Induksi elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Ia menemukan bahwa gaya gerak listrik yang timbul dalam rangkaian penghantar tertutup sebanding dengan laju perubahan fluks magnet yang melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian tersebut. Besarnya EMF tidak bergantung pada apakah penyebab perubahan fluks tersebut adalah perubahan medan magnet itu sendiri atau pergerakan rangkaian (atau bagiannya) dalam medan magnet. Arus listrik yang ditimbulkan oleh ggl ini disebut arus induksi.

Hukum Faraday Menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, gaya gerak listrik yang bekerja sepanjang rangkaian yang dipilih secara sewenang-wenang Tanda minus dalam rumus mencerminkan aturan Lenz, dinamai menurut fisikawan Rusia E. H. Lenz: Arus induksi yang timbul dalam rangkaian penghantar tertutup memiliki arah sebagai berikut , bahwa medan magnet yang ditimbulkannya melawan perubahan fluks magnet yang menimbulkan arus.

Fluks magnet Dalam medan magnet seragam, besar vektor induksi sama dengan B, ditempatkan loop tertutup datar dengan luas S. Garis normal n terhadap bidang kontur membentuk sudut a dengan arah vektor induksi magnet B ( lihat Gambar 1). Fluks magnet yang melalui permukaan adalah besaran Ф, ditentukan oleh hubungan: Ф = В·S·cos a. Satuan pengukuran fluks magnet dalam sistem SI adalah 1 Weber (1 Wb).

GGL induksi pada suatu konduktor yang bergerak Biarkan sebuah konduktor dengan panjang L bergerak dengan kecepatan V dalam medan magnet seragam, melintasi garis-garis gaya. Muatan-muatan pada konduktor bergerak bersama konduktor. Muatan yang bergerak dalam medan magnet dikenai gaya Lorentz. Elektron bebas dipindahkan ke salah satu ujung konduktor, dan muatan positif yang tidak terkompensasi tetap berada di ujung lainnya. Perbedaan potensial muncul, yang mewakili ggl induksi ei. Nilainya dapat ditentukan dengan menghitung usaha yang dilakukan gaya Lorentz ketika memindahkan muatan sepanjang konduktor: ei = A/q = F·L/q. Oleh karena itu ei = B·V·L·sin a.

Induksi diri Induksi diri adalah kasus khusus dari berbagai manifestasi induksi elektromagnetik. Mari kita perhatikan rangkaian yang terhubung ke sumber arus (Gbr. 6). Arus listrik I mengalir sepanjang rangkaian, arus ini menimbulkan medan magnet pada ruang sekitarnya. Akibatnya, rangkaian tersebut ditembus oleh fluks magnetnya sendiri F. Jelasnya, fluks magnetnya sendiri sebanding dengan arus dalam rangkaian yang menimbulkan medan magnet: Ф = L·I. Faktor proporsionalitas L disebut induktansi loop. Induktansi bergantung pada ukuran, bentuk konduktor, dan sifat magnetik medium. Satuan SI untuk induktansi adalah 1 Henry (H). Jika arus dalam rangkaian berubah, maka fluks magnet intrinsik Fs juga berubah. Perubahan nilai Fs menyebabkan munculnya ggl induksi pada rangkaian. Fenomena ini disebut induksi diri, dan nilai yang sesuai adalah ggl induksi diri eiс. Dari hukum induksi elektromagnetik diperoleh eiс = dФс/dt. Jika L = konstanta, maka eiс= - L·dI/dt.

Transformator Transformator adalah perangkat elektromagnetik statis dengan dua (atau lebih) belitan, paling sering dirancang untuk mengubah arus bolak-balik dari satu tegangan menjadi arus bolak-balik dari tegangan lain. Konversi energi pada transformator dilakukan oleh medan magnet bolak-balik. Transformator banyak digunakan dalam transmisi energi listrik jarak jauh, distribusinya antar penerima, serta dalam berbagai perangkat penyearah, penguatan, persinyalan, dan lainnya.

Transformator daya Transformator daya mengubah arus bolak-balik dari satu tegangan menjadi arus bolak-balik dari tegangan lain untuk menyuplai listrik kepada konsumen. Tergantung pada tujuannya, jumlahnya bisa bertambah atau berkurang. Dalam jaringan distribusi, biasanya digunakan transformator step-down tiga fase dua belitan, yang mengubah tegangan 6 dan 10 kV menjadi tegangan 0,4 kV.

Trafo Arus Trafo arus adalah suatu alat bantu yang arus sekundernya praktis sebanding dengan arus primer dan dirancang untuk menghubungkan alat ukur dan relai ke rangkaian listrik arus bolak-balik. Transformator arus digunakan untuk mengubah arus dengan nilai dan tegangan berapa pun menjadi arus yang sesuai untuk diukur dengan instrumen standar (5 A), memberi daya pada belitan arus relai, perangkat pemutus, serta perangkat isolasi dan personel pengoperasiannya dari tegangan tinggi.

