Karena dibutuhkan energi untuk memaksa elektron mengalir melawan oposisi dari suatu resistansi, akan ada tegangan yang terwujud (atau “jatuh”) di antara titik mana pun dalam rangkaian dengan resistansi di antaranya.Penting untuk dicatat bahwa meskipun jumlah arus (kuantitas elektron yang bergerak melewati titik tertentu setiap detik) seragam dalam rangkaian sederhana, jumlah tegangan (energi potensial per satuan muatan) antara set titik yang berbeda dalam satu rangkaian tunggal.sirkuit dapat sangat bervariasi:
Ambil sirkuit ini sebagai contoh.Jika empat titik pada rangkaian ini kita beri label dengan angka 1, 2, 3, dan 4, kita akan menemukan bahwa jumlah arus yang dialirkan melalui kawat antara titik 1 dan 2 sama persis dengan jumlah arus yang dialirkan melalui lampu.(antara poin 2 dan 3).Kuantitas arus yang sama ini melewati kabel antara titik 3 dan 4, dan melalui baterai (antara titik 1 dan 4).Namun, kami akan menemukan bahwa tegangan yang muncul di antara dua titik ini berbanding lurus dengan resistansi dalam jalur konduktif antara dua titik tersebut, mengingat bahwa jumlah arus di sepanjang bagian mana pun dari jalur rangkaian adalah sama (yang, untukrangkaian sederhana ini).Dalam rangkaian lampu normal, resistansi lampu akan jauh lebih besar daripada resistansi kabel penghubung, jadi kita akan melihat sejumlah besar tegangan antara titik 2 dan 3, dengan sangat sedikit antara titik 1 dan 2, atauantara 3 dan 4. Tegangan antara titik 1 dan 4, tentu saja, akan menjadi jumlah penuh “gaya” yang ditawarkan oleh baterai, yang hanya sedikit lebih besar dari tegangan pada lampu (antara titik 2 dan 3).Ini, sekali lagi, analog dengan sistem reservoir air:
Antara titik 2 dan 3, di mana air yang jatuh melepaskan energi pada kincir air, terdapat perbedaan tekanan antara kedua titik, yang mencerminkan perlawanan terhadap aliran air melalui kincir air.Dari titik 1 ke titik 2, atau dari titik 3 ke titik 4, di mana air mengalir bebas melalui reservoir dengan sedikit hambatan, ada sedikit atau tidak ada perbedaan tekanan (tidak ada energi potensial).Namun, laju aliran air dalam sistem kontinu ini sama di mana-mana (dengan asumsi ketinggian air di kolam dan waduk tidak berubah): melalui pompa, melalui kincir air, dan melalui semua pipa.Begitu pula dengan rangkaian listrik sederhana: laju aliran elektron sama di setiap titik dalam rangkaian, meskipun voltase mungkin berbeda di antara rangkaian titik yang berbeda.
Biasanya, rangkaian listrik dibuat sedemikian rupa untuk memanfaatkan secara praktis energi yang dilepaskan itu, dengan cara yang seaman mungkin.Salah satu penggunaan arus listrik yang praktis dan populer adalah untuk pengoperasian penerangan listrik.Bentuk paling sederhana dari lampu listrik adalah filamen logam kecil di dalam bola kaca bening, yang bersinar putih-panas (“berpijar”) dengan energi panas ketika arus listrik yang cukup melewatinya.Seperti baterai, ia memiliki dua titik koneksi konduktif, satu untuk elektron masuk dan yang lainnya untuk elektron keluar.Terhubung ke sumber tegangan, rangkaian lampu listrik terlihat seperti ini:
Saat elektron bekerja melalui filamen logam tipis lampu, mereka menghadapi lebih banyak perlawanan terhadap gerakan daripada biasanya pada sepotong kawat tebal.Perlawanan terhadap arus listrik ini tergantung pada jenis bahan, luas penampang, dan temperaturnya.Ini secara teknis dikenal sebagai resistensi.(Dapat dikatakan bahwa konduktor memiliki resistansi rendah dan isolator memiliki resistansi yang sangat tinggi.) Resistansi ini berfungsi untuk membatasi jumlah arus yang melalui rangkaian dengan jumlah tegangan tertentu yang disuplai oleh baterai, dibandingkan dengan “korsleting” di manakami tidak memiliki apa-apa selain kabel yang menghubungkan salah satu ujung sumber tegangan (baterai) ke ujung lainnya.Ketika elektron bergerak melawan oposisi resistensi, “gesekan” dihasilkan.Sama seperti gesekan mekanis, gesekan yang dihasilkan oleh elektron yang mengalir melawan hambatan memanifestasikan dirinya dalam bentuk panas.Resistensi terkonsentrasi dari filamen lampu menghasilkan sejumlah besar energi panas yang hilang pada filamen itu.Energi panas ini cukup untuk menyebabkan filamen bersinar putih-panas, menghasilkan cahaya, sedangkan kabel yang menghubungkan lampu ke baterai (yang memiliki resistansi jauh lebih rendah) bahkan hampir tidak menjadi hangat saat mengalirkan arus dalam jumlah yang sama.Seperti dalam kasus hubung singkat, jika kontinuitas rangkaian terputus di titik mana pun, aliran elektron berhenti di seluruh rangkaian.Dengan lampu terpasang, ini berarti lampu akan berhenti menyala:
Seperti sebelumnya, tanpa aliran elektron, seluruh potensi (tegangan) baterai tersedia di seberang jeda, menunggu kesempatan koneksi untuk menjembatani jeda itu dan mengizinkan aliran elektron lagi.Kondisi ini dikenal sebagai rangkaian terbuka, di mana putusnya kontinuitas rangkaian mencegah arus masuk ke seluruh rangkaian.Yang diperlukan hanyalah satu jeda dalam kontinuitas untuk “membuka” sirkuit.Setelah ada pemutusan yang dihubungkan sekali lagi dan kontinuitas sirkuit dibangun kembali, itu dikenal sebagai sirkuit tertutup.Apa yang kita lihat di sini adalah dasar untuk menyalakan dan mematikan lampu dengan sakelar jarak jauh.Karena setiap pemutusan pada kontinuitas rangkaian mengakibatkan penghentian arus di seluruh rangkaian, kita dapat menggunakan perangkat yang dirancang untuk secara sengaja memutuskan kontinuitas tersebut (disebut sakelar), yang dipasang di lokasi yang nyaman di mana kita dapat menjalankan kabel, untuk mengontrol aliran arus.elektron dalam rangkaian:
Beginilah cara saklar yang dipasang di dinding rumah dapat mengontrol lampu yang dipasang di lorong panjang, atau bahkan di ruangan lain, jauh dari saklar. Sakelar itu sendiri terbuat dari sepasang kontak konduktif (biasanya terbuat dari beberapa jenis logam) yang disatukan oleh aktuator tuas mekanis atau tombol tekan. Ketika kontak bersentuhan satu sama lain, elektron dapat mengalir dari satu ke yang lain dan kontinuitas sirkuit terbentuk; ketika kontak dipisahkan, aliran elektron dari satu ke yang lain dicegah oleh isolasi udara di antaranya, dan kontinuitas sirkuit terputus. Mungkin jenis sakelar terbaik untuk ditampilkan sebagai ilustrasi prinsip dasar adalah sakelar “pisau”:
Sakelar pisau
Sakelar pisau tidak lebih dari tuas konduktif, bebas berputar pada engsel, bersentuhan fisik dengan satu atau lebih titik kontak stasioner yang juga konduktif.Sakelar yang ditunjukkan pada ilustrasi di atas dibangun di atas dasar porselen (bahan isolasi yang sangat baik), menggunakan tembaga (konduktor yang sangat baik) untuk “bilah” dan titik kontak.Pegangannya terbuat dari plastik untuk melindungi tangan operator dari bilah konduktif sakelar saat membuka atau menutupnya.Ini adalah jenis sakelar pisau lainnya, dengan dua kontak stasioner, bukan satu:
Sakelar pisau khusus yang ditampilkan di sini memiliki satu “bilah” tetapi dua kontak stasioner, yang berarti dapat membuat atau memutuskan lebih dari satu sirkuit.Untuk saat ini hal ini tidak terlalu penting untuk diperhatikan, hanya konsep dasar tentang apa itu saklar dan cara kerjanya.Sakelar pisau bagus untuk mengilustrasikan prinsip dasar cara kerja sakelar, tetapi sakelar ini menghadirkan masalah keamanan yang berbeda saat digunakan di sirkuit listrik berdaya tinggi.Konduktor yang terbuka di sakelar pisau membuat kontak yang tidak disengaja dengan sirkuit menjadi kemungkinan yang berbeda, dan setiap percikan api yang mungkin terjadi antara bilah yang bergerak dan kontak stasioner bebas untuk menyalakan bahan yang mudah terbakar di dekatnya.Sebagian besar desain sakelar modern memiliki konduktor bergerak dan titik kontak yang disegel di dalam wadah isolasi untuk mengurangi bahaya ini.Sebuah foto dari beberapa jenis sakelar modern menunjukkan bagaimana mekanisme sakelar jauh lebih tersembunyi dibandingkan dengan desain pisau:
Sesuai dengan terminologi sirkuit “terbuka” dan “tertutup”, sakelar yang melakukan kontak dari satu terminal koneksi ke terminal lainnya (contoh: sakelar pisau dengan bilah menyentuh sepenuhnya titik kontak stasioner) memberikan kontinuitas bagi elektron untuk mengalir.melalui, dan disebut saklar tertutup.Sebaliknya, sakelar yang memutus kontinuitas (contoh: sakelar pisau dengan bilah yang tidak menyentuh titik kontak stasioner) tidak akan membiarkan elektron melewatinya dan disebut sakelar terbuka.Terminologi ini sering membingungkan mahasiswa baru elektronik, karena kata “terbuka” dan “tertutup” umumnya dipahami dalam konteks pintu, di mana “terbuka” disamakan dengan jalan bebas dan “tertutup” dengan penyumbatan.Dengan sakelar listrik, istilah ini memiliki arti yang berlawanan: “terbuka” berarti tidak ada aliran sedangkan “tertutup” berarti aliran elektron bebas.
TINJAUAN
Hambatan listrik adalah ukuran hambatan terhadap arus listrik.
Korsleting adalah sirkuit listrik yang menawarkan sedikit atau tidak ada hambatan terhadap aliran elektron.
Hubungan pendek berbahaya dengan sumber daya tegangan tinggi karena arus tinggi yang dihadapi dapat menyebabkan pelepasan energi panas dalam jumlah besar.
Sirkuit terbuka adalah sirkuit yang kontinuitasnya telah diputus oleh gangguan pada jalur aliran elektron.
Sirkuit tertutup adalah sirkuit yang lengkap, dengan kontinuitas yang baik.
Perangkat yang dirancang untuk membuka atau menutup sirkuit dalam kondisi terkontrol disebut sakelar.
Istilah “terbuka” dan “tertutup” mengacu pada sakelar serta seluruh sirkuit.
Sakelar terbuka adalah sakelar tanpa kontinuitas: elektron tidak dapat mengalir melewatinya.
Sakelar tertutup adalah sakelar yang menyediakan jalur langsung (hambatan rendah) untuk mengalirkan elektron.
Anda mungkin bertanya-tanya bagaimana elektron dapat terus mengalir dalam arah yang seragam melalui kabel tanpa memanfaatkan Sumber dan Tujuan elektron hipotetis ini. Agar skema Sumber-dan-Tujuan bekerja, keduanya harus memiliki kapasitas elektron yang tak terbatas untuk mempertahankan aliran yang berkelanjutan! Dengan menggunakan analogi marmer-dan-tabung, sumber marmer dan ember tujuan marmer harus sangat besar untuk menampung kapasitas marmer yang cukup agar “aliran” kelereng dapat dipertahankan. Jawaban atas paradoks ini ditemukan dalam konsep sirkuit: jalur melingkar tanpa akhir untuk elektron. Jika kita mengambil kabel, atau banyak kabel yang digabungkan dari ujung ke ujung, dan memutarnya sehingga membentuk jalur yang berkelanjutan, kita memiliki sarana untuk mendukung aliran elektron yang seragam tanpa harus menggunakan Sumber dan Tujuan yang tak terbatas:
Setiap elektron yang maju searah jarum jam dalam sirkuit ini mendorong yang di depannya, yang mendorong yang di depannya, dan seterusnya, dan seterusnya, seperti hula-hoop yang diisi dengan kelereng.Sekarang, kami memiliki kemampuan untuk mendukung aliran elektron yang berkelanjutan tanpa batas waktu tanpa perlu pasokan dan pembuangan elektron yang tak terbatas.Yang kita perlukan untuk mempertahankan aliran ini adalah sarana motivasi terus-menerus bagi elektron-elektron itu, yang akan kita bahas di bagian selanjutnya bab ini.Harus disadari bahwa kontinuitas sama pentingnya dalam suatu rangkaian seperti halnya dalam seutas kawat lurus.Sama seperti pada contoh dengan seutas kawat lurus antara Sumber elektron dan Tujuan, setiap pemutusan pada sirkuit ini akan mencegah elektron mengalir melaluinya:
Prinsip penting untuk disadari di sini adalah bahwa tidak masalah di mana jeda terjadi.Setiap diskontinuitas dalam rangkaian akan mencegah aliran elektron ke seluruh rangkaian.Kecuali jika ada loop bahan konduktif yang terus menerus dan tidak terputus untuk mengalirkan elektron, aliran yang berkelanjutan tidak dapat dipertahankan.
TINJAUAN
Sirkuit adalah loop tak terputus dari bahan konduktif yang memungkinkan elektron mengalir terus menerus tanpa awal atau akhir.
Jika sirkuit “putus”, itu berarti elemen konduktifnya tidak lagi membentuk jalur yang lengkap, dan aliran elektron terus menerus tidak dapat terjadi di dalamnya.
Lokasi pemutusan sirkuit tidak relevan dengan ketidakmampuannya untuk mempertahankan aliran elektron terus menerus.Pemutusan apa pun, di mana saja di sirkuit mencegah aliran elektron ke seluruh sirkuit.
