Apa sebenarnya tegangan itu?

Sedikit pertanyaan aneh, tapi apa itu? Guru fisika saya mengatakan itu seperti "dorongan" yang mendorong elektron di sekitar sirkuit. Bisakah saya memiliki penjelasan yang lebih kompleks? Bantuan apa pun sangat kami hargai.

Gurumu benar.

Arus adalah muatan listrik (biasanya elektron) yang bergerak. Mereka tidak melakukannya sendiri tanpa alasan, tidak lebih dari kereta belanja bergerak di lantai toko dengan sendirinya. Dalam fisika, kita menyebut gaya yang mendorong muatan gaya gerak listrik, atau "EMF". Itu hampir selalu dinyatakan dalam satuan volt, jadi kami biasanya mengambil sedikit jalan pintas dan mengatakan "voltase" sebagian besar waktu. Secara teknis EMF adalah kuantitas fisik dan volt adalah satu unit yang dapat dikuantifikasi.

EMF dapat dihasilkan beberapa cara:

1. Elektromagnetik. Ketika sebuah konduktor (seperti kawat) dipindahkan ke samping melalui medan magnet, akan ada tegangan yang dihasilkan sepanjang kawat. Generator listrik seperti di pembangkit listrik dan alternator di mobil Anda bekerja berdasarkan prinsip ini.

2. Elektrokimia. Reaksi kimia dapat menyebabkan perbedaan tegangan. Baterai bekerja berdasarkan prinsip ini.

3. Fotovoltaik. Hancurkan foton menjadi dioda semikonduktor di tempat yang tepat dan Anda mendapatkan voltase. Beginilah cara sel surya bekerja.

4. Elektrostatik. Gosokkan dua jenis bahan yang tepat bersama-sama dan satu menumpahkan elektron ke yang lain. Dua bahan yang menunjukkan fenomena ini dengan baik adalah sisir plastik dan kucing. Inilah yang terjadi ketika Anda mengocok karpet jenis yang tepat dan kemudian mendapatkan zap ketika Anda menyentuh benda logam. Menggosokkan balon ke baju Anda melakukan ini, yang kemudian memungkinkan balon untuk "menempel" pada sesuatu yang lain. Dalam hal ini EMF tidak dapat membuat elektron bergerak, tetapi ia tetap menariknya, yang kemudian menarik baloon tempat mereka terjebak.

   Efek ini dapat ditingkatkan untuk membuat tegangan tinggi yang bervariasi dan merupakan dasar untuk bagaimana generator Van de Graaff bekerja.

5. Termo-listrik. Gradien suhu di sebagian besar konduktor menyebabkan tegangan. Ini disebut efek Siebeck . Sayangnya Anda tidak dapat memanfaatkannya karena untuk menggunakan tegangan ini pada akhirnya ada loop tertutup. Setiap tegangan yang diperoleh oleh kenaikan suhu di bagian loop kemudian diimbangi dengan penurunan suhu di bagian loop. Caranya adalah dengan menggunakan dua bahan yang berbeda yang menunjukkan tegangan yang berbeda sebagai hasil dari gradien suhu yang sama (koefisien Siebeck berbeda). Gunakan satu bahan yang keluar ke sumber panas dan yang lain kembali, dan Anda mendapatkan tegangan bersih yang dapat Anda gunakan pada suhu yang sama.

   Tegangan total yang Anda dapatkan dari satu keluar dan kembali, bahkan dengan perbedaan suhu tinggi cukup kecil. Dengan menyatukan banyak kombinasi ini dan kembali, Anda bisa mendapatkan voltase yang berguna. Satu keluar dan belakang disebut termokopel , dan dapat digunakan untuk merasakan suhu. Banyak yang bersama-sama adalah generator termokopel. Ya, itu benar-benar ada. Ada pesawat ruang angkasa yang didukung oleh prinsip ini dengan sumber panas yang berasal dari peluruhan isotop radio.

