transmisi impuls saraf terjadi menggunakan sinyal elektrokimia. Beberapa hewan (ikan pari listrik, belut listrik) mampu mengumpulkan potensi beberapa ratus volt dan menggunakannya untuk pertahanan diri.

Aplikasi

Saat mempelajari arus listrik, banyak sifat-sifatnya yang ditemukan, yang memungkinkan untuk menemukan penerapan praktis di dalamnya berbagai bidang aktifitas manusia, bahkan menciptakan kawasan baru yang tidak mungkin terwujud tanpa adanya arus listrik. Setelah arus listrik ditemukan penerapan praktisnya, dan dengan alasan itulah arus listrik dapat diperoleh cara yang berbeda, sebuah konsep baru telah muncul di sektor industri - tenaga listrik.

Arus listrik digunakan sebagai pembawa sinyal dengan kompleksitas dan jenis yang berbeda-beda daerah yang berbeda(telepon, radio, remote control, tombol kunci pintu, dll).

Dalam beberapa kasus, muncul arus listrik yang tidak diinginkan, seperti arus nyasar atau arus hubung singkat.

Pemanfaatan arus listrik sebagai pembawa energi

• menerima energi mekanik di semua jenis motor listrik,
• memperoleh energi panas pada alat pemanas, tungku listrik, selama pengelasan listrik,
• memperoleh energi cahaya dalam perangkat penerangan dan sinyal,
• eksitasi osilasi elektromagnetik frekuensi tinggi, frekuensi sangat tinggi dan gelombang radio,
• menerima suara,
• memperoleh berbagai zat dengan elektrolisis, pengisian baterai listrik. Di sini energi elektromagnetik diubah menjadi energi kimia,
• menciptakan medan magnet (dalam elektromagnet).

Penggunaan arus listrik dalam pengobatan

• diagnostik - arus biologis organ yang sehat dan yang sakit berbeda, dan dimungkinkan untuk menentukan penyakit, penyebabnya, dan meresepkan pengobatan. Cabang ilmu fisiologi yang mempelajari fenomena kelistrikan dalam tubuh disebut elektrofisiologi.
  • Elektroensefalografi - metode penelitian keadaan fungsional otak.
  • Elektrokardiografi adalah teknik untuk merekam dan mempelajari medan listrik selama aktivitas jantung.
  • Elektrogastrografi adalah metode untuk mempelajari aktivitas motorik lambung.
  • Elektromiografi adalah metode untuk mempelajari potensi bioelektrik yang timbul pada otot rangka.
• Perawatan dan resusitasi: stimulasi listrik pada area otak tertentu; pengobatan penyakit Parkinson dan epilepsi, juga untuk elektroforesis. Alat pacu jantung yang merangsang otot jantung arus pulsa, digunakan untuk bradikardia dan aritmia jantung lainnya.

keamanan listrik

Termasuk tindakan hukum, sosial ekonomi, organisasi dan teknis, sanitasi dan higienis, pengobatan dan pencegahan, rehabilitasi dan tindakan lainnya. Aturan keselamatan kelistrikan diatur oleh dokumen hukum dan teknis, kerangka peraturan dan teknis. Pengetahuan tentang dasar-dasar keselamatan kelistrikan merupakan suatu keharusan bagi personel yang melayani instalasi listrik dan peralatan listrik. Tubuh manusia merupakan penghantar arus listrik. Daya tahan manusia dengan kulit kering dan utuh berkisar antara 3 hingga 100 kOhm.

Arus yang melewati tubuh manusia atau hewan menghasilkan efek sebagai berikut:

• termal (luka bakar, pemanasan dan kerusakan pembuluh darah);
• elektrolitik (penguraian darah, gangguan komposisi fisik dan kimia);
• biologis (iritasi dan eksitasi jaringan tubuh, kejang)
• mekanis (pecahnya pembuluh darah di bawah pengaruh tekanan uap yang diperoleh dari pemanasan oleh aliran darah)

Faktor utama yang menentukan akibat sengatan listrik adalah jumlah arus yang melewati tubuh manusia. Menurut tindakan pencegahan keselamatan, arus listrik diklasifikasikan sebagai berikut:

• “aman” dianggap sebagai arus yang perjalanan jangka panjangnya melalui tubuh manusia tidak membahayakan dan tidak menimbulkan sensasi apa pun, nilainya tidak melebihi 50 A (arus bolak-balik 50 Hz) dan arus searah 100 A;
• Arus bolak-balik “minimum yang terlihat” bagi manusia adalah sekitar 0,6-1,5 mA (arus bolak-balik 50 Hz) dan arus searah 5-7 mA;
• ambang batas "tidak melepaskan" adalah arus minimum dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga seseorang tidak dapat lagi melepaskan tangannya dari bagian pembawa arus dengan paksaan. Untuk arus bolak-balik sekitar 10-15 mA, untuk arus searah 50-80 mA;
• “Ambang fibrilasi” adalah arus bolak-balik (50 Hz) dengan kekuatan sekitar 100 mA dan arus searah 300 mA, yang dampaknya selama lebih dari 0,5 detik kemungkinan besar akan menyebabkan fibrilasi otot jantung. Ambang batas ini juga dianggap fatal secara kondisional bagi manusia.

Di Rusia, sesuai dengan Peraturan untuk pengoperasian teknis instalasi listrik konsumen (Perintah Kementerian Energi Federasi Rusia tanggal 13 Januari 2003 No. 6 “Atas persetujuan Aturan untuk pengoperasian teknis instalasi listrik dari konsumen”) dan Peraturan perlindungan tenaga kerja selama pengoperasian instalasi listrik (Perintah Kementerian Energi Federasi Rusia tanggal 27 Desember 2000 N 163 “Atas persetujuan Peraturan Antar Industri tentang Perlindungan Tenaga Kerja (Aturan Keselamatan) untuk Pengoperasian Instalasi Listrik"), 5 kelompok kualifikasi keselamatan kelistrikan dibentuk tergantung pada kualifikasi dan pengalaman karyawan serta tegangan instalasi listrik.

Catatan

• Baumgart K.K., Arus listrik.
• SEBAGAI. Kasatkin. Teknik elektro.
• SELATAN. Sindeev. Teknik elektro dengan elemen elektronik.

Arus listrik adalah aliran teratur partikel elementer bermuatan negatif - elektron. Listrik diperlukan untuk penerangan rumah dan jalan, memastikan fungsionalitas peralatan rumah tangga dan industri, pergerakan transportasi listrik kota dan jalur utama, dll.

Listrik

• R n – hambatan beban
• SEBUAH – indikator
• K – saklar sirkuit

Saat ini– jumlah muatan yang lewat per satuan waktu melalui penampang konduktor.

• I – kekuatan saat ini
• q – jumlah listrik
• t – waktu

Satuan arus disebut ampere A, diambil dari nama ilmuwan Perancis Amper.

1A = 10 3 mA = 10 6 µA

Kepadatan arus listrik

Arus listrik melekat pada sejumlah ciri fisik yang mempunyai nilai kuantitatif yang dinyatakan dalam satuan tertentu. Utama karakter fisik Arus listrik adalah kekuatan dan tenaganya. Kekuatan saat ini Secara kuantitatif dinyatakan dalam ampere, dan daya saat ini dinyatakan dalam watt. Besaran fisika yang sama pentingnya adalah karakteristik vektor arus listrik, atau rapat arus. Secara khusus, konsep rapat arus digunakan ketika merancang saluran listrik.

• J – rapat arus listrik A / MM 2
• S – luas penampang
• saya – saat ini

Arus searah dan bolak-balik

Semua perangkat listrik diberi daya permanen atau arus bolak-balik.

Listrik, yang arah dan nilainya tidak berubah disebut permanen.

Listrik, yang arah dan nilainya dapat berubah disebut variabel.

Catu daya untuk banyak perangkat listrik dilakukan arus bolak-balik, perubahannya secara grafis direpresentasikan sebagai sinusoidal.

Penggunaan Arus Listrik

Dapat dikatakan dengan yakin bahwa pencapaian terbesar umat manusia adalah penemuan arus listrik dan penggunaannya. Dari arus listrik bergantung pada kehangatan dan cahaya di rumah, aliran informasi dari dunia luar, komunikasi orang-orang yang berada di berbagai belahan dunia, dan banyak lagi.

Kehidupan modern tidak bisa dibayangkan tanpa ketersediaan listrik yang luas. Listrik benar-benar hadir di semua bidang aktivitas manusia: dalam industri dan pertanian, dalam sains dan luar angkasa.

Listrik juga merupakan komponen konstan kehidupan sehari-hari orang. Distribusi listrik yang luas dimungkinkan karena sifatnya yang unik. Energi listrik dapat langsung disalurkan jarak yang sangat jauh dan diubah menjadi berbagai jenis energi dari asal usul yang berbeda.

Konsumen utama energi listrik adalah sektor industri dan manufaktur. Dengan bantuan listrik, berbagai mekanisme dan perangkat diaktifkan, dan proses teknologi multi-tahap dilakukan.

Peran listrik dalam menjamin pengoperasian transportasi tidak bisa dilebih-lebihkan. Transportasi kereta api hampir seluruhnya menggunakan listrik. Elektrifikasi transportasi kereta api telah memainkan peran penting dalam memastikan kapasitas jalan, meningkatkan kecepatan perjalanan, mengurangi biaya transportasi penumpang, dan memecahkan masalah penghematan bahan bakar.

Ketersediaan listrik merupakan syarat mutlak untuk menjamin kondisi kehidupan yang nyaman bagi masyarakat. Semua peralatan rumah tangga: televisi, mesin cuci, oven microwave, alat pemanas - menemukan tempatnya dalam kehidupan manusia hanya berkat perkembangan produksi listrik.

Peran utama listrik dalam perkembangan peradaban memang tidak bisa dipungkiri. Tidak ada bidang kehidupan umat manusia yang dapat hidup tanpa konsumsi energi listrik dan alternatifnya adalah kekuatan otot.

Pergerakan terarah partikel bermuatan dalam medan listrik.

Partikel bermuatan dapat berupa elektron atau ion (atom bermuatan).