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, kita membutuhkan lebih dari sekadar jalur (sirkuit) kontinu sebelum aliran elektron kontinu terjadi: kita juga memerlukan beberapa cara untuk mendorong elektron ini di sekitar sirkuit.Sama seperti kelereng di dalam tabung atau air di dalam pipa, dibutuhkan semacam gaya pengaruh untuk memulai aliran.Dengan elektron, gaya ini adalah gaya yang sama yang bekerja dalam listrik statis: gaya yang dihasilkan oleh ketidakseimbangan muatan listrik.Jika kita mengambil contoh lilin dan wol yang telah digosok bersama, kita menemukan bahwa kelebihan elektron dalam lilin (muatan negatif) dan kekurangan elektron dalam wol (muatan positif) menciptakan ketidakseimbangan muatan di antara keduanya.Ketidakseimbangan ini memanifestasikan dirinya sebagai kekuatan yang menarik antara dua objek:
Jika kawat konduktif ditempatkan di antara lilin bermuatan dan wol, elektron akan mengalir melaluinya, karena beberapa kelebihan elektron dalam lilin mengalir melalui kawat untuk kembali ke wol, mengisi kekurangan elektron di sana:
Ketidakseimbangan elektron antara atom dalam lilin dan atom dalam wol menciptakan gaya antara kedua bahan tersebut.Dengan tidak adanya jalur bagi elektron untuk mengalir dari lilin ke wol, yang dapat dilakukan gaya ini hanyalah menarik kedua benda menjadi satu.Sekarang setelah konduktor menjembatani celah isolasi, bagaimanapun, gaya akan memicu elektron mengalir ke arah yang seragam melalui kawat, jika hanya sesaat, sampai muatan di area itu menetralkan dan gaya antara lilin dan wol berkurang.Muatan listrik yang terbentuk di antara kedua bahan ini dengan menggosokkannya berfungsi untuk menyimpan sejumlah energi.Energi ini tidak berbeda dengan energi yang tersimpan di reservoir air yang tinggi yang telah dipompa dari kolam yang lebih rendah:
Pengaruh gravitasi pada air di reservoir menciptakan gaya yang mencoba untuk memindahkan air ke tingkat yang lebih rendah lagi.Jika pipa yang sesuai dialirkan dari reservoir kembali ke kolam, air akan mengalir di bawah pengaruh gravitasi turun dari reservoir, melalui pipa:
Dibutuhkan energi untuk memompa air itu dari kolam tingkat rendah ke reservoir tingkat tinggi, dan pergerakan air melalui pipa kembali ke tingkat semula merupakan pelepasan energi yang tersimpan dari pemompaan sebelumnya.Jika air dipompa ke tingkat yang lebih tinggi lagi, akan membutuhkan lebih banyak energi untuk melakukannya, sehingga lebih banyak energi yang akan disimpan, dan lebih banyak energi dilepaskan jika air dibiarkan mengalir kembali melalui pipa ke bawah:
Elektron tidak jauh berbeda.Jika kita menggosok lilin dan wol bersama-sama, kita “memompa” elektron menjauh dari “tingkat” normalnya, menciptakan kondisi di mana ada gaya antara lilin dan wol, karena elektron berusaha untuk membangun kembali posisi sebelumnya (dan menyeimbangkannya). atom masing-masing).Gaya yang menarik elektron kembali ke posisi semula di sekitar inti positif atomnya serupa dengan gaya gravitasi yang diberikan pada air di reservoir, mencoba menariknya ke tingkat sebelumnya.Sama seperti pemompaan air ke tingkat yang lebih tinggi menghasilkan energi yang disimpan, “memompa” elektron untuk menciptakan ketidakseimbangan muatan listrik menghasilkan sejumlah energi yang disimpan dalam ketidakseimbangan itu.Dan, sama seperti menyediakan jalan bagi air untuk mengalir kembali dari ketinggian reservoir menghasilkan pelepasan energi yang tersimpan, memberikan jalan bagi elektron untuk mengalir kembali ke “tingkat” aslinya menghasilkan pelepasan energi yang tersimpan.Ketika elektron berada dalam kondisi statis (seperti air yang diam, tinggi di reservoir), energi yang tersimpan di sana disebut energi potensial, karena memiliki kemungkinan (potensi) pelepasan yang belum sepenuhnya terwujud.Saat Anda menggoreskan sepatu bersol karet ke karpet kain pada hari yang kering, Anda menciptakan ketidakseimbangan muatan listrik antara diri Anda dan karpet.Tindakan menggosok kaki Anda menyimpan energi dalam bentuk ketidakseimbangan elektron yang dipaksakan dari lokasi asalnya.Muatan ini (listrik statis) tidak bergerak, dan Anda tidak akan menyadari bahwa energi disimpan sama sekali.Namun, begitu Anda meletakkan tangan Anda di gagang pintu logam (dengan banyak mobilitas elektron untuk menetralkan muatan listrik Anda), energi yang tersimpan itu akan dilepaskan dalam bentuk aliran elektron yang tiba-tiba melalui tangan Anda, dan Anda akan melihatnya sebagai sebuah sengatan listrik!Energi potensial ini, disimpan dalam bentuk ketidakseimbangan muatan listrik dan mampu memicu elektron mengalir melalui konduktor, dapat dinyatakan sebagai istilah yang disebut tegangan, yang secara teknis merupakan ukuran energi potensial per satuan muatan elektron, atau sesuatu yang lain. fisikawan akan menyebut energi potensial spesifik.Didefinisikan dalam konteks listrik statis, tegangan adalah ukuran kerja yang diperlukan untuk memindahkan muatan satuan dari satu lokasi ke lokasi lain, melawan gaya yang mencoba menjaga keseimbangan muatan listrik.Dalam konteks sumber tenaga listrik, tegangan adalah jumlah energi potensial yang tersedia (usaha yang harus dilakukan) per satuan muatan, untuk memindahkan elektron melalui suatu penghantar.Karena tegangan adalah ekspresi energi potensial, yang mewakili kemungkinan atau potensi pelepasan energi ketika elektron bergerak dari satu “tingkat” ke tingkat lainnya, tegangan selalu dirujuk di antara dua titik.Pertimbangkan analogi reservoir air:
Karena perbedaan ketinggian jatuhan, terdapat potensi lebih banyak energi untuk dilepaskan dari reservoir melalui pipa ke lokasi 2 daripada ke lokasi 1. Prinsipnya dapat dipahami secara intuitif dalam menjatuhkan batu: yang menghasilkan lebih banyakhantaman dahsyat, batu yang dijatuhkan dari ketinggian satu kaki, atau batu yang sama dijatuhkan dari ketinggian satu mil?Jelas, penurunan ketinggian yang lebih besar menghasilkan energi yang lebih besar yang dilepaskan (dampak yang lebih keras).Kita tidak dapat menilai jumlah energi yang tersimpan dalam reservoir air hanya dengan mengukur volume air seperti halnya kita tidak dapat memprediksi tingkat keparahan dampak jatuhnya batu hanya dengan mengetahui berat batu: dalam kedua kasus kita juga harus mempertimbangkan seberapa jauhmassa ini akan turun dari ketinggian awalnya.Jumlah energi yang dilepaskan dengan membiarkan massa jatuh relatif terhadap jarak antara titik awal dan akhir.Demikian pula, energi potensial yang tersedia