Trafo tegangan instrumen Trafo tegangan instrumen adalah trafo perantara yang melaluinya alat ukur dinyalakan pada tegangan tinggi. Berkat ini, alat ukur diisolasi dari jaringan, yang memungkinkan untuk menggunakan instrumen standar (dengan skala yang dinilai ulang) dan sehingga memperluas batas tegangan yang diukur. Transformator tegangan digunakan baik untuk mengukur tegangan, daya, energi, dan untuk memberi daya pada sirkuit otomasi, alarm, dan perlindungan relai saluran listrik dari gangguan tanah. Dalam beberapa kasus, trafo tegangan dapat digunakan sebagai trafo daya step-down berdaya rendah atau sebagai trafo uji step-up (untuk menguji isolasi perangkat listrik)

Klasifikasi trafo tegangan Trafo tegangan berbeda: a) berdasarkan jumlah fasa - fasa tunggal dan tiga fasa; b) menurut jumlah belitan, dua belitan dan tiga belitan; c) menurut kelas ketelitian, yaitu menurut nilai kesalahan yang diperbolehkan; d) dengan metode pendinginan, transformator dengan pendingin oli (oli), dengan pendingin udara alami (kering dan insulasi cor); e) menurut jenis instalasi untuk instalasi dalam ruangan, untuk instalasi luar ruangan dan untuk switchgear lengkap (switchgear)

Klasifikasi trafo arus Trafo arus diklasifikasikan menurut berbagai kriteria: 1. Menurut tujuannya, trafo arus dapat dibagi menjadi pengukur, proteksi, perantara (untuk memasukkan alat ukur pada rangkaian arus proteksi relai, untuk menyamakan arus pada rangkaian proteksi diferensial, dll.) dan laboratorium (akurasi tinggi, serta dengan banyak rasio transformasi). 2. Menurut jenis pemasangannya, trafo arus dibedakan: a) untuk pemasangan di luar ruangan (pada switchgear terbuka); b) untuk pemasangan di dalam ruangan; c) terpasang pada perangkat dan mesin listrik: sakelar, transformator, generator, dll.; d) penutup atas ditempatkan di atas selongsong (misalnya, pada input tegangan tinggi transformator daya); e) portabel (untuk pengukuran kontrol dan uji laboratorium). 3. Menurut desain belitan primernya, transformator arus dibagi menjadi: a) multi-belitan (kumparan, belitan loop, dan belitan angka delapan); b) putaran tunggal (batang); c) ban.

4. Menurut cara pemasangannya, trafo arus untuk pemasangan di dalam dan luar ruangan dibagi menjadi: a) feed-through; b) mendukung. 5. Berdasarkan insulasinya, trafo arus dapat dibagi menjadi beberapa kelompok: a) dengan insulasi kering (porselen, Bakelite, insulasi epoksi cor, dll); b) dengan insulasi kertas-minyak dan dengan insulasi kertas-minyak kapasitor; c) diisi dengan senyawa. 6. Menurut jumlah tahapan transformasi, transformator arus dibedakan: a) satu tahap; b) dua tahap (cascade). 7. Transformator dibedakan berdasarkan tegangan operasinya: a) untuk tegangan pengenal di atas 1000 V; b) untuk tegangan pengenal hingga 1000 V.

Generator energi listrik Arus listrik dihasilkan dalam generator - perangkat yang mengubah energi dari satu jenis atau lainnya menjadi energi listrik. Generator termasuk sel galvanik, mesin elektrostatik, thermopiles, panel surya, dll. Ruang lingkup penerapan masing-masing jenis generator listrik ditentukan oleh karakteristiknya. Jadi, mesin elektrostatis menciptakan beda potensial yang tinggi, tetapi tidak mampu menghasilkan arus yang signifikan dalam rangkaian. Sel galvanik dapat menghasilkan arus yang besar, namun durasi kerjanya pendek. Peran utama di zaman kita dimainkan oleh generator arus bolak-balik induksi elektromekanis. Pada generator ini, energi mekanik diubah menjadi energi listrik. Tindakan mereka didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik. Generator semacam itu memiliki desain yang relatif sederhana dan memungkinkan diperolehnya arus besar pada tegangan yang cukup tinggi

Generator Arus Bolak-balik Generator arus bolak-balik (alternator) adalah suatu alat elektromekanis yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik. Generator termasuk sel galvanik, mesin elektrostatik, thermopiles, panel surya, dll. Ruang lingkup penerapan masing-masing jenis generator listrik ditentukan oleh karakteristiknya. Jadi, mesin elektrostatis menciptakan beda potensial yang tinggi, tetapi tidak mampu menghasilkan arus yang signifikan dalam rangkaian.

Tes 11-1 (induksi elektromagnetik)

Pilihan 1

1. Siapa yang menemukan fenomena induksi elektromagnetik?

A. X. dikesampingkan. B.Sh.Liontin. V.A.Volta. G.A.Ampere. D.M.Faraday. E . D.Maxwell.

2. Ujung kumparan kawat tembaga dihubungkan ke galvanometer sensitif. Pada percobaan berikut manakah galvanometer dapat mendeteksi terjadinya ggl induksi elektromagnetik pada kumparan?

Sebuah magnet permanen dikeluarkan dari kumparan.

Sebuah magnet permanen berputar pada sumbu longitudinalnya di dalam kumparan.

A. Hanya dalam kasus 1. B. Hanya dalam kasus 2. C. Hanya dalam kasus 3. D. Dalam kasus 1 dan 2. E. Dalam kasus 1, 2 dan 3.