Sebuah atom yang kehilangan satu atau lebih elektron memperoleh keuntungan muatan positif. - Anion (ion positif).
Sebuah atom yang memperoleh satu atau lebih elektron memperoleh muatan negatif. - Kation (ion negatif).
Ion dianggap sebagai partikel bermuatan bergerak dalam cairan dan gas.

Dalam logam, pembawa muatan adalah elektron bebas, seperti partikel bermuatan negatif.

Dalam semikonduktor, pergerakan (pergerakan) elektron bermuatan negatif dari satu atom ke atom lain dan, sebagai akibatnya, pergerakan antar atom dari kekosongan bermuatan positif - lubang - dipertimbangkan.

Di belakang arah arus listrik arah pergerakan muatan positif diterima secara konvensional. Aturan ini ditetapkan jauh sebelum studi tentang elektron dan tetap berlaku hingga hari ini. Kuat medan listrik juga ditentukan untuk muatan uji positif.

Untuk biaya tunggal apa pun Q dalam medan listrik dengan intensitas E tindakan paksa F = qE, yang menggerakkan muatan searah dengan vektor gaya ini.

Gambar tersebut menunjukkan bahwa vektor gaya F - = -qE, bekerja pada muatan negatif -Q, diarahkan ke arah yang berlawanan dengan vektor kuat medan, sebagai hasil kali vektor E ke nilai negatif. Akibatnya, elektron bermuatan negatif, yang merupakan pembawa muatan dalam konduktor logam, sebenarnya memiliki arah gerak yang berlawanan dengan vektor kuat medan dan arah arus listrik yang berlaku umum.

Jumlah biaya Q= 1 liontin dipindahkan melalui penampang konduktor tepat waktu T= 1 detik, ditentukan oleh nilai saat ini SAYA= 1 Ampere dari perbandingan :

saya = Q/t.

Rasio saat ini SAYA= 1 Ampere dalam konduktor terhadap luas penampangnya S= 1 m 2 akan menentukan rapat arus J= 1 A/m2:

Pekerjaan A= 1 Joule yang dihabiskan untuk biaya pengangkutan Q= 1 Coulomb dari titik 1 ke titik 2 akan menentukan nilai tegangan listrik kamu= 1 Volt sebagai beda potensial φ 1 dan φ 2 antara titik-titik ini dari perhitungan:

kamu = A/Q = φ 1 - φ 2

Arus listrik bisa searah atau bolak-balik.

Arus searah adalah arus listrik yang arah dan besarnya tidak berubah terhadap waktu.

Arus bolak-balik adalah arus listrik yang besar dan arahnya berubah seiring waktu.

Pada tahun 1826, fisikawan Jerman Georg Ohm menemukan hukum penting kelistrikan, yang menentukan hubungan kuantitatif antara arus listrik dan sifat-sifat konduktor, yang mencirikan kemampuannya menahan arus listrik.
Sifat-sifat ini kemudian disebut hambatan listrik, dilambangkan dengan huruf R dan diukur dalam Ohm untuk menghormati penemunya.
Hukum Ohm dalam interpretasi modernnya dengan rasio U/R klasik menentukan besarnya arus listrik dalam suatu penghantar berdasarkan tegangan kamu di ujung konduktor ini dan hambatannya R:

Arus listrik dalam konduktor

Konduktor mengandung pembawa muatan bebas, yang, di bawah pengaruh medan listrik, bergerak dan menghasilkan arus listrik.

Dalam konduktor logam, pembawa muatan adalah elektron bebas.
Ketika suhu naik, pergerakan termal atom yang kacau mengganggu arah pergerakan elektron dan resistansi konduktor meningkat.
Ketika pendinginan dan suhu mendekati nol mutlak, ketika pergerakan termal berhenti, resistansi logam cenderung nol.

Arus listrik dalam cairan (elektrolit) ada sebagai pergerakan terarah atom bermuatan (ion), yang terbentuk dalam proses disosiasi elektrolitik.
Ion-ion bergerak menuju elektroda yang berlawanan tandanya dan dinetralkan, menetap di sana. - Elektrolisis.
Anion adalah ion positif. Mereka pindah ke elektroda negatif - katoda.
Kation adalah ion negatif. Mereka pindah ke elektroda positif - anoda.
Hukum elektrolisis Faraday menentukan massa suatu zat yang dilepaskan pada elektroda.
Ketika dipanaskan, resistansi elektrolit berkurang karena peningkatan jumlah molekul yang terurai menjadi ion.

Arus listrik dalam gas - plasma. Muatan listrik dibawa oleh ion positif atau negatif dan elektron bebas, yang terbentuk di bawah pengaruh radiasi.

Terdapat arus listrik dalam ruang hampa sebagai aliran elektron dari katoda ke anoda. Digunakan dalam perangkat berkas elektron - lampu.

Arus listrik dalam semikonduktor

Semikonduktor menempati posisi perantara antara konduktor dan dielektrik menurut resistivitasnya.
Perbedaan signifikan antara semikonduktor dan logam dapat dilihat dari ketergantungannya resistivitas pada suhu.
Dengan menurunnya suhu maka resistansi logam menurun, sedangkan untuk semikonduktor sebaliknya meningkat.
Ketika suhu mendekati nol mutlak, logam cenderung menjadi superkonduktor dan semikonduktor menjadi isolator.
Intinya adalah kapan nol mutlak elektron dalam semikonduktor akan sibuk menciptakan ikatan kovalen antar atom kisi kristal dan, idealnya, tidak akan ada elektron bebas.
Ketika suhu meningkat, beberapa elektron valensi dapat menerima energi yang cukup untuk memutusnya ikatan kovalen dan elektron bebas akan muncul di dalam kristal, dan kekosongan akan terbentuk di titik putus, yang disebut lubang.
Tempat yang kosong tersebut dapat ditempati oleh elektron valensi dari pasangan tetangganya dan lubang tersebut akan berpindah ke tempat baru dalam kristal.
Ketika elektron bebas bertemu dengan lubang, ikatan elektronik antara atom semikonduktor dipulihkan dan terjadi proses sebaliknya - rekombinasi.
Pasangan lubang elektron dapat muncul dan bergabung kembali ketika semikonduktor menyinari karena energi radiasi elektromagnetik.
Dengan tidak adanya medan listrik, elektron dan lubang berpartisipasi dalam gerakan termal yang kacau.
Tidak hanya elektron bebas yang dihasilkan, tetapi juga lubang, yang dianggap sebagai partikel bermuatan positif, berpartisipasi dalam medan listrik dalam gerakan yang teratur. Saat ini SAYA dalam semikonduktor terdiri dari elektron Di dalam dan lubang Aku p arus

Semikonduktor mencakup unsur kimia seperti germanium, silikon, selenium, telurium, arsenik, dll. Semikonduktor yang paling umum di alam adalah silikon.

Komentar dan saran diterima dan diterima!

ARUS LISTRIK

mengubah dari 22/10/2013 - ( )

Salah satu sifat materi yang ingin dijelaskan muncul dari interaksi antara materi dan partikel subatom, elektron. Properti ini dipahami sebagai arus listrik. Meskipun deskripsi ini sangat berbeda dari pemahaman modern, apa itu elektron dan apa peranannya dalam arus listrik, sebenarnya konsepnya sendiri dapat dipahami dengan membaca artikel ini saja. Untuk memahami lebih dalam materi yang disampaikan, disarankan agar Anda membaca volume pertama buku karya Dewey B. Larson "Struktur Alam Semesta Fisik", dan dasar artikel ini diambil dari volume kedua dari seri yang sama. Oleh karena itu, jika Anda mengambil jilid kedua, Anda akan menemukan materi ini di sana, tetapi dalam bentuk yang lebih luas, sehingga mempersulit pemahamannya. Artikel ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran umum tentang hakikat arus listrik, dan begitu Anda memahami hakikatnya, Anda akan memahami detailnya.

Maka, Larson menyadari bahwa Alam Semesta bukan sekadar struktur materi ruang-waktu, seperti yang umumnya diyakini dalam ilmu pengetahuan tradisional. Ia menemukan bahwa Alam Semesta adalah sebuah Gerakan di mana ruang dan waktu hanyalah dua aspek gerakan yang saling bergantung dan tidak ada, dan tidak memiliki arti lain. Alam semesta tempat kita hidup bukanlah alam semesta materi, melainkan alam semesta gerak, alam semesta yang realitas dasarnya adalah gerak, dan semua realitas dan fenomena fisik, termasuk materi, hanyalah manifestasi gerak, yang ada dalam tiga dimensi, dalam unit-unit terpisah dan dengan dua aspek yang saling bergantung - ruang dan waktu. Ruang disebut sektor material, waktu disebut sektor kosmik. Pergerakan itu sendiri dan kombinasinya dapat terjadi baik dalam ruang (perpindahan positif) dan dalam waktu (perpindahan negatif) atau secara bersamaan dalam keduanya, baik satu dimensi, dua dimensi, atau tiga dimensi. Selain itu, gerakan satu dimensi dapat dikorelasikan dengan fenomena listrik, gerakan dua dimensi dengan fenomena magnet, dan gerakan tiga dimensi dengan gravitasi. Berdasarkan hal ini, atom hanyalah suatu kombinasi gerakan. Radiasi adalah gerak, gravitasi adalah gerak, muatan listrik adalah gerak, dan seterusnya.

Jika Anda tidak mengerti apa pun, bacalah terlebih dahulu.

Sebagaimana dinyatakan dalam Volume 1, elektron adalah partikel unik. Ini adalah satu-satunya partikel yang dibangun berdasarkan rotasi material yang memiliki bias rotasi negatif yang efektif. Lebih dari satu satuan putaran negatif akan melebihi satu satuan putaran positif dari putaran dasar dan akan menghasilkan nilai negatif putaran total. Namun untuk elektron, putaran total yang dihasilkan adalah positif, meskipun mencakup satu satuan positif dan satu satuan negatif, karena satuan positif adalah dua dimensi dan satuan negatif adalah satu dimensi.