untuk memindahkan elektron dari satu titik ke titik lainnya relatif terhadap kedua titik tersebut.Oleh karena itu, tegangan selalu dinyatakan sebagai besaran antara dua titik.Yang cukup menarik, analogi massa yang berpotensi “jatuh” dari satu ketinggian ke ketinggian lainnya adalah model yang sangat tepat sehingga tegangan antara dua titik kadang-kadang disebut penurunan tegangan.Tegangan dapat dihasilkan dengan cara selain menggosok jenis bahan tertentu satu sama lain.Reaksi kimia, energi radiasi, dan pengaruh magnet pada konduktor adalah beberapa cara di mana tegangan dapat dihasilkan.Masing-masing contoh dari ketiga sumber tegangan ini adalah baterai, sel surya, dan generator (seperti unit “alternator” di bawah kap mobil Anda).Untuk saat ini, kami tidak akan merinci bagaimana masing-masing sumber tegangan ini bekerja – yang lebih penting adalah kami memahami bagaimana sumber tegangan dapat diterapkan untuk membuat aliran elektron dalam rangkaian.Mari kita ambil simbol baterai kimia dan buat sirkuit langkah demi langkah:
Prinsip yang sama berlaku untuk analogi reservoir air dan pompa: tanpa pipa kembali ke kolam, energi yang tersimpan di reservoir tidak dapat dilepaskan dalam bentuk aliran air.Setelah reservoir terisi penuh, tidak ada aliran yang dapat terjadi, tidak peduli berapa banyak tekanan yang dihasilkan pompa.Perlu ada jalur (sirkuit) yang lengkap agar air mengalir dari kolam, ke waduk, dan kembali ke kolam agar aliran terus menerus terjadi.Kami dapat menyediakan jalur seperti itu untuk baterai dengan menghubungkan seutas kabel dari satu ujung baterai ke ujung lainnya.Membentuk sirkuit dengan loop kawat, kami akan memulai aliran elektron yang terus menerus searah jarum jam:
Selama baterai terus menghasilkan tegangan dan kontinuitas jalur listrik tidak terputus, elektron akan terus mengalir di sirkuit.Mengikuti metafora air yang bergerak melalui pipa, aliran elektron yang seragam dan terus menerus melalui sirkuit ini disebut arus.Selama sumber tegangan terus “mendorong” ke arah yang sama, aliran elektron akan terus bergerak ke arah yang sama dalam rangkaian.Aliran elektron satu arah ini disebut Arus Searah, atau DC.Pada jilid kedua seri buku ini, dieksplorasi rangkaian listrik dimana arah arus bolak-balik: Alternating Current, atau AC.Tapi untuk saat ini, kami hanya akan menyibukkan diri dengan sirkuit DC.Karena arus listrik terdiri dari elektron-elektron individual yang mengalir serempak melalui sebuah konduktor dengan bergerak sepanjang dan mendorong elektron-elektron di depan, seperti halnya kelereng melalui tabung atau air melalui pipa, jumlah aliran di seluruh rangkaian tunggal akan sama di semua titik.titik.Jika kita memantau penampang kabel dalam satu sirkuit, menghitung elektron yang mengalir, kita akan melihat kuantitas yang sama persis per unit waktu seperti di bagian lain dari sirkuit, terlepas dari panjang konduktor atau diameter konduktor..Jika kita memutuskan kontinuitas rangkaian pada suatu titik, arus listrik akan berhenti di seluruh loop, dan tegangan penuh yang dihasilkan oleh baterai akan terwujud pada pemutusan, antara ujung kabel yang dulu dihubungkan:
Perhatikan tanda “+” dan “-” yang digambar di ujung pemutus sirkuit, dan bagaimana mereka sesuai dengan tanda “+” dan “-” di sebelah terminal baterai.Penanda ini menunjukkan arah tegangan yang mencoba mendorong aliran elektron, arah potensial yang biasa disebut sebagai polaritas.Ingatlah bahwa tegangan selalu relatif antara dua titik.Karena fakta ini, polaritas penurunan tegangan juga relatif antara dua titik: apakah suatu titik dalam rangkaian diberi label dengan “+” atau “-” tergantung pada titik lain yang dirujuk.Lihatlah sirkuit berikut, di mana setiap sudut loop ditandai dengan nomor referensi:
Dengan terputusnya kontinuitas rangkaian antara titik 2 dan 3, polaritas tegangan turun antara titik 2 dan 3 adalah “-” untuk titik 2 dan “+” untuk titik 3. Polaritas baterai (1 “-” dan 4 “+”) sedang mencoba untuk mendorong elektron melalui loop searah jarum jam dari 1 ke 2 ke 3 ke 4 dan kembali ke 1 lagi.Sekarang mari kita lihat apa yang terjadi jika kita menghubungkan kembali titik 2 dan 3, tetapi putuskan sirkuit antara titik 3 dan 4:
Dengan jeda antara 3 dan 4, polaritas penurunan tegangan antara kedua titik tersebut adalah “+” untuk 4 dan “-” untuk 3. Perhatikan fakta bahwa “tanda” titik 3 berlawanan dengan yang pertamacontoh, di mana jeda berada di antara titik 2 dan 3 (di mana titik 3 diberi label “+”).Tidak mungkin bagi kita untuk mengatakan bahwa titik 3 di sirkuit ini akan selalu menjadi “+” atau “-“, karena polaritas, seperti tegangan itu sendiri, tidak spesifik untuk satu titik, tetapi selalu relatif antara dua titik!
TINJAUAN
Elektron dapat didorong untuk mengalir melalui konduktor dengan gaya yang sama yang dimanifestasikan dalam listrik statis.
Tegangan adalah ukuran energi potensial spesifik (energi potensial per satuan muatan) antara dua lokasi.Dalam istilah awam, itu adalah ukuran “dorongan” yang tersedia untuk memotivasi elektron.
Tegangan, sebagai ungkapan energi potensial, selalu relatif antara dua lokasi, atau titik.Kadang-kadang disebut “penurunan tegangan”.
Ketika sumber tegangan dihubungkan ke sirkuit, tegangan akan menyebabkan aliran elektron yang seragam melalui sirkuit yang disebut arus.
Dalam rangkaian tunggal (satu putaran), jumlah arus pada titik mana pun sama dengan jumlah arus pada titik lainnya.
Jika sirkuit yang berisi sumber tegangan putus, tegangan penuh sumber itu akan muncul di titik-titik putusnya.
Orientasi +/- dari penurunan tegangan disebut polaritas.Itu juga relatif antara dua titik.
Elektron dapat bergerak pada berbagai bahan. Elektron pada jenis atom yang berbeda memiliki derajat kebebasan yang berbeda untuk bergerak.
Pada beberapa jenis bahan seperti logam, elektron terluar dalam atom terikat dengan sangat longgar sehingga mereka bergerak secara acak di ruang antara atom bahan tersebut dengan hanya pengaruh energi panas suhu kamar.Karena elektron yang hampir tidak terikat ini bebas meninggalkan atomnya masing-masing dan melayang di ruang antara atom yang berdekatan, mereka sering disebut elektron bebas.
Dalam jenis bahan lain seperti kaca, elektron atom memiliki kebebasan yang sangat kecil untuk bergerak.Gaya eksternal seperti gesekan fisik dapat memaksa beberapa elektron ini untuk meninggalkan atomnya masing-masing dan berpindah ke atom bahan lain, namun elektron itu sulit berpindah antar atom di dalam bahan itu.
