Setiap orang memiliki konsep abstrak tentang arus listrik. Untuk peralatan listrik, sumber listriknya seperti sumber udara bagi organisme yang bernapas. Namun perbandingan ini membatasi pemahaman tentang sifat fenomena tersebut, dan hanya para ahli yang memahami esensinya lebih dalam.
- Video tentang topik tersebut
- Komentar
Dalam kurikulum sekolah, setiap orang mengambil mata kuliah fisika yang menjelaskan tentang konsep dasar dan hukum kelistrikan. Pendekatan yang kering dan ilmiah tidak menarik bagi anak-anak, sehingga kebanyakan orang dewasa tidak mengetahui apa itu arus listrik, mengapa hal itu terjadi, apa satuan pengukurannya, atau bagaimana segala sesuatu dapat bergerak melalui kabel logam yang tidak bergerak. .
Secara sederhana tentang arus listrik
Definisi baku dari buku teks fisika sekolah secara ringkas menggambarkan fenomena arus listrik. Namun sejujurnya, Anda dapat memahami hal ini sepenuhnya jika Anda mempelajari subjek ini lebih dalam. Bagaimanapun, informasi disajikan dalam bahasa yang berbeda - ilmiah. Memahami sifat fenomena fisik jauh lebih mudah jika Anda menggambarkan segala sesuatu dalam bahasa yang akrab dan dapat dimengerti oleh siapa pun. Misalnya arus pada logam.
Kita harus mulai dengan fakta bahwa segala sesuatu yang kita anggap padat dan tidak bergerak hanya ada dalam imajinasi kita. Sepotong logam yang tergeletak di tanah adalah benda monolitik yang tidak bergerak dalam pemahaman manusia. Sebagai analogi, bayangkan planet kita berada di luar angkasa, dilihat dari permukaan Mars. Bumi tampak seperti benda utuh yang tidak bergerak. Jika Anda mendekati permukaannya, akan menjadi jelas bahwa ini bukanlah materi monolitik, tetapi gerakan konstan: air, gas, makhluk hidup, lempeng litosfer - semua ini bergerak tanpa henti, meskipun hal ini tidak terlihat dari luar angkasa. .
Mari kita kembali ke potongan logam kita yang tergeletak di tanah. Ia tidak bergerak karena kita melihatnya dari luar sebagai objek monolitik. Pada tingkat atom, ia terdiri dari unsur-unsur kecil yang terus bergerak. Keduanya berbeda, tetapi di antara semuanya, kami tertarik pada elektron, yang menciptakan medan elektromagnetik pada logam, menghasilkan arus yang sama. Kata “arus” harus dipahami secara harfiah, karena ketika unsur-unsur yang bermuatan listrik berpindah, yaitu “mengalir”, dari satu benda bermuatan ke benda bermuatan lainnya, maka timbullah “arus listrik”.
Setelah memahami konsep dasar, kita dapat memperoleh definisi umum:
Arus listrik adalah aliran partikel bermuatan yang berpindah dari benda yang bermuatan lebih tinggi ke benda yang bermuatan lebih rendah.
Untuk memahami esensinya dengan lebih tepat, Anda perlu mempelajari detailnya dan mendapatkan jawaban atas beberapa pertanyaan mendasar.
Cerita video
Jawaban atas pertanyaan pokok tentang arus listrik
Setelah merumuskan definisi tersebut, muncul beberapa pertanyaan logis.
- Apa yang membuat arus “mengalir”, yaitu bergerak?
- Jika unsur terkecil dari logam terus bergerak, mengapa ia tidak berubah bentuk?
- Jika sesuatu mengalir dari suatu benda ke benda lain, apakah massa benda tersebut berubah?
Jawaban atas pertanyaan pertama sederhana saja. Sebagaimana air mengalir dari titik tinggi ke titik rendah, demikian pula elektron akan mengalir dari benda bermuatan tinggi ke benda bermuatan rendah, sesuai dengan hukum fisika. Dan “muatan” (atau potensial) adalah jumlah elektron dalam suatu benda, dan semakin banyak elektron, semakin tinggi pula muatannya. Jika terjadi kontak antara dua benda yang muatannya berbeda, elektron akan mengalir dari benda yang bermuatan lebih ke benda yang bermuatan lebih kecil. Hal ini akan menciptakan arus yang akan berakhir ketika muatan kedua benda yang bersentuhan sama.
Untuk memahami mengapa kawat tidak berubah strukturnya, meskipun terdapat pergerakan yang konstan di dalamnya, Anda perlu membayangkannya dalam bentuk rumah besar yang ditinggali orang. Ukuran rumah tidak akan berubah tergantung berapa banyak orang yang masuk dan keluar, atau berpindah-pindah di dalamnya. Seseorang dalam hal ini dianalogikan dengan elektron dalam logam - ia bergerak bebas dan tidak memiliki massa yang besar dibandingkan dengan keseluruhan bangunan.
Jika elektron berpindah dari satu benda ke benda lain, mengapa massa benda tidak berubah? Faktanya adalah berat sebuah elektron sangat kecil sehingga meskipun semua elektron dikeluarkan dari benda, massanya tidak akan berubah.
Apa satuan arus?
- Kekuatan saat ini.
- Tegangan.
- Perlawanan.
Jika kita mencoba menggambarkan konsep arus secara sederhana, yang terbaik adalah membayangkan aliran mobil yang melewati sebuah terowongan. Mobil adalah elektron dan terowongan adalah kawat. Semakin banyak mobil melewati penampang terowongan pada satu titik waktu, semakin besar kuat arusnya, yang diukur dengan alat yang disebut “ammeter” dalam Ampere (A), dan dalam rumus dilambangkan dengan huruf ( SAYA).
Tegangan adalah besaran relatif yang menyatakan perbedaan muatan benda di mana arus mengalir. Jika suatu benda mempunyai muatan yang sangat tinggi dan benda lainnya sangat rendah, maka akan terjadi tegangan tinggi diantara keduanya, yang diukur dengan menggunakan alat yang disebut voltmeter dan satuan yang disebut Volt (V). Diidentifikasi dalam rumus dengan huruf (U).
Resistansi mencirikan kemampuan suatu konduktor, biasanya kawat tembaga, untuk melewatkan sejumlah arus tertentu, yaitu elektron, melalui dirinya sendiri. Konduktor resistif menghasilkan panas dengan mengeluarkan sebagian energi arus yang melewatinya, sehingga mengurangi kekuatannya. Resistansi dihitung dalam Ohm (Ohm), dan huruf (R) digunakan dalam rumus.
Rumus untuk menghitung karakteristik saat ini
Dengan menggunakan tiga besaran fisika, karakteristik arus dapat dihitung menggunakan Hukum Ohm. Hal ini dinyatakan dengan rumus:
Dimana I adalah kuat arus, U adalah tegangan pada bagian rangkaian, R adalah hambatannya.
Dari rumus kita melihat bahwa arus dihitung dengan membagi tegangan dengan hambatan. Oleh karena itu kita mempunyai rumusan undang-undang:
Kuat arus berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan penghantar.
Dari rumus ini, Anda dapat menghitung komponen lainnya secara matematis.
Perlawanan:
tegangan:
Penting untuk dicatat bahwa rumus ini hanya berlaku untuk bagian tertentu dari rantai. Untuk rangkaian tertutup lengkap, serta kasus khusus lainnya, terdapat hukum Ohm yang lain.
Cerita video
Pengaruh arus pada berbagai material dan makhluk hidup
Unsur kimia yang berbeda berperilaku berbeda ketika terkena arus. Beberapa superkonduktor tidak memberikan perlawanan terhadap elektron yang bergerak melaluinya, sehingga tidak menyebabkan reaksi kimia. Logam, jika terkena tekanan yang berlebihan, dapat terurai dan meleleh. Dielektrik yang tidak mengalirkan arus tidak berinteraksi dengannya dengan cara apa pun dan dengan demikian melindungi lingkungan darinya. Fenomena ini berhasil dimanfaatkan manusia saat mengisolasi kabel dengan karet.
Bagi organisme hidup, arus merupakan fenomena yang ambigu. Hal ini dapat menimbulkan dampak yang menguntungkan dan merugikan. Orang-orang telah lama menggunakan kejutan listrik yang terkontrol untuk tujuan terapeutik: dari kejutan ringan yang merangsang otak hingga kejutan listrik yang kuat yang dapat menghidupkan kembali jantung yang berhenti dan menghidupkan kembali seseorang. Keluarnya cairan yang banyak dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius, luka bakar, kematian jaringan, dan bahkan kematian seketika. Saat bekerja dengan perangkat listrik, Anda harus mengikuti peraturan keselamatan.
Di alam, Anda dapat menemukan banyak fenomena di mana listrik memainkan peran penting: mulai dari makhluk laut dalam (sinar listrik) yang dapat menimbulkan sengatan listrik, hingga petir saat terjadi badai petir. Manusia telah lama menguasai kekuatan alam ini dan menggunakannya dengan terampil, itulah sebabnya semua peralatan elektronik modern berfungsi.
Perlu diingat bahwa fenomena alam dapat bermanfaat sekaligus merugikan bagi manusia. Belajar di sekolah dan pendidikan lanjutan membantu masyarakat untuk memanfaatkan fenomena dunia secara kompeten untuk kepentingan masyarakat.
Listrik
Pertama-tama, ada baiknya mencari tahu apa itu arus listrik. Arus listrik adalah pergerakan teratur partikel bermuatan dalam suatu konduktor. Agar dapat timbul, medan listrik harus diciptakan terlebih dahulu, di bawah pengaruh partikel bermuatan yang disebutkan di atas akan mulai bergerak.
Pengetahuan pertama tentang listrik, berabad-abad yang lalu, berkaitan dengan “muatan” listrik yang dihasilkan melalui gesekan. Di zaman kuno, orang tahu bahwa ambar, yang digosok dengan wol, memperoleh kemampuan untuk menarik benda-benda ringan. Namun baru pada akhir abad ke-16, dokter Inggris Gilbert mempelajari fenomena ini secara mendetail dan menemukan bahwa banyak zat lain yang memiliki sifat yang persis sama. Benda-benda yang seperti ambar, setelah digosok, dapat menarik benda-benda ringan, disebutnya dialiri arus listrik. Kata ini berasal dari bahasa Yunani elektron - "amber". Saat ini, kita mengatakan bahwa benda-benda dalam keadaan ini mempunyai muatan listrik, dan benda-benda itu sendiri disebut “bermuatan”.
Muatan listrik selalu timbul ketika berbagai zat bersentuhan erat. Jika benda-benda tersebut padat, maka kontak dekatnya dicegah oleh tonjolan mikroskopis dan ketidakteraturan yang ada pada permukaannya. Dengan menekan benda-benda tersebut dan menggesekkannya satu sama lain, kita menyatukan permukaannya, yang tanpa tekanan hanya akan bersentuhan di beberapa titik. Pada beberapa benda, muatan listrik dapat bergerak bebas antar bagian yang berbeda, tetapi pada benda lain hal ini tidak mungkin. Dalam kasus pertama, benda disebut "konduktor", dan yang kedua - "dielektrik, atau isolator". Konduktor adalah semua logam, larutan garam dan asam, dll. Contoh isolator adalah amber, kuarsa, ebonit, dan semua gas yang ditemukan dalam kondisi normal.
Namun demikian, perlu dicatat bahwa pembagian benda menjadi konduktor dan dielektrik sangat bersyarat. Semua zat menghantarkan listrik pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil. Muatan listrik bersifat positif dan negatif. Arus seperti ini tidak akan bertahan lama, karena benda yang dialiri listrik akan kehabisan daya. Agar arus listrik tetap ada pada suatu penghantar, maka perlu dijaga medan listriknya. Untuk tujuan ini, sumber arus listrik digunakan. Kasus paling sederhana terjadinya arus listrik adalah ketika salah satu ujung kawat dihubungkan ke benda yang dialiri arus listrik, dan ujung lainnya ke tanah.
