Apa itu voltase, arus, dan resistansi: bagaimana penggunaannya dalam praktik

Dalam teknik kelistrikan, istilah "arus", "tegangan", dan "hambatan" digunakan untuk menjelaskan proses yang terjadi dalam rangkaian listrik. Masing-masing memiliki tujuannya sendiri dengan karakteristik tertentu.

Listrik

Kata tersebut digunakan untuk mengkarakterisasi pergerakan partikel bermuatan (elektron, lubang, kation, dan anion) melalui media tertentu suatu zat. Arah dan jumlah pembawa muatan menentukan jenis dan kekuatan arus.

Karakteristik utama arus mempengaruhi aplikasi praktisnya

Prasyarat aliran muatan adalah adanya sirkuit atau, dengan kata lain, loop tertutup yang menciptakan kondisi untuk pergerakannya. Jika kekosongan terbentuk di dalam partikel yang bergerak, gerakan terarah mereka segera berhenti.

Semua sakelar dan pelindung yang digunakan dalam kelistrikan bekerja berdasarkan prinsip ini.Mereka membuat pemisahan antara kontak bergerak dari bagian konduktif dan melalui tindakan ini mengganggu aliran arus listrik, mematikan perangkat.

Dalam energi, metode yang paling umum adalah terciptanya arus listrik akibat pergerakan elektron di dalam logam yang dibuat dalam bentuk kabel, ban, atau bagian konduktif lainnya.

Selain metode ini, pembuatan arus di dalam juga digunakan:

1. gas dan cairan elektrolit akibat pergerakan elektron atau kation dan anion — ion dengan tanda muatan positif dan negatif;

2. lingkungan vakum, udara dan gas yang mengalami pergerakan elektron yang disebabkan oleh fenomena radiasi termionik;

3. bahan semikonduktor akibat pergerakan elektron dan lubang.

Kejutan listrik dapat terjadi jika:

• menerapkan perbedaan potensial listrik eksternal ke partikel bermuatan;

• kabel pemanas yang saat ini bukan superkonduktor;

• jalannya reaksi kimia yang terkait dengan pelepasan zat baru;

• efek medan magnet yang diterapkan pada kawat.

Bentuk gelombang arus listrik dapat berupa:

1. konstanta berupa garis lurus pada garis waktu;

2. variabel harmonik sinusoidal yang dijelaskan dengan baik oleh hubungan trigonometri dasar;

3. berkelok-kelok, secara kasar menyerupai gelombang sinus, tetapi dengan sudut yang tajam dan jelas, yang dalam beberapa kasus dapat dihaluskan dengan baik;

4. berdenyut, ketika arahnya tetap sama tanpa perubahan, dan amplitudo berfluktuasi secara berkala dari nol ke nilai maksimum menurut hukum yang ditentukan dengan baik.

Arus listrik dapat bermanfaat bagi seseorang ketika:

• diubah menjadi radiasi cahaya;

• menciptakan pemanasan elemen termal;

• melakukan pekerjaan mekanis karena tarikan atau tolakan angker yang dapat digerakkan atau rotasi rotor dengan penggerak yang dipasang pada bantalan;

• menghasilkan radiasi elektromagnetik dalam beberapa kasus lain.

Ketika arus listrik melewati kabel, kerusakan dapat disebabkan oleh:

• pemanasan berlebihan pada sirkuit dan kontak pembawa arus;

• pendidikan arus eddy di sirkuit magnetik mesin listrik;

• radiasi listrik gelombang elektromagnetik di lingkungan dan beberapa fenomena serupa.

Perancang perangkat listrik dan pengembang berbagai sirkuit memperhitungkan kemungkinan arus listrik yang terdaftar di perangkat mereka. Misalnya, efek berbahaya dari arus eddy pada transformator, motor, dan generator dikurangi dengan mencampur inti yang digunakan untuk mentransmisikan fluks magnet. Pada saat yang sama, arus eddy berhasil digunakan untuk memanaskan medium dalam oven listrik dan oven microwave yang beroperasi dengan prinsip induksi.

Arus listrik bolak-balik dengan bentuk gelombang sinusoidal dapat memiliki frekuensi osilasi yang berbeda per satuan waktu - satu detik. Frekuensi industri instalasi listrik di berbagai negara distandarisasi dengan angka 50 atau 60 hertz. Untuk tujuan lain dari teknik kelistrikan dan bisnis radio, sinyal digunakan:

• frekuensi rendah, dengan nilai lebih rendah;

• frekuensi tinggi, secara signifikan melebihi jangkauan perangkat industri.