Mobilitas relatif elektron dalam suatu material ini dikenal sebagai konduktivitas listrik.Konduktivitas ditentukan oleh jenis atom dalam suatu bahan (jumlah proton dalam setiap inti atom, menentukan identitas kimiawinya) dan bagaimana atom-atom tersebut dihubungkan satu sama lain.Bahan dengan mobilitas elektron tinggi (banyak elektron bebas) disebut konduktor / penghantar, sedangkan bahan dengan mobilitas elektron rendah (sedikit atau tidak ada elektron bebas) disebut isolator.
Berikut adalah beberapa contoh umum konduktor :
perak
tembaga
emas
aluminium
besi
baja
kuningan
perunggu
air raksa
grafit
air kotor / air tidak murni
beton
Berikut adalha contoh bahan isolator:
kaca
karet
minyak
aspal
fiberglass
porselen
keramik
kuarsa
kapas (kering).
kertas (kering).
kayu (kering).
plastik
udara
berlian / intan
air murni
Ilustrasi: Kayu kering bersifat sebagai isolator
Perlu dipahami bahwa tidak semua bahan konduktif memiliki tingkat konduktivitas yang sama, dan tidak semua isolator sama-sama tahan terhadap gerakan elektron.Konduktivitas listrik dapat dianalogikan dengan transparansi bahan tertentu terhadap cahaya: bahan yang mudah “menghantarkan” cahaya disebut “transparan”, sedangkan yang sulit disebut “buram”.Namun, tidak semua bahan transparan sama-sama konduktif terhadap cahaya.Kaca jendela lebih baik dari kebanyakan plastik, dan tentunya lebih baik dari fiberglass yang “bening”.Begitu pula dengan konduktor listrik, beberapa lebih baik dari yang lain.
Misalnya, perak adalah konduktor terbaik dalam daftar “konduktor”, memberikan jalur elektron yang lebih mudah daripada bahan lain yang disebut di atas.Air kotor dan beton juga terdaftar sebagai konduktor, tetapi bahan ini secara substansial kurang konduktif dibandingkan logam apapun.
Perlu juga dipahami bahwa beberapa bahan mengalami perubahan sifat kelistrikannya pada kondisi yang berbeda.Kaca, misalnya, adalah isolator yang sangat baik pada suhu kamar, tetapi menjadi konduktor saat dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi.Gas seperti udara, biasanya bahan isolasi, juga menjadi konduktif jika dipanaskan sampai suhu yang sangat tinggi.Sebagian besar logam menjadi konduktor yang lebih buruk saat dipanaskan, dan konduktor yang lebih baik saat didinginkan.Banyak bahan konduktif menjadi konduktif sempurna (ini disebut superkonduktivitas) pada suhu yang sangat rendah.
Sementara gerakan normal elektron “bebas” dalam konduktor adalah acak, tanpa arah atau kecepatan tertentu, elektron dapat dipengaruhi untuk bergerak secara terkoordinasi melalui bahan konduktif.Gerak seragam elektron inilah yang kita sebut listrik, atau arus listrik.Lebih tepatnya, itu bisa disebut listrik dinamis berbeda dengan listrik statis, yang merupakan akumulasi muatan listrik yang tidak bergerak.Sama seperti air yang mengalir melalui kekosongan pipa, elektron dapat bergerak di dalam ruang kosong di dalam dan di antara atom konduktor.Konduktor mungkin tampak padat di mata kita, tetapi materi apa pun yang terdiri dari atom sebagian besar adalah ruang kosong!Analogi aliran cairan sangat sesuai untuk gerakan elektron, sehingga gerakan elektron melalui konduktor sering disebut sebagai “aliran”.
Ada hal penting di sini.Karena setiap elektron bergerak secara seragam melalui konduktor, ia mendorong yang di depannya, sehingga semua elektron bergerak bersama sebagai satu kelompok.Memulai dan menghentikan aliran elektron melalui panjang jalur konduktif hampir seketika dari satu ujung konduktor ke ujung lainnya, meskipun gerakan setiap elektron mungkin sangat lambat.Analogi perkiraannya adalah tabung yang diisi ujung ke ujung dengan kelereng:
Tabung itu penuh dengan kelereng, seperti konduktor yang penuh dengan elektron bebas yang siap dipindahkan oleh pengaruh luar.Jika satu kelereng tiba-tiba dimasukkan ke dalam tabung penuh di sisi kiri ini, kelereng lain akan segera mencoba keluar dari tabung di sebelah kanan.Meskipun setiap kelereng hanya menempuh jarak pendek, transfer gerak melalui tabung hampir seketika dari ujung kiri ke ujung kanan, tidak peduli seberapa panjang tabung itu.Dengan listrik, efek keseluruhan dari satu ujung konduktor ke ujung lainnya terjadi dengan kecepatan cahaya: kecepatan 186.000 mil per detik atau 300 km per detik!Namun, setiap elektron individu bergerak melalui konduktor dengan kecepatan yang jauh lebih lambat.
Jika kita ingin elektron mengalir ke arah tertentu ke tempat tertentu, kita harus menyediakan jalur yang tepat bagi mereka untuk bergerak, seperti tukang ledeng harus memasang pipa agar air mengalir ke tempat yang dia inginkan.Untuk memfasilitasi ini, kabel dibuat dari logam yang sangat konduktif seperti tembaga atau aluminium dalam berbagai ukuran.
Elektron hanya dapat mengalir jika memiliki kesempatan untuk bergerak di ruang antara atom-atom suatu material.Ini berarti bahwa arus listrik hanya dapat terjadi jika terdapat jalur berkelanjutan dari bahan konduktif yang menyediakan saluran untuk dilalui elektron.Dalam analogi kelereng, kelereng dapat mengalir ke sisi kiri tabung (dan, akibatnya, melalui tabung) jika dan hanya jika tabung terbuka di sisi kanan agar kelereng dapat mengalir keluar.Jika tabung diblokir di sisi kanan, kelereng hanya akan “menumpuk” di dalam tabung, dan “aliran” marmer tidak akan terjadi.Hal yang sama berlaku untuk arus listrik: aliran elektron yang terus menerus membutuhkan jalur yang tidak terputus untuk memungkinkan aliran itu.Mari kita lihat diagram untuk mengilustrasikan cara kerjanya:
Garis tipis dan padat (seperti yang ditunjukkan di atas) adalah simbol konvensional untuk seutas kawat yang tidak terputus.Karena kawat terbuat dari bahan konduktif, seperti tembaga, atom penyusunnya memiliki banyak elektron bebas yang dapat dengan mudah bergerak melalui kawat.Namun, tidak akan pernah ada aliran elektron yang kontinu atau seragam di dalam kabel ini kecuali mereka memiliki tempat asal dan tempat tujuan.Mari tambahkan elektron hipotetis “Sumber” dan “Tujuan:”
Sekarang, dengan Sumber Elektron mendorong elektron baru ke dalam kabel di sisi kiri, aliran elektron melalui kabel dapat terjadi (seperti yang ditunjukkan oleh panah yang menunjuk dari kiri ke kanan).Namun, aliran akan terganggu jika jalur konduktif yang dibentuk oleh kawat putus:
Karena udara adalah bahan isolasi, dan celah udara memisahkan dua potong kawat, jalur yang tadinya kontinu kini telah terputus, dan elektron tidak dapat mengalir dari Sumber ke Tujuan.Ini seperti memotong pipa air menjadi dua dan menutup ujung pipa yang patah: air tidak dapat mengalir jika tidak ada jalan keluar dari pipa.Dalam istilah kelistrikan, kami memiliki kondisi kontinuitas listrik ketika kawat masih utuh, dan sekarang kontinuitas tersebut terputus dengan kawat dipotong dan dipisahkan.Jika kita mengambil seutas kabel lain yang mengarah ke Tujuan dan hanya melakukan kontak fisik dengan kabel yang mengarah ke Sumber, sekali lagi kita akan memiliki jalur kontinu untuk mengalirkan elektron.Dua titik pada diagram menunjukkan kontak fisik (logam-ke-logam) antara potongan kawat:
Ringkasan
Dalam bahan konduktif, elektron terluar di setiap atom dapat dengan mudah datang atau pergi, dan disebut elektron bebas.
