Di dunia sekarang ini, setiap orang telah dihadapkan dengan listrik sejak kecil. Penyebutan pertama dari fenomena alam ini berasal dari zaman para filsuf Aristoteles dan Thales, yang tertarik dengan sifat-sifat arus listrik yang menakjubkan dan misterius. Tetapi baru pada abad ke-17 para pemikir ilmiah yang hebat memulai serangkaian penemuan tentang energi listrik yang berlanjut hingga hari ini.
Penemuan arus listrik dan penciptaan generator pertama di dunia oleh Michael Faraday pada tahun 1831 secara radikal mengubah kehidupan manusia. Kita sudah terbiasa memiliki peralatan yang menggunakan energi listrik untuk mempermudah hidup kita, namun hingga saat ini, kebanyakan orang belum memahami fenomena penting ini. Untuk memulainya, untuk memahami prinsip dasar kelistrikan, kita perlu mempelajari dua definisi dasar: arus dan tegangan listrik.
Isi
Apa itu Arus dan Tegangan Listrik
Arus listrik - adalah gerak teratur partikel bermuatan (pembawa muatan listrik).Pembawa arus listrik adalah elektron (dalam logam dan gas), kation dan anion (dalam elektrolit), lubang dalam konduksi lubang elektron. Fenomena ini dimanifestasikan oleh penciptaan medan magnet, dengan perubahan komposisi kimia atau dengan pemanasan konduktor. Karakteristik utama arus adalah:
- ampere, ditentukan oleh hukum Ohm dan diukur dalam Ampere (dalam rumus ditunjuk dengan huruf I;
- daya, menurut hukum Joule-Lenz, diukur dalam watt (W), dilambangkan dengan huruf P;
- frekuensi, diukur dalam hertz (Hz).
Arus listrik sebagai pembawa energi digunakan untuk memperoleh energi mekanik melalui motor listrik, untuk memperoleh energi panas pada alat pemanas, pengelasan dan pemanas listrik, untuk membangkitkan gelombang elektromagnetik dari berbagai frekuensi, untuk menciptakan medan magnet pada elektromagnet dan untuk memperoleh energi cahaya. dalam perangkat penerangan dan berbagai jenis lampu.
Voltase - adalah usaha yang dilakukan oleh medan listrik untuk memindahkan muatan sebesar 1 coulomb (kl) dari satu titik konduktor ke yang lain. Berdasarkan definisi ini, masih sulit untuk memahami apa itu tegangan.
Untuk memindahkan partikel bermuatan dari satu kutub ke kutub yang lain, perbedaan potensial harus dibuat antara kutub (inilah yang disebut tegangan). Satuan besaran tegangan adalah volt ().
Untuk pemahaman akhir tentang definisi arus dan tegangan listrik, analogi yang menarik dapat dibuat: bayangkan bahwa muatan listrik adalah air, maka tekanan air dalam kolom adalah tegangan, dan kecepatan aliran air dalam pipa adalah kekuatan arus listrik. Semakin tinggi tegangan, semakin besar kekuatan arus listrik.
Apa itu arus bolak-balik
Jika Anda mengubah polaritas potensial, arah aliran arus listrik berubah. Arus seperti inilah yang disebut arus bolak-balik.Jumlah perubahan arah selama periode waktu disebut frekuensi dan diukur, seperti disebutkan di atas, dalam hertz (Hz). Misalnya, dalam jaringan listrik standar di negara kita, frekuensinya adalah 50 Hz, yang berarti bahwa arah arus berubah 50 kali per detik.
Apa itu arus searah?
Ketika gerakan teratur partikel bermuatan selalu hanya satu arah, arus seperti itu disebut arus searah. Arus searah terjadi dalam jaringan tegangan searah ketika polaritas muatan di satu sisi dan sisi lainnya konstan sepanjang waktu. Ini sangat sering digunakan dalam berbagai perangkat dan teknik elektronik ketika tidak perlu mentransfer energi jarak jauh.
Sumber arus listrik
Sumber arus listrik biasanya merupakan alat atau perangkat yang dapat digunakan untuk membuat arus listrik dalam suatu rangkaian. Perangkat tersebut dapat membuat arus bolak-balik serta arus searah. Mereka dibagi menjadi mekanik, cahaya, termal, dan kimia dalam hal bagaimana mereka menciptakan arus listrik.