Jadi, pada dasarnya, elektron hanyalah satuan ruang yang berputar. Konsep ini cukup sulit dipahami oleh kebanyakan orang saat pertama kali menemukannya, karena bertentangan dengan gagasan tentang sifat ruang yang kita peroleh melalui pemeriksaan yang panjang namun tidak kritis terhadap lingkungan sekitar kita. Namun, sejarah ilmu pengetahuan penuh dengan contoh-contoh di mana fenomena yang familiar dan agak unik ditemukan hanya pada salah satu anggota kelas umum, yang semua anggotanya mempunyai makna fisik yang sama. Contoh yang baik- energi. Bagi para peneliti yang meletakkan dasar ilmu pengetahuan modern pada Abad Pertengahan, sifat benda yang bergerak untuk bertahan karena gerak disebut “kekuatan gerak”; Bagi kami, “energi kinetik” memiliki sifat yang unik. Gagasan bahwa, karena komposisi kimianya, tongkat kayu yang tidak bergerak mengandung “kekuatan gerak” yang setara dengan konsep unit ruang yang berputar bagi kebanyakan orang saat ini. Namun penemuan bahwa energi kinetik hanyalah salah satu bentuk energi secara umum membuka pintu bagi kemajuan signifikan dalam pemahaman fisika. Demikian pula, penemuan bahwa “ruang” pengalaman kita sehari-hari, ruang perluasan sebagaimana disebut dalam karya Larson, hanyalah salah satu manifestasi ruang secara keseluruhan membuka pintu untuk memahami banyak aspek alam semesta fisik, termasuk fenomena yang berkaitan dengan alam semesta. pergerakan elektron dalam suatu benda.

Dalam alam semesta gerak – alam semesta yang detailnya sedang kita kembangkan – ruang masuk ke dalam fenomena fisik hanya sebagai komponen gerak. Dan untuk sebagian besar tujuan, sifat spesifik ruang tidak relevan, seperti halnya jenis energi spesifik yang digunakan dalam suatu proses fisik biasanya tidak relevan dengan hasil dari proses tersebut. Oleh karena itu, status elektron sebagai unit ruang yang berputar memberikannya peran khusus dalam aktivitas fisik alam semesta. Sekarang perlu dicatat bahwa elektron yang kita bahas tidak membawa muatan apa pun. Elektron adalah kombinasi dari dua gerakan: getaran dasar dan rotasi unit getar. Seperti yang akan kita lihat nanti, muatan listrik merupakan gerak tambahan yang dapat ditumpangkan pada kombinasi dua komponen. Perilaku elektron bermuatan akan dipertimbangkan setelah pekerjaan persiapan dilakukan. Sekarang kami prihatin elektron yang tidak bermuatan.

Sebagai satuan ruang, elektron tak bermuatan tidak dapat bergerak dalam ruang lanjutan, karena rasio ruang terhadap ruang tidak membentuk gerak (dari postulat Larson). Namun dalam kondisi tertentu ia dapat bergerak dalam materi biasa, karena materi merupakan gabungan gerak yang mempunyai perpindahan final, positif, atau sementara, dan hubungan ruang dan waktu merupakan gerak. Pandangan modern tentang pergerakan elektron dalam benda padat adalah bahwa elektron bergerak di ruang antar atom. Kemudian, hambatan terhadap aliran elektron dianggap serupa dengan gesekan. Penemuan kami adalah ini: elektron (satuan ruang) ada dalam materi dan bergerak dalam materi dengan cara yang sama seperti materi bergerak dalam ruang lanjutan.

Arah pergerakan elektron dalam suatu zat akan didefinisikan sebagai arus listrik. Jika atom-atom suatu materi yang dilalui arus berada dalam keadaan diam relatif terhadap struktur agregat padat secara keseluruhan, maka pergerakan elektron (ruang) yang konstan dalam suatu materi mempunyai sifat umum yang sama dengan pergerakan materi dalam ruang. Ini mengikuti hukum pertama Newton (hukum inersia) dan dapat berlanjut tanpa batas waktu tanpa menambah energi. Situasi ini terjadi dalam fenomena yang dikenal sebagai superkonduktivitas, yang diamati secara eksperimental pada banyak zat pada suhu yang sangat rendah. Tetapi jika atom-atom agregat material berada dalam gerakan suhu aktif ( suhu adalah jenis gerakan satu dimensi), pergerakan elektron dalam materi menambah komponen spasial pergerakan suhu (yaitu, meningkatkan kecepatan) dan dengan demikian memasukkan energi (panas) ke dalam atom yang bergerak.

Besarnya arus diukur dengan jumlah elektron (satuan ruang) per satuan waktu. Satuan ruang per satuan waktu adalah definisi kecepatan, jadi arus listrik adalah kecepatan. DENGAN titik matematika Dari sudut pandang, tidak menjadi masalah apakah massa bergerak dalam ruang perluasan atau ruang bergerak dalam massa. Oleh karena itu, dalam menangani arus listrik kita berurusan dengan aspek mekanik dari listrik, dan fenomena arus dapat dijelaskan dengan persamaan matematika yang sama yang berlaku untuk gerak biasa di ruang angkasa, dengan modifikasi karena perbedaan kondisi, jika perbedaan tersebut ada. Satuan yang sama dapat digunakan, namun karena alasan sejarah dan kenyamanan, praktik modern menggunakan sistem satuan yang terpisah.

Satuan dasar arus listrik adalah satuan besaran. Dalam kerangka acuan alami, ini adalah aspek spasial dari satu elektron, yang memiliki perpindahan kecepatan satu satuan. Oleh karena itu, kuantitasnya Q setara dengan ruang S. Dalam aliran arus, energi mempunyai status yang sama dengan hubungan mekanis, dan mempunyai dimensi ruang-waktu t/s. Energi dibagi waktu adalah daya, 1/s. Pembagian arus lebih lanjut, yang memiliki dimensi kecepatan s/t, menghasilkan gaya gerak listrik (ggl) dengan dimensi 1/s x t/s = t/s². Tentu saja, itu adalah dimensi gaya ruang-waktu secara umum.

Syarat " potensi listrik” umumnya digunakan sebagai pengganti ggl, namun karena alasan yang akan dibahas nanti, kami tidak akan menggunakan “potensial” dalam pengertian ini. Jika istilah yang lebih mudah digunakan daripada ggl, kita akan menggunakan istilah “tegangan”, simbol U.

Membagi tegangan t/s² dengan s/t arus, kita mendapatkan t²/s³. Resistansi ini, simbol R, adalah satu-satunya besaran listrik yang dianggap sejauh ini tidak setara dengan besaran mekanik yang umum. Sifat sebenarnya dari perlawanan terungkap dengan memeriksa struktur spatiotemporalnya. Pengukuran t²/s³ setara dengan massa t³/s³ dibagi waktu t. Karena itu, hambatan adalah massa per satuan waktu. Relevansi besaran tersebut mudah terlihat jika kita menyadari bahwa jumlah massa yang termasuk dalam pergerakan ruang (elektron) dalam suatu materi bukanlah besaran yang tetap, seperti halnya pergerakan materi dalam ruang lanjutan, melainkan suatu besaran. itu tergantung pada momentum elektron. Ketika materi bergerak dalam ruang lanjutan, massanya konstan, dan ruang bergantung pada durasi pergerakannya. Ketika arus mengalir, ruang (jumlah elektron) adalah konstan, dan massa bergantung pada durasi pergerakan. Jika alirannya berumur pendek, setiap elektron hanya dapat bergerak melalui sebagian kecil dari jumlah total massa dalam rantai, namun jika alirannya bertahan lama, elektron dapat melewati seluruh rantai. Dalam kedua kasus tersebut, massa total yang terlibat dalam arus adalah hasil kali massa per satuan waktu (hambatan) dikalikan dengan waktu aliran. Ketika materi bergerak dalam ruang perluasan, ruang umum ditentukan dengan cara yang sama; yaitu hasil kali ruang per satuan waktu (kecepatan) dan waktu gerak.

Ketika membahas resistensi sebagai properti materi, kita terutama akan tertarik pada resistivitas atau hambatan, yang didefinisikan sebagai hambatan suatu satuan kubus zat yang bersangkutan. Hambatan berbanding lurus dengan jarak yang ditempuh arus dan berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Oleh karena itu, jika kita mengalikan hambatan per satuan luas dan membaginya dengan satuan jarak, kita memperoleh nilai dengan pengukuran t²/s², yang hanya mencerminkan karakteristik yang melekat pada material dan kondisi lingkungan (terutama suhu dan tekanan) dan tidak bergantung pada struktur geometris konduktor. Kebalikan dari kualitas resistivitas atau resistansi adalah - daya konduksi dan konduktivitas listrik, masing-masing.

Setelah memperjelas dimensi hambatan ruang-waktu, kita dapat kembali ke hubungan yang ditentukan secara empiris antara hambatan dan besaran listrik lainnya dan memastikan konsistensi definisi ruang-waktu.

Tegangan: U = IR = s/t x t²/s³ = t/s²
Daya: P = I²R = t²/s² x t²/s³ = 1/s
Energi: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s

Persamaan energi menunjukkan kesetaraan ekspresi matematika dari fenomena listrik dan mekanik. Karena hambatan adalah massa per satuan waktu, hasil kali hambatan dan waktu Rt setara dengan massa m. Arus, I, adalah kecepatan v. Jadi, persamaan energi listrik RtI² setara dengan persamaan energi kinetik 1/2mv². Dengan kata lain nilai RtI² merupakan energi kinetik gerak elektron.

Daripada menggunakan hambatan, waktu dan arus, kita dapat menyatakan energi dalam bentuk tegangan U (setara dengan IR) dan besaran q (setara dengan It). Maka persamaan besarnya energi (atau usaha) adalah W = Uq. Di sini kita mempunyai beberapa konfirmasi mengenai definisi listrik yang setara dengan ruang. Seperti dijelaskan dalam salah satu buku teks fisika standar, gaya adalah suatu hal yang “terdefinisi dengan baik besaran vektor, menciptakan perubahan pergerakan benda.” Emf atau tegangan sesuai dengan deskripsi ini. Ini menciptakan pergerakan elektron ke arah penurunan tegangan. Energi adalah hasil kali gaya dan jarak. Energi listrik Uq adalah hasil kali gaya dan kuantitas. Oleh karena itu, jumlah listrik setara dengan jarak - kesimpulan yang sama yang kita tarik tentang sifat elektron yang tidak bermuatan.