Sirkuit listrik yang menyuplai arus ke bola lampu dan motor listrik baru muncul pada penemuan baterai, yang dimulai sekitar tahun 1800. Setelah itu, perkembangan doktrin kelistrikan berjalan begitu cepat sehingga dalam waktu kurang dari satu abad doktrin tersebut tidak hanya menjadi bagian dari fisika, tetapi menjadi dasar peradaban kelistrikan baru.
Besaran dasar arus listrik
Jumlah listrik dan arus. Pengaruh arus listrik bisa kuat atau lemah. Kuatnya arus listrik bergantung pada banyaknya muatan yang mengalir melalui rangkaian dalam satuan waktu tertentu. Semakin banyak elektron yang berpindah dari satu kutub sumber ke kutub lainnya, maka semakin besar pula muatan total yang dipindahkan oleh elektron tersebut. Muatan bersih ini disebut jumlah listrik yang melewati suatu konduktor.
Secara khusus, efek kimia arus listrik bergantung pada jumlah listrik, yaitu semakin besar muatan yang melewati larutan elektrolit, semakin banyak zat yang akan diendapkan pada katoda dan anoda. Dalam hal ini, besarnya listrik dapat dihitung dengan menimbang massa suatu zat yang diendapkan pada elektroda dan mengetahui massa serta muatan salah satu ion zat tersebut.
Kuat arus adalah besaran yang sama dengan perbandingan muatan listrik yang melewati penampang suatu penghantar dengan waktu mengalirnya. Satuan muatan adalah coulomb (C), waktu diukur dalam detik (s). Dalam hal ini, satuan arus dinyatakan dalam C/s. Satuan ini disebut ampere (A). Untuk mengukur arus dalam suatu rangkaian, digunakan alat ukur listrik yang disebut amperemeter. Untuk dimasukkan dalam rangkaian, amperemeter dilengkapi dengan dua terminal. Itu dihubungkan secara seri ke sirkuit.
Tegangan listrik. Kita telah mengetahui bahwa arus listrik adalah pergerakan teratur partikel bermuatan – elektron. Gerakan ini terjadi dengan menggunakan medan listrik, yang menghasilkan sejumlah kerja tertentu. Fenomena ini disebut kerja arus listrik. Untuk memindahkan lebih banyak muatan melalui suatu rangkaian listrik dalam waktu 1 s, medan listrik harus melakukan lebih banyak usaha. Berdasarkan hal tersebut, ternyata kerja arus listrik seharusnya bergantung pada kuat arusnya. Tetapi ada nilai lain yang menjadi sandaran kerja arus. Besaran ini disebut tegangan.
Tegangan adalah perbandingan kerja yang dilakukan oleh arus pada suatu bagian tertentu dari suatu rangkaian listrik dengan muatan yang mengalir melalui bagian yang sama dari rangkaian tersebut. Usaha saat ini diukur dalam joule (J), muatan - dalam coulomb (C). Dalam hal ini, satuan pengukuran tegangan akan menjadi 1 J/C. Satuan ini disebut volt (V).
Agar dapat timbul tegangan pada suatu rangkaian listrik maka diperlukan sumber arus. Ketika rangkaian terbuka, tegangan hanya ada pada terminal sumber arus. Jika sumber arus ini disertakan dalam rangkaian, tegangan juga akan timbul pada masing-masing bagian rangkaian. Dalam hal ini, arus akan muncul di sirkuit. Artinya, kita dapat mengatakan secara singkat sebagai berikut: jika tidak ada tegangan pada rangkaian, maka tidak ada arus. Untuk mengukur tegangan, digunakan alat ukur listrik yang disebut voltmeter. Tampilannya mirip dengan amperemeter yang telah disebutkan sebelumnya, yang membedakan hanya huruf V yang tertulis pada skala voltmeter (bukan A pada amperemeter). Voltmeter memiliki dua terminal, yang dihubungkan secara paralel dengan rangkaian listrik.
Hambatan listrik. Setelah menghubungkan berbagai konduktor dan ammeter ke rangkaian listrik, Anda dapat melihat bahwa ketika menggunakan konduktor yang berbeda, ammeter memberikan pembacaan yang berbeda, yaitu dalam hal ini, kuat arus yang tersedia dalam rangkaian listrik berbeda. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa konduktor yang berbeda memiliki hambatan listrik yang berbeda, yang merupakan besaran fisika. Itu dinamai Ohm untuk menghormati fisikawan Jerman. Biasanya, satuan yang lebih besar digunakan dalam fisika: kilo-ohm, mega-ohm, dll. Resistansi suatu konduktor biasanya dilambangkan dengan huruf R, panjang konduktor adalah L, dan luas penampang adalah S .Dalam hal ini, hambatannya dapat dituliskan sebagai rumus:
dimana koefisien p disebut resistivitas. Koefisien ini menyatakan hambatan suatu penghantar yang panjangnya 1 m dengan luas penampang 1 m2. Resistansi spesifik dinyatakan dalam Ohm x m. Karena kabel biasanya memiliki penampang yang agak kecil, luasnya biasanya dinyatakan dalam milimeter persegi. Dalam hal ini, satuan resistivitas adalah Ohm x mm2/m. Pada tabel di bawah ini. Gambar 1 menunjukkan resistivitas beberapa material.
|
Tabel 1. Resistivitas listrik beberapa material |
|||
|
Bahan |
p, Ohm x m2/m |
Bahan |
p, Ohm x m2/m |
|
Paduan platina-iridium |
|||
|
Logam atau paduan |
|||
|
Manganin (paduan) |
|||
|
Aluminium |
Konstantan (paduan) |
||
|
Tungsten |
|||
|
Nikrom (paduan) |
|||
|
Nikelin (paduan) |
Fechral (paduan) |
||
|
Kromel (paduan) |
|||
Menurut tabel. 1 menjadi jelas bahwa tembaga memiliki resistivitas listrik paling rendah, dan paduan logam memiliki resistivitas listrik tertinggi. Selain itu, dielektrik (isolator) memiliki resistivitas yang tinggi.
Kapasitas listrik. Kita telah mengetahui bahwa dua konduktor yang diisolasi satu sama lain dapat mengakumulasi muatan listrik. Fenomena ini ditandai dengan besaran fisik yang disebut kapasitansi listrik. Kapasitansi listrik dua penghantar tidak lebih dari perbandingan muatan salah satunya dengan beda potensial antara penghantar ini dan penghantar tetangga. Semakin rendah tegangan ketika konduktor menerima muatan, semakin besar kapasitasnya. Satuan kapasitansi listrik adalah farad (F). Dalam praktiknya, pecahan satuan ini digunakan: mikrofarad (μF) dan pikofarad (pF).
Iklan Yandex.DirectAllApartemen untuk sewa harian Kazan! Apartemen mulai 1000 gosok. sehari-hari. Hotel mini. Dokumen pelaporan16.forguest.ru Apartemen untuk disewa harian di Kazan Apartemen nyaman di semua distrik Kazan. Sewa apartemen harian cepat.fatyr.ru Peramban Yandex baru! Bookmark yang nyaman dan perlindungan yang andal. Peramban untuk penjelajahan yang menyenangkan di Internet!browser.yandex.ru 0+
Jika Anda mengambil dua konduktor yang diisolasi satu sama lain dan menempatkannya pada jarak yang dekat satu sama lain, Anda akan mendapatkan kapasitor. Kapasitansi kapasitor bergantung pada ketebalan pelatnya dan ketebalan dielektrik serta permeabilitasnya. Dengan mengurangi ketebalan dielektrik antara pelat kapasitor, kapasitansi kapasitor dapat ditingkatkan secara signifikan. Pada semua kapasitor, selain kapasitasnya, tegangan yang dirancang untuk perangkat ini harus ditunjukkan.
Kerja dan daya arus listrik. Dari penjelasan di atas jelas bahwa arus listrik melakukan suatu usaha. Ketika motor listrik dihubungkan, arus listrik membuat semua jenis peralatan bekerja, menggerakkan kereta api di sepanjang rel, menerangi jalan, memanaskan rumah, dan juga menghasilkan efek kimia, yaitu memungkinkan elektrolisis, dll. Kita dapat mengatakan bahwa usaha yang dilakukan dengan arus pada bagian tertentu dari rangkaian sama dengan produk arus, tegangan dan waktu selama pekerjaan dilakukan. Usaha diukur dalam joule, tegangan dalam volt, arus dalam ampere, waktu dalam detik. Dalam hal ini, 1 J = 1B x 1A x 1s. Dari sini ternyata untuk mengukur kerja arus listrik harus digunakan tiga alat sekaligus: amperemeter, voltmeter, dan jam. Namun hal ini rumit dan tidak efektif. Oleh karena itu, biasanya kerja arus listrik diukur dengan meteran listrik. Perangkat ini berisi semua perangkat di atas.
Kekuatan arus listrik sama dengan perbandingan kerja arus dengan waktu pelaksanaannya. Daya dilambangkan dengan huruf “P” dan dinyatakan dalam watt (W). Dalam prakteknya digunakan kilowatt, megawatt, hektowatt, dll.Untuk mengukur daya suatu rangkaian, Anda perlu mengambil wattmeter. Insinyur kelistrikan menyatakan kerja arus dalam kilowatt-jam (kWh).
Hukum dasar arus listrik
Hukum Ohm. Tegangan dan arus dianggap sebagai karakteristik rangkaian listrik yang paling berguna. Salah satu ciri utama penggunaan listrik adalah transportasi energi yang cepat dari satu tempat ke tempat lain dan transfernya ke konsumen dalam bentuk yang diperlukan. Hasil kali beda potensial dan arus menghasilkan daya, yaitu jumlah energi yang dilepaskan dalam rangkaian per satuan waktu. Seperti disebutkan di atas, untuk mengukur daya pada suatu rangkaian listrik diperlukan 3 alat. Apakah mungkin untuk bertahan hanya dengan satu dan menghitung daya dari pembacaannya dan beberapa karakteristik rangkaian, seperti resistansinya? Banyak orang menyukai ide ini dan menganggapnya membuahkan hasil.
Jadi berapa hambatan suatu kawat atau rangkaian secara keseluruhan? Apakah kawat, seperti pipa air atau pipa sistem vakum, mempunyai sifat permanen yang disebut hambatan? Misalnya pada pipa, perbandingan perbedaan tekanan yang menghasilkan aliran dibagi dengan laju aliran biasanya merupakan karakteristik pipa yang konstan. Demikian pula, aliran panas dalam kawat diatur oleh hubungan sederhana yang melibatkan perbedaan suhu, luas penampang kawat, dan panjangnya. Penemuan hubungan seperti itu pada rangkaian listrik adalah hasil pencarian yang berhasil.
Pada tahun 1820-an, guru sekolah Jerman Georg Ohm adalah orang pertama yang mulai mencari hubungan di atas. Pertama-tama, dia berjuang untuk ketenaran dan ketenaran, yang memungkinkan dia untuk mengajar di universitas. Itu sebabnya ia memilih bidang penelitian yang menjanjikan keunggulan khusus.
Om adalah anak seorang mekanik, jadi dia tahu cara menggambar kawat logam dengan ketebalan berbeda, yang dia perlukan untuk eksperimen. Karena tidak mungkin membeli kawat yang sesuai pada masa itu, Om membuatnya sendiri. Selama eksperimennya, ia mencoba berbagai panjang, ketebalan berbeda, logam berbeda, dan bahkan suhu berbeda. Dia memvariasikan semua faktor ini satu per satu. Pada masa Ohm, baterai masih lemah dan menghasilkan arus yang tidak konsisten. Dalam hal ini peneliti menggunakan termokopel sebagai generator yang sambungan panasnya ditempatkan pada nyala api. Selain itu, ia menggunakan ammeter magnetik kasar, dan mengukur perbedaan potensial (Ohm menyebutnya “tegangan”) dengan mengubah suhu atau jumlah sambungan termal.
Ilmu yang mempelajari rangkaian listrik baru saja mulai berkembang. Setelah baterai ditemukan sekitar tahun 1800, baterai mulai berkembang lebih cepat. Berbagai perangkat dirancang dan diproduksi (seringkali dengan tangan), undang-undang baru ditemukan, konsep dan istilah muncul, dll. Semua ini mengarah pada pemahaman yang lebih dalam tentang fenomena dan faktor kelistrikan.