3.Apa nama besaran fisis yang sama dengan hasil kali modul B induksi medan magnet dengan luas S permukaan yang ditembus medan magnet dan kosinus?
sudut a antara vektor induksi B dan n normal pada permukaan ini?

A.Induktansi. B. Fluks magnet. B.Induksi magnet. D. Induksi diri. D.Energi medan magnet.

4. Manakah dari ekspresi berikut yang menentukan ggl induksi dalam loop tertutup?

A. B. DI DALAM. G. D.

5. Ketika magnet strip didorong masuk dan keluar dari cincin logam, arus induksi terjadi di dalam cincin. Arus ini menciptakan medan magnet. Kutub manakah yang menghadap medan magnet arus dalam cincin menuju: 1) kutub utara magnet yang memendek dan 2) kutub utara magnet yang memendek.

6. Apa nama satuan ukuran fluks magnet?

7. Satuan besaran fisika apakah 1 Henry?

A. Induksi medan magnet. B. Kapasitansi listrik. B. Induksi diri. D.Fluks magnet. D.Induktansi.

8. Ekspresi apa yang menentukan hubungan antara fluks magnet melalui suatu rangkaian dan induktansi L rangkaian dan kekuatan arus SAYA di sirkuit?

A. LI . B. . DI DALAM. LI ‘ . G. LI 2 . D.

9. Ekspresi apa yang menentukan hubungan antara ggl induksi diri dan kuat arus dalam kumparan?

A. B . DI DALAM . LI . G . . D. LI ‘ .

10. Properti berbagai bidang tercantum di bawah ini. Manakah di antara mereka yang memiliki medan elektrostatis?

Garis tegangan tidak berhubungan dengan muatan listrik.

Medan tersebut mempunyai energi.

Medan tidak memiliki energi.

A. 1, 4, 6. B. 1, 3, 5. DI DALAM. 1, 3, 6. G. 2, 3, 5. D. 2, 3, 6. E. 2, 4, 6.

11. Sebuah rangkaian dengan luas 1000 cm 2 berada dalam medan magnet seragam dengan induksi 0,5 T, sudut antara vektor DI DALAM

A. 250Wb. B. 1000 Wb. DI DALAM. 0,1 Wb. G. 2,5 · 10 -2 WIB. D. 2,5 Wb.

12. Berapa kuat arus pada suatu rangkaian dengan induktansi 5 mH yang menimbulkan fluks magnet 2· 10 -2 Bagaimana?

A.4 mA. B.4 M.C.250 M.250 mA. D.0.1 A.E.0.1 mA.

13. Fluks magnet yang melalui rangkaian dalam 5 · 10 -2 s menurun secara seragam dari 10 mWb menjadi 0 mWb. Berapa nilai EMF pada rangkaian saat ini?

A.5 · 10 -4 V.B. 0.1 V.V. 0.2 V.G. 0.4 V.D. 1 V.E. 2 V.

14. Berapakah nilai energi medan magnet suatu kumparan yang induktansinya 5 H jika kuat arus di dalamnya 400 mA?

A. 2 J. B. 1 J. B. 0,8 J. G. 0,4 J. D. 1000 J. E. 4 10 5 J.

15. Sebuah kumparan berisi n lilitan kawat dihubungkan pada sumber arus searah bertegangan kamu di pintu keluar. Berapa nilai maksimum ggl induktif diri dalam kumparan ketika tegangan pada ujung-ujungnya meningkat dari 0 V ke kamu DI DALAM?

A, kamu V, B. tidak V.V. kamu /P kamu ,

16. Dua lampu identik dihubungkan pada rangkaian sumber DC, yang pertama seri dengan resistor, yang kedua seri dengan kumparan. Di antara lampu manakah (Gbr. 1) kekuatan arus, ketika sakelar K ditutup, akan mencapai nilai maksimumnya lebih lambat dari yang lain?

A.Yang pertama. B.Yang kedua. B. Pada bagian pertama dan kedua secara bersamaan. D. Yang pertama, jika resistansi resistor lebih besar dari resistansi kumparan. D. Pada detik, jika resistansi kumparan lebih besar dari resistansi resistor.

17. Sebuah kumparan dengan induktansi 2 H dihubungkan secara paralel dengan sebuah resistor yang hambatan listriknya 900 Ohm, arus dalam kumparan 0,5 A, hambatan listrik kumparan 100 Ohm. Muatan listrik manakah yang akan mengalir pada rangkaian kumparan dan resistor jika diputus dari sumber arus (Gbr. 2)?

A.4000 Kl. B.1000 Kl. V.250 sel. G.1 10 -2 Kl. D.1.1 10 -3 Kl. E.1 10 -3 Kl.

18. Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan 900 km/jam, modul komponen vertikal vektor induksi medan magnet bumi adalah 4 10 5 Tesla. Berapakah beda potensial antara ujung-ujung sayap pesawat jika lebar sayapnya 50 m?

A.1.8 B.B.0.9 C.C.0.5 C.D.0.25 C.

19. Berapa kuat arus yang harus ada pada belitan jangkar sebuah motor listrik agar gaya sebesar 120 N bekerja pada suatu bagian belitan 20 lilitan sepanjang 10 cm yang terletak tegak lurus terhadap vektor induksi dalam medan magnet dengan induksi 1,5 Tesla?