Dalam pemikiran ilmiah tradisional, status energi listrik sebagai suatu bentuk energi pada umumnya diterima begitu saja, karena dapat diubah menjadi bentuk lain, namun status gaya listrik atau gaya gerak listrik sebagai suatu bentuk gaya pada umumnya tidak diterima. . Jika hal ini diterima, maka kesimpulan yang diambil pada paragraf sebelumnya tidak dapat dihindari. Namun kesimpulan dari fakta-fakta yang diamati diabaikan oleh kesan umum bahwa kuantitas listrik dan ruang adalah dua hal yang sifatnya berbeda.

Siswa fenomena kelistrikan sebelumnya telah mengetahui bahwa besaran yang diukur dalam volt memiliki karakteristik suatu gaya dan menamainya sesuai dengan itu. Para ahli teori modern menolak definisi ini karena bertentangan dengan pandangan mereka tentang sifat arus listrik. Misalnya, W.J. Duffin menawarkan definisi gaya gerak listrik (ggl) dan kemudian mengatakan:
“Terlepas dari namanya, yang pasti bukan gaya, tetapi sama dengan usaha yang dilakukan per satuan muatan positif jika muatan tersebut bergerak melingkar (yaitu, dalam rangkaian listrik); oleh karena itu satuan ini adalah volt.”

Usaha per satuan ruang adalah gaya. Penulis hanya percaya bahwa entitas yang bergerak, yang ia sebut sebagai muatan, tidak setara dengan ruang. Dengan demikian, ia sampai pada kesimpulan bahwa besaran yang diukur dalam volt tidak dapat menjadi gaya. Kami percaya bahwa dia salah, dan bahwa entitas yang bergerak bukanlah muatan, melainkan satuan ruang yang berputar (elektron tak bermuatan). Kemudian gaya gerak listrik, diukur dalam volt, sebenarnya adalah gaya. Pada dasarnya, Duffin mengakui fakta ini dengan mengatakan dalam hubungan lain bahwa “U/n (volt per meter) sama dengan N/C (newton per coulomb).”. Keduanya menyatakan perbedaan tegangan dalam bentuk gaya dibagi ruang.

Teori fisika tradisional tidak mengklaim menawarkan wawasan tentang sifat kuantitas listrik atau muatan listrik. Dia hanya mengakui: Karena kenyataan itu Penelitian ilmiah tidak dapat memberikan penjelasan apa pun tentang sifat muatan listrik, maka muatan tersebut harus merupakan entitas unik yang tidak bergantung pada muatan fundamental lainnya entitas fisik, dan harus diterima sebagai salah satu karakteristik alam yang “diberikan”. Lebih lanjut diasumsikan bahwa entitas yang sifatnya tidak diketahui ini, yang berperan besar dalam fenomena elektrostatis, identik dengan entitas yang sifatnya tidak diketahui, kuantitas listriknya, yang berperan besar dalam aliran listrik.

Kelemahan paling signifikan dari teori arus listrik tradisional, sebuah teori yang didasarkan pada asumsi-asumsi di atas, yang sekarang dapat kita pertimbangkan dengan pemahaman yang lebih lengkap tentang landasan fisika yang berasal dari teori alam semesta gerak, adalah bahwa teori tersebut memberikan dua peran yang berbeda dan tidak kompatibel pada elektron. Menurut teori saat ini, partikel-partikel ini adalah komponen struktur atomnya, setidaknya dapat dibayangkan bahwa beberapa di antaranya dapat beradaptasi secara bebas terhadap gaya listrik apa pun yang diterapkan pada konduktor. Di satu sisi, setiap partikel terikat erat dengan atom lainnya sehingga memainkan peran penting dalam menentukan sifat-sifat atom, dan untuk memisahkannya dari atom, diperlukan gaya yang signifikan (potensial ionisasi). . Di sisi lain, elektron bergerak begitu bebas sehingga akan merespons gaya termal atau listrik yang besarnya sedikit lebih besar dari nol. Mereka harus ada dalam suatu konduktor dalam jumlah tertentu, mengingat konduktor tersebut netral secara listrik, meskipun membawa arus listrik. Pada saat yang sama, mereka harus bebas meninggalkan konduktor (baik dalam jumlah besar atau kecil) asalkan mereka memperoleh energi kinetik dalam jumlah yang cukup.

Jelaslah bahwa teori-teori tersebut meminta elektron untuk melakukan dua fungsi yang berbeda dan bertentangan. Mereka dikaitkan posisi kunci baik dalam teori struktur atom maupun dalam teori arus listrik, dengan mengabaikan fakta bahwa sifat-sifat yang harus dimilikinya untuk menjalankan fungsi-fungsi yang disyaratkan oleh satu teori mengganggu fungsi-fungsi yang dimaksudkan untuk dijalankan dalam teori lain.

Dalam teori gerak semesta, masing-masing fenomena ini melibatkan entitas fisik yang berbeda. Satuan struktur atom adalah satuan gerak rotasi, bukan elektron. Ia memiliki semacam status permanen yang diperlukan untuk komponen atom. Elektron, tanpa muatan dan tanpa hubungan apa pun dengan struktur atom, kemudian tersedia sebagai satuan arus listrik yang bergerak bebas.

Postulat dasar teori Sistem Terbalik mengatakan bahwa alam semesta fisik adalah alam semesta yang bergerak, alam semesta yang seluruh entitas dan fenomenanya merupakan gerakan, kombinasi gerakan, atau hubungan antar gerakan. Di alam semesta seperti ini, semua fenomena dasar dapat dijelaskan. Tidak ada sesuatu pun yang “tidak dapat dianalisis”, seperti yang dikatakan Bridgman. Entitas dan fenomena dasar alam semesta gerak—radiasi, gravitasi, materi, listrik, magnet, dan sebagainya—dapat didefinisikan dalam ruang dan waktu. Berbeda dengan teori fisika tradisional, Sistem Terbalik tidak boleh meninggalkan keberadaannya elemen dasar pada belas kasihan misteri metafisik. Hal ini tidak boleh mengecualikan mereka dari penyelidikan fisik, sebagaimana pernyataan dari Encyclopedia Britannica berikut ini:

“Pertanyaan: “Apa itu listrik?”, seperti pertanyaan: “Apa itu materi?”, berada di luar bidang fisika dan termasuk dalam bidang metafisika.”

Di alam semesta yang seluruhnya terdiri dari gerak, muatan listrik yang dimiliki oleh entitas fisik pastilah berupa gerak. Lalu masalah yang dihadapi penelitian teoritis, bukanlah jawaban atas pertanyaan: “Apa itu muatan listrik?”, melainkan sebuah definisi, jenis gerak apa yang memanifestasikan dirinya sebagai muatan. Definisi muatan sebagai gerak komplementer tidak hanya memperjelas hubungan antara elektron bermuatan yang diamati secara eksperimental dan elektron tak bermuatan yang dikenal hanya sebagai entitas bergerak dalam arus listrik, namun juga menjelaskan pertukaran di antara keduanya, yang merupakan dukungan mendasar bagi teori yang sekarang populer. berpendapat bahwa hanya satu entitas yang terlibat dalam proses tersebut - biaya. Kita tidak selalu ingat bahwa pendapat ini mendapat pengakuan umum hanya setelah melalui perdebatan yang panjang dan hidup. Ada kesamaan antara fenomena statis dan fenomena saat ini, namun ada juga perbedaan yang signifikan. Saat ini, dengan tidak adanya penjelasan teoretis mengenai jenis listrik apa pun, pertanyaan yang harus diselesaikan adalah apakah elektron bermuatan dan tidak bermuatan itu identik karena persamaannya atau tidak dapat dibandingkan karena perbedaannya. Keputusan yang mendukung identitas menang, meskipun seiring berjalannya waktu banyak bukti yang menentang keabsahan keputusan ini.

Kemiripan terlihat jelas pada keduanya tipe umum x: (1) beberapa sifat partikel bermuatan dan arus listrik serupa; (2) transisi dari satu ke yang lain diamati. Definisi elektron bermuatan sebagai elektron tidak bermuatan dengan gerakan tambahan menjelaskan kedua jenis persamaan tersebut. Misalnya, demonstrasi bahwa muatan yang bergerak cepat memiliki sifat magnetik yang sama dengan arus listrik merupakan faktor utama dalam kemenangan yang diraih oleh para pendukung teori “muatan” arus listrik beberapa tahun yang lalu. Namun penemuan kami menunjukkan bahwa entitas yang bergerak adalah elektron atau pembawa muatan lainnya, sehingga ada atau tidaknya muatan listrik tidak relevan.

Jenis bukti kedua yang telah ditafsirkan untuk mendukung identitas elektron statis dan bergerak adalah penggantian elektron yang mengalir dengan elektron bermuatan dalam proses seperti elektrolisis. Berikut penjelasannya adalah: muatan listrik mudah tercipta dan mudah dimusnahkan. Seperti yang diketahui semua orang, hanya sedikit gesekan yang diperlukan untuk menghasilkan arus listrik pada banyak permukaan, seperti serat sintetis modern. Oleh karena itu, setiap kali terdapat konsentrasi energi dalam salah satu bentuk yang dapat dibebaskan melalui konversi ke bentuk lain, getaran rotasi yang membentuk muatan akan muncul atau menghilang untuk memungkinkan jenis gerakan elektron yang terjadi sebagai respons terhadap energi. kekuatan yang diberikan.

Mengikuti kebijakan yang berlaku yang memperlakukan dua besaran berbeda sebagai sama dan menggunakan satuan yang sama untuk keduanya hanya mungkin dilakukan karena dua penggunaan yang berbeda dalam banyak kasus benar-benar terpisah. Dalam keadaan seperti ini, penghitungan tidak menimbulkan kesalahan karena menggunakan satuan yang identik, namun bagaimanapun juga, jika penghitungan atau pertimbangan teoretis melibatkan besaran kedua jenis tersebut, diperlukan pembedaan yang jelas.