Pemutakhiran pengetahuan tentang ketenagalistrikan di satu sisi menjadi penyebab munculnya bidang baru ilmu fisika, di sisi lain menjadi landasan pesatnya perkembangan ilmu kelistrikan yaitu baterai, genset, sistem penyediaan tenaga listrik untuk penerangan. dan penggerak listrik, tungku listrik, motor listrik, dll. ditemukan, lainnya.
Penemuan Ohm sangat penting baik bagi perkembangan studi kelistrikan maupun bagi pengembangan teknik elektro terapan. Mereka memungkinkan untuk dengan mudah memprediksi sifat-sifat rangkaian listrik untuk arus searah, dan selanjutnya untuk arus bolak-balik. Pada tahun 1826, Ohm menerbitkan sebuah buku di mana ia menguraikan kesimpulan teoritis dan hasil eksperimen. Namun harapannya tidak dibenarkan, buku itu disambut dengan ejekan. Hal ini terjadi karena metode eksperimen kasar terkesan tidak menarik di era yang banyak peminatnya pada filsafat.
Dia tidak punya pilihan selain meninggalkan posisinya sebagai pengajar. Dia tidak berhasil diangkat ke universitas karena alasan yang sama. Selama 6 tahun, ilmuwan tersebut hidup dalam kemiskinan, tanpa keyakinan akan masa depan, mengalami perasaan kecewa yang pahit.
Namun lambat laun karyanya mendapat ketenaran, pertama di luar Jerman. Om dihormati di luar negeri dan mendapat manfaat dari penelitiannya. Dalam hal ini, rekan senegaranya terpaksa mengakui dia di tanah airnya. Pada tahun 1849 ia menerima jabatan profesor di Universitas Munich.
Ohm menemukan hukum sederhana yang menetapkan hubungan antara arus dan tegangan untuk seutas kawat (untuk sebagian rangkaian, untuk keseluruhan rangkaian). Selain itu, ia menyusun aturan yang memungkinkan Anda menentukan apa yang akan berubah jika Anda mengambil kawat dengan ukuran berbeda. Hukum Ohm dirumuskan sebagai berikut: kuat arus pada suatu bagian suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangan pada bagian tersebut dan berbanding terbalik dengan hambatan pada bagian tersebut.
hukum Joule-Lenz. Arus listrik di bagian mana pun dari rangkaian melakukan beberapa pekerjaan. Sebagai contoh, mari kita ambil bagian mana pun dari rangkaian yang di antara ujung-ujungnya terdapat tegangan (U). Menurut definisi tegangan listrik, usaha yang dilakukan ketika memindahkan satuan muatan antara dua titik adalah sama dengan U. Jika kuat arus pada suatu bagian rangkaian tertentu sama dengan i, maka dalam waktu t muatan tersebut akan lewat, dan maka usaha arus listrik pada bagian ini adalah:
Ungkapan ini berlaku untuk arus searah dalam hal apa pun, untuk setiap bagian rangkaian, yang mungkin berisi konduktor, motor listrik, dll. Daya arus, yaitu kerja per satuan waktu, sama dengan:
Rumus ini digunakan dalam sistem SI untuk menentukan satuan tegangan.
Mari kita asumsikan bahwa bagian rangkaian adalah konduktor stasioner. Dalam hal ini, semua pekerjaan akan berubah menjadi panas, yang akan dilepaskan dalam konduktor ini. Jika konduktornya homogen dan mematuhi hukum Ohm (mencakup semua logam dan elektrolit), maka:
di mana r adalah resistansi konduktor. Pada kasus ini:
Hukum ini pertama kali diturunkan secara eksperimental oleh E. Lenz dan, secara independen, oleh Joule.
Perlu dicatat bahwa konduktor pemanas memiliki banyak penerapan dalam teknologi. Yang paling umum dan penting di antaranya adalah lampu pijar.
Hukum Induksi Elektromagnetik. Pada paruh pertama abad ke-19, fisikawan Inggris M. Faraday menemukan fenomena induksi magnet. Fakta ini, yang telah menjadi milik banyak peneliti, memberikan dorongan yang kuat bagi perkembangan teknik elektro dan radio.
Dalam percobaannya, Faraday menemukan bahwa ketika jumlah garis induksi magnet yang menembus permukaan yang dibatasi oleh loop tertutup berubah, timbul arus listrik di dalamnya. Ini mungkin dasar dari hukum fisika yang paling penting - hukum induksi elektromagnetik. Arus yang terjadi pada rangkaian disebut induksi. Karena kenyataan bahwa arus listrik timbul dalam suatu rangkaian hanya ketika muatan bebas terkena gaya luar, maka dengan perubahan fluks magnet yang melewati permukaan suatu rangkaian tertutup, gaya-gaya luar yang sama ini muncul di dalamnya. Aksi gaya luar dalam fisika disebut gaya gerak listrik atau ggl induksi.
Induksi elektromagnetik juga muncul pada konduktor terbuka. Ketika sebuah konduktor melintasi garis gaya magnet, tegangan muncul di ujungnya. Alasan munculnya tegangan tersebut adalah ggl induksi. Jika fluks magnet yang melewati loop tertutup tidak berubah, maka tidak ada arus induksi yang muncul.
Dengan menggunakan konsep “ggl induksi”, kita dapat membahas hukum induksi elektromagnetik, yaitu ggl induksi dalam rangkaian tertutup sama besarnya dengan laju perubahan fluks magnet yang melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian tersebut.
aturan Lenz. Seperti yang telah kita ketahui, arus induksi timbul pada suatu penghantar. Tergantung pada kondisi kemunculannya, ia memiliki arah yang berbeda. Pada kesempatan ini, fisikawan Rusia Lenz merumuskan aturan berikut: arus induksi yang timbul pada rangkaian tertutup selalu mempunyai arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang ditimbulkannya tidak memungkinkan fluks magnet berubah. Semua ini menyebabkan terjadinya arus induksi.
Arus induksi, seperti arus lainnya, memiliki energi. Artinya jika terjadi arus induksi maka timbul energi listrik. Menurut hukum kekekalan dan transformasi energi, energi tersebut di atas hanya dapat timbul karena banyaknya energi dari beberapa jenis energi lain. Dengan demikian, aturan Lenz sepenuhnya sesuai dengan hukum kekekalan dan transformasi energi.
Selain induksi, apa yang disebut induksi diri juga dapat muncul pada kumparan. Esensinya adalah sebagai berikut. Jika timbul arus pada kumparan atau kekuatannya berubah, maka muncullah medan magnet yang berubah. Dan jika fluks magnet yang melewati kumparan berubah, maka timbul gaya gerak listrik di dalamnya, yang disebut ggl induksi diri.
Menurut aturan Lenz, ggl induktif diri ketika rangkaian ditutup mengganggu kekuatan arus dan mencegahnya meningkat. Ketika rangkaian dimatikan, ggl induktif sendiri mengurangi kekuatan arus. Jika kuat arus dalam kumparan mencapai nilai tertentu, medan magnet berhenti berubah dan ggl induksi diri menjadi nol.
Artikel ini menunjukkan bahwa dalam fisika modern gagasan tentang arus listrik bersifat mitologis dan tidak memiliki bukti interpretasi modernnya.
Dari sudut pandang eterodinamika, konsep arus listrik sebagai aliran gas foton dan syarat keberadaannya dapat dibuktikan.
Perkenalan. Dalam sejarah ilmu pengetahuan, abad ke-19 disebut sebagai abad kelistrikan. Abad ke-19 yang menakjubkan, yang meletakkan dasar bagi revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi yang mengubah dunia, dimulai dengan sel galvanik - baterai pertama, sumber arus kimia (kolom volta) dan penemuan arus listrik. Penelitian arus listrik dilakukan secara besar-besaran pada tahun-tahun awal abad ke-19. memberikan dorongan terhadap penetrasi listrik ke segala bidang kehidupan manusia. Kehidupan modern tidak terpikirkan tanpa radio dan televisi, telepon, telepon pintar dan komputer, segala jenis alat penerangan dan pemanas, mesin dan perangkat yang didasarkan pada kemungkinan penggunaan arus listrik.
Namun meluasnya penggunaan listrik sejak hari-hari pertama ditemukannya arus listrik sangat bertentangan dengan pembenaran teoritisnya. Baik abad ke-19 maupun fisika modern tidak dapat menjawab pertanyaan: apakah arus listrik itu? Misalnya saja pernyataan dari Encyclopedia Britannica berikut ini:
“Pertanyaan: “Apa itu listrik?”, seperti pertanyaan: “Apa itu materi?”, berada di luar lingkup fisika dan termasuk dalam lingkup metafisika.”
Eksperimen pertama yang diketahui secara luas dengan arus listrik dilakukan oleh fisikawan Italia Galvani pada akhir abad ke-18. Fisikawan Italia lainnya, Volta, menciptakan perangkat pertama yang mampu menghasilkan arus listrik jangka panjang - sel galvanik. Volta menunjukkan bahwa kontak logam-logam yang berbeda menyebabkan mereka menjadi keadaan listrik dan bahwa dari penambahan cairan yang menghantarkan listrik, aliran listrik langsung terbentuk. Arus yang dihasilkan dalam hal ini disebut arus galvanik dan fenomena itu sendiri disebut galvanisme. Sedangkan arus dalam pandangan Volta adalah pergerakan fluida – fluida listrik.
Pergeseran signifikan dalam pemahaman esensi arus listrik telah terjadi
M.Faraday. Ia membuktikan identitas jenis listrik tertentu yang berasal dari sumber berbeda. Karya yang paling penting adalah eksperimen elektrolisis. Penemuan ini diambil sebagai salah satu bukti bahwa listrik yang bergerak sebenarnya identik dengan listrik yang disebabkan oleh gesekan, yaitu listrik statis. Serangkaian eksperimen cerdiknya tentang elektrolisis berfungsi sebagai konfirmasi yang meyakinkan atas gagasan tersebut, yang intinya adalah sebagai berikut: jika suatu zat pada dasarnya memiliki struktur atom, maka dalam proses elektrolisis setiap atom menerima sejumlah listrik tertentu. .
Pada tahun 1874, fisikawan Irlandia J. Stoney (Stoney) memberikan ceramah di Belfast di mana ia menggunakan hukum elektrolisis Faraday sebagai dasar teori atom listrik. Berdasarkan besarnya muatan total yang melewati elektrolit dan perkiraan kasar jumlah atom hidrogen yang dilepaskan di katoda, Stoney memperoleh muatan dasar sejumlah orde 10 -20 C (dalam satuan modern). Laporan ini belum sepenuhnya dipublikasikan sampai tahun 1881, ketika seorang ilmuwan Jerman
G. Helmholtz mencatat dalam salah satu kuliahnya di London bahwa jika seseorang menerima hipotesis struktur atom suatu unsur, maka mau tidak mau kita akan sampai pada kesimpulan bahwa listrik juga terbagi menjadi bagian-bagian dasar atau “atom-atom listrik”. Kesimpulan Helmholtz ini pada dasarnya mengikuti hasil elektrolisis Faraday dan mengingatkan pada pernyataan Faraday sendiri. Studi Faraday tentang elektrolisis memainkan peran mendasar dalam pengembangan teori elektronik.
Pada tahun 1891, Stoney, yang mendukung gagasan bahwa hukum elektrolisis Faraday berarti keberadaan satuan muatan alami, menciptakan istilah "elektron".
Namun, istilah elektron yang diperkenalkan oleh Stone segera kehilangan esensi aslinya. Pada tahun 1892 H. Lorentz membentuk teorinya sendiri tentang elektron. Menurutnya, listrik muncul dari pergerakan partikel kecil bermuatan – elektron positif dan negatif.
Pada akhir abad ke-19. Teori konduktivitas elektronik mulai berkembang. Awal mula teori ini diberikan pada tahun 1900 oleh fisikawan Jerman Paul Drude. Teori Drude dimasukkan dalam mata kuliah fisika dengan nama teori klasik konduktivitas listrik logam. Dalam teori ini, elektron diibaratkan sebagai atom gas ideal yang mengisi kisi kristal suatu logam, dan arus listrik direpresentasikan sebagai aliran gas elektron tersebut.