A. 90 A. B. 40 A. C. 0,9 M. 0,4 A.

20. Berapakah gaya yang harus diterapkan pada pelompat logam untuk menggerakkannya secara seragam dengan kecepatan 8 m/s sepanjang dua konduktor paralel yang terletak pada jarak 25 cm satu sama lain dalam medan magnet seragam dengan induksi 2 Tesla? Vektor induksi tegak lurus terhadap bidang tempat rel berada. Konduktor ditutup oleh resistor dengan hambatan listrik 2 ohm.

A.10000 N.B.400 N.C.200 N.G.4 N.D.2 N.E.1 N.

Tes 11-1 (induksi elektromagnetik)

pilihan 2

1. Apa nama fenomena terjadinya arus listrik pada suatu rangkaian tertutup bila fluks magnet yang melalui rangkaian tersebut berubah?

A. Induksi elektrostatis. B. Fenomena magnetisasi. B.Kekuatan Ampere. G.gaya Lorentz. D.Elektrolisis. E.Induksi elektromagnetik.

2. Ujung kumparan kawat tembaga dihubungkan ke galvanometer sensitif. Pada percobaan berikut manakah galvanometer dapat mendeteksi terjadinya ggl induksi elektromagnetik pada kumparan?

Sebuah magnet permanen dimasukkan ke dalam kumparan.

Kumparan ditempatkan pada magnet.

3) Kumparan berputar mengelilingi magnet yang terletak
di dalam dirinya.

A. Dalam kasus 1, 2 dan 3. B. Dalam kasus 1 dan 2. C. Hanya dalam kasus 1. D. Hanya dalam kasus 2. E. Hanya dalam kasus 3.

3. Manakah dari ekspresi berikut yang menentukan fluks magnet?

A. BScosα. B. . DI DALAM. qvBsinα. G. qvBI. D. IBlsina .

4. Apa yang diungkapkan oleh pernyataan berikut: ggl induksi dalam rangkaian tertutup sebanding dengan laju perubahan fluks magnet yang melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian tersebut?

A. Hukum induksi elektromagnetik. B. Aturan Lenz. B. Hukum Ohm untuk rangkaian lengkap. D. Fenomena induksi diri. D.Hukum elektrolisis.

5. Ketika magnet strip didorong masuk dan keluar dari cincin logam, arus induksi terjadi di dalam cincin. Arus ini menciptakan medan magnet. Kutub manakah yang menghadap medan magnet arus dalam cincin menuju: 1) kutub selatan magnet yang memendek dan 2) kutub selatan magnet yang memendek.

A. 1 - utara, 2 - utara. B. 1 - selatan, 2 - selatan.

B. 1 - selatan, 2 - utara. G. 1 - utara, 2 - selatan.

6. Satuan besaran fisika apakah 1 Weber?

A. Induksi medan magnet. B. Kapasitansi listrik. B. Induksi diri. D. Fluks magnet. D.Induktansi.

7. Apa nama satuan pengukuran induktansi?

A.Tesla. B.Weber. V.Gauss. G.Farad. D.Henry.

8. Ekspresi apa yang menentukan hubungan antara energi fluks magnet dalam rangkaian dan induktansi L rangkaian dan kekuatan arus SAYA di sirkuit?

A . . B . . DI DALAM . LI 2 , G . LI ‘ . D . LI.

9. Berapakah besaran fisisnya X ditentukan oleh ekspresi x= untuk gulungan P ternyata .

A. Emf induksi. B. Fluks magnet. B.Induktansi. D. EMF induksi diri. D.Energi medan magnet. E.Induksi magnetik.

10. Properti berbagai bidang tercantum di bawah ini. Manakah yang dimiliki oleh medan listrik induksi pusaran?

Garis tegangan harus dikaitkan dengan muatan listrik.

Garis tegangan tidak berhubungan dengan muatan listrik.

Medan tersebut mempunyai energi.

Medan tidak memiliki energi.

Usaha yang dilakukan gaya-gaya untuk memindahkan muatan listrik sepanjang lintasan tertutup mungkin tidak sama dengan nol.

Usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya untuk menggerakkan muatan listrik sepanjang suatu lintasan tertutup adalah nol.

A.1, 4, 6.B.1, 3, 5.C.1, 3, c. G.2, 3, 5.D.2, 3, 6.E.2, 4, 6.

11. Sebuah rangkaian dengan luas 200 cm 2 berada dalam medan magnet seragam dengan induksi 0,5 T, sudut antara vektor DI DALAM induksi dan normal terhadap permukaan kontur 60°. Berapakah fluks magnet yang melalui loop tersebut?

A.50 Wb. B.2 · 10 -2 Wb. V.5 · 10 -3 Wb. G.200 Wb. D.5 Wb.

12. Arus sebesar 4 A menimbulkan fluks magnet sebesar 20 mWb pada rangkaian tersebut. Berapakah induktansi rangkaian tersebut?

A.5 Tahun. B.5 mH. V.80 Pemerintahan. G.80 mH. D.0,2 Tahun. E.200 Pemerintahan.

13. Fluks magnet yang melalui rangkaian dalam 0,5 detik menurun secara seragam dari 10 mWb menjadi 0 mWb. Berapa nilai EMF pada rangkaian saat ini?