Sebagai analogi, kita dapat berasumsi bahwa kita ingin membangun sistem satuan yang menyatakan sifat-sifat air. Mari kita asumsikan juga bahwa kita tidak dapat mengenali perbedaan antara sifat berat dan volume, sehingga menyatakannya dalam sentimeter kubik. Sistem ini setara dengan menggunakan satuan berat satu gram. Dan selama kita membahas berat dan volume secara terpisah, masing-masing dalam konteksnya sendiri, fakta bahwa ungkapan “sentimeter kubik” memiliki dua arti yang sangat berbeda tidak menimbulkan kesulitan apa pun. Namun, jika kita menghadapi kedua kualitas tersebut secara bersamaan, penting untuk mengenali perbedaan di antara keduanya. Pembagian sentimeter kubik (berat) dengan sentimeter kubik (volume) tidak dinyatakan sebagai bilangan tak berdimensi, seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan; koefisien adalah besaran fisis yang berdimensi berat/volume. Demikian pula, kita dapat menggunakan satuan yang sama untuk muatan listrik dan kuantitas listrik selama keduanya bekerja secara terpisah dan dalam konteks yang benar, namun jika kedua besaran tersebut dimasukkan dalam perhitungan atau keduanya bekerja secara individual dengan dimensi fisik yang salah, kebingungan akan timbul.

Kebingungan dimensi akibat kesalahpahaman tentang perbedaan antara elektron bermuatan dan tidak bermuatan telah menjadi sumber kekhawatiran dan kebingungan di kalangan fisikawan teoretis. Hal ini merupakan hambatan bagi pembentukan hubungan sistematis yang komprehensif antar dimensi besaran fisis. Kegagalan untuk menemukan dasar hubungan merupakan indikasi yang jelas bahwa ada sesuatu yang salah dengan dimensi itu sendiri, namun alih-alih mengakui fakta ini, reaksi saat ini adalah menyembunyikan masalah tersebut dan menyatakan bahwa masalah tersebut tidak ada. Beginilah cara seorang pengamat melihat gambar tersebut:
“Dulu, topik ukuran masih kontroversial. Butuh waktu bertahun-tahun upaya yang gagal untuk menemukan “hubungan rasional yang inheren” yang menjadi dasar ekspresi semua rumus dimensi. Sekarang secara umum diterima bahwa tidak ada satu set rumus ukuran yang mutlak.”

Ini adalah reaksi umum terhadap bertahun-tahun yang panjang frustasi, sebuah reaksi yang sering kita jumpai dalam mengeksplorasi topik-topik yang dibahas di Jilid 1. Ketika upaya terbaik peneliti dari generasi ke generasi gagal mencapai suatu tujuan tertentu, selalu ada godaan kuat untuk menyatakan bahwa tujuan tersebut tidak mungkin tercapai. “Singkatnya,” kata Alfred Lande, “jika Anda tidak dapat mengklarifikasi suatu situasi masalah, umumkanlah bahwa itu adalah masalahnya “mendasar, dan kemudian mengumumkan prinsip yang sesuai.” Oleh karena itu, ilmu fisika lebih banyak berisi prinsip-prinsip impotensi daripada penjelasan.

Dalam alam semesta gerak, dimensi segala jenis besaran hanya dapat dinyatakan dalam ruang dan waktu. Dimensi ruang-waktu dari besaran mekanik dasar didefinisikan dalam Volume 1. Di sini kita menambahkan dimensi besaran yang terlibat dalam aliran arus listrik.

Klarifikasi hubungan dimensi disertai dengan definisi satuan alami besaran fisika yang berbeda. Sistem satuan yang biasa digunakan saat bekerja dengan arus listrik dikembangkan secara independen dari unit mekanis secara ad hoc. Untuk menetapkan hubungan antara sistem acak dan sistem satuan alam, perlu diukur satu besaran fisis, yang nilainya dapat ditentukan dalam sistem alam, seperti yang telah dilakukan pada penentuan hubungan antara alam dan alam sebelumnya. satuan tradisional ruang, waktu dan massa. Untuk tujuan ini, kita akan menggunakan konstanta Faraday - hubungan yang diamati antara jumlah listrik dan massa yang terlibat dalam elektrolisis. Mengalikan konstanta ini, 2,89366 x 10 14 ese/g-equiv, dengan satuan alami berat atom 1,65979 x 10 -24 g, kita memperoleh satuan alami kuantitas listrik 4,80287 x 10 -10 ese.

Awalnya, definisi satuan muatan ( ini) penggunaan persamaan Coulomb dalam sistem pengukuran elektrostatis rencananya akan digunakan sebagai alat untuk memasukkan besaran listrik ke dalam sistem pengukuran mekanis. Tapi di sini satuan elektrostatis muatan dan satuan listrik lainnya, termasuk yang satu ini, merupakan sistem terpisah pengukuran di mana t/s diidentifikasi dengan muatan listrik.

Besaran arus listrik adalah jumlah elektron per satuan waktu, yaitu satuan ruang per satuan waktu atau kecepatan. Oleh karena itu, satuan alami arus dapat dinyatakan sebagai satuan alami kecepatan, 2,99793 x 10 10 cm/detik. Dalam istilah kelistrikan adalah satuan alamiah besaran dibagi satuan alami waktu, sama dengan 3,15842 x 10 6 ese/detik atau 1,05353 x 10 -3 ampere. Oleh karena itu, satuan energi listrik tradisional, watt-jam, sama dengan 3,6 x 10 10 erg. Satuan energi alami, 1,49275 x 10 -3 erg, setara dengan 4,14375 x 10 -14 watt-jam. Membagi satuan ini dengan satuan waktu alami, kita mendapatkan satuan alami daya - 9,8099 x 10 12 erg/detik = 9,8099 x 10 5 watt. Kemudian membaginya dengan satuan alami arus menghasilkan satuan alami gaya gerak listrik atau tegangan sebesar 9,31146 x 10 8 Volt. Membagi lebih jauh dengan arus menghasilkan satuan hambatan alami sebesar 8,83834 x 10 11 ohm.

Kuantitas listrik lain yang patut disebutkan karena peran penting yang dimainkannya dalam pendekatan matematika modern terhadap magnetisme adalah “kerapatan arus”. Ini didefinisikan sebagai “jumlah muatan yang melewati per detik melalui satuan luas bidang yang tegak lurus terhadap garis aliran.” Ini adalah besaran yang aneh, berbeda dari besaran lain yang telah dibahas karena tidak ada hubungan antara ruang dan waktu. Ketika kita menyadari bahwa besaran ini sebenarnya mewakili arus per satuan luas dan bukan “muatan” (fakta yang dikonfirmasi oleh satuan, ampere per meter persegi, yang dinyatakan), dimensi ruang-waktunya ternyata s/t x 1/s² = 1/st. Itu bukanlah dimensi gerak atau sifat gerak. Oleh karena itu, secara umum besaran ini tidak mempunyai arti fisik. Itu hanya kenyamanan matematis.

Hukum dasar arus listrik yang dikenal ilmu pengetahuan modern, seperti Hukum Ohm, Hukum Kirchhoff dan turunannya, hanyalah generalisasi empiris, dan penerapannya tidak terpengaruh oleh klarifikasi sifat sebenarnya dari arus listrik. Inti dari undang-undang ini dan rincian yang relevan dijelaskan secara memadai dalam literatur ilmiah dan teknis yang ada.

TAHAN LISTRIK

Meskipun pergerakan arus listrik dalam suatu materi setara dengan pergerakan materi di ruang angkasa, namun kondisi yang dihadapi oleh setiap jenis pergerakan di alam kita pengalaman sehari-hari, soroti berbagai aspek ketentuan umum. Ketika kita membahas pergerakan materi dalam ruang lanjutan, kita terutama tertarik pada pergerakan objek individu. hukum gerak Newton, landasan Mekanika berkaitan dengan penggunaan gaya untuk menyebabkan atau mengubah gerak suatu benda dan perpindahan gerak dari satu benda ke benda lainnya. Di sisi lain, dalam kasus arus listrik, kita mementingkan aspek kontinuitas aliran arus, dan status masing-masing objek yang terlibat tidak relevan.

Mobilitas satuan ruang dalam aliran arus menimbulkan beberapa jenis variabilitas yang tidak ada dalam pergerakan materi dalam ruang lanjutan. Oleh karena itu, terdapat ciri-ciri perilaku atau sifat-sifat struktur material yang menjadi ciri hubungan antara struktur dan elektron yang bergerak. Dengan kata lain, kita dapat mengatakan itu materi mempunyai beberapa sifat kelistrikan yang khas. Properti utama dari alam ini adalah perlawanan. Sebagaimana dinyatakan sebelumnya, hambatan adalah satu-satunya besaran yang terlibat dalam hubungan mendasar aliran arus yang bukan merupakan karakteristik umum dari sistem persamaan mekanika, persamaan yang berhubungan dengan pergerakan materi dalam ruang lanjutan.

Salah satu penulis merangkum gagasan modern tentang asal usul hambatan listrik sebagai berikut:
“Kemampuan untuk menghantarkan listrik... muncul karena adanya sejumlah besar kuasi- elektron bebas, yang, di bawah pengaruh medan listrik, mampu mengalir melalui kisi logam... Pengaruh yang menggairahkan... mengganggu aliran bebas elektron, menghamburkannya dan menciptakan hambatan.”

Sebagaimana telah ditunjukkan, perkembangan teori alam semesta gerak mengarah pada konsep kebalikan dari sifat hambatan listrik. Kami menemukan itu elektron dikeluarkan dari lingkungan. Seperti yang dibahas di Volume 1, memang ada proses fisik, menciptakan elektron di jumlah yang signifikan, dan meskipun gerakan yang membentuk elektron-elektron ini dalam banyak kasus diserap oleh struktur atom, kemungkinan penggunaan jenis gerakan ini dalam struktur tersebut terbatas. Oleh karena itu, di sektor material alam semesta selalu terdapat elektron bebas dalam jumlah besar, sebagian besar tidak dikenakan biaya. Dalam keadaan tidak bermuatan, elektron tidak dapat bergerak sehubungan dengan ruang perluasan, karena merupakan satuan ruang yang berputar, dan hubungan ruang dengan ruang bukanlah gerak. Oleh karena itu, di ruang terbuka, setiap elektron tak bermuatan selalu berada pada posisi yang sama relatif terhadap sistem referensi alami, seperti halnya foton. Dalam konteks kerangka acuan spasial stasioner, elektron tak bermuatan, seperti foton, dibawa keluar dengan kecepatan cahaya melalui urutan kerangka acuan alami.