Secara umum diterima bahwa arus listrik diciptakan oleh pergerakan partikel bermuatan dalam media makroskopik tertentu dan disebut arus konduksi... Namun, jenis arus lain yang disebut konveksi dapat terjadi ketika benda bermuatan makroskopik bergerak, misalnya tetesan hujan .

Bagaimana arus listrik terbentuk dalam logam

Pergerakan elektron di bawah pengaruh gaya konstan yang diterapkan padanya dapat dibandingkan dengan turunnya penerjun payung dengan kanopi terbuka. Dalam kedua kasus, diperoleh gerakan yang dipercepat secara seragam.

Penerjun payung bergerak karena gravitasi ke tanah, yang ditentang oleh gaya hambatan udara. Elektron dipengaruhi oleh gaya yang diterapkan padanya Medan listrik, dan pergerakannya terhambat oleh tumbukan terus menerus dengan partikel lain - ion kisi kristal, yang menyebabkan sebagian efek gaya yang diberikan padam.

Dalam kedua kasus tersebut, kecepatan rata-rata penerjun payung dan pergerakan elektron mencapai nilai konstan.

Ini menciptakan situasi yang agak unik di mana kecepatan:

• gerak diri sebuah elektron ditentukan oleh nilai orde 0,1 milimeter per detik;

• aliran arus listrik sesuai dengan nilai yang jauh lebih tinggi — kecepatan rambat gelombang cahaya: sekitar 300 ribu kilometer per detik.

Dengan demikian, aliran arus listrik dibuat di mana tegangan diterapkan ke elektron, dan akibatnya mereka mulai bergerak dengan kecepatan cahaya di dalam media penghantar.

Ketika elektron bergerak dalam kisi kristal logam, keteraturan lain yang menarik muncul: ia bertabrakan dengan setiap kesepuluh counterion.Artinya, berhasil menghindari sekitar 90% tumbukan ion.

Fenomena ini dapat dijelaskan tidak hanya oleh hukum fisika klasik fundamental, seperti yang umumnya dipahami oleh kebanyakan orang, tetapi juga oleh hukum operasi tambahan yang dijelaskan oleh teori mekanika kuantum.

Jika kita secara singkat mengungkapkan aksinya, maka kita dapat membayangkan bahwa pergerakan elektron di dalam logam terhalang oleh ion besar yang "berayun" berat yang memberikan resistansi tambahan.

Efek ini terutama terlihat saat memanaskan logam, saat "ayunan" ion berat meningkat dan mengurangi konduktivitas listrik kisi kristal kabel.

Oleh karena itu, ketika logam dipanaskan, hambatan listriknya selalu meningkat, dan ketika didinginkan, konduktivitasnya meningkat. Ketika suhu logam turun ke nilai kritis mendekati nilai nol mutlak, fenomena superkonduktivitas terjadi di banyak dari mereka.

Arus listrik, tergantung nilainya, mampu melakukan berbagai hal. Untuk penilaian kuantitatif atas kemampuannya, nilai yang disebut ampere diambil. Ukurannya dalam sistem pengukuran internasional adalah 1 ampere Untuk menunjukkan kekuatan saat ini dalam literatur teknis, indeks «I» diadopsi.

Tegangan

Istilah ini digunakan sebagai karakteristik besaran fisik yang menyatakan kerja yang dikeluarkan dalam memindahkan muatan listrik suatu unit uji dari satu titik ke titik lain tanpa mengubah sifat penempatan sisa muatan pada sumber medan aktif.

Karena titik awal dan akhir memiliki potensi energi yang berbeda, usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan, atau tegangan, sama dengan rasio perbedaan antara potensi tersebut.

Istilah dan metode yang berbeda digunakan untuk menghitung tegangan tergantung pada arus yang mengalir. Tidak bisa:

1. konstan - dalam sirkuit elektrostatik dan arus konstan;

2. bolak-balik - di sirkuit dengan arus bolak-balik dan sinusoidal.