Dalam bahan isolator, elektron terluar tidak begitu bebas bergerak.
Semua logam bersifat konduktif secara elektrik.
Listrik dinamis, atau arus listrik, adalah gerakan seragam elektron melalui konduktor.
Listrik statis adalah muatan yang tidak bergerak (jika pada isolator), akumulasi yang dibentuk oleh kelebihan atau kekurangan elektron dalam suatu objek.Ini biasanya dibentuk oleh pemisahan muatan melalui kontak dan pemisahan bahan yang berbeda.
Agar elektron mengalir terus menerus (tanpa batas) melalui konduktor, harus ada jalur yang lengkap dan tidak terputus bagi mereka untuk bergerak masuk dan keluar dari konduktor tersebut.
Ilustrasi: Styrofoam menempel di kucing karena listrik statis
Beberapa abad yang lalu orang menemukan ditemukan bahwa beberapa jenis bahan tertentu secara misterius akan menarik satu sama lain setelah digosok.Misalnya: setelah menggosokkan sehelai sutera pada sehelai kaca, sutera dan kaca akan cenderung saling menempel. Terlihat ada gaya tarik menarik yang terjadi. Gaya tarik ini tetap ada bahkan setelah kedua bahan tersebut dipisahkan:
Tidak hanya kaca dan sutra yang diketahui berperilaku seperti ini.Siapa pun yang pernah bergesekan dengan balon karet akan mengalami bahwa balon akan menempel padanya. Fenomena balon menempel ini mirip dengan kaca dan sutra.Lilin parafin dan kain wol adalah pasangan bahan yang oleh para peneliti awal diakui sebagai perwujudan gaya tarik-menarik setelah digosok bersama:
Fenomena ini menjadi semakin menarik ketika diketahui bahwa bahan-bahan yang identik, setelah digosok dengan kainnya masing-masing, selalu saling tolak:
Ditemukan juga bahwa ketika sepotong kaca yang digosok dengan sutra dipaparkan pada sepotong lilin yang digosok dengan wol, kedua bahan tersebut akan saling tarik-menarik:
Selain itu, ditemukan bahwa setiap bahan yang menunjukkan sifat daya tarik atau tolakan setelah digosok dapat diklasifikasikan ke dalam salah satu dari dua kategori berbeda: tertarik ke kaca dan ditolak oleh lilin, atau ditolak oleh kaca dan tertarik ke lilin.Itu salah satu atau yang lain: tidak ada bahan yang ditemukan yang akan tertarik atau ditolak oleh kaca dan lilin, atau yang bereaksi terhadap satu tanpa bereaksi terhadap yang lain.Perhatian lebih diarahkan pada potongan kain yang digunakan untuk menggosok.Ditemukan bahwa setelah menggosok dua lembar kaca dengan dua potong kain sutra, tidak hanya potongan kaca yang saling tolak, tetapi juga kainnya.Fenomena yang sama berlaku untuk potongan wol yang digunakan untuk menggosok lilin:Fenomena ini benar-benar aneh. Tidak satu pun dari benda-benda ini yang terlihat diubah oleh gosokan, namun mereka pasti berperilaku berbeda dari sebelum digosok. Ada perubahan yang membuat membuat bahan-bahan ini menarik atau menolak satu sama lain, namun perubahan ini tidak terlihat.
Beberapa peneliti berspekulasi bahwa “cairan” tak terlihat sedang dipindahkan dari satu objek ke objek lain selama proses gesekan, dan bahwa “cairan” ini dapat mempengaruhi kekuatan fisik dari jarak jauh.Charles Dufay adalah salah satu peneliti awal yang mendemonstrasikan bahwa pasti ada dua jenis perubahan berbeda yang terjadi dengan menggosokkan sepasang objek tertentu secara bersamaan.Fakta bahwa ada lebih dari satu jenis perubahan yang terwujud dalam materi-materi ini terbukti dengan fakta bahwa ada dua jenis gaya yang dihasilkan: gaya tarik dan gaya tolak.Transfer cairan hipotetis dikenal sebagai muatan.
Seorang peneliti perintis, Benjamin Franklin, sampai pada kesimpulan bahwa hanya ada satu cairan yang dipertukarkan di antara benda-benda yang digosok, dan bahwa dua “muatan” yang berbeda tidak lebih dari kelebihan atau kekurangan satu cairan itu.Setelah bereksperimen dengan lilin dan wol, Franklin menyarankan agar wol kasar menghilangkan sebagian cairan tak terlihat ini dari lilin halus, menyebabkan kelebihan cairan pada wol dan kekurangan cairan pada lilin.Perbedaan yang dihasilkan dalam kandungan cairan antara wol dan lilin kemudian akan menyebabkan gaya tarik-menarik, karena cairan tersebut mencoba untuk mendapatkan kembali keseimbangan sebelumnya antara kedua bahan tersebut.
Mendalilkan adanya “cairan” tunggal yang diperoleh atau hilang melalui gesekan adalah yang terbaik untuk perilaku yang diamati: bahwa semua bahan ini jatuh dengan rapi ke dalam salah satu dari dua kategori saat digosok, dan yang paling penting, bahwa kedua bahan aktif saling bergesekan. yang lain selalu jatuh ke dalam kategori yang berlawanan sebagaimana dibuktikan oleh ketertarikan mereka yang tidak berubah satu sama lain.Dengan kata lain, tidak pernah ada waktu di mana dua bahan bergesekan keduanya menjadi positif atau negatif.
Mengikuti spekulasi Franklin tentang wol yang menggosok sesuatu dari lilin, jenis muatan yang dikaitkan dengan lilin yang digosok dikenal sebagai “negatif” (karena dianggap kekurangan cairan) sedangkan jenis muatan yang terkait dengan gesekan wol dikenal sebagai “positif” (karena dianggap memiliki kelebihan cairan).Sedikit yang dia tahu bahwa dugaan polosnya akan menyebabkan banyak kebingungan bagi siswa kelistrikan di masa depan!
