Beda potensial tegangan emf. Tentang beda potensial, gaya gerak listrik dan tegangan

Perbedaan potensial

Jelas bahwa satu benda dapat dipanaskan lebih banyak, dan benda lainnya lebih sedikit. Derajat pemanasan suatu benda disebut suhunya. Demikian pula, satu benda dapat dialiri arus listrik lebih dari yang lain. Derajat elektrifikasi suatu benda dicirikan oleh suatu besaran yang disebut potensial elektronik atau sederhananya potensial suatu benda.

Apa yang dimaksud dengan menyetrum tubuh? Ini berarti memberitahunya muatan elektron, yaitu menambahkan sejumlah elektron ke dalamnya jika kita mengisi benda secara negatif, atau menguranginya jika kita mengisi benda secara positif. Dalam kedua kasus tersebut, suatu benda akan mempunyai tingkat elektrifikasi tertentu, yaitu potensial tertentu, sedangkan benda yang bermuatan positif mempunyai potensial positif, dan benda yang bermuatan negatif mempunyai potensial negatif.

Perbedaan tingkat muatan elektron Dua badan biasanya disebut perbedaan potensial elektronik atau hanya perbedaan potensial.

Perlu dipahami bahwa jika dua benda sejenis bermuatan sama, tetapi yang satu lebih besar dari yang lain, maka akan ada beda potensial di antara keduanya.

Selain itu, terdapat perbedaan potensial antara dua benda tersebut, yang satu bermuatan dan yang lainnya tidak bermuatan. Jadi, misalnya, jika suatu benda yang diisolasi dari bumi mempunyai potensial tertentu, maka beda potensial antara benda tersebut dengan bumi (potensialnya dianggap nol) secara numerik sama dengan potensial benda tersebut.

Jadi, jika dua benda diberi muatan sedemikian rupa sehingga potensialnya tidak sama, pasti akan terjadi perbedaan potensial di antara keduanya.

Semua orang tahu fenomena elektrifikasi Saat menyisir rambut dengan sisir, yang terjadi hanyalah terciptanya perbedaan potensial antara sisir dan rambut manusia.

Memang, ketika sisir bergesekan dengan rambut, sebagian elektron berpindah ke sisir, mengisinya secara negatif, sedangkan rambut, setelah kehilangan sebagian elektron, menjadi bermuatan sama seperti sisir, tetapi positif. Beda potensial yang tercipta dengan cara ini dapat dikurangi menjadi nol dengan menyentuh rambut menggunakan sisir. Transisi elektron yang dapat dibalik ini hanya terdengar jika sisir berlistrik didekatkan ke telinga. Bunyi berderak yang khas akan menunjukkan bahwa sedang terjadi pelepasan.

Berbicara di atas tentang perbedaan potensial, yang kami maksud adalah dua benda bermuatan, tapi beda potensial dapat diperoleh antara di bagian yang berbeda(titik) dari badan ke-1 dan sama.

Jadi, misalnya, mari kita lihat apa yang terjadi dalam sebuah karya kawat tembaga, jika di bawah pengaruh gaya luar kita mendapatkan elektron bebas yang terletak di kawat, pindahkan ke salah satu ujungnya. Tentu saja, di ujung kawat yang lain akan terjadi kekurangan elektron, dan kemudian akan timbul beda potensial di antara ujung-ujung kawat.

Segera setelah kita menyelesaikan aksi gaya eksternal, elektron akan segera, karena gaya tarik-menarik muatan yang berlawanan, bergegas ke ujung kawat yang bermuatan positif, yaitu ke tempat di mana mereka hilang, dan kesetimbangan elektronik akan kembali terjadi. terjadi pada kawat.

Gaya gerak listrik dan tegangan

D Untuk menjaga arus elektronik pada suatu penghantar diperlukan sumber energi luar yang selalu menjaga beda potensial pada ujung-ujung penghantar tersebut.

Sumber energi inilah yang disebut sumber arus elektronik, memiliki tertentu gaya gerak listrik , yang mana untuk waktu yang lama mempertahankan beda potensial pada ujung-ujung konduktor.

Gaya gerak listrik (disingkat EMF) dilambangkan dengan huruf E. Satuan pengukuran EMF adalah volt. Di negara kita, volt disingkat dengan huruf “B”, dan dalam sebutan internasional – dengan huruf “V”.