6. Termionik . Jika Anda memanaskan sesuatu yang cukup tinggi (100 ° C), maka elektron pada permukaannya bergerak sangat cepat sehingga terkadang mereka terbang. Jika mereka memiliki tempat untuk mendarat yang lebih dingin (sehingga mereka tidak akan terbang lagi dari sana), Anda memiliki generator termionik. Ini mungkin terdengar jauh dibuat, tetapi ada juga pesawat ruang angkasa yang didukung dari prinsip ini dengan sumber panas lagi menjadi peluruhan radio-isotop.

   Sebagian tabung elektron menggunakan prinsip ini. Alih-alih memanaskan sesuatu sehingga elektron terbang sendiri, Anda dapat memanaskannya hingga hampir mencapai titik tersebut sehingga mereka terbang ketika sedikit tegangan ekstra diberikan. Ini adalah dasar dari dioda tabung vakum dan penting untuk sebagian besar tabung vakum. Inilah sebabnya mengapa tabung ini memiliki pemanas dan Anda bisa melihatnya bersinar. Dibutuhkan suhu yang menyala untuk sampai ke tempat efek termioniknya signifikan.

7. Piezo-listrik. Bahan-bahan tertentu (kristal kuarsa misalnya) menghasilkan tegangan ketika Anda memerasnya. Beberapa mikrofon bekerja berdasarkan prinsip ini. Gelombang tekanan yang bervariasi di udara yang kita sebut squish suara dan squash kristal kuarsa secara bergantian, yang menyebabkannya membuat gelombang tegangan kecil sebagai hasilnya. Kami dapat memperkuat mereka untuk akhirnya membuat sinyal yang dapat Anda rekam, menggerakkan pengeras suara sehingga Anda dapat mendengarnya, dll.

   Prinsip ini juga digunakan di banyak penyala panggangan barbekyu. Mekanisme pegas memukul kristal kuarsa cukup keras sehingga cukup membuat voltase yang menyebabkan percikan.

Menggunakan analogi fluida, Tegangan adalah tekanan, Arus adalah laju Aliran.

"Tegangan" adalah kuantitas turunan. Sulit untuk memahami makna Fisiknya tanpa memahami jumlah yang diturunkannya.

$P_1$$P_2$$q_1$$q_2$$r$

$F = k\dfrac{q_1 q_2 }{r^2}$

$P_1$$P_2$$P_1$$P_2$$q_2$$q_1$$q_2$

$\bar{E} = \lim \limits_{q_1 \to 0} \dfrac{\bar{F}}{q_1} \quad \mbox{(} q_2 \mbox{ is unit positive charge)}$

$q_1$

$\bar{E}$

$P_2$

$V_2 = - \int \limits_{\infty}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}$

$P_2$$P_3$$\bar{E}$$q_1$

$V_2 - V_3 = \left(-\int \limits_{\infty}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}\right) - \left(-\int \limits_{\infty}^{P_3} \bar{E} d\bar{\ell}\right) = \int \limits_{P_3}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}$

$\bar{E} = - \bar{\nabla} V$

Jadi, ini adalah definisi bidang potensial. Suatu poin akan selalu memiliki potensi bahkan jika tidak ada biaya untuk itu. Anggap itu sebagai "energi yang diperlukan untuk membawa muatan unit ke sana dari tak terbatas". Perbedaan potensial antara dua poin serupa; itu adalah energi yang dibutuhkan untuk membawa muatan unit dari satu titik ke titik lainnya. Atau pikirkan itu pada contoh yang lebih konkret seperti untuk benda langit. Perbedaan potensial antara ketinggian 100 km dan tinggi 200 km di atas permukaan bumi tidak lain adalah perbedaan energi potensial antara dua objek 1kg pada ketinggian yang diberikan.

Ketika kita datang ke dunia nyata, potensi suatu titik adalah sebagian dari semua potensi individu yang disebabkan oleh tuduhan sekitar (teori superposisi berlaku).

