Listrik , fenomena yang berhubungan dengan muatan listrik yang diam atau bergerak. Muatan listrik adalah sifat dasar materi dan dibawa oleh partikel elementer. Dalam kelistrikan, partikel yang terlibat adalah elektron, yang membawa muatan yang ditetapkan, berdasarkan konvensi, sebagai negatif. Dengan demikian, berbagai manifestasi listrik akun pro thailand merupakan hasil akumulasi atau pergerakan sejumlah elektron.
Elektrostatika
Elektrostatika adalah studi tentang fenomena elektromagnetik yang terjadi ketika tidak ada muatan yang bergerak—yaitu, setelah kesetimbangan statis tercapai. Muatan mencapai posisi setimbangnya dengan cepat karena gaya listriknya sangat kuat. Metode matematika elektrostatika memungkinkan untuk menghitung distribusi medan listrik dan potensial listrik dari konfigurasi muatan, konduktor, dan isolator yang diketahui. Sebaliknya, dengan adanya sekumpulan konduktor yang potensialnya diketahui, medan listrik di daerah antar konduktor dapat dihitung dan distribusi muatan pada permukaan konduktor dapat ditentukan. Energi listrik dari sekumpulan muatan yang diam dapat dilihat dari sudut pandang usaha yang diperlukan untuk merakit muatan-muatan tersebut; alternatifnya, energi juga dapat dianggap berada dalam medan listrik yang dihasilkan oleh kumpulan muatan ini. Terakhir, energi dapat disimpan dalam kapasitor; energi yang diperlukan untuk mengisi daya perangkat tersebut disimpan di dalamnya sebagai energi elektrostatik medan listrik.
hukum Coulomb
Listrik statis adalah fenomena listrik yang umum terjadi di mana partikel bermuatan berpindah dari satu benda ke benda lain. Misalnya, jika dua benda digosokkan, terutama jika benda tersebut merupakan isolator dan udara di sekitarnya kering, benda-benda tersebut memperoleh muatan yang sama besar dan berlawanan arah dan timbul gaya tarik menarik di antara keduanya. Benda yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif, dan benda lainnya menjadi bermuatan negatif. Gaya hanyalah gaya tarik-menarik antara muatan-muatan yang berlawanan tanda. Sifat-sifat gaya ini telah dijelaskan di atas; mereka tergabung dalam hubungan matematika yang dikenal sebagai hukum Coulomb. Gaya listrik pada muatan Q1 pada kondisi ini, akibat muatan Q2 pada jarak r, diberikan oleh hukum Coulomb, Persamaan.
Menghitung nilai medan listrik
Pada contoh, muatan Q1 berada dalam medan listrik yang dihasilkan oleh muatan Q2. Bidang ini mempunyai nilai Persamaan dalam newton per coulomb (N/C). (Medan listrik juga dapat dinyatakan dalam volt per meter [V/m], yang setara dengan newton per coulomb.) Gaya listrik pada Q1 diberikan oleh Persamaan. dalam newton. Persamaan ini dapat digunakan untuk mendefinisikan medan listrik suatu muatan titik. Medan listrik E yang dihasilkan oleh muatan Q2 adalah vektor. Besarnya medan bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari Q2; arahnya menjauhi Q2 bila Q2 bermuatan positif dan menuju Q2 bila Q2 bermuatan negatif. Menggunakan persamaan (2) dan Listrik dan Magnet. Listrik. Elektrostatika. Listrik statis. [Menghitung nilai medan listrik – persamaan 4], medan yang dihasilkan Q2 pada posisi Q1 adalah Persamaan dalam newton per coulomb.
Prinsip superposisi
Perhitungan ini menunjukkan sifat penting medan elektromagnetik yang dikenal sebagai prinsip superposisi. Menurut prinsip ini, suatu bidang yang timbul dari sejumlah sumber ditentukan dengan menjumlahkan masing-masing bidang dari masing-masing sumber. Prinsipnya digambarkan pada Gambar 3, dimana medan listrik yang timbul dari beberapa sumber ditentukan oleh superposisi medan dari masing-masing sumber. Dalam hal ini, medan listrik di lokasi Q1 adalah jumlah medan listrik yang disebabkan oleh Q2 dan Q3. Studi tentang medan listrik pada rentang besaran yang sangat luas telah membuktikan validitas prinsip superposisi.
Potensi listrik
Potensi listrik hanyalah fungsi skalar. Potensi listrik berkaitan dengan usaha yang dilakukan oleh gaya luar ketika gaya tersebut memindahkan muatan secara perlahan dari satu posisi ke posisi lain dalam lingkungan yang mengandung muatan lain yang diam. Selisih antara potensial di titik A dan potensial di titik B ditentukan oleh persamaan
Mendapatkan medan listrik dari potensial
Medan listrik telah dijelaskan dalam bentuk gaya pada suatu muatan. Jika potensial listrik diketahui pada setiap titik dalam suatu wilayah ruang, maka medan listrik dapat diturunkan dari potensial tersebut. Dalam notasi kalkulus vektor, medan listrik diberikan oleh gradien negatif potensial listrik, E = −grad V. Ekspresi ini menentukan bagaimana medan listrik dihitung pada suatu titik tertentu. Karena medan adalah vektor, maka ia mempunyai arah dan besaran. Arahnya adalah arah penurunan potensial paling cepat, menjauhi titik. Besaran medan adalah perubahan potensial pada jarak kecil dalam indi
arah yang ditentukan dibagi dengan jarak tersebut.