Setelah pemaparan model atom Rutherford, dilakukan serangkaian pengukuran nilai muatan dasar pada tahun 20-an abad kedua puluh. Dalam fisika, gagasan arus listrik sebagai aliran elektron bebas, elemen struktural atom materi, akhirnya terbentuk.
Namun model elektron bebas ternyata tidak dapat dipertahankan dalam menjelaskan esensi arus listrik dalam elektrolit cair, gas, dan semikonduktor. Untuk mendukung teori arus listrik yang ada, pembawa muatan listrik baru diperkenalkan - ion dan lubang.
Berdasarkan uraian di atas, maka terbentuklah konsep final menurut standar modern dalam fisika modern: arus listrik adalah pergerakan terarah pembawa muatan listrik (elektron, ion, lubang, dll).
Arah arus listrik dianggap sebagai arah pergerakan muatan positif; jika arus dihasilkan oleh partikel bermuatan negatif (misalnya elektron), maka arah arus dianggap berlawanan dengan pergerakan partikel.
Arus listrik disebut konstan jika kuat arus dan arahnya tidak berubah seiring waktu. Untuk terjadinya dan terpeliharanya arus dalam medium apa pun, dua syarat harus dipenuhi: - adanya muatan listrik bebas dalam medium; — penciptaan medan listrik di medium.
Namun representasi arus listrik ini ternyata tidak dapat dipertahankan dalam menggambarkan fenomena superkonduktivitas. Selain itu, ternyata banyak kontradiksi dalam representasi arus listrik saat menggambarkan fungsi hampir semua jenis perangkat elektronik. Kebutuhan untuk menafsirkan konsep arus listrik dalam kondisi yang berbeda dan pada berbagai jenis perangkat elektronik, di satu sisi, serta kurangnya pemahaman tentang esensi arus listrik, di sisi lain, memaksa fisika modern untuk menjadikan elektron sebagai elektron. , pembawa muatan listrik, “figaro” (“gratis”, “cepat”, “tersingkir”, “memancarkan”, “pengereman”, “relativistik”, “foto”, “termo”, dll.), yang akhirnya memunculkan pertanyaan “ apa itu arus listrik? ke jalan buntu.
Pentingnya konsep teoritis arus listrik dalam kondisi modern telah berkembang secara signifikan tidak hanya karena meluasnya penggunaan listrik dalam kehidupan manusia, tetapi juga karena tingginya biaya dan kelayakan teknis, misalnya megaproyek ilmiah yang dilaksanakan oleh semua negara maju. dunia, di mana konsep arus listrik memegang peranan penting.
Konsep dinamis halus yang mewakili arus listrik. Dari definisi di atas dapat disimpulkan bahwa arus listrik adalah gerak yang terarah pembawa muatan listrik. Jelasnya, pengungkapan hakikat fisis arus listrik terletak pada penyelesaian masalah hakikat fisis muatan listrik dan apa pembawa muatan tersebut.
Permasalahan hakikat fisika muatan listrik merupakan permasalahan yang belum terpecahkan, baik oleh fisika klasik maupun fisika kuantum modern sepanjang sejarah perkembangan kelistrikan. Pemecahan masalah ini ternyata hanya mungkin dilakukan dengan menggunakan metodologi eterodinamika, sebuah konsep baru dalam fisika abad ke-21.
Menurut definisi eterodinamik: muatan listrik adalah ukuran pergerakan aliran eter... . Muatan listrik adalah sifat yang melekat pada semua partikel elementer dan tidak lebih. Muatan listrik merupakan besaran yang mempunyai tanda pasti, yaitu selalu positif.
Dari esensi fisik muatan listrik yang ditunjukkan, maka definisi arus listrik di atas salah dalam hal fakta bahwa ion, lubang, dll. tidak dapat menjadi penyebab timbulnya arus listrik karena mereka bukan pembawa muatan listrik, karena mereka bukan merupakan elemen tingkat organisasi materi fisik - partikel elementer (menurut definisi).
Elektron, sebagai partikel elementer, mempunyai muatan listrik, namun menurut definisi: adalah salah satu unit struktural dasar materi, bentukcangkang elektronik atom , struktur yang menentukan sebagian besar optik, listrik, magnet, mekanik dansifat kimia zat, tidak dapat menjadi pembawa muatan listrik bergerak (gratis). Elektron bebas adalah mitos yang diciptakan oleh fisika modern untuk menafsirkan konsep arus listrik, yang tidak memiliki bukti praktis atau teoritis. Jelaslah bahwa segera setelah elektron “bebas” meninggalkan atom suatu zat, membentuk arus listrik, perubahan sifat fisik dan kimia zat tersebut (menurut definisi) pasti terjadi, yang tidak diamati di alam. . Asumsi ini diperkuat oleh eksperimen fisikawan Jerman Karl Viktor Eduard Rikke: “aliran arus melalui logam (konduktor jenis pertama) tidak disertai dengan perubahan kimia di dalamnya.” Saat ini, ketergantungan sifat fisikokimia suatu zat pada keberadaan elektron tertentu dalam atom suatu zat telah dipelajari dengan baik dan dikonfirmasi secara eksperimental, misalnya dalam karya.
Ada juga referensi eksperimen yang dilakukan pertama kali pada tahun 1912 oleh L. I. Mandelstam dan N. D. Papaleksi, tetapi tidak dipublikasikan oleh mereka. Empat tahun kemudian (1916), R. C. Tolman dan T. D. Stewart mempublikasikan hasil eksperimennya yang ternyata mirip dengan eksperimen Mandelstam dan Papaleksi. Dalam fisika modern, eksperimen ini berfungsi sebagai konfirmasi langsung bahwa elektron bebas harus dianggap sebagai pembawa listrik dalam suatu logam.
Untuk memahami kesalahan percobaan ini, cukup dengan memperhatikan diagram dan metodologi percobaan, di mana kumparan induktansi digunakan sebagai konduktor, yang berputar pada porosnya dan berhenti tiba-tiba. Kumparan dihubungkan menggunakan kontak geser ke galvanometer, yang mencatat terjadinya ggl inersia. Faktanya, kita dapat mengatakan bahwa dalam percobaan ini peran gaya luar yang menciptakan EMF dimainkan oleh gaya inersia, yaitu. jika ada pembawa muatan bebas bermassa di dalam logam, maka Mereka harus patuhhukum inersia . Penyataan " Mereka harus patuhhukum inersia ” keliru dalam arti bahwa, menurut pendekatan level terhadap organisasi materi fisik, elektron, sebagai elemen pada level “partikel elementer”, hanya mematuhi hukum dinamika elektro dan gas, yaitu hukum mekanika (Newton) tidak berlaku untuk mereka.
Untuk membuat asumsi ini meyakinkan, mari kita pertimbangkan masalah terkenal 3.1: hitung rasio gaya interaksi elektrostatis (Fe) dan gravitasi (Fgr) antara dua elektron dan antara dua proton.
Penyelesaian: untuk elektron Fe / Fgr = 4·10 42, untuk proton Fe / Fgr = 1.24·10 36, mis. pengaruh gaya gravitasi sangat kecil sehingga tidak perlu diperhitungkan. Pernyataan ini juga berlaku untuk gaya inersia.
Artinya ekspresi ggl (diusulkan oleh R.C. Tolman dan T.D. Stewart), berdasarkan definisinya dalam kaitannya dengan gaya luar Ftoko, yang bekerja atas muatan di dalam konduktor yang mengalami pengereman:
ε = 1/e ∫F toko∙dl,
salah dalam rumusannya, karena faktanya Ftoko → 0.
Namun, sebagai hasil percobaan, terjadi penyimpangan jangka pendek pada jarum galvanometer, yang memerlukan penjelasan. Untuk memahami proses ini, Anda harus memperhatikan galvanometer itu sendiri, yang disebut galvanometer balistik. Petunjuk penggunaannya memiliki opsi ini.
Galvanometer balistik dapat digunakan sebagai webermeter (yaitu, mengukur fluks magnet melalui konduktor tertutup, misalnya kumparan), untuk melakukan ini, kumparan induktif dihubungkan ke kontak galvanometer balistik, yang ditempatkan dalam medan magnet. . Jika setelah itu kumparan dikeluarkan secara tajam dari medan magnet atau diputar sehingga sumbu kumparan tegak lurus terhadap garis medan, maka Anda dapat mengukur muatan yang melewati kumparan akibat induksi elektromagnetik, karena perubahan fluks magnet sebanding dengan muatan yang melewatinya; dengan mengkalibrasi galvanometer yang sesuai, perubahan fluks di Weber dapat ditentukan.
Dari penjelasan di atas terlihat jelas bahwa penggunaan galvanometer balistik sebagai webermeter sesuai dengan metode percobaan R. C. Tolman dan T. D. Stewart dalam mengamati arus inersia pada logam. Pertanyaannya tetap terbuka tentang sumber medan magnet, yang misalnya adalah medan magnet bumi. Pengaruh medan magnet luar tidak diperhitungkan atau dipelajari oleh R. C. Tolman dan T. D. Stewart, yang menyebabkan mitologisasi hasil percobaan.
Hakikat arus listrik. Dari uraian di atas maka jawaban dari pertanyaan apakah yang dimaksud dengan arus listrik? juga merupakan solusi terhadap masalah pembawa muatan listrik. Berdasarkan konsep masalah yang ada, dapat dirumuskan beberapa persyaratan yang harus dipenuhi oleh pembawa muatan listrik. Yaitu: pembawa muatan listrik harus berupa partikel elementer; pembawa muatan listrik harus berupa elemen bebas dan berumur panjang; Pembawa muatan listrik tidak boleh merusak struktur atom suatu zat.
Analisis sederhana terhadap fakta-fakta yang ada memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa persyaratan di atas hanya dipenuhi oleh satu elemen dari tingkat materi fisik "partikel elementer": partikel elementer - foton.
Kombinasi foton dengan medium (eter) di mana foton berada membentuk gas foton.
Dengan mempertimbangkan esensi fisik foton dan informasi di atas, kami dapat memberikan definisi berikut:
Arus listrik adalah aliran gas foton yang dirancang untuk mentransfer energi.
Untuk memahami mekanisme pergerakan arus listrik, perhatikan model transportasi gas metana yang terkenal. Sederhananya, ini mencakup pipa utama yang mengalirkan gas metana dari ladang gas ke tempat konsumsi. Untuk memindahkan gas metana melalui pipa utama harus dipenuhi syarat sebagai berikut: tekanan gas metana di awal pipa harus lebih besar dari tekanan gas metana di ujungnya.
Dengan analogi pengangkutan gas metana, mari kita perhatikan diagram pergerakan arus listrik, yang terdiri dari sebuah baterai (sumber arus listrik) yang memiliki dua kontak “+” dan “-” serta sebuah konduktor. Jika kita menghubungkan konduktor logam ke kontak baterai, kita mendapatkan model pergerakan arus listrik, mirip dengan pengangkutan gas metana.
Syarat adanya arus listrik pada suatu penghantar, jika dianalogikan dengan model pengangkutan gas metana, adalah adanya: sumber (gas) yang bertekanan tinggi, yaitu sumber pembawa muatan listrik konsentrasi tinggi; pipa - konduktor; konsumen gas, yaitu unsur yang memberikan penurunan tekanan gas, yaitu unsur (drain) yang memberikan penurunan konsentrasi pembawa muatan listrik.
Perbedaan antara rangkaian listrik dan gas, hidro, dll adalah bahwa sumber dan saluran pembuangan secara struktural diimplementasikan dalam satu unit (sumber arus kimia - baterai, generator listrik, dll). Mekanisme aliran arus listrik adalah sebagai berikut: setelah penghantar dihubungkan dengan baterai, misalnya sumber arus kimia, terjadi reaksi reduksi kimia pada daerah kontak “+” (anoda), yang menghasilkan foton. dihasilkan, yaitu zona peningkatan konsentrasi pembawa muatan listrik terbentuk. Pada saat yang sama, di zona kontak "-" (katoda), di bawah pengaruh foton yang berada di zona ini sebagai akibat aliran melalui konduktor, terjadi reaksi oksidasi (konsumsi foton), yaitu zona kontak berkurangnya konsentrasi pembawa muatan listrik terbentuk. Pembawa muatan listrik (foton) berpindah dari zona konsentrasi tinggi (sumber) sepanjang konduktor ke zona konsentrasi rendah (sink). Jadi, gaya luar atau gaya gerak listrik (EMF) yang memberikan arus listrik pada rangkaian adalah perbedaan konsentrasi (tekanan) pembawa muatan listrik (foton), yang dihasilkan dari bekerjanya sumber arus kimia.