Jadi, semua agregat material terkena aliran elektron, seperti pemboman radiasi foton secara terus menerus. Namun, ada proses lain di mana elektron dikembalikan ke lingkungan. Akibatnya, populasi elektron dari agregat material seperti Bumi menjadi stabil pada tingkat keseimbangan. Proses yang menentukan kesetimbangan konsentrasi elektron tidak bergantung pada sifat atom materi dan volume atom. Oleh karena itu, dalam konduktor berinsulasi listrik, di mana tidak ada aliran arus, konsentrasi elektronnya konstan. Oleh karena itu, jumlah elektron yang terlibat dalam gerakan termal atom-atom suatu zat sebanding dengan volume atom, dan energi gerakan ini ditentukan oleh koefisien rotasi efektif atom. Karena itu,.

resistensi ditentukan oleh volume atom dan energi panas Zat yang gerak rotasinya terjadi seluruhnya dalam waktu mempunyai gerak termal dalam ruang, menurut aturan umum yang mengatur penambahan gerak, sebagaimana ditetapkan dalam Volume 1. Untuk zat ini, gerak termal nol sama dengan resistansi nol, dan dengan meningkatnya suhu resistansi meningkat. Hal ini terjadi karena konsentrasi elektron (satuan ruang) dalam komponen sementara konduktor adalah konstan untuk sejumlah arus tertentu. Oleh karena itu, arus meningkatkan gerakan termal dalam proporsi tertentu. Zat yang demikian disebut.

Untuk unsur lain yang mempunyai rotasi dua dimensi dalam ruang, gerak termal, yang karena terbatasnya diameter elektron yang bergerak, memerlukan dua dimensi terbuka, tentu terjadi dalam waktu. DI DALAM pada kasus ini suhu nol sama dengan nol pergerakan waktu. Di sini, resistansi awalnya tinggi, namun menurun seiring meningkatnya suhu. Zat-zat tersebut dikenal sebagai isolator atau dielektrik.

Elemen dengan yang terbesar perpindahan listrik, yang hanya memiliki satu dimensi rotasi spasial dan paling dekat dengan pembagian elektropositif, mampu mengikuti pola positif dan merupakan konduktor. Elemen dengan bias listrik yang lebih rendah mengikuti pola pergerakan yang berubah seiring waktu, di mana resistansi menurun dari tingkat yang tinggi namun terbatas ke suhu nol. Zat yang mempunyai sifat antara disebut semikonduktor.

Sayangnya, pengukuran resistansi melibatkan banyak faktor yang menimbulkan ketidakpastian pada hasil. Kemurnian sampel sangat penting karena perbedaan besar antara resistansi konduktor dan dielektrik. Bahkan sejumlah kecil Kontaminasi dielektrik dapat mengubah resistansi secara signifikan. Teori tradisional tidak mempunyai penjelasan mengenai besarnya bencana ini efek ini. Jika elektron bergerak melalui ruang antar atom, seperti yang dikemukakan teori tersebut, beberapa hambatan tambahan di sepanjang jalan tersebut seharusnya tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap hambatan. Namun, seperti yang kami nyatakan, arus bergerak di semua atom konduktor, termasuk atom tidak murni, yang meningkatkan kandungan panas setiap atom sebanding dengan hambatannya. Resistansi dielektrik yang sangat tinggi menghasilkan kontribusi yang besar dari setiap atom yang tidak murni, dan bahkan sejumlah kecil atom tersebut mempunyai pengaruh yang sangat signifikan.

Kontaminan elemen semikonduktif kurang efektif dibandingkan kontaminan, namun masih memiliki ketahanan ribuan kali lebih besar dibandingkan logam konduktif.

Selain itu, resistansi berubah seiring dengan panas dan memerlukan anil yang cermat sebelum pengukuran yang andal dapat dilakukan. Kecukupan metode ini dalam banyak, jika tidak sebagian besar, definisi resistensi masih dipertanyakan. Misalnya, G. T. Meaden melaporkan bahwa pengobatan ini mengurangi resistensi berilium sebesar 50%, dan bahwa “ pekerjaan awal dilakukan pada sampel non-anil.” Sumber ketidakpastian lainnya termasuk perubahan struktur kristal atau perilaku magnetik, yang terjadi ketika suhu yang berbeda atau tekanan dalam sampel yang berbeda, atau pada kondisi yang berbeda, sering disertai dampak yang signifikan penundaan.

Karena hambatan listrik merupakan hasil gerak suhu, maka energi gerak elektron berada dalam kesetimbangan dengan energi suhu. Oleh karena itu, resistansi berbanding lurus dengan energi panas efektif, yaitu suhu. Oleh karena itu, kenaikan resistansi per derajat adalah konstan untuk setiap zat (tidak berubah); nilai ini ditentukan oleh karakteristik atom. Itu sebabnya, kurva yang mewakili hubungan ketahanan terhadap suhu sebagaimana diterapkan pada atom tunggal adalah linier. Pembatasan pada garis lurus merupakan ciri dari hubungan elektron, dan terjadi karena fakta bahwa elektron hanya mempunyai satu satuan perpindahan rotasi dan, oleh karena itu, tidak dapat beralih ke tipe gerak multi-unit seperti gerak atom kompleks. struktur.

Namun, perubahan serupa pada kurva resistivitas terjadi jika koefisien yang menentukan resistivitas diubah karena penataan ulang, seperti perubahan tekanan. Seperti yang diungkapkan oleh P.W Bridgman, ketika membahas hasil-hasilnya, setelah perubahan sifat ini terjadi, pada dasarnya kita berhadapan dengan substansi yang berbeda. Kurva atom yang termodifikasi juga merupakan garis lurus, tetapi tidak berhimpitan dengan kurva atom yang tidak termodifikasi. Pada saat transisi ke bentuk baru resistensi suatu atom berubah secara tiba-tiba hingga sebanding dengan garis lurus lainnya.

BIAYA LISTRIK

Dalam alam semesta gerak, semua entitas dan fenomena fisik adalah gerakan, kombinasi gerakan, atau hubungan antar gerakan. Oleh karena itu, mengembangkan struktur teori yang menggambarkan alam semesta semacam itu pada dasarnya adalah masalah menentukan gerakan dan kombinasi gerakan apa yang dapat terjadi dalam kondisi yang ditentukan dalam postulat. Sejauh ini dalam diskusi kita fenomena fisik kita hanya membahas gerak translasi, pergerakan elektron dalam materi dan pengaruh yang berbeda gerakan ini, katakanlah, dengan aspek mekanis kelistrikan. Sekarang kita akan mengalihkan perhatian kita pada fenomena kelistrikan yang melibatkan gerak rotasi.

Seperti dijelaskan dalam Volume 1, gravitasi adalah gerak skalar yang terdistribusi secara rotasi tiga dimensi. Jika kita mempertimbangkan pola umum menghasilkan gerakan dengan kompleksitas lebih besar sebagai kombinasi jenis yang berbeda pergerakan, wajar untuk mengasumsikan kemungkinan memaksakan rotasi skalar satu dimensi atau dua dimensi pada objek yang menarik untuk menciptakan fenomena yang lebih besar. sifat yang kompleks. Namun, setelah menganalisis situasinya, kami menemukan bahwa menambahkan gerak gravitasi biasa yang terdistribusi secara rotasi dalam waktu kurang dari tiga dimensi hanya akan mengubah besaran gerak dan tidak akan menyebabkan munculnya fenomena jenis baru apa pun.

Namun, ada variasi pola distribusi rotasi yang belum kami eksplorasi. Sampai saat ini, ada tiga tipe umum yang telah dipertimbangkan gerakan sederhana(gerakan skalar posisi fisik): (1) gerak translasi; (2) getaran linier; dan (3) rotasi. Sekarang kita harus menyadari keberadaan tipe keempat - gerak vibrasi-rotasi, yang berhubungan dengan rotasi dengan cara yang sama seperti getaran linier yang berhubungan dengan gerak translasi. Gerak vektor semacam ini biasa terjadi (contohnya adalah pergerakan pegas rambut pada jam tangan), namun sebagian besar diabaikan oleh pemikiran ilmiah tradisional. Ini diputar peran penting dalam gerakan dasar alam semesta.

Pada tingkat atom, getaran rotasi merupakan gerak skalar yang terdistribusi secara rotasi yang mengalami perubahan terus menerus dari luar ke dalam dan sebaliknya. Seperti halnya getaran linier, agar konstan, pengukuran arah skalar harus kontinu dan seragam. Oleh karena itu, seperti radiasi foton, ia harus berupa gerakan harmonis yang sederhana. Seperti disebutkan dalam pembahasan gerak suhu, ketika gerak harmonik sederhana ditambahkan gerakan yang ada, ia bertepatan dengan gerak ini (dan karena itu tidak beraksi) pada salah satu arah skalar dan mempunyai besaran efektif pada arah skalar lainnya. Setiap gerak inkremental harus mengakomodasi aturan untuk menggabungkan gerak skalar yang ditetapkan dalam Volume 1. Atas dasar ini, arah skalar efektif dari getaran rotasi mandiri harus mengarah ke luar, berlawanan dengan gerak rotasi ke dalam yang terkait dengannya. Penambahan skalar ke arah dalam tidaklah stabil, namun dapat didukung oleh pengaruh eksternal, seperti yang akan kita lihat nanti.

Gerak skalar yang berupa getaran rotasi akan didefinisikan sebagai muatan. Jenis rotasi satu dimensi ini adalah muatan listrik. Dalam alam semesta yang bergerak, setiap fenomena fisik dasar, seperti muatan, tentu saja merupakan gerak. Dan satu-satunya pertanyaan yang memerlukan jawaban dengan memeriksa tempatnya dalam gambaran fisik adalah pertanyaan: Gerakan macam apa itu? Kami menemukan bahwa muatan listrik yang diamati memiliki sifat-sifat itu perkembangan teoritis mendefinisikan bagaimana getaran rotasi satu dimensi; oleh karena itu, kita dapat menyamakan kedua konsep ini.