Pengukuran yang tepat dari muatan listrik dilakukan oleh fisikawan Prancis Charles Coulomb pada tahun 1780-an menggunakan alat yang disebut keseimbangan torsi yang mengukur gaya yang dihasilkan antara dua benda bermuatan listrik.Hasil kerja Coulomb mengarah pada pengembangan satuan muatan listrik yang dinamai untuk menghormatinya, coulomb.Jika dua benda “titik” (benda hipotetis yang tidak memiliki luas permukaan yang berarti) sama-sama dibebankan pada ukuran 1 coulomb, dan ditempatkan terpisah 1 meter (kira-kira 1 yard), mereka akan menghasilkan gaya sekitar 9 miliar newton (sekitar 2 miliar pound), baik menarik atau menolak tergantung pada jenis biaya yang terlibat.Definisi operasional coulomb sebagai satuan muatan listrik (dalam hal gaya yang dihasilkan antara muatan titik) ditemukan sama dengan kelebihan atau kekurangan sekitar 6.250.000.000.000.000.000 elektron.Atau, dinyatakan secara terbalik, satu elektron memiliki muatan sekitar 0,00000000000000000016 coulomb.Karena satu elektron adalah pembawa muatan listrik terkecil yang diketahui, angka muatan terakhir untuk elektron ini didefinisikan sebagai muatan elementer.
Belakangan diketahui bahwa “cairan” ini sebenarnya terdiri dari potongan-potongan materi yang sangat kecil yang disebut elektron, dinamakan demikian untuk menghormati kata Yunani kuno untuk ambar: bahan lain yang menunjukkan sifat bermuatan ketika digosok dengan kain.Eksperimen sejak itu mengungkapkan bahwa semua objek terdiri dari “blok bangunan” yang sangat kecil yang dikenal sebagai atom, dan bahwa atom-atom ini pada gilirannya terdiri dari komponen yang lebih kecil yang dikenal sebagai partikel.Tiga partikel fundamental yang menyusun sebagian besar atom disebut proton, neutron, dan elektron.Sementara sebagian besar atom memiliki kombinasi proton, neutron, dan elektron, tidak semua atom memiliki neutron;contohnya adalah isotop protium (1H1) dari hidrogen (Hidrogen-1) yang merupakan bentuk hidrogen paling ringan dan paling umum yang hanya memiliki satu proton dan satu elektron.Atom terlalu kecil untuk dilihat, tetapi jika kita dapat melihatnya, mungkin tampak seperti ini:
Meskipun setiap atom dalam sepotong materi cenderung bersatu sebagai satu kesatuan, sebenarnya ada banyak ruang kosong antara elektron dan gugusan proton dan neutron yang berada di tengahnya.
Model kasar ini adalah unsur karbon, dengan enam proton, enam neutron, dan enam elektron.Dalam atom apa pun, proton dan neutron terikat sangat erat, yang merupakan kualitas penting.Gumpalan proton dan neutron yang terikat erat di pusat atom disebut nukleus, dan jumlah proton dalam inti atom menentukan identitas unsurnya: mengubah jumlah proton dalam inti atom, dan Anda mengubah jenisnya. atom itu.Faktanya, jika Anda dapat menghilangkan tiga proton dari inti atom timah, Anda akan mencapai impian para alkemis tua untuk menghasilkan atom emas!Pengikatan ketat proton dalam nukleus bertanggung jawab atas kestabilan identitas unsur kimia, dan kegagalan alkemis untuk mencapai impian mereka.
Neutron kurang berpengaruh pada karakter kimia dan identitas atom daripada proton, meskipun mereka sama sulitnya untuk ditambahkan atau dihilangkan dari nukleus, karena terikat dengan sangat erat.Jika neutron ditambahkan atau diperoleh, atom akan tetap memiliki identitas kimiawi yang sama, tetapi massanya akan sedikit berubah dan mungkin memperoleh sifat nuklir yang aneh seperti radioaktivitas.
Namun, elektron memiliki kebebasan yang jauh lebih besar untuk bergerak di dalam atom daripada proton atau neutron.Faktanya, mereka dapat terlempar dari posisinya masing-masing (bahkan meninggalkan atom seluruhnya!) dengan energi yang jauh lebih sedikit daripada yang diperlukan untuk mengeluarkan partikel di dalam nukleus.Jika ini terjadi, atom masih mempertahankan identitas kimianya, tetapi terjadi ketidakseimbangan yang penting.Elektron dan proton unik karena mereka tertarik satu sama lain dari jarak jauh.Gaya tarik jarak inilah yang menyebabkan gaya tarik antara benda-benda yang digosok, di mana elektron dipindahkan dari atom asalnya untuk berada di sekitar atom benda lain.
Elektron cenderung menolak elektron lain dalam jarak tertentu, seperti halnya proton dengan proton lainnya.Satu-satunya alasan proton berikatan bersama dalam inti atom adalah karena gaya yang jauh lebih kuat yang disebut gaya nuklir kuat yang hanya berpengaruh pada jarak yang sangat pendek.Karena perilaku tarik-menolak antara partikel individu, elektron dan proton dikatakan memiliki muatan listrik yang berlawanan.Artinya, setiap elektron memiliki muatan negatif, dan setiap proton bermuatan positif.Dalam jumlah yang sama di dalam atom, mereka melawan keberadaan satu sama lain sehingga muatan bersih di dalam atom adalah nol.Inilah mengapa gambar atom karbon memiliki enam elektron: untuk mengimbangi muatan listrik dari enam proton dalam inti.Jika elektron pergi atau elektron ekstra tiba, muatan listrik bersih atom akan tidak seimbang, membuat atom “bermuatan” secara keseluruhan, menyebabkannya berinteraksi dengan partikel bermuatan dan atom bermuatan lain di dekatnya.Neutron tidak tertarik atau ditolak oleh elektron, proton, atau bahkan neutron lainnya, dan akibatnya dikategorikan tidak bermuatan sama sekali.
Proses datang atau perginya elektron persis seperti yang terjadi ketika kombinasi material tertentu digosokkan bersama: elektron dari atom suatu material dipaksa oleh gesekan untuk meninggalkan atomnya masing-masing dan berpindah ke atom material lain.Dengan kata lain, elektron terdiri dari “cairan” yang dihipotesiskan oleh Benjamin Franklin.Hasil dari ketidakseimbangan “cairan” (elektron) antar benda ini disebut listrik statis.Ini disebut “statis” karena elektron yang dipindahkan cenderung tetap diam setelah dipindahkan dari satu bahan isolasi ke bahan isolasi lainnya.Dalam kasus lilin dan wol, ditentukan melalui eksperimen lebih lanjut bahwa elektron dalam wol benar-benar ditransfer ke atom dalam lilin, yang merupakan kebalikan dari dugaan Franklin!Untuk menghormati penunjukan Franklin bahwa muatan lilin itu “negatif” dan muatan wol itu “positif”, elektron dikatakan memiliki pengaruh muatan “negatif”.Dengan demikian, sebuah objek yang atomnya telah menerima kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif, sedangkan objek yang atomnya kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sama membingungkannya dengan sebutan ini.Pada saat sifat sebenarnya dari “cairan” listrik ditemukan, nomenklatur muatan listrik Franklin terlalu mapan untuk diubah dengan mudah, dan tetap demikian sampai hari ini.