Jadi, untuk memperoleh aliran arus elektron yang kontinyu diperlukan gaya gerak listrik, yaitu memerlukan sumber arus elektron.

Sumber arus pertama adalah apa yang disebut “kolom volta”, yang terdiri dari serangkaian lingkaran tembaga dan seng, dilapisi dengan kulit yang direndam dalam air yang diasamkan. Jadi, salah satu cara untuk memperoleh gaya gerak listrik adalah dengan interaksi kimia zat tertentu, yang mengakibatkan energi kimia diubah menjadi energi elektronik. Sumber arus yang menghasilkan gaya gerak listrik dengan menggunakan metode ini disebut sumber arus kimia.

Saat ini, sumber arus kimia adalah sel galvanik dan baterai - banyak digunakan dalam teknik elektro dan teknik tenaga.

Sumber arus utama lainnya, yang banyak digunakan di semua bidang teknik elektro dan teknik tenaga, adalah generator.

Generator dipasang di pembangkit listrik dan berfungsi sebagai satu-satunya sumber arus untuk memasok listrik ke perusahaan industri, penerangan kota elektronik, kereta api elektronik, trem, kereta bawah tanah, bus troli, dll.

Baik pada sumber kimia arus elektronik (suku cadang dan baterai) maupun pada generator, aksi gaya gerak listrik benar-benar identik. Terdiri dari fakta bahwa EMF menciptakan perbedaan potensial pada terminal sumber arus dan mempertahankannya untuk waktu yang lama.

Terminal ini disebut kutub sumber arus. Salah satu kutub sumber arus selalu mengalami kekurangan elektron sehingga bermuatan positif, kutub lainnya mengalami kelebihan elektron dan selanjutnya bermuatan negatif.

Oleh karena itu, satu kutub sumber arus disebut positif (+), kutub lainnya disebut negatif (-).

Sumber arus digunakan untuk mensuplai arus elektronik perangkat yang berbeda- konsumen saat ini. Konsumen arus dihubungkan menggunakan penghantar ke kutub-kutub sumber arus sehingga membentuk suatu rangkaian elektronik tertutup. Beda potensial yang terjadi antara kutub-kutub sumber arus pada saat rangkaian elektronik ditutup disebut tegangan dan dilambangkan dengan huruf U.

Satuan pengukuran tegangan, seperti EMF, adalah volt.

Jika, misalnya, Anda perlu menuliskan bahwa tegangan sumber arus adalah 12 volt, maka tulislah: U - 12 V.

Untuk mengukur EMF atau tegangan digunakan alat yang disebut voltmeter.

Untuk mengukur EMF atau tegangan suatu sumber arus, Anda perlu menghubungkan voltmeter khusus ke kutubnya. Dengan demikian, jika rangkaian elektronik terbuka, maka voltmeter akan menunjukkan EMF sumber arus. Jika rangkaian ditutup, voltmeter tidak lagi menampilkan EMF, melainkan tegangan pada terminal sumber arus.

EMF yang dihasilkan oleh sumber arus selalu lebih besar daripada tegangan pada terminalnya.

Jika Anda membuat di Explorer Medan listrik dan jika tidak dilakukan tindakan untuk mempertahankannya, maka pergerakan pembawa muatan akan sangat cepat mengakibatkan medan di dalam penghantar akan hilang dan akibatnya arus akan terhenti. Untuk mempertahankan arus dalam waktu yang cukup lama, diperlukan ujung penghantar yang potensial lebih rendah j 2(pembawa muatan diasumsikan positif) terus-menerus menghilangkan muatan yang dibawa ke sini oleh arus, dan sampai akhir dengan potensi yang tinggi j 1 terus menerus membawanya masuk (Gbr. 20.1).

j 1 j 2

Beras. 20.1. Untuk konsep EMF.