A. 5 10 -3 B. B. 5 C. C. 10 C. D. 20 V. D. 0,02 V. E. 0,01 V.

14. Berapakah nilai energi medan magnet suatu kumparan yang induktansinya 500 mH jika kuat arus di dalamnya 4 A?

A. 2 J. B. 1 J. C. 8 J. D. 4 J. D. 1000 J. E. 4000 J.

15. Kumparan berisi P lilitan kawat, dihubungkan ke sumber DC bertegangan kamu dalam perjalanan keluar. Berapa nilai maksimum ggl induktif diri dalam kumparan ketika tegangan pada ujung-ujungnya berkurang kamu V sampai 0V?

A. kamu V.B. tidak V.V. kamu / N VG Mungkin berkali-kali lebih banyak kamu , tergantung pada laju perubahan arus dan induktansi kumparan.

16. Pada rangkaian listrik pada Gambar 1, terdapat empat kunci 1, 2, 3 Dan 4 tertutup. Pembukaan manakah dari keempatnya yang memberikan peluang terbaik untuk mendeteksi fenomena induksi diri?

A. 1. B. 2. V.3.G. 4. D. Salah satu dari empat.

17. Sebuah kumparan dengan induktansi 2 H dihubungkan secara paralel dengan sebuah resistor yang hambatan listriknya 100 Ohm, arus dalam kumparan 0,5 A, hambatan listrik kumparan 900 Ohm. Muatan listrik manakah yang akan mengalir pada rangkaian kumparan dan resistor jika diputus dari sumber arus (Gbr. 2)?

A.4000 Kl. B.1000 Kl. V.250 sel. G.1 10 -2 Kl. D.1.1 10 -3 Kl. E.1 10 -3 Kl.

18. Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan 1800 km/jam, modul komponen vertikal vektor induksi medan magnet bumi adalah 4 · 10 -5 Tesla. Berapakah beda potensial antara ujung-ujung sayap pesawat jika lebar sayapnya 25 m?

A.1.8 B.B.0.5 SM.0.9 V.D.0.25V.

19. Bingkai persegi panjang dengan luasS Dengan sengatan listrikSAYA ditempatkan di bersifat magnetis bidang induksiDI DALAM . Berapakah momen gaya yang bekerja pada bingkai jika sudut antara vektorDI DALAM dan normal pada frame adalah a?

A. IBS dosa a. B. IBS. DI DALAM. IBS karena a. G. SAYA 2 BS dosa a. D. SAYA 2 BS karena a. .

pilihan 2

Beberapa jenis fenomena arus listrik telah diketahui, berbeda-beda bergantung pada jenis zat yang terjadi pada kondisi yang sesuai.

Konduktivitas listrik adalah kemampuan suatu zat untuk menghantarkan arus listrik.

Semua zat dibagi menjadi tiga kelas: konduktor, semikonduktor dan dielektrik. Konduktor adalah jenis pertama dan kedua: dalam konduktor jenis pertama (logam) arus dihasilkan oleh elektron dan konduktivitas disebut elektronik; dalam konduktor jenis kedua (larutan garam, asam, basa) arus dihasilkan oleh ion.

Fenomena pergerakan terarah pembawa muatan listrik bebas dalam suatu zat atau ruang hampa disebut arus konduksi.

Intensitas arus listrik diukur dengan besaran fisis yang disebut kuat arus listrik. Besarnya arus konduksi ditentukan oleh muatan listrik seluruh partikel yang melewati penampang penghantar per satuan waktu:

Dalam perhitungan praktis, konsep rapat arus listrik digunakan (ditentukan secara numerik oleh rasio kuat arus terhadap luas penampang konduktor):

;

Eksperimen telah menetapkan bahwa intensitas arus listrik sebanding dengan kuat medan listrik dan bergantung pada sifat zat penghantar. Ketergantungan arus pada sifat-sifat suatu zat disebut konduktivitas, dan nilai kebalikannya disebut resistansi.

;

G – konduktivitas;

R= 1\ G - perlawanan;

Resistansi tergantung pada suhu: ;

α – koefisien resistansi suhu.

Semikonduktor menempati posisi perantara antara konduktor dan dielektrik; molekul-molekulnya dihubungkan oleh ikatan kovalen. Ikatan-ikatan ini dapat dihancurkan dalam kondisi tertentu: kita menambahkan pengotor elektron atau pengotor ion positif, dan kemudian ada kemungkinan untuk memperoleh konduktivitas elektron atau lubang. Untuk menyediakan arus dalam semikonduktor, beda potensial harus diterapkan.

Konduktivitas listrik dielektrik praktis nol karena ikatan yang sangat kuat antara elektron dan inti. Jika dielektrik ditempatkan pada medan listrik luar, akan terjadi polarisasi atom akibat perpindahan muatan positif ke satu arah dan muatan negatif ke arah lain. Dengan medan listrik luar yang sangat kuat, atom dapat terkoyak, dan terjadi gangguan arus.

Selain arus konduksi, terdapat pula arus perpindahan. Arus perpindahan disebabkan oleh perubahan vektor kuat medan listrik terhadap waktu.

Arus listrik hanya dapat mengalir pada sistem tertutup.

Topik 1.2 Rangkaian listrik sederhana dan kompleks

Rangkaian listrik adalah seperangkat perangkat dan benda yang menjamin aliran arus listrik dari sumber ke konsumen.