Menarik untuk dicatat bahwa ilmu pengetahuan tradisional, yang selama ini tidak dapat menjelaskan asal usul dan sifat muatan listrik, mengakui bahwa muatan listrik adalah skalar. Misalnya, W. J. Duffin melaporkan bahwa eksperimen yang ia uraikan menunjukkan bahwa “muatan dapat didefinisikan sebagai suatu bilangan satuan”, sehingga mendukung kesimpulan bahwa “muatan adalah besaran skalar”.

Namun, dalam pemikiran fisika tradisional, muatan listrik dianggap sebagai salah satu entitas fisik mendasar, dan definisinya sebagai gerak pasti akan mengejutkan banyak orang. Perlu ditekankan bahwa ini bukanlah ciri teori alam semesta gerak. Terlepas dari penemuan kami berdasarkan teori ini, muatan tentu saja merupakan gerak, dan berdasarkan definisi yang berlaku dalam fisika tradisional, sebuah fakta yang diabaikan karena tidak sesuai dengan teori modern. Faktor kunci dalam situasi ini adalah definisi kekuatan. Kami tahu itu gaya adalah sifat gerak, dan bukan sesuatu yang bersifat mendasar yang ada dengan sendirinya. Memahami posisi ini penting untuk pengembangan teori muatan.

Untuk keperluan fisika, gaya ditentukan oleh hukum gerak kedua Newton. Ini adalah hasil kali massa dan percepatan, F = ma. Gerak, hubungan ruang dan waktu, diukur berdasarkan satuan massa sebagai kecepatan atau kecepatan, v (yaitu, setiap satuan bergerak dengan kecepatannya sendiri), atau secara kolektif sebagai momen—massa dikali kecepatan, mv , sebelumnya disebut dengan nama yang lebih deskriptif “kuantitas gerak”. Laju perubahan besaran gerak terhadap waktu adalah dv/dt (percepatan, a) untuk massa individual, dan m dv/dt (gaya, ma) jika diukur secara kolektif. Maka gaya didefinisikan sebagai laju perubahan besarnya jumlah gerak terhadap waktu; kita bisa menyebutnya “jumlah percepatan”. Dari definisi tersebut dapat disimpulkan bahwa gaya adalah sifat gerak. Ia memiliki status yang sama dengan properti lainnya, bukan sesuatu yang dapat berdiri sendiri sebagai entitas otonom.

Apa yang disebut sebagai “kekuatan fundamental alam”, yaitu kekuatan otonom yang digunakan untuk menjelaskan asal usul fenomena fisik, tentu saja merupakan sifat dari gerakan di belakangnya; mereka tidak bisa ada sebagai entitas independen. Setiap " kekuatan fundamental” harus muncul dari gerakan fundamental. Ini adalah persyaratan logis untuk definisi gaya, dan ini valid terlepas dari teori fisika dalam konteks situasi yang dipertimbangkan.

Ilmu fisika modern tidak mampu menentukan gerakan yang diperlukan oleh definisi gaya. Misalnya, muatan fisik menciptakan gaya listrik, namun sebagaimana ditentukan dari pengamatan, ia tidak menghasilkan gaya listrik dengan caranya sendiri. inisiatif sendiri. Tidak ada indikasi pergerakan sebelumnya. Dengan itu sebuah kontradiksi yang jelas Definisi gaya sekarang dikelola dengan mengabaikan persyaratan definisi dan mempertimbangkan gaya listrik sebagai suatu entitas yang diciptakan dengan cara yang tidak terbatas oleh suatu muatan. Sekarang kebutuhan akan penghindaran semacam ini dihilangkan dengan mendefinisikan muatan sebagai getaran rotasi. Kini jelas bahwa alasan tidak adanya bukti gerak yang terlibat dalam pembangkitan gaya listrik adalah karena hal tersebut muatan itu sendiri adalah gerakan.

Oleh karena itu, muatan listrik adalah analog satu dimensi dari pergerakan tiga dimensi suatu atom atau partikel, yang kita definisikan sebagai massa. Dimensi massa ruang-waktu – t³/s³. Dalam satu dimensi ini adalah t/s. Getaran rotasi adalah gerak yang mirip dengan rotasi yang membentuk massa, tetapi hanya berbeda pada pembalikan arah skalar secara periodik. Oleh karena itu, muatan listrik - getaran rotasi satu dimensi - juga memiliki dimensi t/s. Pengukuran besaran elektrostatik lainnya dapat diturunkan dari besaran muatan. Kekuatan medan listrik- besaran yang berperan penting dalam banyak hubungan yang melibatkan muatan listrik adalah muatan per satuan luas, t/s x 1/s² = t/s³. Hasil kali kuat medan dan jarak, t/s³ x s = t/s², adalah gaya, potensi listrik.

Untuk alasan yang sama dengan penciptaan medan gravitasi berdasarkan massa, muatan listrik dikelilingi oleh medan gaya. Namun tidak ada interaksi antara massa dan muatan. Gerakan skalar. perubahan jarak antara A dan B, dapat direpresentasikan dalam kerangka acuan baik sebagai pergerakan AB (gerakan A ke B) atau pergerakan BA (gerakan B ke A). Oleh karena itu gerakan AB dan BA bukanlah dua gerakan yang terpisah; keduanya hanyalah dua cara berbeda untuk merepresentasikan satu dan sama gerakan dalam sistem referensi. Artinya gerak skalar merupakan proses timbal balik. Hal ini tidak dapat terjadi kecuali benda A dan B mampu melakukan jenis gerak yang sama. Akibatnya, muatan (gerakan satu dimensi) hanya berinteraksi dengan muatan, dan massa (gerakan tiga dimensi) hanya berinteraksi dengan massa.

Gerak linier suatu muatan listrik, yang serupa dengan gravitasi, tunduk pada pertimbangan yang sama seperti gerak gravitasi. Namun, seperti disebutkan sebelumnya, ia diarahkan ke luar, bukan ke dalam, dan oleh karena itu tidak dapat secara langsung ditambahkan ke gerak dasar getaran melalui kombinasi gerak rotasi. Batasan gerak ke luar terjadi karena rangkaian ke luar dari kerangka acuan alami, yang selalu ada, meluas hingga satuan penuh kecepatan ke luar—kuantitas pembatas. Gerakan selanjutnya ke luar hanya dapat ditambahkan setelah komponen dalam dimasukkan ke dalam kombinasi gerakan. Dengan demikian, muatan hanya dapat ada sebagai tambahan pada atom atau partikel subatom.

Meskipun arah skalar getaran rotasi yang membentuk suatu muatan selalu ke luar, perpindahan positif (temporal) dan perpindahan negatif (spasial) dimungkinkan, karena kecepatan rotasi dapat lebih besar atau lebih kecil dari satu, dan getaran rotasi harus berlawanan dengan rotasi. Hal ini menimbulkan masalah terminologi yang sangat canggung. Dari sudut pandang logis, getaran rotasi dengan perpindahan spasial disebut muatan negatif, karena merupakan kebalikan dari rotasi positif, dan getaran rotasi dengan perpindahan waktu disebut muatan positif. Atas dasar ini, istilah “positif” selalu mengacu pada perpindahan temporal (kecepatan rendah), dan istilah “negatif” selalu mengacu pada perpindahan spasial (kecepatan tinggi). Ada beberapa keuntungan menggunakan istilah-istilah ini, namun untuk tujuan makalah ini tampaknya tidak diinginkan untuk mengambil risiko menimbulkan kebingungan lebih lanjut terhadap penjelasan-penjelasan yang sudah menderita akibat penggunaan terminologi asing yang tidak dapat dihindari untuk mengungkapkan hubungan-hubungan yang sebelumnya tidak disadari. Oleh karena itu, untuk tujuan sekarang kita akan mengikuti penggunaan saat ini dan muatan unsur positif akan disebut positif. Artinya pengertian istilah “positif” dan “negatif” dalam kaitannya dengan rotasi berbanding terbalik dengan muatan.

Dalam praktik normal, hal ini seharusnya tidak menimbulkan kesulitan khusus. Namun, dalam pembahasan kali ini, beberapa identifikasi sifat-sifat gerakan berbeda yang termasuk dalam kombinasi yang diteliti sangat penting demi kejelasan. Untuk menghindari kebingungan, istilah “positif” dan “negatif” akan disertai tanda bintang jika digunakan secara terbalik. Atas dasar ini, elemen elektropositif yang berputar dengan kecepatan rendah ke segala arah skalar menerima muatan positif* - getaran rotasi dengan kecepatan tinggi. Unsur elektronegatif dengan komponen spin tinggi dan rendah dapat menerima muatan apa pun. Namun, secara umum muatan negatif* terbatas pada sebagian besar elemen negatif dalam kelas tersebut.

Banyak masalah yang muncul ketika gerak skalar dipertimbangkan dalam konteks kerangka acuan spasial tetap, muncul sebagai akibat dari kenyataan bahwa kerangka acuan mempunyai sifat, posisi, yang tidak dimiliki oleh gerak skalar. Masalah lain muncul karena alasan sebaliknya: gerak skalar mempunyai sifat yang tidak dimiliki kerangka acuan. Kami menyebut properti ini arah skalar, ke dalam atau ke luar.

Muatan listrik tidak ikut serta dalam pergerakan dasar atom atau partikel, namun mudah tercipta di hampir semua jenis materi dan dapat dipisahkan dari materi tersebut dengan sama mudahnya. Dalam lingkungan bersuhu rendah seperti permukaan bumi, muatan listrik bertindak sebagai tambahan sementara pada sistem gerak berputar yang relatif permanen. Namun bukan berarti peran retribusi tidak penting. Faktanya, muatan sering kali memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap hasil peristiwa fisika dibandingkan dengan gerakan dasar atom-atom materi yang terlibat dalam peristiwa tersebut. Namun dari sudut pandang struktural, kita harus menyadari bahwa muatan datang dan pergi dengan cara yang sama seperti gerakan translasi (kinetik atau suhu) sebuah atom. Seperti yang akan segera kita lihat, pergerakan muatan dan suhu sebagian besar dapat dipertukarkan.