Keadaan ini sekali lagi menekankan validitas kesimpulan utama dinamika energi, yang menyatakan bahwa medan gaya (termasuk medan listrik) diciptakan bukan oleh massa, muatan, dan arus itu sendiri, tetapi oleh distribusinya yang tidak merata di ruang angkasa.
Berdasarkan pengertian arus listrik, absurditas percobaan R. C. Tolman dan T. D. Stewart dalam mengamati arus inersia pada logam terlihat jelas. Saat ini tidak ada metode untuk menghasilkan foton dengan mengubah kecepatan pergerakan mekanis benda makroskopis mana pun di alam.
Aspek menarik dari representasi arus listrik di atas adalah perbandingannya dengan representasi konsep “cahaya” yang dibahas dalam karya: cahaya adalah aliran gas foton... . Perbandingan ini memungkinkan kita untuk menyimpulkan: cahaya adalah arus listrik. Perbedaan konsep ini hanya terletak pada komposisi spektral foton yang membentuk cahaya atau arus listrik, misalnya pada konduktor logam. Untuk pemahaman yang lebih meyakinkan tentang keadaan ini, pertimbangkan rangkaian pembangkitan arus listrik menggunakan baterai surya. Aliran sinar matahari (foton dalam rentang tampak) dari sumber (matahari) mencapai baterai surya, yang mengubah aliran cahaya datang menjadi arus listrik (aliran foton), yang mengalir melalui konduktor logam ke konsumen (saluran pembuangan) . Dalam hal ini baterai surya berperan sebagai pengubah spektrum fluks foton yang dipancarkan matahari menjadi spektrum foton arus listrik pada suatu penghantar logam.
kesimpulan. Tidak ada bukti dalam fisika modern bahwa arus listrik adalah pergerakan elektron atau partikel lainnya yang terarah. Sebaliknya, gagasan modern tentang elektron, muatan listrik, dan eksperimen Riecke menunjukkan kekeliruan konsep arus listrik ini.
Pembenaran terhadap serangkaian persyaratan pembawa muatan listrik, dengan mempertimbangkan esensi eter-dinamisnya, memungkinkan untuk menetapkan bahwa arus listrik itu adalah aliran gas foton yang dirancang untuk mentransfer energi.
Pergerakan arus listrik dilakukan dari daerah dengan konsentrasi foton tinggi (sumber) ke daerah dengan konsentrasi foton rendah (drain).
Untuk menghasilkan dan memelihara arus dalam media apa pun, tiga kondisi harus dipenuhi: pemeliharaan (pembangkitan) konsentrasi foton yang tinggi di daerah sumber, keberadaan konduktor yang menjamin aliran foton, dan penciptaan foton. zona konsumsi di daerah saluran pembuangan.
Elektron Listrik.
Lyamin V.S. , Lyamin D.V. Lvov
Arus listrik adalah pergerakan teratur partikel bermuatan.2. Pada kondisi apa arus listrik timbul?
Arus listrik terjadi karena adanya muatan bebas, serta akibat aksi medan listrik luar. Untuk memperoleh medan listrik, cukup dengan menciptakan beda potensial antara dua titik penghantar.3. Mengapa pergerakan partikel bermuatan dalam suatu konduktor tanpa adanya medan listrik luar terjadi secara kacau?
Jika tidak ada medan listrik luar, maka tidak ada pula komponen kecepatan tambahan yang diarahkan sepanjang kuat medan listrik, artinya semua arah gerak partikel adalah sama.4. Apa perbedaan pergerakan partikel bermuatan dalam suatu konduktor jika ada dan adanya medan listrik luar?
Dengan tidak adanya medan listrik, pergerakan partikel bermuatan menjadi kacau, dan dengan adanya medan listrik, pergerakan partikel merupakan hasil dari gerakan kacau dan translasi.5. Bagaimana arah arus listrik dipilih? Ke arah manakah elektron bergerak dalam penghantar logam yang membawa arus listrik?
Arah arus listrik dianggap sebagai arah pergerakan partikel bermuatan positif. Dalam konduktor logam, elektron bergerak berlawanan arah dengan arah arus.ARUS LISTRIK
mengubah dari 22/10/2013 - ( )
Salah satu sifat materi yang ingin dijelaskan muncul dari interaksi antara materi dan partikel subatom, elektron. Properti ini dipahami sebagai arus listrik. Meskipun uraian ini sangat berbeda dengan pemahaman modern tentang apa itu elektron dan apa perannya dalam arus listrik, pada dasarnya konsep itu sendiri dapat dipahami hanya dengan membaca artikel ini. Untuk memahami lebih dalam materi yang disampaikan, disarankan agar Anda membaca volume pertama buku karya Dewey B. Larson "Struktur Alam Semesta Fisik", dan dasar artikel ini diambil dari volume kedua dari seri yang sama. Oleh karena itu, jika Anda mengambil jilid kedua, Anda akan menemukan materi ini di sana, tetapi dalam bentuk yang lebih luas, sehingga mempersulit pemahamannya. Artikel ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran umum tentang hakikat arus listrik, dan begitu Anda memahami hakikatnya, Anda akan memahami detailnya.
Maka, Larson menyadari bahwa Alam Semesta bukan sekadar struktur materi ruang-waktu, seperti yang umumnya diyakini dalam ilmu pengetahuan tradisional. Ia menemukan bahwa Alam Semesta adalah sebuah Gerakan di mana ruang dan waktu hanyalah dua aspek gerakan yang saling bergantung dan tidak ada, dan tidak memiliki arti lain. Alam semesta tempat kita hidup bukanlah alam semesta materi, melainkan alam semesta gerak, alam semesta yang realitas dasarnya adalah gerak, dan semua realitas dan fenomena fisik, termasuk materi, hanyalah manifestasi gerak, yang ada dalam tiga dimensi, dalam unit-unit terpisah dan dengan dua aspek yang saling bergantung - ruang dan waktu. Ruang disebut sektor material, waktu disebut sektor kosmik. Pergerakan itu sendiri dan kombinasinya dapat terjadi baik dalam ruang (perpindahan positif) dan dalam waktu (perpindahan negatif) atau secara bersamaan dalam keduanya, baik satu dimensi, dua dimensi, atau tiga dimensi. Selain itu, gerakan satu dimensi dapat dikorelasikan dengan fenomena listrik, gerakan dua dimensi dengan fenomena magnet, dan gerakan tiga dimensi dengan gravitasi. Berdasarkan hal ini, atom hanyalah suatu kombinasi gerakan. Radiasi adalah gerak, gravitasi adalah gerak, muatan listrik adalah gerak, dan seterusnya.
Jika Anda tidak mengerti apa pun, bacalah terlebih dahulu.
Sebagaimana dinyatakan dalam Volume 1, elektron adalah partikel unik. Ini adalah satu-satunya partikel yang dibangun berdasarkan rotasi material yang memiliki bias rotasi negatif yang efektif. Lebih dari satu unit putaran negatif akan melebihi satu unit putaran positif dari putaran dasar dan akan menghasilkan jumlah putaran keseluruhan yang negatif. Namun untuk elektron, putaran total yang dihasilkan adalah positif, meskipun mencakup satu satuan positif dan satu satuan negatif, karena satuan positif adalah dua dimensi dan satuan negatif adalah satu dimensi.
Jadi, pada dasarnya, elektron hanyalah satuan ruang yang berputar. Konsep ini cukup sulit dipahami oleh kebanyakan orang saat pertama kali menemukannya, karena bertentangan dengan gagasan tentang hakikat ruang yang kita peroleh melalui pemeriksaan yang panjang namun tidak kritis terhadap lingkungan sekitar kita. Namun, sejarah ilmu pengetahuan penuh dengan contoh-contoh di mana fenomena yang familiar dan agak unik ditemukan hanya pada salah satu anggota kelas umum, yang semua anggotanya mempunyai makna fisik yang sama. Contoh yang bagus adalah energi. Bagi para peneliti yang meletakkan dasar ilmu pengetahuan modern pada Abad Pertengahan, sifat benda yang bergerak untuk bertahan karena gerak disebut “kekuatan gerak”; Bagi kami, “energi kinetik” memiliki sifat yang unik. Gagasan bahwa, karena komposisi kimianya, tongkat kayu yang tidak bergerak mengandung “kekuatan gerak” yang setara dengan konsep unit ruang yang berputar bagi kebanyakan orang saat ini. Namun penemuan bahwa energi kinetik hanyalah salah satu bentuk energi secara umum membuka pintu bagi kemajuan signifikan dalam pemahaman fisika. Demikian pula, penemuan bahwa “ruang” pengalaman kita sehari-hari, ruang perluasan sebagaimana disebut dalam karya Larson, hanyalah salah satu manifestasi ruang secara keseluruhan membuka pintu untuk memahami banyak aspek alam semesta fisik, termasuk fenomena yang berkaitan dengan alam semesta. pergerakan elektron dalam suatu benda.
Dalam alam semesta gerak – alam semesta yang detailnya sedang kita kembangkan – ruang masuk ke dalam fenomena fisik hanya sebagai komponen gerak. Dan untuk sebagian besar tujuan, sifat spesifik ruang tidak relevan, seperti halnya jenis energi spesifik yang digunakan dalam suatu proses fisik biasanya tidak relevan dengan hasil dari proses tersebut. Oleh karena itu, status elektron sebagai unit ruang yang berputar memberinya peran khusus dalam aktivitas fisik alam semesta. Sekarang perlu dicatat bahwa elektron yang kita bahas tidak membawa muatan apa pun. Elektron adalah kombinasi dari dua gerakan: getaran dasar dan rotasi unit getar. Seperti yang akan kita lihat nanti, muatan listrik merupakan gerak tambahan yang dapat ditumpangkan pada kombinasi dua komponen. Perilaku elektron bermuatan akan dipertimbangkan setelah pekerjaan persiapan dilakukan. Sekarang kami prihatin elektron yang tidak bermuatan.
Sebagai satuan ruang, elektron tak bermuatan tidak dapat bergerak dalam ruang lanjutan, karena rasio ruang terhadap ruang tidak membentuk gerak (dari postulat Larson). Namun dalam kondisi tertentu ia dapat bergerak dalam materi biasa, karena materi merupakan gabungan gerak yang mempunyai perpindahan tetap, positif, atau sementara, dan hubungan ruang dan waktu merupakan gerak. Pandangan modern tentang pergerakan elektron dalam benda padat adalah bahwa elektron bergerak di ruang antar atom. Kemudian, hambatan terhadap aliran elektron dianggap serupa dengan gesekan. Penemuan kami adalah ini: elektron (satuan ruang) ada dalam materi dan bergerak dalam materi dengan cara yang sama seperti materi bergerak dalam ruang perluasan.
Arah pergerakan elektron dalam suatu zat akan didefinisikan sebagai arus listrik. Jika atom-atom suatu materi yang dilalui arus berada dalam keadaan diam relatif terhadap struktur agregat padat secara keseluruhan, maka pergerakan elektron (ruang) yang konstan dalam suatu materi mempunyai sifat umum yang sama dengan pergerakan materi dalam ruang. Ini mengikuti hukum pertama Newton (hukum inersia) dan dapat berlanjut tanpa batas waktu tanpa menambah energi. Situasi ini terjadi dalam fenomena yang dikenal sebagai superkonduktivitas, yang diamati secara eksperimental pada banyak zat pada suhu yang sangat rendah. Tetapi jika atom-atom suatu agregat material berada dalam gerak suhu aktif ( suhu adalah jenis gerakan satu dimensi), pergerakan elektron dalam materi menambah komponen spasial pergerakan suhu (yaitu, meningkatkan kecepatan) dan dengan demikian memasukkan energi (panas) ke dalam atom yang bergerak.
Besarnya arus diukur dengan jumlah elektron (satuan ruang) per satuan waktu. Satuan ruang per satuan waktu adalah definisi kecepatan, jadi arus listrik adalah kecepatan. Dari sudut pandang matematika, tidak menjadi masalah apakah massa bergerak dalam ruang ekstensi atau ruang bergerak dalam massa. Oleh karena itu, dalam menangani arus listrik kita berurusan dengan aspek mekanik dari listrik, dan fenomena arus dapat dijelaskan dengan persamaan matematika yang sama yang berlaku untuk gerak biasa di ruang angkasa, dengan modifikasi karena perbedaan kondisi, jika perbedaan tersebut ada. Satuan yang sama dapat digunakan, namun karena alasan sejarah dan kenyamanan, praktik modern menggunakan sistem satuan yang terpisah.
Satuan dasar arus listrik adalah satuan besaran. Dalam kerangka acuan alami, ini adalah aspek spasial dari satu elektron, yang memiliki perpindahan kecepatan satu satuan. Oleh karena itu, kuantitasnya Q setara dengan ruang S. Dalam aliran arus, energi mempunyai status yang sama dengan hubungan mekanis, dan mempunyai dimensi ruang-waktu t/s. Energi dibagi waktu adalah daya, 1/s. Pembagian arus lebih lanjut, yang memiliki dimensi kecepatan s/t, menghasilkan gaya gerak listrik (ggl) dengan dimensi 1/s x t/s = t/s². Tentu saja, itu adalah dimensi gaya ruang-waktu secara umum.
Istilah "potensial listrik" biasanya digunakan sebagai pengganti ggl, namun karena alasan yang akan dibahas nanti, kita tidak akan menggunakan "potensial" dalam pengertian ini. Jika istilah yang lebih mudah digunakan daripada ggl, kita akan menggunakan istilah “tegangan”, simbol U.
Membagi tegangan t/s² dengan s/t arus, kita mendapatkan t²/s³. Hambatan ini, simbol R, adalah satu-satunya besaran listrik yang dianggap sejauh ini tidak setara dengan besaran mekanik yang umum. Sifat sebenarnya dari perlawanan terungkap dengan memeriksa struktur spatiotemporalnya. Pengukuran t²/s³ setara dengan massa t³/s³ dibagi waktu t. Karena itu, hambatan adalah massa per satuan waktu. Relevansi besaran tersebut mudah terlihat jika kita menyadari bahwa jumlah massa yang termasuk dalam gerak ruang (elektron) suatu materi bukanlah besaran yang tetap, seperti halnya gerak materi dalam kelanjutan ruang, melainkan suatu besaran. itu tergantung pada momentum elektron. Ketika materi bergerak dalam ruang lanjutan, massanya konstan, dan ruang bergantung pada durasi pergerakannya. Ketika arus mengalir, ruang (jumlah elektron) adalah konstan, dan massa bergantung pada durasi pergerakan. Jika alirannya berumur pendek, setiap elektron hanya dapat berpindah sebagian kecil dari jumlah total massa dalam rantai, namun jika alirannya berlangsung lama, elektron dapat melewati seluruh rantai. Dalam kedua kasus tersebut, massa total yang terlibat dalam arus adalah hasil kali massa per satuan waktu (hambatan) dikalikan dengan waktu aliran. Ketika materi bergerak dalam ruang perluasan, ruang umum ditentukan dengan cara yang sama; yaitu hasil kali ruang per satuan waktu (kecepatan) dan waktu gerak.
Ketika membahas resistensi sebagai properti materi, kita terutama akan tertarik pada resistivitas atau hambatan, yang didefinisikan sebagai hambatan suatu satuan kubus zat yang bersangkutan. Hambatan berbanding lurus dengan jarak yang ditempuh arus dan berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Oleh karena itu, jika kita mengalikan hambatan per satuan luas dan membaginya dengan satuan jarak, kita memperoleh nilai dengan pengukuran t²/s², yang hanya mencerminkan karakteristik yang melekat pada material dan kondisi lingkungan (terutama suhu dan tekanan) dan tidak bergantung pada struktur geometris konduktor. Kebalikan dari kualitas resistivitas atau resistansi adalah - daya konduksi dan konduktivitas listrik, masing-masing.
Setelah memperjelas dimensi hambatan ruang-waktu, kita dapat kembali ke hubungan yang ditentukan secara empiris antara hambatan dan besaran listrik lainnya dan memastikan konsistensi definisi ruang-waktu.
Tegangan: U = IR = s/t x t²/s³ = t/s²
Daya: P = I²R = t²/s² x t²/s³ = 1/s
Energi: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s
Persamaan energi menunjukkan kesetaraan ekspresi matematika dari fenomena listrik dan mekanik. Karena hambatan adalah massa per satuan waktu, hasil kali hambatan dan waktu Rt setara dengan massa m. Arus, I, adalah kecepatan v. Jadi, persamaan energi listrik RtI² setara dengan persamaan energi kinetik 1/2mv². Dengan kata lain nilai RtI² merupakan energi kinetik gerak elektron.
Daripada menggunakan hambatan, waktu dan arus, kita dapat menyatakan energi dalam bentuk tegangan U (setara dengan IR) dan besaran q (setara dengan It). Maka persamaan besarnya energi (atau usaha) adalah W = Uq. Di sini kita mempunyai beberapa konfirmasi mengenai definisi listrik yang setara dengan ruang. Seperti dijelaskan dalam salah satu buku teks fisika standar, gaya adalah “besaran vektor yang terdefinisi dengan baik yang menyebabkan perubahan gerak suatu benda”. Emf atau tegangan sesuai dengan deskripsi ini. Ini menciptakan pergerakan elektron ke arah penurunan tegangan. Energi adalah hasil kali gaya dan jarak. Energi listrik Uq adalah hasil kali gaya dan kuantitas. Oleh karena itu, jumlah listrik setara dengan jarak - kesimpulan yang sama yang kita tarik tentang sifat elektron yang tidak bermuatan.
Dalam pemikiran ilmiah tradisional, status energi listrik sebagai suatu bentuk energi pada umumnya diterima begitu saja, karena dapat diubah menjadi bentuk lain, namun status gaya listrik atau gaya gerak listrik sebagai suatu bentuk gaya pada umumnya tidak diterima. . Jika hal ini diterima, maka kesimpulan yang diambil pada paragraf sebelumnya tidak dapat dihindari. Namun kesimpulan dari fakta-fakta yang diamati diabaikan oleh kesan umum bahwa kuantitas listrik dan ruang adalah dua hal yang sifatnya berbeda.
Siswa fenomena kelistrikan sebelumnya telah mengetahui bahwa besaran yang diukur dalam volt memiliki karakteristik suatu gaya dan menamainya sesuai dengan itu. Para ahli teori modern menolak definisi ini karena bertentangan dengan pandangan mereka tentang sifat arus listrik. Misalnya, W.J. Duffin menawarkan definisi gaya gerak listrik (ggl) dan kemudian berkata:
“Terlepas dari namanya, yang pasti bukan gaya, tetapi sama dengan usaha yang dilakukan per satuan muatan positif jika muatan tersebut bergerak melingkar (yaitu, dalam rangkaian listrik); oleh karena itu satuan ini adalah volt.”
Usaha per satuan ruang adalah gaya. Penulis hanya percaya bahwa entitas yang bergerak, yang ia sebut sebagai muatan, tidak setara dengan ruang. Dengan demikian, ia sampai pada kesimpulan bahwa besaran yang diukur dalam volt tidak dapat menjadi gaya. Kami percaya bahwa dia salah, dan bahwa entitas yang bergerak bukanlah muatan, melainkan satuan ruang yang berputar (elektron tak bermuatan). Kemudian gaya gerak listrik, diukur dalam volt, sebenarnya adalah gaya. Pada dasarnya, Duffin mengakui fakta ini dengan mengatakan dalam hubungan lain bahwa “U/n (volt per meter) sama dengan N/C (newton per coulomb).”. Keduanya menyatakan perbedaan tegangan dalam bentuk gaya dibagi ruang.
Teori fisika tradisional tidak mengklaim menawarkan wawasan tentang sifat kuantitas listrik atau muatan listrik. Asumsinya sederhana: Karena penelitian ilmiah tidak dapat memberikan penjelasan apa pun tentang sifat muatan listrik, maka muatan listrik harus merupakan suatu entitas unik yang tidak bergantung pada entitas fisik mendasar lainnya, dan harus diterima sebagai salah satu karakteristik alam yang “diberikan”. Lebih lanjut diasumsikan bahwa entitas yang sifatnya tidak diketahui ini, yang berperan besar dalam fenomena elektrostatis, identik dengan entitas yang sifatnya tidak diketahui, kuantitas listriknya, yang berperan besar dalam aliran listrik.
Kelemahan paling signifikan dari teori arus listrik tradisional, teori yang didasarkan pada asumsi-asumsi di atas, yang sekarang dapat kita pertimbangkan dengan pemahaman yang lebih lengkap tentang landasan fisika yang berasal dari teori alam semesta gerak, adalah bahwa hal itu memberikan dua peran yang berbeda dan tidak kompatibel pada elektron. Menurut teori saat ini, partikel-partikel ini adalah komponen struktur atomnya, setidaknya dapat dibayangkan bahwa beberapa di antaranya dapat beradaptasi secara bebas terhadap gaya listrik apa pun yang diterapkan pada konduktor. Di satu sisi, setiap partikel terikat erat dengan atom lainnya sehingga memainkan peran penting dalam menentukan sifat-sifat atom, dan untuk memisahkannya dari atom, diperlukan gaya yang signifikan (potensial ionisasi). . Sebaliknya, elektron bergerak begitu bebas sehingga akan bereaksi terhadap gaya termal atau listrik yang besarnya sedikit lebih besar dari nol. Mereka harus ada dalam suatu konduktor dalam jumlah tertentu, mengingat konduktor tersebut netral secara listrik, meskipun membawa arus listrik. Pada saat yang sama, mereka harus bebas meninggalkan konduktor (baik dalam jumlah besar atau kecil) asalkan mereka memperoleh energi kinetik dalam jumlah yang cukup.
Jelaslah bahwa teori-teori tersebut meminta elektron untuk melakukan dua fungsi yang berbeda dan bertentangan. Mereka telah diberi posisi penting dalam teori struktur atom dan teori arus listrik, dengan mengabaikan fakta bahwa sifat-sifat yang harus mereka miliki untuk menjalankan fungsi-fungsi yang disyaratkan oleh suatu teori mengganggu fungsi-fungsi yang harus mereka lakukan dalam teori tersebut. teori lain.
Dalam teori gerak semesta, masing-masing fenomena ini melibatkan entitas fisik yang berbeda. Satuan struktur atom adalah satuan gerak rotasi, bukan elektron. Ia memiliki semacam status permanen yang diperlukan untuk komponen atom. Elektron, tanpa muatan dan tanpa hubungan apa pun dengan struktur atom, kemudian tersedia sebagai satuan arus listrik yang bergerak bebas.
Postulat dasar teori Sistem Terbalik mengatakan bahwa alam semesta fisik adalah alam semesta yang bergerak, alam semesta yang seluruh entitas dan fenomenanya merupakan gerakan, kombinasi gerakan, atau hubungan antar gerakan. Di alam semesta seperti ini, semua fenomena dasar dapat dijelaskan. Tidak ada sesuatu pun yang “tidak dapat dianalisis”, seperti yang dikatakan Bridgman. Entitas dan fenomena dasar alam semesta gerak—radiasi, gravitasi, materi, listrik, magnet, dan sebagainya—dapat didefinisikan dalam ruang dan waktu. Tidak seperti teori fisika tradisional, Sistem Terbalik tidak boleh membiarkan elemen dasarnya bergantung pada misteri metafisik. Hal ini tidak boleh mengecualikan mereka dari penyelidikan fisik, sebagaimana pernyataan dari Encyclopaedia Britannica berikut ini:
“Pertanyaan: “Apa itu listrik?”, seperti pertanyaan: “Apa itu materi?”, berada di luar lingkup fisika dan termasuk dalam lingkup metafisika.”
Di alam semesta yang seluruhnya terdiri dari gerak, muatan listrik yang dimiliki oleh entitas fisik pastilah berupa gerak. Maka permasalahan yang dihadapi penelitian teoritis bukanlah jawaban atas pertanyaan: “Apa itu muatan listrik?”, melainkan definisi, jenis gerak apa yang memanifestasikan dirinya sebagai muatan. Definisi muatan sebagai gerak komplementer tidak hanya memperjelas hubungan antara elektron bermuatan yang diamati secara eksperimental dan elektron tak bermuatan yang hanya dikenal sebagai entitas bergerak dalam arus listrik, namun juga menjelaskan pertukaran di antara keduanya, yang merupakan dukungan mendasar bagi teori yang sekarang populer. berpendapat bahwa hanya satu entitas yang terlibat dalam proses tersebut - biaya. Kita tidak selalu ingat bahwa pendapat ini mendapat pengakuan umum hanya setelah melalui perdebatan yang panjang dan hidup. Ada kesamaan antara fenomena statis dan fenomena saat ini, namun ada juga perbedaan yang signifikan. Saat ini, dengan tidak adanya penjelasan teoretis mengenai jenis listrik apa pun, pertanyaan yang harus diselesaikan adalah apakah elektron bermuatan dan tidak bermuatan itu identik karena persamaannya atau tidak dapat dibandingkan karena perbedaannya. Keputusan yang mendukung identitas menang, meskipun seiring berjalannya waktu banyak bukti yang menentang keabsahan keputusan ini.
Kemiripan tersebut tampak dalam dua hal umum: (1) beberapa sifat partikel bermuatan dan arus listrik serupa; (2) transisi dari satu ke yang lain diamati. Definisi elektron bermuatan sebagai elektron tidak bermuatan dengan gerakan tambahan menjelaskan kedua jenis kesamaan tersebut. Misalnya, demonstrasi bahwa muatan yang bergerak cepat memiliki sifat magnetik yang sama dengan arus listrik merupakan faktor utama dalam kemenangan yang diraih oleh para pendukung teori “muatan” arus listrik beberapa tahun yang lalu. Namun penemuan kami menunjukkan bahwa entitas yang bergerak adalah elektron atau pembawa muatan lainnya, sehingga ada atau tidaknya muatan listrik tidak relevan.
Jenis bukti kedua yang telah ditafsirkan untuk mendukung identitas elektron statis dan bergerak adalah penggantian elektron yang mengalir dengan elektron bermuatan dalam proses seperti elektrolisis. Berikut penjelasannya adalah: muatan listrik mudah tercipta dan mudah dimusnahkan. Seperti yang diketahui semua orang, hanya sedikit gesekan yang diperlukan untuk menghasilkan arus listrik pada banyak permukaan, seperti serat sintetis modern. Oleh karena itu, setiap kali terdapat konsentrasi energi dalam salah satu bentuk yang dapat dibebaskan melalui transformasi ke bentuk lain, getaran rotasi yang membentuk muatan akan timbul atau lenyap sehingga memungkinkan terjadinya jenis gerak elektron yang terjadi sebagai respons terhadap energi tersebut. kekuatan yang diberikan.
Mengikuti kebijakan yang berlaku yang memperlakukan dua besaran berbeda sebagai sama dan menggunakan satuan yang sama untuk keduanya hanya mungkin dilakukan karena dua penggunaan yang berbeda dalam banyak kasus benar-benar terpisah. Dalam keadaan seperti itu, penghitungan tidak menimbulkan kesalahan karena menggunakan satuan yang identik, namun bagaimanapun juga, jika penghitungan atau pertimbangan teoretis melibatkan besaran kedua jenis tersebut, pembedaan yang jelas diperlukan.
Sebagai analogi, kita dapat berasumsi bahwa kita ingin membangun sistem satuan yang menyatakan sifat-sifat air. Mari kita asumsikan juga bahwa kita tidak dapat mengenali perbedaan antara sifat berat dan volume, sehingga menyatakannya dalam sentimeter kubik. Sistem ini setara dengan menggunakan satuan berat satu gram. Dan selama kita membahas berat dan volume secara terpisah, masing-masing dalam konteksnya sendiri, fakta bahwa ungkapan “sentimeter kubik” memiliki dua arti yang sangat berbeda tidak menimbulkan kesulitan apa pun. Namun, jika kita menghadapi kedua kualitas tersebut secara bersamaan, penting untuk mengenali perbedaan di antara keduanya. Pembagian sentimeter kubik (berat) dengan sentimeter kubik (volume) tidak dinyatakan sebagai bilangan tak berdimensi, seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan; koefisien adalah besaran fisis yang berdimensi berat/volume. Demikian pula, kita dapat menggunakan satuan yang sama untuk muatan listrik dan kuantitas listrik selama keduanya bekerja secara mandiri dan dalam konteks yang benar, namun jika kedua besaran tersebut dimasukkan dalam perhitungan atau keduanya bekerja secara individual dengan dimensi fisik yang salah, kebingungan akan timbul.
Kebingungan dimensi akibat kesalahpahaman tentang perbedaan antara elektron bermuatan dan tidak bermuatan telah menjadi sumber kekhawatiran dan kebingungan di kalangan fisikawan teoretis. Hal ini merupakan hambatan bagi pembentukan hubungan sistematis yang komprehensif antara dimensi besaran fisis. Kegagalan untuk menemukan dasar hubungan merupakan indikasi yang jelas bahwa ada sesuatu yang salah dengan dimensi itu sendiri, namun alih-alih mengakui fakta ini, reaksi saat ini adalah menyembunyikan masalah tersebut dan menyatakan bahwa masalah tersebut tidak ada. Beginilah cara seorang pengamat melihat gambar tersebut:
“Dulu, topik ukuran masih kontroversial. Butuh waktu bertahun-tahun upaya yang gagal untuk menemukan “hubungan rasional yang inheren” yang menjadi dasar ekspresi semua rumus dimensi. Sekarang secara umum diterima bahwa tidak ada satu set rumus ukuran yang mutlak.”
Ini adalah reaksi umum terhadap rasa frustrasi selama bertahun-tahun, reaksi yang sering kita temui dalam meneliti topik yang dibahas di Volume 1. Ketika upaya terbaik dari generasi ke generasi peneliti gagal mencapai tujuan tertentu, selalu ada godaan kuat untuk melakukan hal tersebut. menyatakan bahwa tujuannya tidak mungkin tercapai. “Singkatnya,” kata Alfred Lande, “jika Anda tidak dapat mengklarifikasi suatu situasi masalah, umumkanlah bahwa itu adalah masalahnya “mendasar, dan kemudian mengumumkan prinsip yang sesuai.” Oleh karena itu, ilmu fisika lebih banyak berisi prinsip-prinsip impotensi daripada penjelasan.
Dalam alam semesta gerak, dimensi segala jenis besaran hanya dapat dinyatakan dalam ruang dan waktu. Dimensi ruang-waktu dari besaran mekanik dasar didefinisikan dalam Volume 1. Di sini kita menambahkan dimensi besaran yang terlibat dalam aliran arus listrik.
Klarifikasi hubungan dimensi disertai dengan definisi satuan alami besaran fisika yang berbeda. Sistem satuan yang biasa digunakan saat bekerja dengan arus listrik dikembangkan secara independen dari unit mekanis secara ad hoc. Untuk menetapkan hubungan antara sistem acak dan sistem satuan alam, perlu diukur satu besaran fisika yang nilainya dapat ditentukan dalam sistem alam, seperti yang telah dilakukan pada penentuan hubungan antara alam sebelumnya. dan satuan tradisional ruang, waktu dan massa. Untuk tujuan ini, kita akan menggunakan konstanta Faraday - hubungan yang diamati antara jumlah listrik dan massa yang terlibat dalam elektrolisis. Mengalikan konstanta ini, 2,89366 x 10 14 ese/g-equiv, dengan satuan alami berat atom 1,65979 x 10 -24 g, kita memperoleh satuan alami kuantitas listrik 4,80287 x 10 -10 ese.
Awalnya, definisi satuan muatan ( ini) penggunaan persamaan Coulomb dalam sistem pengukuran elektrostatis rencananya akan digunakan sebagai alat untuk memasukkan besaran listrik ke dalam sistem pengukuran mekanis. Namun di sini satuan muatan elektrostatik dan satuan listrik lainnya, termasuk ese, merupakan sistem pengukuran terpisah di mana t/s diidentifikasikan dengan muatan listrik.
Besaran arus listrik adalah jumlah elektron per satuan waktu, yaitu satuan ruang per satuan waktu atau kecepatan. Oleh karena itu, satuan alami arus dapat dinyatakan sebagai satuan alami kecepatan, 2,99793 x 10 10 cm/detik. Dalam istilah kelistrikan adalah satuan alamiah besaran dibagi satuan alami waktu, sama dengan 3,15842 x 10 6 ese/detik atau 1,05353 x 10 -3 ampere. Oleh karena itu, satuan energi listrik tradisional, watt-jam, sama dengan 3,6 x 10 10 erg. Satuan energi alami, 1,49275 x 10 -3 erg, setara dengan 4,14375 x 10 -14 watt-jam. Membagi satuan ini dengan satuan waktu alami, kita mendapatkan satuan alami daya - 9,8099 x 10 12 erg/detik = 9,8099 x 10 5 watt. Kemudian membaginya dengan satuan alami arus menghasilkan satuan alami gaya gerak listrik atau tegangan sebesar 9,31146 x 10 8 Volt. Membagi lebih jauh dengan arus menghasilkan satuan hambatan alami sebesar 8,83834 x 10 11 ohm.
Kuantitas listrik lain yang patut disebutkan karena peran penting yang dimainkannya dalam pendekatan matematika modern terhadap magnetisme adalah “kerapatan arus”. Ini didefinisikan sebagai “jumlah muatan yang melewati per detik melalui satuan luas bidang yang tegak lurus terhadap garis aliran.” Ini adalah besaran yang aneh, berbeda dari besaran lain yang telah dibahas karena tidak ada hubungan antara ruang dan waktu. Ketika kita menyadari bahwa besaran ini sebenarnya adalah arus per satuan luas dan bukan “muatan” (fakta yang dikonfirmasi oleh satuan, ampere per meter persegi, yang dinyatakan dalam satuan tersebut), dimensi ruang-waktunya tampak seperti s/ t x 1/ s² = 1/st. Itu bukanlah dimensi gerak atau sifat gerak. Oleh karena itu, secara umum besaran ini tidak mempunyai arti fisik. Itu hanya kenyamanan matematis.
Hukum-hukum dasar arus listrik yang dikenal ilmu pengetahuan modern, seperti Hukum Ohm, Hukum Kirchhoff dan turunannya, hanyalah generalisasi empiris dan penerapannya tidak terpengaruh oleh klarifikasi sifat sebenarnya dari arus listrik. Inti dari undang-undang ini dan rincian yang relevan dijelaskan secara memadai dalam literatur ilmiah dan teknis yang ada.
TAHAN LISTRIK
Meskipun gerak arus listrik dalam suatu materi setara dengan gerak materi dalam ruang, kondisi yang ditemui oleh setiap jenis gerak dalam pengalaman kita sehari-hari menyoroti aspek-aspek proposisi umum yang berbeda. Ketika kita membahas pergerakan materi dalam ruang lanjutan, kita terutama tertarik pada pergerakan objek individu. Hukum gerak Newton, landasan mekanika, berhubungan dengan penerapan gaya untuk menyebabkan atau mengubah gerak benda tersebut dan dengan transmisi gerak dari satu benda ke benda lainnya. Di sisi lain, dalam kasus arus listrik, kita mementingkan aspek kontinuitas aliran arus, dan status masing-masing objek yang terlibat tidak relevan.
Mobilitas satuan ruang dalam aliran arus menimbulkan beberapa jenis variabilitas yang tidak ada dalam pergerakan materi dalam ruang kelanjutan. Oleh karena itu, terdapat ciri-ciri perilaku atau sifat-sifat struktur material yang menjadi ciri hubungan antara struktur dan elektron yang bergerak. Dengan kata lain, kita dapat mengatakan itu materi mempunyai beberapa sifat kelistrikan yang khas. Properti utama dari alam ini adalah perlawanan. Sebagaimana dinyatakan sebelumnya, hambatan adalah satu-satunya besaran yang terlibat dalam hubungan mendasar aliran arus yang bukan merupakan karakteristik umum dari sistem persamaan mekanika, persamaan yang berhubungan dengan pergerakan materi dalam ruang lanjutan.