Elemen rangkaian listrik adalah suatu benda atau perangkat yang terpisah. Elemen utama rangkaian listrik adalah: sumber energi listrik, konsumen, alat penyalur energi listrik. DI DALAM sumber energi listrik berbagai jenis energi non listrik diubah menjadi energi listrik. DI DALAM konsumen Energi listrik diubah menjadi panas, cahaya dan jenis energi non-listrik lainnya. Alat penyalur energi listrik dari sumber ke konsumen adalah saluran listrik. Semua elemen dasar rangkaian listrik mempunyai hambatan listrik dan mempengaruhi besarnya arus pada rangkaian listrik.

Selain unsur utama, rangkaian listrik juga mengandung elemen bantu: sekering, sakelar, sakelar, alat ukur, dan lainnya.

Rangkaian listrik disebut sederhana, jika terdiri dari satu loop tertutup. Rangkaian listrik disebut kompleks(bercabang), jika terdiri dari beberapa kontur tertutup.

Mengisi daya saat bergerak. Hal ini dapat berupa pelepasan listrik statis secara tiba-tiba, seperti petir. Atau bisa juga berupa proses terkontrol pada generator, baterai, tenaga surya, atau sel bahan bakar. Hari ini kita akan membahas konsep “arus listrik” dan kondisi keberadaan arus listrik.

Energi listrik

Sebagian besar listrik yang kita gunakan berasal dalam bentuk arus bolak-balik dari jaringan listrik. Itu dibuat oleh generator yang bekerja sesuai dengan hukum induksi Faraday, yang menyebabkan perubahan medan magnet dapat menginduksi arus listrik dalam suatu konduktor.

Generator memiliki kumparan kawat berputar yang melewati medan magnet saat berputar. Saat kumparan berputar, kumparan membuka dan menutup relatif terhadap medan magnet dan menciptakan arus listrik yang berubah arah pada setiap putaran. Arus melewati siklus penuh bolak-balik 60 kali per detik.

Generator dapat digerakkan oleh turbin uap yang dipanaskan dengan batu bara, gas alam, minyak, atau reaktor nuklir. Dari generator, arus melewati serangkaian transformator, dimana tegangannya meningkat. Diameter kabel menentukan jumlah dan intensitas arus yang dapat dibawanya tanpa terlalu panas dan kehilangan energi, dan tegangan hanya dibatasi oleh seberapa baik saluran tersebut diisolasi dari tanah.

Menarik untuk dicatat bahwa arus hanya dibawa oleh satu kawat dan bukan dua. Kedua sisinya ditetapkan sebagai positif dan negatif. Namun, karena polaritas arus bolak-balik berubah 60 kali per detik, arus tersebut memiliki nama lain - panas (saluran listrik utama) dan ground (berjalan di bawah tanah untuk melengkapi rangkaian).

Mengapa arus listrik dibutuhkan?

Ada banyak kegunaan arus listrik: dapat menerangi rumah Anda, mencuci dan mengeringkan pakaian Anda, mengangkat pintu garasi Anda, membuat air mendidih dalam ketel dan mengaktifkan barang-barang rumah tangga lainnya yang membuat hidup kita lebih mudah. Namun, kemampuan arus untuk mengirimkan informasi menjadi semakin penting.

Saat tersambung ke Internet, komputer hanya menggunakan sebagian kecil arus listrik, tetapi tanpanya orang modern tidak dapat membayangkan kehidupan mereka.

Konsep arus listrik

Ibarat aliran sungai, aliran molekul air, arus listrik adalah aliran partikel bermuatan. Apa penyebabnya, dan mengapa tidak selalu mengarah ke arah yang sama? Ketika mendengar kata "mengalir", apa yang terlintas di benak Anda? Mungkin itu akan menjadi sungai. Ini adalah asosiasi yang baik karena karena alasan inilah arus listrik mendapatkan namanya. Hal ini sangat mirip dengan aliran air, namun bukannya molekul air bergerak sepanjang saluran, partikel bermuatan bergerak sepanjang konduktor.

Di antara syarat-syarat yang diperlukan bagi adanya arus listrik, ada suatu titik yang memerlukan adanya elektron. Atom dalam bahan konduktif memiliki banyak partikel bermuatan bebas yang mengambang di sekitar dan di antara atom. Pergerakannya acak, jadi tidak ada aliran ke segala arah. Apa yang diperlukan agar arus listrik ada?

Syarat adanya arus listrik antara lain adanya tegangan. Ketika diterapkan pada konduktor, semua elektron bebas akan bergerak ke arah yang sama, menciptakan arus.

Penasaran dengan arus listrik

Yang menarik adalah ketika energi listrik ditransfer melalui konduktor dengan kecepatan cahaya, elektron itu sendiri bergerak jauh lebih lambat. Faktanya, jika Anda berjalan perlahan di samping kabel konduktif, kecepatan Anda akan 100 kali lebih cepat daripada kecepatan elektron. Hal ini disebabkan fakta bahwa mereka tidak perlu melakukan perjalanan jarak jauh untuk saling mentransfer energi.

Arus searah dan bolak-balik

Saat ini, dua jenis arus yang berbeda banyak digunakan - searah dan bolak-balik. Yang pertama, elektron bergerak dalam satu arah, dari sisi “negatif” ke sisi “positif”. Arus bolak-balik mendorong elektron maju mundur, mengubah arah aliran beberapa kali per detik.