Mekanis Sumber arus listrik mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Peralatan tersebut diwakili oleh berbagai jenis generatoryang menghasilkan arus listrik bolak-balik dengan memutar elektromagnet di sekitar kumparan motor induksi.
Lampu sumber mengubah energi foton (energi cahaya) menjadi energi listrik. Mereka menggunakan properti semikonduktor untuk menghasilkan tegangan ketika terkena fluks cahaya. Panel surya dapat disebut peralatan tersebut.
Panas - Mengubah energi panas menjadi listrik karena perbedaan suhu antara dua pasang semikonduktor yang bersentuhan - termokopel. Jumlah arus pada perangkat tersebut secara langsung berkaitan dengan perbedaan suhu: semakin besar perbedaannya - semakin besar kekuatan arusnya. Sumber tersebut digunakan, misalnya, di pembangkit listrik tenaga panas bumi.
Bahan kimia Sumber arus menghasilkan listrik sebagai akibat dari reaksi kimia. Misalnya, berbagai jenis baterai dan akumulator galvanik dapat dirujuk ke perangkat tersebut. Sumber arus galvanik biasanya digunakan pada perangkat yang berdiri sendiri, mobil, peralatan, dan merupakan sumber arus DC.
Mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah
Perangkat listrik di dunia menggunakan arus searah dan bolak-balik. Oleh karena itu, ada kebutuhan untuk mengubah satu arus ke arus lainnya atau sebaliknya.
Dari arus bolak-balik, arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan jembatan dioda, atau disebut juga "penyearah". Bagian utama dari penyearah adalah dioda semikonduktor, yang menghantarkan arus listrik dalam satu arah saja. Setelah dioda ini, arus tidak berubah arah, tetapi ada riak, yang dihilangkan dengan kapasitor dan filter lainnya. Penyearah datang dalam desain mekanik, vakum atau semikonduktor.
Bergantung pada kualitas pembuatan perangkat semacam itu, arus riak pada output akan memiliki nilai yang berbeda, sebagai aturan, semakin mahal dan semakin baik perangkat yang dibuat - semakin sedikit riak dan arus yang lebih bersih. Contoh perangkat tersebut adalah catu daya berbagai peralatan dan charger, penyearah unit tenaga listrik dalam berbagai moda transportasi, tukang las DC, dan lain-lain.
Inverter digunakan untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik. Perangkat semacam itu menghasilkan tegangan bolak-balik dengan gelombang sinus. Ada beberapa jenis perangkat tersebut: inverter dengan motor listrik, relai dan elektronik. Mereka semua berbeda dalam kualitas arus bolak-balik yang mereka hasilkan, biayanya, dan ukurannya. Contoh perangkat semacam itu adalah catu daya yang tidak pernah terputus, inverter di mobil atau di pembangkit listrik tenaga surya, misalnya.
Di mana daya AC dan DC digunakan dan apa kelebihannya?
Berbagai tugas mungkin memerlukan penggunaan arus bolak-balik dan arus searah. Setiap jenis arus memiliki kekurangan dan kelebihannya masing-masing.
Arus bolak-balik paling sering digunakan ketika ada kebutuhan untuk mentransmisikan arus jarak jauh. Jenis arus ini lebih tepat dalam hal kemungkinan kerugian dan biaya peralatan. Itulah sebabnya sebagian besar peralatan dan mesin hanya menggunakan jenis arus ini.
Rumah dan bisnis, infrastruktur dan fasilitas transportasi terletak jauh dari pembangkit listrik, sehingga semua jaringan listrik adalah arus bolak-balik. Jaringan semacam itu memberi daya pada semua peralatan rumah tangga, peralatan industri, dan lokomotif kereta api. Ada banyak sekali perangkat bertenaga AC dan jauh lebih mudah untuk menggambarkan perangkat yang menggunakan arus searah.
