Arus listrik dalam rangkaian selalu dimanifestasikan oleh beberapa aksinya. Ini bisa berupa pekerjaan pada beban tertentu, dan aksi arus yang menyertainya. Jadi, dengan aksi arus, seseorang dapat menilai ada atau tidaknya arus di sirkuit tertentu: jika beban bekerja, ada arus. Jika fenomena terkait arus yang khas diamati, ada arus di sirkuit, dll.

Pada umumnya arus listrik mampu menimbulkan berbagai aksi: termal, kimia, magnetik (elektromagnetik), cahaya atau mekanik, dan berbagai macam aksi arus sering muncul secara bersamaan. Fenomena dan tindakan arus ini akan dibahas dalam artikel ini.

Efek termal arus listrik

Ketika arus listrik searah atau bolak-balik melewati konduktor, konduktor memanas. Konduktor pemanas tersebut dalam kondisi dan aplikasi yang berbeda dapat berupa: logam, elektrolit, plasma, lelehan logam, semikonduktor, semilogam.

Dalam kasus yang paling sederhana, jika, katakanlah, arus listrik dilewatkan melalui kawat nichrome, maka ia akan memanas. Fenomena ini digunakan dalam perangkat pemanas: dalam ketel listrik, ketel, pemanas, kompor listrik, dll. Dalam pengelasan busur listrik, suhu busur listrik umumnya mencapai 7000 ° C, dan logam mudah meleleh - ini juga efek termal dari arus.

Jumlah panas yang dilepaskan pada bagian rangkaian tergantung pada tegangan yang diberikan pada bagian ini, nilai arus yang mengalir dan waktu alirannya ().

Dengan mengubah hukum Ohm untuk bagian rangkaian, dimungkinkan untuk menggunakan tegangan atau arus untuk menghitung jumlah panas, tetapi kemudian sangat penting untuk mengetahui hambatan rangkaian, karena itulah yang membatasi arus dan penyebab , pada kenyataannya, pemanasan. Atau, mengetahui arus dan tegangan di sirkuit, Anda dapat dengan mudah menemukan jumlah panas yang dilepaskan.

Aksi kimia arus listrik

Elektrolit yang mengandung ion, di bawah aksi arus listrik searah - ini adalah efek kimia dari arus. Ion negatif (anion) tertarik ke elektroda positif (anoda) selama elektrolisis, dan ion positif (kation) tertarik ke elektroda negatif (katoda). Artinya, zat yang terkandung dalam elektrolit, dalam proses elektrolisis, dilepaskan pada elektroda sumber arus.

Misalnya, sepasang elektroda direndam dalam larutan asam, alkali atau garam tertentu, dan ketika arus listrik dilewatkan melalui rangkaian, muatan positif dibuat pada satu elektroda, dan muatan negatif pada yang lain. Ion-ion yang terkandung dalam larutan mulai diendapkan pada elektroda dengan muatan yang berlawanan.

Misalnya, selama elektrolisis tembaga sulfat (CuSO4), kation tembaga Cu2+ dengan muatan positif pindah ke katoda bermuatan negatif, di mana mereka menerima muatan yang hilang, dan menjadi atom tembaga netral, mengendap di permukaan elektroda. Gugus hidroksil -OH akan melepaskan elektron di anoda, dan oksigen akan dilepaskan sebagai hasilnya. Kation hidrogen H+ yang bermuatan positif dan anion SO42- yang bermuatan negatif akan tetap berada dalam larutan.

Tindakan kimia arus listrik digunakan dalam industri, misalnya, untuk menguraikan air menjadi bagian-bagian penyusunnya (hidrogen dan oksigen). Juga, elektrolisis memungkinkan Anda untuk mendapatkan beberapa logam dalam bentuk murni. Dengan bantuan elektrolisis, lapisan tipis logam tertentu (nikel, kromium) dilapisi pada permukaan - ini, dll.

Pada tahun 1832, Michael Faraday menemukan bahwa massa m zat yang dilepaskan pada elektroda berbanding lurus dengan muatan listrik q yang telah melewati elektrolit. Jika arus searah I dilewatkan melalui elektrolit selama waktu t, maka hukum elektrolisis pertama Faraday berlaku:

Di sini koefisien proporsionalitas k disebut ekivalen elektrokimia zat. Ini secara numerik sama dengan massa zat yang dilepaskan selama perjalanan muatan listrik tunggal melalui elektrolit, dan tergantung pada sifat kimia zat tersebut.

Di hadapan arus listrik dalam konduktor apa pun (padat, cair atau gas), medan magnet diamati di sekitar konduktor, yaitu, konduktor pembawa arus memperoleh sifat magnetik.

Jadi, jika magnet dibawa ke penghantar yang dialiri arus, misalnya dalam bentuk jarum kompas magnet, maka panah akan berputar tegak lurus terhadap penghantar, dan jika penghantar itu dililitkan pada inti besi dan arus searah dilewatkan melalui konduktor, inti akan menjadi elektromagnet.

Pada tahun 1820, Oersted menemukan efek magnetik arus pada jarum magnet, dan Ampere menetapkan hukum kuantitatif interaksi magnetik konduktor dengan arus.

Medan magnet selalu dibangkitkan oleh arus, yaitu dengan memindahkan muatan listrik, khususnya oleh partikel bermuatan (elektron, ion). Arus searah saling tolak menolak, arus searah saling tarik menarik.

Interaksi mekanis semacam itu terjadi karena interaksi medan magnet arus, yaitu, pertama-tama, interaksi magnetik, dan baru kemudian interaksi mekanis. Dengan demikian, interaksi magnetik arus adalah yang utama.

Pada tahun 1831, Faraday menetapkan bahwa medan magnet yang berubah dari satu sirkuit menghasilkan arus di sirkuit lain: ggl yang dihasilkan sebanding dengan laju perubahan fluks magnet. Adalah logis bahwa aksi magnetik arus yang digunakan hingga hari ini di semua transformator, dan tidak hanya di elektromagnet (misalnya, di industri).

Dalam bentuknya yang paling sederhana, efek bercahaya arus listrik dapat diamati pada lampu pijar, yang spiralnya dipanaskan oleh arus yang melewatinya menjadi panas putih dan memancarkan cahaya.

Untuk lampu pijar, energi cahaya menyumbang sekitar 5% dari listrik yang dipasok, 95% sisanya diubah menjadi panas.

Lampu neon lebih efisien mengubah energi arus menjadi cahaya - hingga 20% listrik diubah menjadi cahaya tampak berkat fosfor, yang diterima dari pelepasan listrik dalam uap merkuri atau dalam gas inert seperti neon.

Efek bercahaya arus listrik diwujudkan lebih efektif dalam dioda pemancar cahaya. Ketika arus listrik dilewatkan melalui persimpangan p-n dalam arah maju, pembawa muatan - elektron dan lubang - bergabung kembali dengan emisi foton (karena transisi elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya).

Pemancar cahaya terbaik adalah semikonduktor celah langsung (yaitu, yang memungkinkan transisi pita-ke-pita optik langsung), seperti GaAs, InP, ZnSe, atau CdTe. Dengan memvariasikan komposisi semikonduktor, dimungkinkan untuk membuat LED untuk semua panjang gelombang yang mungkin dari ultraviolet (GaN) hingga inframerah tengah (PbS). Efisiensi sebuah LED sebagai sumber cahaya rata-rata mencapai 50%.

Seperti disebutkan di atas, setiap konduktor yang melaluinya arus listrik terbentuk di sekelilingnya. Tindakan magnetik diubah menjadi gerakan, misalnya, di motor listrik, di alat pengangkat magnet, di katup magnet, di relai, dll.

Tindakan mekanis dari satu arus pada arus lainnya menggambarkan hukum Ampere. Hukum ini pertama kali ditetapkan oleh André Marie Ampre pada tahun 1820 untuk arus searah. Dari sini dapat disimpulkan bahwa konduktor paralel dengan arus listrik yang mengalir dalam satu arah menarik, dan dalam arah yang berlawanan mereka tolak.

Hukum Ampere juga disebut hukum yang menentukan gaya yang dengannya medan magnet bekerja pada segmen kecil konduktor pembawa arus. Gaya dengan mana medan magnet bekerja pada elemen konduktor dengan arus dalam medan magnet berbanding lurus dengan arus dalam konduktor dan produk vektor elemen panjang konduktor dan induksi magnetik.

Ini didasarkan pada prinsip ini, di mana rotor memainkan peran bingkai dengan arus, berorientasi pada medan magnet luar stator dengan torsi M.