Generator yang digunakan pada pembangkit listrik untuk menghasilkan listrik dirancang untuk menghasilkan arus bolak-balik. Anda mungkin tidak pernah memperhatikan bahwa lampu di rumah Anda benar-benar berkedip karena arah arus berubah, namun hal ini terjadi terlalu cepat untuk dideteksi oleh mata Anda.

Apa syarat adanya arus listrik searah? Mengapa kita membutuhkan kedua tipe tersebut dan mana yang lebih baik? Ini adalah pertanyaan bagus. Fakta bahwa kita masih menggunakan kedua jenis arus ini menunjukkan bahwa keduanya memiliki tujuan tertentu. Pada abad ke-19, sudah jelas bahwa transmisi listrik yang efisien dalam jarak jauh antara pembangkit listrik dan rumah hanya mungkin dilakukan pada tegangan yang sangat tinggi. Namun masalahnya adalah mengirimkan tegangan yang sangat tinggi sangat berbahaya bagi manusia.

Solusi dari masalah ini adalah dengan mengurangi ketegangan di luar rumah sebelum mengirimkannya ke dalam. Sampai saat ini, arus listrik searah digunakan untuk transmisi jarak jauh, terutama karena kemampuannya untuk dengan mudah diubah menjadi tegangan lain.

Bagaimana cara kerja arus listrik?

Syarat adanya arus listrik antara lain adanya partikel bermuatan, penghantar, dan tegangan. Banyak ilmuwan telah mempelajari listrik dan menemukan bahwa ada dua jenis listrik: statis dan arus.

Yang kedua inilah yang memainkan peran besar dalam kehidupan sehari-hari setiap orang, karena mewakili arus listrik yang melewati rangkaian. Kami menggunakannya setiap hari untuk memberi daya pada rumah kami dan banyak lagi.

Apa itu arus listrik?

Ketika muatan listrik bersirkulasi dalam suatu rangkaian dari satu tempat ke tempat lain, arus listrik tercipta. Syarat adanya arus listrik, selain partikel bermuatan, juga adanya penghantar. Paling sering itu adalah kawat. Rangkaiannya merupakan rangkaian tertutup yang mengalirkan arus dari sumber listrik. Saat sirkuit terbuka, dia tidak dapat menyelesaikan perjalanannya. Misal, saat lampu di ruangan Anda mati, rangkaiannya terbuka, namun bila rangkaiannya tertutup, lampunya menyala.

Kekuatan saat ini

Kondisi adanya arus listrik pada suatu penghantar sangat dipengaruhi oleh karakteristik tegangan seperti daya. Ini adalah ukuran berapa banyak energi yang digunakan selama periode waktu tertentu.

Ada banyak satuan berbeda yang dapat digunakan untuk menyatakan karakteristik ini. Namun daya listrik hampir diukur dalam watt. Satu watt sama dengan satu joule per detik.

Muatan listrik bergerak

Apa syarat adanya arus listrik? Hal ini dapat berupa pelepasan listrik statis secara tiba-tiba, seperti kilat atau percikan api akibat gesekan dengan kain wol. Namun yang lebih sering terjadi, ketika kita berbicara tentang arus listrik, kita berbicara tentang bentuk listrik yang lebih terkontrol yang membuat lampu menyala dan peralatan dapat berfungsi. Sebagian besar muatan listrik dibawa oleh elektron negatif dan proton positif di dalam atom. Namun, yang terakhir ini sebagian besar tidak bergerak di dalam inti atom, sehingga pekerjaan mentransfer muatan dari satu tempat ke tempat lain dilakukan oleh elektron.

Elektron dalam bahan penghantar seperti logam sebagian besar bebas berpindah dari satu atom ke atom lainnya sepanjang pita konduksinya, yang merupakan orbit elektron tertinggi. Gaya gerak listrik atau tegangan yang cukup menimbulkan ketidakseimbangan muatan yang dapat menyebabkan elektron mengalir melalui suatu penghantar dalam bentuk arus listrik.

Jika kita analogikan dengan air, maka ambil contoh pipa. Ketika kita membuka katup di salah satu ujungnya agar air dapat mengalir ke dalam pipa, kita tidak perlu menunggu sampai air tersebut mengalir sampai ke ujung. Kita mendapatkan air di ujung yang lain hampir seketika karena air yang masuk mendorong air yang sudah ada di dalam pipa. Hal ini terjadi bila ada arus listrik pada kawat.

Arus listrik : syarat adanya arus listrik

Arus listrik biasanya dianggap sebagai aliran elektron. Ketika kedua ujung baterai dihubungkan satu sama lain menggunakan kawat logam, massa bermuatan ini melewati kawat dari salah satu ujung (elektroda atau kutub) baterai ke ujung lainnya. Jadi, sebutkan syarat-syarat adanya arus listrik:

1. Partikel bermuatan.
2. Konduktor.
3. Sumber tegangan.

Namun, tidak semuanya sesederhana itu. Kondisi apa yang diperlukan untuk adanya arus listrik? Pertanyaan ini dapat dijawab secara lebih rinci dengan mempertimbangkan ciri-ciri berikut:

• Beda potensial (tegangan). Ini adalah salah satu syarat wajib. Harus ada beda potensial antara 2 titik tersebut, artinya gaya tolak menolak yang ditimbulkan oleh partikel bermuatan di suatu tempat harus lebih besar daripada gaya tolak menolak di titik lain. Sumber tegangan, pada umumnya, tidak terdapat di alam, dan elektron didistribusikan secara merata di lingkungan. Namun demikian, para ilmuwan berhasil menemukan jenis perangkat tertentu di mana partikel bermuatan ini dapat terakumulasi, sehingga menciptakan tegangan yang sangat diperlukan (misalnya, pada baterai).
• Hambatan listrik (konduktor). Inilah syarat penting kedua yang diperlukan bagi adanya arus listrik. Ini adalah jalur yang dilalui partikel bermuatan. Hanya bahan yang memungkinkan elektron bergerak bebas yang bertindak sebagai konduktor. Mereka yang tidak memiliki kemampuan ini disebut isolator. Misalnya, kawat logam akan menjadi konduktor yang sangat baik, sedangkan selubung karetnya akan menjadi isolator yang sangat baik.

Setelah mempelajari dengan cermat kondisi kemunculan dan keberadaan arus listrik, manusia mampu menjinakkan unsur kuat dan berbahaya ini dan mengarahkannya untuk kepentingan umat manusia.

Fenomena terjadinya arus listrik pada suatu rangkaian penghantar tertutup ketika fluks magnet yang dicakup oleh rangkaian tersebut berubah disebut induksi elektromagnetik.

Ditemukan oleh Joseph Henry (pengamatan dilakukan pada tahun 1830, hasilnya dipublikasikan pada tahun 1832) dan Michael Faraday (pengamatan dilakukan dan hasilnya dipublikasikan pada tahun 1831).

Eksperimen Faraday dilakukan dengan dua kumparan yang disisipkan satu sama lain (kumparan luar dihubungkan secara permanen ke amperemeter, dan kumparan bagian dalam, melalui kunci, ke baterai). Arus induksi pada kumparan luar diamati:

A

V

B

Saat menutup dan membuka rangkaian kumparan dalam, tidak bergerak relatif terhadap kumparan luar (Gbr. a);

Saat menggerakkan kumparan dalam dengan arus searah relatif terhadap kumparan luar (Gbr. b);

Ketika bergerak relatif terhadap kumparan luar magnet permanen (Gbr. c).

Faraday menunjukkan bahwa dalam semua kasus terjadinya arus induksi pada kumparan luar, fluks magnet yang melaluinya berubah. Pada Gambar. Kumparan luar ditampilkan sebagai satu putaran. Dalam kasus pertama (Gbr. a), ketika rangkaian ditutup, arus mengalir melalui kumparan dalam, medan magnet muncul (berubah) dan, karenanya, fluks magnet melalui kumparan luar. Dalam kasus kedua (Gbr. b) dan ketiga (Gbr. c), fluks magnet yang melalui kumparan luar berubah karena perubahan jarak dari kumparan ke kumparan dalam dengan arus, atau ke magnet permanen, selama pergerakan. .

A

V

B

SAYA

SAYA

SAYA

Pada tahun 1834, Emilius Christianovich Lenz secara eksperimental menetapkan aturan yang memungkinkan seseorang menentukan arah arus induksi: arus induksi selalu diarahkan sedemikian rupa untuk melawan penyebab yang menyebabkannya; arus induksi selalu mempunyai arah sedemikian rupa sehingga pertambahan fluks magnet yang ditimbulkannya dan pertambahan fluks magnet yang menyebabkan arus induksi tersebut mempunyai tanda yang berlawanan. Aturan ini disebut aturan Lenz.

Hukum Induksi Elektromagnetik dapat dirumuskan dalam bentuk berikut: ggl induksi elektromagnetik pada suatu rangkaian sama dengan laju perubahan fluks magnet terhadap waktu melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian tersebut, diambil dengan tanda minus

Di sini dФ = adalah hasil kali skalar vektor induksi magnet dan vektor luas permukaan. Vektor , dimana adalah vektor satuan () dari luas permukaan normal hingga sangat kecil.

Tanda minus dalam ekspresi dikaitkan dengan aturan untuk memilih arah garis normal ke kontur yang membatasi permukaan, dan arah positif yang melintasinya. Sesuai dengan definisinya, fluks magnet Ф melalui permukaan seluas S

bergantung pada waktu jika hal berikut berubah seiring waktu: luas permukaan S;

modul vektor induksi magnetik B; sudut antara vektor dan normal .

Jika suatu loop tertutup (kumparan) terdiri dari belitan, maka fluks total yang melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur kompleks tersebut disebut hubungan fluks dan didefinisikan sebagai

dimana Ф i adalah fluks magnet yang melalui putaran i. Jika semua belokannya sama, maka

di mana adalah fluks magnet yang melalui setiap putaran. Pada kasus ini

SAYA

SAYA

SAYA

N putaran

1 putaran

2 putaran

Ekspresi ini memungkinkan Anda untuk menentukan tidak hanya besarnya, tetapi juga arah arus induksi. Jika nilai ggl dan, oleh karena itu, arus induksi adalah nilai positif, maka arus diarahkan sepanjang arah positif rangkaian, jika negatif - ke arah yang berlawanan (arah rangkaian positif ditentukan dengan memilih garis normal terhadap permukaan yang dibatasi oleh rangkaian)