Kapasitansi
Perangkat yang berguna untuk menyimpan energi listrik terdiri dari dua konduktor yang berdekatan dan diisolasi satu sama lain. Contoh sederhana dari perangkat penyimpanan tersebut adalah kapasitor pelat paralel. Jika muatan positif dengan muatan total +Q diendapkan pada salah satu konduktor dan muatan negatif −Q yang sama diendapkan pada konduktor kedua, maka kapasitor dikatakan bermuatan Q. Seperti ditunjukkan pada Gambar 11, kapasitor tersebut terdiri dari dua pelat konduktor datar, masing-masing luas A, sejajar satu sama lain dan dipisahkan oleh jarak d.
Prinsip kapasitor
Untuk memahami bagaimana kapasitor bermuatan menyimpan energi, perhatikan proses pengisian berikut. Dengan kedua pelat kapasitor awalnya tidak bermuatan, sejumlah kecil muatan negatif dikeluarkan dari pelat bawah dan ditempatkan di pelat atas. Oleh karena itu, diperlukan sedikit usaha untuk membuat pelat bawah sedikit positif dan pelat atas sedikit negatif. Akan tetapi, jika proses ini berulang, maka semakin sulit untuk mengangkut muatan negatif dalam jumlah yang sama, karena muatan tersebut bergerak menuju pelat yang sudah bermuatan negatif dan menjauh dari pelat yang bermuatan positif. Muatan negatif pada pelat atas akan menolak muatan negatif yang bergerak ke arahnya, dan muatan positif pada pelat bawah akan memberikan gaya tarik menarik pada muatan negatif yang menjauh. Oleh karena itu, usaha harus dilakukan untuk mengisi kapasitor.
Dielektrik, polarisasi, dan momen dipol listrik
Jumlah muatan yang disimpan dalam kapasitor adalah hasil kali tegangan dan kapasitas. Apa yang membatasi jumlah muatan yang dapat disimpan pada kapasitor? Tegangan dapat dinaikkan, namun gangguan listrik akan terjadi jika medan listrik di dalam kapasitor menjadi terlalu besar. Kapasitas dapat ditingkatkan dengan memperluas area elektroda dan mengurangi jarak antar elektroda. Pada umumnya kapasitor yang mampu menahan tegangan tinggi mempunyai kapasitas yang relatif kecil. Namun, jika hanya tegangan rendah yang diperlukan, kapasitor kompak dengan kapasitas agak besar dapat diproduksi. Salah satu metode untuk meningkatkan kapasitas adalah dengan memasukkan bahan isolasi di antara konduktor yang mengurangi tegangan karena pengaruhnya terhadap medan listrik. Bahan seperti ini disebut dielektrik (zat yang tidak mempunyai muatan bebas). Ketika molekul-molekul dielektrik ditempatkan dalam medan listrik, elektron-elektronnya yang bermuatan negatif akan terpisah sedikit dari inti-intinya yang bermuatan positif. Dengan pemisahan ini, yang disebut polarisasi, molekul memperoleh momen dipol listrik. Kumpulan muatan yang mempunyai momen dipol listrik sering disebut dipol listrik.
Arus listrik searah
Fenomena dan prinsip dasar
Banyak fenomena kelistrikan terjadi pada kondisi yang disebut kondisi tunak (steady-state). Artinya besaran listrik seperti distribusi arus, tegangan, dan muatan tidak terpengaruh oleh perjalanan waktu. Misalnya, karena arus yang melalui filamen di dalam lampu mobil tidak berubah terhadap waktu, kecerahan lampu tetap konstan. Contoh situasi tak tunak adalah aliran muatan antara dua konduktor yang dihubungkan dengan kawat penghantar tipis dan awalnya mempunyai muatan yang sama besar namun berlawanan. Ketika arus mengalir dari konduktor bermuatan positif ke konduktor bermuatan negatif, muatan pada kedua konduktor berkurang seiring waktu, begitu pula beda potensial antar konduktor. Oleh karena itu, arus juga berkurang seiring berjalannya waktu dan akhirnya berhenti ketika konduktor dilepaskan.
Konduktor, isolator, dan semikonduktor
Bahan diklasifikasikan sebagai konduktor, isolator, atau semikonduktor berdasarkan konduktivitas listriknya. Klasifikasi dapat dipahami dalam istilah atom. Elektron dalam sebuah atom hanya dapat memiliki energi tertentu yang terdefinisi dengan baik, dan, bergantung pada energinya, elektron dikatakan menempati tingkat energi tertentu. Dalam atom tipikal yang memiliki banyak elektron, tingkat energi yang lebih rendah terisi, masing-masing dengan jumlah elektron yang diperbolehkan oleh aturan mekanika kuantum yang dikenal sebagai prinsip pengecualian Pauli. Tergantung pada unsurnya, tingkat energi tertinggi yang memiliki elektron mungkin penuh atau tidak penuh. Jika dua atom suatu unsur didekatkan sehingga keduanya berinteraksi, sistem dua atom mempunyai dua tingkat yang berjarak berdekatan untuk setiap tingkat atom tunggal. Jika 10 atom berinteraksi, sistem 10 atom akan memiliki kelompok 10 tingkat yang sesuai dengan setiap tingkat atom individu. Dalam zat padat, jumlah atom dan jumlah tingkatannya sangat besar; sebagian besar tingkat energi yang lebih tinggi tumpang tindih secara terus menerus kecuali untuk energi tertentu yang tidak memiliki tingkatan sama sekali. Daerah energi yang memiliki tingkat disebut pita energi, dan daerah yang tidak memiliki tingkat disebut sebagai celah pita.
Gaya gerak listrik
Aki mobil 12 volt dapat mengalirkan arus ke sirkuit seperti