Dengan kata lain, perlu dilakukan sirkulasi muatan yang bergerak sepanjang jalur tertutup. Sirkulasi vektor medan elektrostatis k sama dengan nol. Oleh karena itu, pada suatu rangkaian tertutup, terdapat bagian-bagian yang muatan positifnya bergerak ke arah menurun J, pasti ada daerah yang terjadi perpindahan muatan positif dengan arah meningkat J, yaitu melawan gaya medan elektrostatis (lihat bagian rangkaian bertitik pada Gambar 20.1). Pergerakan kapal induk di wilayah ini hanya dimungkinkan dengan bantuan kekuatan asal non-elektrostatik, disebut kekuatan luar . Jadi, untuk mempertahankan arus, diperlukan gaya eksternal yang bekerja di sepanjang rangkaian atau di masing-masing bagiannya. Hal ini dapat disebabkan oleh gaya yang berasal dari mekanik, proses kimia, difusi pembawa muatan dalam media heterogen atau melintasi batas dua zat yang berbeda, medan listrik (tetapi bukan elektrostatis) yang dihasilkan oleh perubahan waktu. Medan magnet, dll.

Kekuatan pihak ketiga dapat dicirikan oleh kerja yang mereka lakukan terhadap muatan yang bergerak di sepanjang rantai. Besaran yang sama dengan kerja gaya luar per satuan muatan positif disebut gaya gerak listrik (EMF) E yang bekerja pada suatu rangkaian atau pada bagiannya. Oleh karena itu, jika ada kerja gaya luar pada muatan Q sama dengan A, maka menurut definisi

E= SEBUAH/q. (20.6)

Dari perbandingan rumus potensial dan ggl, maka dimensi ggl sama dengan dimensi potensial. Itu sebabnya E diukur dalam satuan yang sama dengan J- dalam volt (V).

Kekuatan pihak ketiga pertama-tama bertindak atas tuduhan tersebut Q, dapat direpresentasikan dalam bentuk

Besaran vektor Makan disebut kekuatan medan gaya luar. Kerja gaya luar pada muatan Q sepanjang rangkaian tertutup dapat dinyatakan sebagai berikut:

Membagi usaha ini dengan q pr = +1, kita memperoleh EMF yang bekerja pada rangkaian:

Dengan demikian, EMF yang bekerja pada rangkaian tertutup dapat didefinisikan sebagai sirkulasi vektor kuat medan gaya luar.

Gaya gerak listrik yang bekerja pada bagian 1 - 2 jelas sama dengan

E 12 = (20.7)

Selain gaya luar, gaya medan elektrostatis juga bekerja pada muatan F E = q E. Oleh karena itu, gaya resultan yang bekerja pada setiap titik rantai pada muatan q adalah sama dengan

.

Usaha yang dilakukan oleh gaya ini pada muatan Q pada bagian rantai 1 - 2, diberikan oleh ekspresi

= q E 12 + q( j 1 - j 2). (20.8)

Untuk rangkaian tertutup, usaha yang dilakukan oleh gaya elektrostatis adalah nol, jadi SEBUAH = qE..

Kuantitas secara numerik sama dengan pekerjaan, dilakukan oleh gaya elektrostatik dan pihak ketiga ketika muatan positif tunggal bergerak, disebut penurunan tegangan atau sederhananya tegangan kamu pada bagian rantai ini. Sesuai dengan rumus (20.8)

kamu 12 = J 1 - J 2 + E 12 . (20.9)

Dengan tidak adanya gaya luar, tegangan U bertepatan dengan beda potensial j 1 - j 2 .

Medan elektrostatis mempunyai energi. Jika dalam medan elektrostatik ada muatan listrik, maka medan yang bekerja padanya dengan suatu gaya akan menggerakkannya, melakukan usaha. Setiap pekerjaan melibatkan perubahan beberapa jenis energi. Kerja medan elektrostatis untuk menggerakkan muatan biasanya dinyatakan melalui besaran yang disebut beda potensial.

di mana q adalah jumlah muatan yang dipindahkan,

j 1 dan j 2 adalah potensial titik awal dan akhir lintasan.

Untuk singkatnya, berikut ini akan kami nyatakan . V - beda potensial.

V = SEBUAH/q. PERBEDAAN POTENSI ANTARA TITIK-TITIK BIDANG ELEKTROSTATIK ADALAH USAHA YANG DILAKUKAN GAYA LISTRIK KETIKA MUATAN SATU COULLOMB BERGERAK DI ANTARANYA .

[V] = V. 1 volt adalah beda potensial antar titik, ketika berpindah antar titik terdapat muatan 1 coulomb, gaya elektrostatis melakukan usaha sebesar 1 joule.

Beda potensial antar benda diukur dengan elektrometer, yang mana salah satu benda dihubungkan dengan konduktor ke badan elektrometer, dan yang lainnya ke panah. Dalam rangkaian listrik, beda potensial antar titik dalam rangkaian diukur dengan voltmeter.

Dengan semakin jauhnya muatan, medan elektrostatis melemah. Akibatnya, karakteristik energi medan, potensial, juga cenderung nol. Dalam fisika, potensial suatu titik di tak terhingga dianggap nol. Dalam teknik kelistrikan, permukaan bumi diyakini mempunyai potensi nol.

Jika suatu muatan bergerak dari suatu titik tertentu hingga tak terhingga, maka

A = q(j - O) = qj => j= A/q, yaitu POTENSI TITIK ADALAH PEKERJAAN YANG HARUS DILAKUKAN OLEH GAYA LISTRIK, MENGGERAKKAN BIAYA SATU BISA DARI TITIK TERTENTU KE TAK TERBATAS .

Misalkan muatan positif q bergerak sepanjang arah vektor intensitas hingga jarak d dalam medan elektrostatis seragam dengan intensitas E. Usaha yang dilakukan medan untuk memindahkan muatan dapat diketahui melalui kuat medan dan melalui beda potensial. Jelas bahwa dengan metode penghitungan pekerjaan apa pun, nilai yang sama diperoleh.

A = Fd = Persamaan = qV. =>

Rumus ini menghubungkan karakteristik gaya dan energi medan. Selain itu, ini memberi kita satuan ketegangan.

[E] = V/m. 1 V/m adalah intensitas medan elektrostatik seragam, yang potensialnya berubah sebesar 1 V ketika bergerak sepanjang arah vektor intensitas sebesar 1 m.

HUKUM OHM UNTUK BAGIAN RANGKAIAN.

Peningkatan beda potensial pada ujung-ujung penghantar menyebabkan peningkatan kuat arus di dalamnya. Ohm secara eksperimental membuktikan bahwa kuat arus dalam suatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensial yang melintasinya.

Saat menghubungkan konsumen yang berbeda ke konsumen yang sama rangkaian listrik Kekuatan mereka saat ini berbeda. Cara konsumen yang berbeda mereka menghalangi perjalanan melewatinya dengan cara yang berbeda arus listrik. KUANTITAS FISIK YANG MENENTUKAN KEMAMPUAN KONDUKTOR MENCEGAH LUASNYA ARUS LISTRIK MELALUINYA DISEBUT RESISTENSI LISTRIK . Hambatan suatu konduktor tertentu adalah konstan pada suhu konstan. Ketika suhu naik, resistansi logam meningkat, dan resistansi cairan berkurang. [R] = Ohm. 1 Ohm adalah hambatan suatu penghantar yang dilalui arus sebesar 1 A dengan beda potensial 1 V pada ujung-ujungnya. Konduktor logam paling sering digunakan. Pembawa arus di dalamnya adalah elektron bebas. Saat bergerak sepanjang konduktor, mereka berinteraksi dengan ion positif kisi kristal, memberi mereka sebagian energi dan kehilangan kecepatan. Untuk mendapatkan resistensi yang diperlukan, gunakan majalah resistensi. Penyimpanan resistansi adalah sekumpulan spiral kawat dengan resistansi yang diketahui yang dapat dimasukkan ke dalam rangkaian dengan kombinasi yang diinginkan.

Ohm secara eksperimental menetapkan hal itu KEKUATAN SAAT INI PADA BAGIAN HOMOGEN RANGKAIAN BERPROPORIONAL LANGSUNG TERHADAP BEDA POTENSI PADA AKHIR BAGIAN INI DAN BERBALIK DENGAN RESISTENSI BAGIAN INI.

Bagian rangkaian yang homogen adalah bagian yang tidak terdapat sumber arus. Ini adalah hukum Ohm untuk bagian rangkaian yang homogen - dasar dari semua perhitungan listrik.

Termasuk konduktor panjang yang berbeda, dari berbagai bagian, terbuat dari bahan yang berbeda, ditemukan: RESISTENSI KONDUKTOR BERPROPORIONAL LANGSUNG TERHADAP PANJANG KONDUKTOR DAN BERBALIK PROPORSIONAL TERHADAP WILAYAH LINTASNYA. RESISTENSI KUBUS DENGAN TEPI 1 METER, TERBUAT DARI BEBERAPA ZAT, JIKA ARUS BERJALAN TEGAKGUR TERHADAP WAJAH YANG BERLAWANAN, DISEBUT RESISTENSI KHUSUS DARI ZAT INI . [r] = Ohm m. Satuan resistivitas non-sistem sering digunakan - resistansi suatu konduktor dengan luas penampang 1 mm 2 dan panjang 1 m. [r] = Ohm mm 2 / M.

Resistivitas zat - nilai tabel. Hambatan suatu konduktor sebanding dengan resistivitasnya.

Tindakan rheostat penggeser dan langkah didasarkan pada ketergantungan resistansi konduktor pada panjangnya. Rheostat penggeser adalah silinder keramik dengan kawat nikel yang dililitkan di sekelilingnya. Rheostat dihubungkan ke sirkuit menggunakan penggeser, yang mencakup panjang belitan lebih besar atau lebih kecil di sirkuit. Kawat ditutupi dengan lapisan kerak yang mengisolasi belokan satu sama lain.

A) KONEKSI KONSUMEN SERI DAN PARALEL.

Seringkali beberapa konsumen arus disertakan dalam suatu rangkaian listrik. Hal ini disebabkan karena tidak rasional jika setiap konsumen memiliki sumber arusnya sendiri. Ada dua cara untuk menghubungkan konsumen: serial dan paralel, dan kombinasi keduanya dalam bentuk koneksi campuran.

a) Koneksi serial konsumen.

Pada koneksi serial Konsumen membentuk rantai berkesinambungan di mana konsumen terhubung satu sama lain. Dengan sambungan seri, tidak ada cabang kabel penghubung. Untuk mempermudah, mari kita perhatikan rangkaian dua konsumen yang terhubung seri. Muatan listrik yang melewati salah satu konsumen juga akan melewati konsumen kedua, karena pada konduktor yang menghubungkan konsumen tidak boleh terjadi hilangnya, timbulnya atau penumpukan muatan. q=q 1 =q 2 . Membagi persamaan yang dihasilkan dengan waktu arus melewati rangkaian, kita memperoleh hubungan antara arus yang mengalir melalui seluruh sambungan dan arus yang mengalir melalui bagian-bagiannya.

Jelasnya, usaha untuk memindahkan satu muatan positif ke seluruh senyawa terdiri dari usaha untuk memindahkan muatan ini ke seluruh bagiannya. Itu. V=V 1 +V 2 (2).

Beda potensial total antar konsumen yang terhubung seri sama dengan jumlah beda potensial antar konsumen.

Mari kita bagi kedua ruas persamaan (2) dengan arus pada rangkaian, kita peroleh: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Itu. Resistansi seluruh bagian yang dihubungkan seri sama dengan jumlah resistansi tegangan komponen-komponennya.

B) Koneksi paralel konsumen.

Ini adalah cara paling umum untuk memberdayakan konsumen. Dengan hubungan ini, seluruh konsumen terhubung pada dua titik yang sama bagi semua konsumen.

Saat lewat koneksi paralel, muatan listrik yang melalui rangkaian dibagi menjadi beberapa bagian, menuju ke konsumen individu. Menurut hukum kekekalan muatan q=q 1 +q 2. Membagi persamaan ini dengan waktu perjalanan muatan, kita memperoleh hubungan antara arus total yang mengalir melalui rangkaian dan arus yang mengalir melalui masing-masing konsumen.

Sesuai dengan definisi beda potensial V=V 1 =V 2 (2).

Menurut hukum Ohm untuk suatu bagian rangkaian, kita mengganti kuat arus pada persamaan (1) dengan rasio beda potensial terhadap hambatan. Kita peroleh: V/R=V/R 1 +V/R 2. Setelah reduksi: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

itu. kebalikan dari resistansi sambungan paralel sama dengan jumlah kebalikan dari resistansi masing-masing cabangnya.