Tegangan muncul setiap kali ada ketidakseimbangan muatan listrik (yaitu elektron). Karena muatan seperti mengusir dan menarik muatan berlawanan, setiap kumpulan partikel bermuatan listrik menciptakan semacam gaya satu sama lain. Jika ada ketidakseimbangan negatif ke positif, semacam "tekanan" atau "dorongan" terbentuk. Dalam melakukan bahan, elektron bebas mengalir melalui materi, sebagai lawan tetap dalam atom, dan karena itu akan mengalir ke titik paling sedikit "tekanan".

Beberapa pertimbangan rumit:

• Listrik dan kimia terhubung erat. Dalam baterai, misalnya, ketidakseimbangan kimia menciptakan ketidakseimbangan listrik (tegangan) di terminal, dengan memaksa partikel bermuatan ke satu sisi. Kimia juga mempengaruhi kondisi listrik dengan cara lain.
• Arus (I) adalah aliran elektron, namun elektron (karena negatif) mengalir berlawanan arah dengan "arus". Arus kemudian merupakan aliran konseptual dari muatan positif, meskipun aliran aktual negatif, tetapi ke arah lain. Ini menunjukkan bahwa "dorongan" negatif sama persis dengan "tarikan" positif.

Definisi yang saya dengar adalah:

Tegangan adalah potensi (untuk mengisi daya) untuk melakukan pekerjaan.

$V = {dE \over dQ}$$E$$Q$

Jawaban kilat, perkiraan pertama, aturan praktis: tegangan adalah tekanan listrik.

Tetapi memperluas itu: Tegangan tidak seperti tekanan, tidak persis. Sebaliknya, ini adalah konsep matematika / fisika yang disebut "potensi." Tegangan lebih seperti ketinggian di medan gravitasi, di mana setiap elektron atau proton seperti batu. Ketinggian bukanlah tekanan atau berat atau kekuatan. Jika sebuah batu berada di puncak bukit, maka batu tersebut berada di lokasi yang berpotensi tinggi. Ini berarti batu itu menyimpan energi potensial (PE), dan akan melepaskan energi ini sebagai energi kinetik (KE) jika dibiarkan bergerak menuruni bukit (pindah ke lokasi berpotensi rendah.) Mengangkat ke tegangan yang sama (ketinggian,) batu-batu besar yang lebih besar akan memiliki PE lebih tinggi.

Lebih tepatnya: tegangan adalah Potensi listrik. Itu bukan gaya (tidak seperti kekuatan atau berat batu, juga tidak seperti jumlah gaya pada muatan listrik di medan listrik.) Juga tegangan bukanlah energi potensial, karena jika kita mengambil batu, maka gravitasi, ketinggian, dan potensi masih ada. Potensi adalah bagian dari bidang itu sendiri. Pola tegangan bisa menggantung di ruang kosong.

Tegangan adalah cara menggambarkan / memvisualisasikan / mengukur medan listrik.

Untuk menggambarkan e-bidang, kita dapat menggambar garis fluks antara muatan listrik yang berlawanan. Atau sebagai gantinya, kita dapat menggambar pola tegangan, permukaan iso-potensial, menggambar mereka tegak lurus terhadap garis fluks. Di mana pun kami menemukan beberapa saluran listrik, kami juga akan menemukan voltase.