Arus searah digunakan dalam sistem otonom seperti sistem on-board di mobil, pesawat terbang, kapal, atau kereta listrik. Ini banyak digunakan dalam menyalakan sirkuit mikro di berbagai elektronik, komunikasi, dan aplikasi lain di mana gangguan dan riak harus diminimalkan atau dihilangkan sama sekali. Dalam beberapa kasus, arus seperti itu digunakan dalam pekerjaan pengelasan listrik dengan bantuan inverter. Bahkan ada lokomotif kereta api yang ditenagai oleh sistem arus searah. Dalam kedokteran, arus tersebut digunakan untuk memasukkan obat ke dalam tubuh dengan elektroforesis, dan untuk tujuan ilmiah untuk memisahkan berbagai zat (elektroforesis protein, dll.).
Simbol pada perangkat dan sirkuit listrik
Seringkali ada kebutuhan untuk menentukan perangkat yang sedang berjalan saat ini. Lagi pula, menghubungkan perangkat yang dioperasikan DC ke catu daya AC pasti akan menyebabkan konsekuensi yang tidak menyenangkan: kerusakan pada perangkat, kebakaran, sengatan listrik. Untuk alasan ini, ada yang diterima secara internasional konvensi untuk sistem seperti itu dan bahkan kabel berkode warna.
Secara konvensional, peranti yang berjalan pada arus searah ditandai dengan satu garis, dua garis putus-putus atau garis padat bersama-sama dengan garis putus-putus di bawah satu sama lain.Arus seperti itu juga ditunjukkan dengan menandai dengan huruf Latin DC. Isolasi kabel listrik dalam sistem DC berwarna merah untuk kabel positif dan biru atau hitam untuk negatif.
Pada peralatan dan mesin listrik, arus bolak-balik ditunjukkan dengan singkatan bahasa Inggris AC atau garis bergelombang. Dalam diagram dan deskripsi perangkat, itu juga ditunjukkan dengan dua garis: garis padat dan garis bergelombang di bawah satu sama lain. Konduktor dalam banyak kasus ditandai sebagai berikut: fase berwarna coklat atau hitam, ground dengan warna biru, dan ground dengan warna kuning-hijau.
Mengapa AC lebih sering digunakan
Di atas, kita telah berbicara tentang mengapa arus bolak-balik digunakan lebih sering daripada arus searah akhir-akhir ini. Namun, mari kita lihat lebih dekat pertanyaan ini.
Perdebatan tentang arus mana yang lebih baik untuk digunakan telah berlangsung sejak penemuan listrik. Bahkan ada yang namanya "perang arus"-konfrontasi antara Thomas Edison dan Nikola Tesla atas penggunaan satu jenis arus. Pertarungan antar pengikut ilmuwan hebat ini berlangsung hingga tahun 2007, ketika kota New York beralih ke arus bolak-balik dari arus searah.
Alasan terpenting arus bolak-balik lebih sering digunakan adalah kemampuan untuk mengirimkannya jarak jauh dengan kerugian minimal. Semakin besar jarak antara sumber arus dan pengguna akhir, semakin besar hambatannya dari kabel dan kehilangan panas dari kabel.
Untuk mendapatkan daya maksimum perlu menambah ketebalan kabel (dan dengan demikian mengurangi resistensi), atau untuk menaikkan tegangan.
Dalam sistem AC, dimungkinkan untuk meningkatkan tegangan dengan ketebalan kawat minimum, sehingga mengurangi biaya saluran listrik.Untuk sistem arus searah, tidak ada cara yang terjangkau dan efisien untuk meningkatkan tegangan, jadi untuk jaringan seperti itu perlu meningkatkan ketebalan konduktor atau membangun sejumlah besar pembangkit listrik kecil. Kedua metode ini mahal dan secara signifikan meningkatkan biaya listrik dibandingkan dengan jaringan AC.
Dengan trafo listrik, tegangan AC efisien (dengan efisiensi hingga 99%) dapat divariasikan ke segala arah dari nilai minimum hingga maksimum, yang juga merupakan salah satu keuntungan penting dari jaringan AC. Menggunakan sistem AC tiga fase semakin meningkatkan efisiensi, dan mekanisme seperti motor yang beroperasi pada jaringan listrik AC jauh lebih kecil, lebih murah dan lebih mudah dirawat daripada motor DC.
Berdasarkan semua hal di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa penggunaan arus bolak-balik bermanfaat dalam jaringan besar dan dalam transmisi energi listrik jarak jauh, sedangkan untuk pengoperasian perangkat elektronik yang akurat dan efisien dan untuk perangkat otonom disarankan untuk menggunakan arus searah.
Artikel terkait:
