Masalah:
Pertama , arus tidak "berasal dari" terminal positif. Itu kesalahpahaman yang sangat umum, yang disebut "kesalahan berurutan" dalam buku pelajaran listrik sekolah dasar. Masalah mendasarnya adalah kabel tidak seperti pipa kosong. Dan, catu daya tidak mengisinya. Sebagai gantinya, kabel sudah diisi sebelumnya dengan muatan, sehingga arus selalu muncul di mana-mana dalam suatu sirkuit, semuanya pada saat yang bersamaan. ("Arus" berarti aliran daya. Ketika lingkaran muatan bergerak mulai mengalir, "arus" muncul di seluruh cincin. Itulah aturan sirkuit dasar.)
Dengan kata lain, sirkuit listrik berperilaku seperti roda dan ikat pinggang. Dengan cara yang sama, logam rantai sepeda tidak "berasal dari" lokasi tertentu pada sproket. Itu tidak "memulai" pada satu titik. Sebagai gantinya, seluruh lingkaran terbuat dari rantai. Juga, semua rantai ada di sana sebelum catu daya ada. Dengan rantai sepeda, ketika kekuatan diterapkan, semuanya berubah. Dengan sirkuit, ketika perbedaan potensial diterapkan, semua muatan bergerak di dalam cincin (di dalam sirkuit), mereka semua mulai bergerak sebagai satu unit, seperti rantai padat dalam lingkaran penuh. Tetapi biaya itu sudah ada di dalam kabel sebelum baterai terhubung. Kabel seperti selang berisi air.
Kedua, potensial listrik hanya dapat ada di antara dua titik, dan satu titik tunggal pada suatu rangkaian tidak pernah "memiliki tegangan." Ini benar karena tegangan agak mirip ketinggian: suatu objek tidak dapat "memiliki ketinggian," karena ketinggian hanya dapat diukur antara dua titik. Tidak ada artinya membahas tinggi atau panjang atau ketinggian suatu objek. Ketinggian di atas apa? Di atas lantai? Di atas tanah di luar gedung? Ketinggian di atas pusat Bumi? Setiap objek akan memiliki banyak ketinggian tanpa batas pada saat yang bersamaan!
Tegangan memiliki masalah yang sama persis: satu terminal hanya dapat "memiliki tegangan" jika dibandingkan dengan terminal lain. Tegangan bertindak seperti panjang: tegangan dan panjang adalah pengukuran ujung ganda. Atau dengan kata lain, satu terminal dalam suatu rangkaian selalu memiliki banyak voltase yang berbeda pada saat yang sama, tergantung di mana kami menempatkan lead meter lainnya .
Ketiga , di sirkuit tenaga penggerak disediakan oleh terminal catu daya positif dan negatif, keduanya pada saat yang sama. Dan, yang paling penting: jalur untuk arus adalah melalui catu daya. Catu daya adalah sirkuit pendek. Catu daya ideal berfungsi seperti resistor nol-ohm. Pikirkan tentang hal ini: dalam kumparan dinamo, muatan melewati kumparan dan mundur lagi. Kawat memiliki resistansi yang sangat rendah. Hal yang sama dengan baterai: jalur untuk arus adalah melalui baterai dan mundur lagi. Pelat baterai disingkat oleh elektrolit yang sangat konduktif.
Contoh:
Berikut deskripsi yang benar tentang senter. Tuduhan dimulai di dalam filamen tungsten. Ketika sakelar ditutup dan sirkuit selesai, salah satu ujung filamen terisi positif, yang lainnya negatif. Ini memaksa muatan filamen sendiri untuk mulai mengalir. Tuduhan pindah dari filamen ke satu kawat, sementara pada saat yang sama, lebih banyak biaya masuk ke ujung filamen. Muatan ini dipasok oleh kabel logam (dan, sebelum sakelar dihidupkan, semua konduktor sudah penuh muatan bergerak). Melanjutkan, muatan yang ada di filamen akan mengalir keluar menjadi satu kawat, bergerak perlahan ke baterai (membutuhkan beberapa menit atau beberapa jam untuk sampai ke sana), kemudian mengalir melalui baterai dan kembali lagi. Mereka keluar dari terminal baterai lainnya, mengalir kembali ke ujung filamen, kemudian mereka berakhir di mana mereka mulai. "Sirkuit lengkap." Tuduhannya seperti sabuk penggerak, atau seperti roda berputar atau rantai sepeda. Baterai menekan daya, tetapi tidak mengisi daya. Tembaga dan tungsten memasok muatan yang mengalir di sirkuit senter. Biaya bergerak cukup lambat, tetapi karena mereka semua mulai bergerak pada saat yang sama, bola lampu langsung menyala, bahkan jika kabelnya cukup panjang.
Keempat: setiap ion positif di dalam baterai sangat mudah dipindah . Mereka pasti tidak terkunci di tempatnya. Jika ya, maka baterai akan menjadi isolator, dan tidak akan berfungsi. Beberapa baterai didasarkan pada aliran ion positif di satu arah dan ion negatif di lain. Baterai timbal-asam berbeda. Dalam asam hanya proton yang mengalir. Asam adalah konduktor-proton.
Namun berhati-hatilah: baterai memberikan kompleksitas tambahan yang dapat menggagalkan penjelasan.
Sebagai gantinya, ganti baterai senter Anda dengan koil besar, dan supermagnet. Hubungkan ke bola lampu. Dorong supermagnet ke koil, dan bola lampu berkedip sebentar. Dari mana asalnya? Bagaimana magnet yang bergerak dapat menghasilkan muatan? ITU TIDAK. Dynamo dan baterai adalah pompa pengisian daya. Magnet yang bergerak memaksa muatan kawat sendiri untuk mulai bergerak. (Sebuah pompa tidak memasok barang-barang yang dipompa!) Magnet yang bergerak menyebabkan arus, karena ia menggunakan gaya pemompaan EM untuk muatan bergerak yang sudah ada di dalam logam.
Konduktor buruk Buruk!
Ini klarifikasi. Banyak buku teks intro memberikan definisi yang salah tentang "konduktor." Benar-benar salah, dan sangat menyesatkan. Mereka akan mengajarkan Anda bahwa konduktor "membiarkan muatan melewati" (atau, mereka listrik melewati, atau arus.) Tidak. Konduktor tidak seperti pipa berlubang. Konduktor tidak transparan untuk listrik. Sebaliknya, "konduktor" berarti "bahan yang penuh dengan biaya ponsel." Konduktor seperti tangki yang penuh air. Mereka seperti akuarium, atau seperti pipa yang diisi sebelumnya. Konduktor mematuhi hukum ohm: ketika kita menerapkan perbedaan tegangan ke ujung kabel, aliran muatan tergantung pada resistansi kawat, I = V * R. Biaya kawat itu sendiri yang melakukan pengaliran. Pikirkan tentang itu: udara adalah insulator, bahkan vakum adalah isolator, tetapi bagaimana cara vakum menghalangi aliran biaya? Vakum tidak perlu. Tidak ada muatan bergerak dalam ruang hampa udara, itulah yang membuatnya terisolasi.)
Semua ini mengarah pada konsep penting. Setiap kali kita mengambil seutas kawat dan menyatukan ujung-ujungnya untuk membentuk loop tertutup, kami telah membuat "sabuk penggerak tidak terlihat", sebuah loop muatan bergerak di dalam kabel yang tidak bergerak. Dorong tiang magnet ke dalam lingkaran logam, dan semua muatan kawat akan bergerak seperti roda. Ini adalah kolam renang berbentuk cincin, dan jika kita mendorong di atas air, kita bisa mendapatkan semua air berputar seperti roda gila, sementara kolam itu sendiri tetap diam.
KELIMA , arus tidak mundur, karena arus listrik bukan aliran elektron.
Secara khusus, polaritas muatan yang mengalir tergantung pada jenis konduktor. Ya, dalam logam padat, muatan bergerak adalah elektron. Tetapi ada sejumlah besar konduktor di mana tidak ada elektron yang bisa bergerak. Yang terdekat adalah otak dan sistem saraf Anda: aliran simultan dari positif dan negatif ke arah yang berlawanan, tanpa elektron mengalir sama sekali. Air garam, "elektrolit" termasuk tanah dan lautan bukanlah konduktor elektron.
Contoh yang lebih aneh: asam konduktif karena penuh + ion hidrogen positif H. Nama lain untuk ion + H adalah ... "proton." Ketika Anda menaruh beberapa ampere melalui asam, arus adalah aliran proton. (Heh, jika ada beberapa arus tanah di tanah, dan kotoran itu bersifat asam daripada asin, maka arus itu adalah arus proton!)
Dengan kata lain, "ampere" dapat berupa elektron yang mengalir, atau proton yang mengalir, atau natrium positif yang melewati klorida negatif, sebaliknya. Atau, elektron cepat bergerak satu arah dalam percikan, sementara ion nitrogen lambat maju atau mundur tergantung pada apakah mereka pos atau negatif terionisasi. Dan dalam semikonduktor tipe-p, arus adalah aliran "kekosongan kisi" dalam kristal! (Setiap kekosongan mengekspos proton silikon berlebih, sehingga lowongan masing-masing membawa muatan positif asli. "Lubang" bergerak melalui transfer elektron, namun setiap lubang benar-benar bermuatan positif.)
Dengan semua kompleksitas di atas, bagaimana kita bisa menggambarkan apa yang terjadi di dalam sirkuit? Mudah: sudah dilakukan untuk kita. Kami menutupi biaya pemindahan dan mengabaikannya. Kami mengabaikan kecepatan aliran mereka, dan kuantitas mereka. Kami mengabaikan polaritas mereka. Alih-alih, kami menjumlahkan semua biaya yang mungkin ada di dalam konduktor apa pun, menghitung laju aliran total, dan menyebutnya "ampere." Apakah konduktor Anda penuh dengan air garam? Letakkan ammeter clamp-on di sekitarnya, dan bacakan ampere. Kepadatan ion tidak masalah. Kecepatan ion tidak masalah, dan bahkan bisa berupa selang asam penuh proton, bukannya selang air laut. Amp adalah amp.
Ampere juga disebut "arus konvensional," atau hanya "arus listrik."
Sangat penting: ampere bukan arus muatan. Seorang konduktor mungkin memiliki satu amp, tetapi ini tidak memberi tahu kami apa-apa tentang tuduhan di dalam. Mungkin ada beberapa muatan yang mengalir cepat, atau banyak muatan yang mengalir lambat. Mungkin ada muatan positif yang maju, atau negatif mundur, atau keduanya pada saat yang sama (seperti dengan tubuh manusia yang menerima sengatan listrik DC). Semua barang yang ditutup-tutupi, dan yang tersisa adalah ampere ... ampere ... arus konvensional.
Oke, kembali ke GND versus COM versus EARTH.
"Ground" membingungkan karena kata itu hampir selalu digunakan salah.
Di sirkuit, kami hampir selalu memilih satu terminal catu daya untuk menjadi "umum," dan kami menghubungkan satu lead voltmeter ke sana. Itu tidak di-ground, jadi kita tidak seharusnya menyebutnya "tanah" (itu tidak terhubung ke tiang logam yang didorong ke tanah!) Sebaliknya itu hanya titik tradisional untuk membuat pembacaan tegangan. Ini perjanjian diam! Karena voltase merupakan pengukuran ujung ganda yang rumit, segala sesuatunya disederhanakan jika kita berpura - pura bahwa itu berujung tunggal. Jadi, kaitkan kabel voltmeter hitam Anda ke "rangkaian umum", lalu abaikan saja.
Sekarang berpura-pura bahwa probe berwarna merah pada voltmeter Anda benar-benar dapat mengukur TEGANGAN TERMINAL. Tetapi terminal tidak dapat "memiliki tegangan!" Ya benar Tapi kami diam-diam berpura-pura melakukannya. Setiap titik di sirkuit dapat memiliki tegangan ... sehubungan dengan titik sirkuit lain. Jika kita berbicara tentang ketinggian, kita selalu bisa melakukan pengukuran dalam kaitannya dengan permukaan laut, lalu tidak pernah menyebut permukaan laut, dan kemudian berpura-pura bahwa benda dan lokasi dapat "memiliki ketinggian", padahal sebenarnya itu mustahil.
Jadi siswa baru menjadi bingung ketika kita membahas "tegangan terminal." Sebenarnya yang kami maksud adalah "tegangan yang muncul antara terminal dan Circuit Common." Tapi itu terlalu banyak untuk diulang sepanjang waktu. Kami diam-diam mengatakan "tegangan antara, tegangan antara," sementara sebenarnya mengatakan "tegangan di tempat ini," atau di tempat lain itu. Yap, maka semua siswa baru mulai berpikir bahwa satu terminal tunggal dapat memiliki tegangan.
Apakah terminal suplai negatif Circuit Common? Ya biasanya. Saya telah melihat radio yang sangat tua dengan transistor PNP, dan tegangan suplai negatif dengan "ground positif." Terminal baterai positif adalah Circuit Common. Semua pengukuran dalam skema adalah tegangan negatif. Selain radio tahun 1950-an, hal yang sama terjadi pada VW Beetles lama, dan di beberapa sepeda motor. Terminal baterai positif terhubung ke sasis, sehingga "terminal persediaan" adalah yang negatif. Jangan memasang radio mobil normal di VW lama, karena akan mati atau terbakar ketika Anda menyalakan kunci kontak. Catu daya mundur.
Yang harus kita lakukan adalah menyingkirkan semua radio transistor-PNP Jepang tahun 1950 yang dapat dikumpulkan, kumbang VW, dan sepeda motor yang memiliki landasan positif, dan kemudian Circuit Common akan selalu dan selamanya menjadi terminal pasokan negatif. Nah, kecuali itu beberapa aneh, sistem sensor industri mengambang listrik dengan campuran daya AC dan sirkuit virtual-ground op-amp.