Untuk kasus kedua, karakteristik dan jenis stres tambahan seperti itu digunakan sebagai:

• amplitudo — deviasi terbesar dari posisi nol sumbu absis;

• nilai sesaat, yang dinyatakan pada titik waktu tertentu;

• efektif, efektif atau, sebaliknya disebut, nilai kuadrat rata-rata akar, ditentukan oleh kerja aktif yang dilakukan selama setengah periode;

• nilai rata-rata yang diperbaiki dihitung modulo nilai yang diperbaiki dari satu periode harmonik.

Untuk penilaian tegangan secara kuantitatif, satuan internasional 1 volt diperkenalkan dan simbol «U» menjadi penunjukannya.

Saat mengangkut energi listrik melalui saluran udara, desain penyangga dan dimensinya bergantung pada nilai voltase yang digunakan. Nilainya antara konduktor fase disebut linier dan relatif terhadap setiap konduktor dan fase bumi.

Aturan ini berlaku untuk semua jenis maskapai.

Dalam jaringan listrik domestik negara kita, standarnya adalah tegangan tiga fase 380/220 volt.

Hambatan listrik

Istilah ini digunakan untuk mencirikan sifat-sifat suatu zat untuk melemahkan aliran arus listrik yang melewatinya.Dalam hal ini, lingkungan yang berbeda dapat dipilih, suhu zat atau dimensinya dapat diubah.

Di sirkuit DC, resistansi melakukan kerja aktif, oleh karena itu disebut aktif. Untuk setiap bagian, itu berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan dan berbanding terbalik dengan arus yang lewat.

Konsep berikut diperkenalkan dalam skema arus bolak-balik:

• impedansi;

• resistensi gelombang.

Impedansi listrik juga disebut impedansi kompleks atau komponen:

• aktif;

• reaktif.

Reaktivitas, pada gilirannya, dapat berupa:

• kapasitif;

• induktif.

Koneksi antara komponen impedansi dari segitiga resistensi dijelaskan.

Dalam perhitungan elektrodinamika, impedansi gelombang saluran listrik ditentukan oleh rasio tegangan dari gelombang datang dengan nilai arus yang melewati saluran gelombang.

Nilai resistansi diambil sebagai satuan pengukuran internasional 1 Ohm.

Hubungan arus, tegangan, hambatan

Contoh klasik untuk mengungkapkan hubungan antara karakteristik ini adalah perbandingan dengan sirkuit hidrolik, di mana gaya pergerakan aliran kehidupan (analog - besarnya arus) bergantung pada nilai gaya yang diterapkan pada piston (tercipta ketegangan) dan karakter garis aliran, terbuat dari penyempitan (resistensi).

Hukum matematika yang menjelaskan hubungan hambatan listrik, arus dan tegangan pertama kali diterbitkan dan dipatenkan oleh Georg Ohm. Dia menurunkan hukum untuk seluruh rangkaian rangkaian listrik dan bagiannya. Lihat di sini untuk detail lebih lanjut: Penerapan hukum Ohm dalam praktek

Ammeters, voltmeters dan ohmmeters digunakan untuk mengukur jumlah listrik dasar listrik.

Ammeter mengukur arus yang mengalir melalui rangkaian, karena tidak berubah di seluruh area tertutup, ammeter ditempatkan di mana saja antara sumber tegangan dan pengguna, menciptakan aliran muatan melalui kepala pengukur perangkat.

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan pada terminal pengguna yang terhubung ke sumber arus.

Pengukuran resistansi dengan ohmmeter hanya dapat dilakukan dengan pengguna dimatikan. Ini karena ohmmeter mengeluarkan tegangan yang dikalibrasi dan mengukur arus yang mengalir melalui kepala uji, yang diubah menjadi ohm dengan membagi tegangan dengan nilai arus.

Sambungan apa pun dari tegangan daya rendah eksternal selama pengukuran akan menciptakan arus tambahan dan merusak hasilnya. Mengingat sirkuit internal ohmmeter berdaya rendah, maka dalam kasus kesalahan pengukuran resistansi saat menerapkan tegangan eksternal, perangkat cukup sering gagal karena fakta bahwa sirkuit internalnya terbakar.

Mengetahui karakteristik dasar arus, voltase, resistansi, dan hubungan di antara mereka memungkinkan teknisi listrik berhasil melakukan pekerjaannya dan mengoperasikan sistem kelistrikan dengan andal, dan kesalahan yang dibuat sangat sering berakhir dengan kecelakaan dan cedera.