Bentuk paling sederhana dari partikel bermuatan dibuat dengan menambahkan satu unit getaran rotasi satu dimensi ke elektron atau positron, yang hanya memiliki satu unit perpindahan rotasi satu dimensi yang tidak seimbang. Karena putaran efektif elektron adalah negatif, maka ia mengambil muatan negatif*. Sebagaimana tercantum dalam uraian partikel subatom di Volume 1, setiap elektron tak bermuatan memiliki dua dimensi kosong; itu adalah, pengukuran skalar, di mana tidak ada rotasi efektif. Kita juga telah melihat sebelumnya bahwa unit dasar materi – atom dan partikel – mampu mengorientasikan dirinya sesuai dengan lingkungannya; artinya, mereka mengadopsi orientasi yang konsisten dengan kekuatan yang bekerja di lingkungan. Ketika sebuah elektron tercipta di ruang bebas, misalnya dari sinar kosmik, ia lolos dari pembatasan yang disebabkan oleh perpindahan spasialnya (seperti ketidakmampuan untuk bergerak di ruang angkasa) dengan mengorientasikan dirinya sehingga salah satu dimensi yang kosong bertepatan dengan dimensi dari ruang bebas. kerangka acuan. Kemudian ia dapat menempati posisi tetap dalam kerangka acuan alamiah tanpa batas waktu. Dalam konteks kerangka acuan spasial stasioner, elektron tak bermuatan ini, seperti foton, dibawa keluar dengan kecepatan cahaya melalui urutan kerangka acuan alami.

Jika elektron memasuki lingkungan baru dan mulai terkena serangkaian gaya baru, elektron dapat mengubah orientasi dirinya untuk beradaptasi dengan situasi baru. Misalnya, ketika memasuki bahan konduktif, ia menghadapi lingkungan di mana ia dapat bergerak bebas, karena pergeseran kecepatan dalam kombinasi gerakan yang membentuk materi terjadi terutama dalam waktu, dan hubungan antara perpindahan spasial dari bahan tersebut. elektron dan perpindahan temporal atom adalah gerak. Terlebih lagi, faktor lingkungan mendukung reorientasi tersebut; artinya, mereka menyukai peningkatan kecepatan di atas kesatuan dalam lingkungan berkecepatan tinggi dan penurunan dalam lingkungan berkecepatan rendah. Akibatnya, elektron mengorientasikan kembali perpindahan aktif dalam dimensi kerangka acuan. Ini bisa berupa kerangka acuan spasial atau temporal, bergantung pada apakah kecepatannya berada di atas atau di bawah kesatuan, tetapi kedua kerangka tersebut sejajar. Faktanya, ini adalah dua segmen dari satu sistem, karena keduanya mewakili pergerakan satu dimensi yang sama dalam dua wilayah kecepatan berbeda.

Jika kecepatannya lebih besar dari satu, representasinya ukuran variabel terjadi dalam sistem koordinat temporal, dan posisi tetap dalam sistem referensi alam muncul dalam sistem koordinat spasial sebagai pergerakan elektron (arus listrik) dengan kecepatan cahaya. Jika kecepatannya kurang dari satu, representasinya dibalik. Tidak berarti bahwa pergerakan elektron sepanjang konduktor terjadi pada kecepatan seperti itu. Dalam hal ini, pengumpulan elektron mirip dengan pengumpulan gas. Elektron individu bergerak dengan kecepatan tinggi, tetapi dalam arah acak. Hanya gerakan berlebih yang dihasilkan searah aliran arus, yang biasa disebut dengan penyimpangan elektron, bertindak sebagai gerakan non-arah.

Gagasan tentang “gas elektron” biasanya diterima fisika modern, tetapi diyakini bahwa “ teori sederhana menyebabkan kesulitan yang lebih besar jika dikaji secara lebih rinci.” Sebagaimana telah disebutkan, asumsi umum adalah bahwa elektron dari gas elektron yang diekstraksi dari struktur atom menghadapi banyak masalah. Ada juga kontradiksi langsung dengan nilai kalor spesifik. “Gas elektron diperkirakan akan menambah 3/2 R tambahan pada kalor jenis logam,” namun peningkatan kalor jenis seperti itu tidak terdeteksi secara eksperimental.

Teori alam semesta gerak menawarkan jawaban atas kedua permasalahan tersebut. Elektron, yang pergerakannya membentuk arus listrik, tidak dikeluarkan dari atom dan tidak tunduk pada batasan yang berkaitan dengan asal usulnya. Jawaban terhadap masalah kalor jenis terletak pada sifat gerak elektron. Pergerakan elektron tak bermuatan (satuan ruang) dalam suatu zat penghantar setara dengan pergerakan materi dalam ruang perluasan. Pada suhu tertentu, atom suatu materi mempunyai kecepatan tertentu relatif terhadap ruang. Tidak peduli apakah itu ruang lanjutan atau ruang elektronik. Pergerakan dalam ruang elektron (pergerakan elektron) merupakan bagian dari pergerakan suhu, dan kalor jenis akibat pergerakan tersebut merupakan bagian dari kalor jenis atom, dan bukan sesuatu yang terpisah.

Jika reorientasi elektron terjadi sebagai respons terhadap faktor lingkungan, ia tidak dapat melawan kekuatan yang terkait dengan faktor tersebut. Oleh karena itu, dalam keadaan tidak bermuatan, elektron tidak dapat meninggalkan konduktor. Satu-satunya sifat aktif elektron tak bermuatan adalah perpindahan spasial, dan rasio ruang ini terhadap ruang perluasan bukanlah gerak. Kombinasi gerak rotasi (atom atau partikel) yang mengakibatkan perpindahan dalam ruang (kecepatan lebih besar dari satu) hanya dapat bergerak dalam waktu, seperti yang disebutkan sebelumnya. Kombinasi gerak rotasi yang mengakibatkan perpindahan dalam waktu (kecepatan kurang dari satu) hanya dapat bergerak dalam ruang, karena gerak merupakan hubungan antara ruang dan waktu. Tetapi satuan kecepatan (nol alami atau Tingkat pertama) adalah kesatuan dalam ruang dan waktu. Oleh karena itu, kombinasi gerak dengan kecepatan bersih perpindahan nol dapat bergerak dalam waktu atau ruang. Memperoleh satuan muatan negatif* (pada kenyataannya, bersifat positif) oleh sebuah elektron yang, dalam keadaan tidak bermuatan, memiliki satuan perpindahan negatif, mengurangi perpindahan kecepatan yang dihasilkan menjadi nol dan memungkinkan elektron bergerak bebas baik di ruang angkasa maupun di ruang angkasa. waktu.

Penciptaan elektron bermuatan dalam konduktor hanya memerlukan transfer energi yang cukup ke elektron tak bermuatan untuk menjadikan energi kinetik partikel yang ada setara dengan satuan muatan. Jika sebuah elektron diproyeksikan ke luar angkasa, jumlah tambahan energi diperlukan untuk melepaskan diri dari permukaan padat atau cair dan mengatasi tekanan yang diberikan oleh gas di sekitarnya. Elektron bermuatan dengan energi di bawah tingkat ini terikat pada konduktor dengan cara yang sama seperti elektron tak bermuatan.

Energi yang dibutuhkan untuk menciptakan muatan dan keluar dari konduktor dapat dipelajari dengan banyak cara, yang masing-masing merupakan cara untuk menciptakan elektron bermuatan yang bergerak bebas. Metode yang mudah digunakan dan banyak digunakan menyediakan energi yang diperlukan melalui perbedaan potensial. Hal ini meningkatkan energi translasi elektron hingga memenuhi kebutuhan. Dalam banyak aplikasi, peningkatan energi yang diperlukan diminimalkan dengan memproyeksikan elektron bermuatan baru ke dalam ruang hampa, bukan dengan mengatasi tekanan gas. Sinar katoda digunakan dalam penciptaan sinar X, adalah aliran elektron bermuatan yang diproyeksikan ke ruang hampa. Penggunaan vakum juga merupakan karakteristik penciptaan elektron bermuatan secara termionik, di mana energi yang diperlukan dimasukkan ke dalam elektron tak bermuatan melalui panas. Dalam penciptaan fotovoltaik, energi diserap dari radiasi.

Keberadaan elektron sebagai unit bermuatan bebas biasanya berumur pendek. Segera setelah diciptakan oleh satu transfer energi dan dipancarkan ke ruang angkasa, ia kembali bertabrakan dengan materi dan masuk ke dalam transfer energi lain yang dengannya muatan diubah menjadi energi termal atau radiasi, dan elektron kembali ke keadaan tidak bermuatan. Di dekat agen yang menghasilkan elektron bermuatan, pembentukan muatan dan proses sebaliknya yang mengubahnya menjadi jenis energi lain terjadi secara bersamaan. Salah satu alasan utama penggunaan ruang hampa untuk menghasilkan elektron adalah untuk meminimalkan hilangnya muatan selama proses sebaliknya.

Di ruang angkasa, elektron bermuatan dapat diamati, yaitu dideteksi, cara yang berbeda, karena adanya muatan dipengaruhi oleh gaya listrik. Hal ini memungkinkan pergerakannya dikendalikan, dan tidak seperti elektron tak bermuatan yang sulit dipahami, elektron bermuatan adalah entitas yang dapat diamati dan dapat dimanipulasi untuk menciptakan berbagai jenis efek fisik.

Tidak mungkin mengisolasi dan mempelajari elektron bermuatan individu dalam materi seperti yang kita lakukan di ruang angkasa, namun kita dapat menyadari keberadaan partikel dengan mengikuti jejak muatan yang bergerak bebas dalam agregat materi. Selain ciri-ciri khusus muatan, elektron bermuatan dalam suatu zat mempunyai sifat yang sama dengan elektron tak bermuatan. Mereka bergerak dengan mudah pada konduktor yang baik dan lebih sulit pada konduktor yang buruk. Mereka bergerak sebagai respons terhadap potensi perbedaan. Mereka ditahan di isolator - zat yang tidak diperlukan pengukuran terbuka untuk memungkinkan pergerakan bebas elektron, dan seterusnya. Aktivitas elektron bermuatan di dalam dan di sekitar kumpulan materi dikenal sebagai listrik statis.