Apa itu tegangan? Apa kesalahpahaman yang khas? Inilah yang besar: "tegangan adalah semacam energi potensial." Tidak, salah. Sebaliknya tegangan adalah konsep matematika "Potensi," yang bukan energi, juga bukan "potensi untuk melakukan sesuatu." Berikut kesalahpahaman lain: "tegangan adalah energi potensial per unit muatan." Tidak, salah. Itu hanya definisi fisika dari unit Volt, yang menghubungkannya dengan unit Joule dan Coulomb. Sebenarnya ia pergi ke arah lain: jumlah energi (jumlah pekerjaan yang dilakukan dalam memindahkan muatan melintasi perbedaan tegangan tertentu) ditemukan dengan mengalikan muatan dengan mengubah tegangan! Energi listrik ditentukan oleh tegangan! Tetapi Tegangan itu sendiri tidak memerlukan muatan bergerak atau energi potensial yang tersimpan, karena tegangan adalah cara untuk menggambarkan medan di ruang kosong. Biaya uji yang digunakan untuk menggambarkan tegangan adalah biaya imajinatif sangat kecil. Kesalahpahaman lain: "tegangan muncul di permukaan kabel." Salah, tegangan benar-benar meluas ke ruang di sekitar kabel. Setengah jalan antara terminal baterai 9V Anda, Anda akan menemukan potensi 4,5V, tergantung sendirian di ruang kosong! Tetapi voltmeter biasa tidak akan mendeteksi voltase ruang, karena itu memerlukan voltmeter dengan infinite Z (inp), atau setidaknya beberapa ratus gigohms. Voltmeter DMM 10Meg yang normal menarik arus yang signifikan, akan memendekkan medan-e murni, sehingga mereka harus disentuh ke permukaan konduktor untuk mengukur tegangan. Saya akan menemukan potensi 4.5V, tergantung sendirian di ruang kosong! Tetapi voltmeter biasa tidak akan mendeteksi voltase ruang, karena itu memerlukan voltmeter dengan infinite Z (inp), atau setidaknya beberapa ratus gigohms. Voltmeter DMM 10Meg yang normal menarik arus yang signifikan, akan memendekkan medan-e murni, sehingga mereka harus disentuh ke permukaan konduktor untuk mengukur tegangan. Saya akan menemukan potensi 4.5V, tergantung sendirian di ruang kosong! Tetapi voltmeter biasa tidak akan mendeteksi voltase ruang, karena itu memerlukan voltmeter dengan infinite Z (inp), atau setidaknya beberapa ratus gigohms. Voltmeter DMM 10Meg yang normal menarik arus yang signifikan, akan memendekkan medan-e murni, sehingga mereka harus disentuh ke permukaan konduktor untuk mengukur tegangan.

Apa itu tegangan? Ini adalah tumpukan membran tak terlihat yang mengisi ruang di antara pelat kapasitor yang diisi daya. Tegangan adalah pola lapisan bawang bombay konsentris yang mengelilingi benda bermuatan apa pun, dengan lapisan bawang merah berjalan tegak lurus terhadap garis fluks medan listrik. Jadi, 'tumpukan lapisan-tegangan' adalah salah satu cara untuk menggambarkan medan listrik. Cara lain yang lebih akrab adalah dengan menggunakan 'garis kekuatan.'

Sebenarnya kita tidak bisa.

Gaya elektrostatik sebanding dengan gradien potensial, tetapi tidak secara langsung terhadap potensial. Gaya pada satu coulomb muatan sebanding dengan gradien potensial:

$F= Q \times {d[V]\over dl }$

Sebenarnya, 1 V berarti jika Anda memiliki 1 joule energi listrik, itu akan ditransfer menjadi energi mekanik pada muatan +1 coulomb [sehingga akan mempercepat, atau meningkatkan 1 / 2mV ^ 2 oleh 1 J]. Ini sebenarnya analog dengan energi.

Menambah apa yang dikatakan Gunnish:

Tegangan pada titik A secara harfiah merupakan ukuran pekerjaan yang akan Anda keluarkan jika Anda mendorong muatan positif dari 0V (biasanya didefinisikan sebagai jauh dari A, atau ground) ke A.

Tegangan penting dalam elektronik karena jika kita mulai dengan muatan positif pada titik A, ia mampu melakukan jumlah pekerjaan yang sama hingga 0V (mis. Menyalakan LED dalam proses itu).

Apa yang mendorong pemilihan adalah perbedaan dalam energi potensial, seperti cara Anda didorong / ditarik ke bumi oleh gravitasi. Ini menghasilkan kemungkinan yang menguntungkan bagi elektron untuk bergerak satu arah ke yang lain, ini juga sebagian menjelaskan mengapa elektron bergerak "secara acak" dalam kawat.