Michael Faraday membuktikan (1832) bahwa listrik statis sama dengan yang dihasilkan oleh baterai atau generator.Listrik statis, sebagian besar, merupakan gangguan.Serbuk hitam dan serbuk tanpa asap ditambahkan grafit untuk mencegah penyalaan akibat listrik statis.Ini menyebabkan kerusakan pada sirkuit semikonduktor yang sensitif.Meskipun dimungkinkan untuk menghasilkan motor yang ditenagai oleh karakteristik listrik statis tegangan tinggi dan arus rendah
Ringkasan
Semua bahan terdiri dari “blok bangunan” kecil yang dikenal sebagai atom.
Semua atom alami mengandung partikel yang disebut elektron, proton, dan neutron, kecuali isotop protium (1H1) hidrogen.
Elektron memiliki muatan listrik negatif (-).
Proton memiliki muatan listrik positif (+).
Neutron tidak memiliki muatan listrik.
Elektron dapat terlepas dari atom jauh lebih mudah daripada proton atau neutron.
Jumlah proton dalam inti atom menentukan identitasnya sebagai unsur yang unik.
Para ahli dari Ukraina membongkar sebuah drone Lancet buatan Rusia yang dipakai untuk menyerang Ukraina. Berikut ini foto-foto komponen-komponen dari dalam drone tersebut.
Salah satu komponen penting yang ditemukan adalah modul Jetson TX2 buatan NVIDIA. Berikut ini perbandingan antara modul Jetson TX2 di drone Lancet (kiri) dan foto Jetson TX2 asli dari website NVIDIA (kanan).
Berikut ini foto-foto lain dari drone Lancet tersebut
Berikut ini foto baterai lithium polymer dengan kapasitas 11300 mAh, tegangan 3,7 volt
Berikut ini foto komponen power supply
Komponen ini sepertinya bagian dari power supply. Nampak ada komponen induktor yang biasa dipakai di switching power supply.
Mikroprosesor/mikrokontroler dapat dipakai untuk membuat sistem mikroprosesor/ sistem embedded / sistem instrumentasi.
Perangkat tersebut seringkali perlu dikonfigurasi sesuai keadaan di tempat pengguna.
Contoh parameter yang perlu diubah oleh pengguna:
nama wifi access point untuk perangkat IoT
IP address untuk perangkat IoT
Parameter kendali untuk pengendali PID (Proportional Integral Derivative)
Konfigurasi dapat dilakukan sebagai berikut:
jumper
secara hardcoded di source code
protokol konfigurasi jaringan seperti DHCP/BOOTP
melalui jaringan komputer Wifi / Ethernet
mengubah data kartu memori/storage seperti flash disk, SD card, hard drive dsb
komunikasi serial RS232/ RS485 USB / Modbus
tombol dan display
keyboard + monitor pada komputer desktop/laptop
Data konfigurasi dapat disimpan sebagai:
kode di source code
hardware jumper
data di memory card / storage
EEPROM
Contoh
perangkat IoT merek Sonoff/Bardi, menggunakan WiFi untuk konfigurasi. Bisa langsung login ke IoT tersebut, atau pairing menggunakan aplikasi mobile phone.
WiFi access point, rata-rata dikonfigurasi menggunakan web server yang ada di perangkat tersebut
Perangkat lunak Tasmota untuk ESP8266, dikonfigurasi melalui WiFi https://tasmota.github.io/docs/
Pengendali temperatur REC-C100, dikonfigurasi menggunakan tombol dan display LED https://elektrologi.iptek.web.id/pengendali-temperatur-rex-c100
Kendali pintu otomatis , dikonfigurasi melalui port serial. Contoh: https://support.industry.siemens.com/cs/document/101978636/sidoor-ate500e-system-manual?dti=0&lc=en-CH
Konfigurasi Dengan Sakelar atau Jumper
Berikut ini beberapa contoh sakelar yang dapat dipakai sebagai konfigurasi.
Berikut ini sakelar dengan bentuk DIP (Dual Inline Package) dengan 2 state (ON dan OFF)
Berikut ini contoh sakelar dengan 3 state.
Berikut ini sakelar dengan bentuk rotary switch.
Berikut ini header dan jumper untuk konfigurasi
Jumper pada main board sebuah komputer desktop
Berikut ini berbagai macam bentuk jumper yang umum dipakai
Berikut ini contoh memory card micro-SD di Raspberry PI. Konfigurasi sistem dapat disimpan sebagai file di memory card tersebut.
Micro-SD di Raspberry PI
Arduino Nano belum memiliki konektor untuk Micro-SD. Untuk itu perlu ditambah modul micro-SD seperti pada gambar berikut ini.
Modul Micro-SD untuk Arduino
Konfigurasi sistem dapat disimpan sebagai file kemudian dapat dibaca dari program aplikasi di Arduino Nano / Arduino UNO.
Tombol dan Display
Berikut ini contoh pengendali temperatur REX-C100 yang menggunakan tombol dan tampilan LED untuk memasukkan konfigurasi temperatur dan berbagai macam parameter sistem kendali.
Parameter kendali disimpan di dalam EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) , sehingga tidak hilang ketika listrik dimatikan.
Berikut ini contoh tampilan konfigurasi Access point DIR-612. Konfigurasi dapat diubah melalui antarmuka web ini dan kemudian disimpan di dalam access point tersebut.
Konfigurasi DIR-612
Ulasan
Konfigurasi jumper cukup makan tempat. perlu pin I/O di mikrokontroler. Jumlah parameter yang dikonfigurasi hanya 1 bit untuk setiap jumper yang dipakai.
Konfigurasi secara hardcoded di software mudah dibuat, namun sulit diubah oleh pengguna. Source code juga mesti diakses oleh pengguna, yang hal ini dapat jadi masalah kerahasiaan.
Konfigurasi melalui protokol jaringan DHCP praktis untuk melakukan konfigurasi standar jaringan seperti IP address. Untuk konfigurasi yang lebih spesifik, perlu menguasai detail protokol jaringan.
Konfigurasi melalui jaringan cocok untuk perangkat yang tersambung ke jaringan komputer melalui WiFi, Ethernet dsb
Konfigurasi melalui storage cocok untuk perangkat yang storagenya mudah dilepas & dipasang kembali.
Konfigurasi melalui port serial cocok untuk perangkat yang ada port serialnya. kelemahan: perlu komputer dengan port serial untuk mengubah setting.
Tombol & display cocok untuk aplikasi industri. Contoh kendali temperatur REX-C100
PZEM-004T adalah perangkat untuk mengukur parameter elektrikal, meliputi tegangan, daya, energi dan arus. Tersedia 2 macam versi, ada yang 10 ampere dan 100 ampere.
Foto versi 100 A
Versi 100 ampere menggunakan trafo arus untuk menurunkan arus dari 100A ke nilai yang lebih kecil.
PZEM-004T-V3-100A tampak bawah
PZEM-004T-V3-100A tampak atas
Foto versi 10 A
Verso 10 A tidak memerlukan trafo arus
tampak atas
tampak bawah
Skema rangkaian modul
Website resmi produk ini tidak mencantumkan rangkaian di dalamnya. Ada yang melakukan reverse engineering untuk membuat skema rangkaiannya. Berikut ini rangkaian versi original:
Komponen utama pengukur parameter elektrikal adalah chip V9881D buatan Vango Technologies Inc..
User Manual
Manual tersedia dalam bentuk hardcopy dalam kemasan pembelian, dan tersedia juga dalam bentuk softcopy di situs produsennya.
Berikut ini user manual hasil scan dari manual hardcopy