Salah satu penulis merangkum gagasan modern tentang asal mula hambatan listrik sebagai berikut:
“Kemampuan untuk menghantarkan listrik... muncul dari kehadiran sejumlah besar elektron kuasi-bebas, yang, di bawah pengaruh medan listrik, dapat mengalir melalui kisi logam... Pengaruh yang menggairahkan... menghalangi aliran bebas elektron, menghamburkannya dan menciptakan resistensi.”
Sebagaimana telah ditunjukkan, perkembangan teori alam semesta gerak mengarah pada konsep kebalikan dari sifat hambatan listrik. Kami menemukan itu elektron dikeluarkan dari lingkungan. Sebagaimana dibahas dalam Volume 1, terdapat proses fisik yang menghasilkan elektron dalam jumlah besar, dan meskipun gerakan yang membentuk elektron ini dalam banyak kasus diserap oleh struktur atom, kemampuan untuk memanfaatkan jenis gerakan ini dalam struktur tersebut terbatas. . Oleh karena itu, di sektor material alam semesta selalu terdapat elektron bebas dalam jumlah besar, sebagian besar tidak dikenakan biaya. Dalam keadaan tidak bermuatan, elektron tidak dapat bergerak sehubungan dengan ruang perluasan, karena merupakan satuan ruang yang berputar, dan hubungan ruang dengan ruang bukanlah gerak. Oleh karena itu, di ruang terbuka, setiap elektron tak bermuatan selalu berada pada posisi yang sama relatif terhadap sistem referensi alami, seperti halnya foton. Dalam konteks kerangka acuan spasial stasioner, elektron tak bermuatan, seperti foton, dibawa keluar dengan kecepatan cahaya melalui urutan kerangka acuan alami. Jadi, semua agregat material terkena aliran elektron, seperti pemboman radiasi foton secara terus menerus. Namun, ada proses lain di mana elektron dikembalikan ke lingkungan. Akibatnya, populasi elektron dari agregat material seperti Bumi menjadi stabil pada tingkat keseimbangan.
Proses yang menentukan kesetimbangan konsentrasi elektron tidak bergantung pada sifat atom materi dan volume atom. Oleh karena itu, dalam konduktor berinsulasi listrik, di mana tidak ada aliran arus, konsentrasi elektronnya konstan. Oleh karena itu, jumlah elektron yang terlibat dalam gerakan termal atom-atom suatu zat sebanding dengan volume atom, dan energi gerakan ini ditentukan oleh koefisien rotasi efektif atom. Karena itu, resistensi ditentukan oleh volume atom dan energi panas.
Zat yang gerak rotasinya terjadi seluruhnya dalam waktu mempunyai gerak termal dalam ruang, menurut aturan umum yang mengatur penambahan gerak, sebagaimana ditetapkan dalam Volume 1. Untuk zat ini, gerak termal nol sama dengan resistansi nol, dan dengan meningkatnya suhu resistansi meningkat. Hal ini terjadi karena konsentrasi elektron (satuan ruang) dalam komponen sementara konduktor adalah konstan untuk sejumlah arus tertentu. Oleh karena itu, arus meningkatkan gerakan termal dalam proporsi tertentu. Zat yang demikian disebut konduktor.
Untuk unsur lain yang mempunyai rotasi dua dimensi dalam ruang, gerak termal, yang karena terbatasnya diameter elektron yang bergerak, memerlukan dua dimensi terbuka, tentu terjadi dalam waktu. Dalam hal ini, suhu nol sama dengan nol pergerakan waktu. Di sini, resistansi awalnya tinggi, namun menurun seiring meningkatnya suhu. Zat-zat tersebut dikenal sebagai isolator atau dielektrik.
Unsur-unsur dengan perpindahan listrik terbesar, yang hanya memiliki satu dimensi rotasi spasial dan paling dekat dengan pembagian elektropositif, mampu mengikuti pola positif dan bersifat konduktor. Elemen dengan bias listrik yang lebih rendah mengikuti pola pergerakan yang berubah seiring waktu, di mana resistansi menurun dari tingkat yang tinggi namun terbatas ke suhu nol. Zat yang mempunyai sifat antara disebut semikonduktor.
Sayangnya, pengukuran resistansi melibatkan banyak faktor yang menimbulkan ketidakpastian pada hasil. Kemurnian sampel sangat penting karena perbedaan besar antara resistansi konduktor dan dielektrik. Bahkan sedikit kontaminasi dielektrik dapat mengubah resistansi secara signifikan. Teori tradisional tidak mempunyai penjelasan mengenai besarnya dampak ini. Jika elektron bergerak melalui ruang antar atom, seperti yang dikemukakan teori tersebut, beberapa hambatan tambahan di sepanjang jalan tersebut seharusnya tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap hambatan. Namun, seperti yang kami nyatakan, arus bergerak di semua atom konduktor, termasuk atom tidak murni, yang meningkatkan kandungan panas setiap atom sebanding dengan hambatannya. Resistansi dielektrik yang sangat tinggi menghasilkan kontribusi yang besar dari setiap atom yang tidak murni, dan bahkan sejumlah kecil atom tersebut mempunyai pengaruh yang sangat signifikan.
Kontaminan elemen semikonduktif kurang efektif dibandingkan kontaminan, namun masih memiliki ketahanan ribuan kali lebih besar dibandingkan logam konduktif.
Selain itu, resistansi berubah seiring dengan panas dan memerlukan anil yang cermat sebelum pengukuran yang andal dapat dilakukan. Kecukupan metode ini dalam banyak, jika tidak sebagian besar, definisi resistensi masih dipertanyakan. Misalnya, G. T. Meaden melaporkan bahwa perlakuan ini mengurangi resistensi berilium sebesar 50%, dan “pekerjaan awal telah dilakukan pada sampel yang tidak dianil.” Sumber ketidakpastian lainnya mencakup perubahan struktur kristal atau perilaku magnetis yang terjadi pada suhu atau tekanan berbeda dalam sampel berbeda, atau dalam kondisi berbeda, sering kali disertai dengan efek lag yang signifikan.
Karena hambatan listrik merupakan hasil gerak suhu, maka energi gerak elektron berada dalam kesetimbangan dengan energi suhu. Oleh karena itu, resistansi berbanding lurus dengan energi panas efektif, yaitu suhu. Oleh karena itu, kenaikan resistansi per derajat adalah konstan untuk setiap zat (tidak berubah); nilai ini ditentukan oleh karakteristik atom. Itu sebabnya, kurva yang mewakili hubungan ketahanan terhadap suhu sebagaimana diterapkan pada atom tunggal adalah linier. Pembatasan pada garis lurus merupakan ciri dari hubungan elektron, dan terjadi karena fakta bahwa elektron hanya mempunyai satu satuan perpindahan rotasi dan, oleh karena itu, tidak dapat beralih ke tipe gerak multi-unit seperti gerak atom kompleks. struktur.
Namun, perubahan serupa pada kurva resistivitas terjadi jika koefisien yang menentukan resistivitas diubah karena penataan ulang, seperti perubahan tekanan. Seperti yang diungkapkan P.W Bridgman, ketika membahas hasil-hasilnya, setelah perubahan sifat ini terjadi, pada dasarnya kita berhadapan dengan substansi yang berbeda. Kurva atom yang termodifikasi juga merupakan garis lurus, tetapi tidak berhimpitan dengan kurva atom yang tidak termodifikasi. Pada saat transisi ke bentuk baru, resistansi suatu atom berubah tajam dibandingkan dengan garis lurus lainnya.
BIAYA LISTRIK
Dalam alam semesta gerak, semua entitas dan fenomena fisik adalah gerakan, kombinasi gerakan, atau hubungan antar gerakan. Oleh karena itu, mengembangkan struktur teori yang menggambarkan alam semesta semacam itu pada dasarnya adalah masalah menentukan gerakan dan kombinasi gerakan apa yang dapat terjadi dalam kondisi yang ditentukan dalam postulat. Sejauh ini dalam pembahasan kita mengenai fenomena fisika, kita hanya membahas gerak translasi, pergerakan elektron dalam materi dan berbagai pengaruh gerak ini, katakanlah, pada aspek mekanis listrik. Sekarang kita akan mengalihkan perhatian kita pada fenomena kelistrikan yang melibatkan gerak rotasi.
Seperti dijelaskan dalam Volume 1, gravitasi adalah gerak skalar yang terdistribusi secara rotasi tiga dimensi. Jika kita mempertimbangkan pola umum yang menghasilkan gerakan dengan kompleksitas yang lebih besar sebagai kombinasi dari berbagai jenis gerakan, maka wajar untuk mengasumsikan kemungkinan penerapan rotasi skalar satu dimensi atau dua dimensi pada objek yang menarik untuk menciptakan fenomena yang sifatnya lebih kompleks. . Namun, setelah menganalisis situasi, kami menemukan bahwa menambahkan gerak gravitasi biasa yang terdistribusi secara rotasi dalam waktu kurang dari tiga dimensi hanya akan mengubah besaran gerak dan tidak akan menyebabkan munculnya fenomena jenis baru apa pun.
Namun, ada variasi pola distribusi rotasi yang belum kami eksplorasi. Sampai saat ini, tiga jenis umum gerak sederhana (gerakan skalar posisi fisik) telah dipertimbangkan: (1) gerak translasi; (2) getaran linier; dan (3) rotasi. Sekarang kita harus menyadari keberadaan tipe keempat - gerak vibrasi-rotasi, yang berhubungan dengan rotasi dengan cara yang sama seperti getaran linier yang berhubungan dengan gerak translasi. Gerak vektor semacam ini biasa terjadi (contohnya adalah pergerakan pegas rambut pada jam tangan), namun sebagian besar diabaikan oleh pemikiran ilmiah tradisional. Ia memainkan peran penting dalam pergerakan dasar alam semesta.
Pada tingkat atom, getaran rotasi merupakan gerak skalar yang terdistribusi secara rotasi yang mengalami perubahan terus menerus dari luar ke dalam dan sebaliknya. Seperti halnya getaran linier, agar konstan, pengukuran arah skalar harus kontinu dan seragam. Oleh karena itu, seperti radiasi foton, ia harus berupa gerakan harmonis yang sederhana. Sebagaimana dicatat dalam pembahasan gerak suhu, ketika gerak harmonik sederhana ditambahkan ke gerak yang ada, gerak tersebut bertepatan dengan gerak tersebut (dan karena itu tidak berpengaruh) pada salah satu arah skalar dan memiliki besaran efektif pada arah skalar lainnya. Setiap gerak inkremental harus mengakomodasi aturan untuk menggabungkan gerak skalar yang ditetapkan dalam Volume 1. Atas dasar ini, arah skalar efektif dari getaran rotasi mandiri harus mengarah ke luar, berlawanan dengan gerak rotasi ke dalam yang terkait dengannya. Penambahan skalar ke arah dalam tidaklah stabil, namun dapat didukung oleh pengaruh eksternal, seperti yang akan kita lihat nanti.
Gerak skalar yang berupa getaran rotasi akan didefinisikan sebagai muatan. Jenis rotasi satu dimensi ini adalah muatan listrik. Dalam alam semesta yang bergerak, setiap fenomena fisik dasar, seperti muatan, tentu saja merupakan gerak. Dan satu-satunya pertanyaan yang memerlukan jawaban dengan memeriksa tempatnya dalam gambaran fisik adalah pertanyaan: Jenis gerak apakah itu? Kami menemukan bahwa muatan listrik yang diamati memiliki sifat-sifat yang didefinisikan oleh perkembangan teoritis getaran rotasi satu dimensi; oleh karena itu, kita dapat menyamakan kedua konsep ini.
Menarik untuk dicatat bahwa ilmu pengetahuan tradisional, yang selama ini tidak dapat menjelaskan asal usul dan sifat muatan listrik, mengakui bahwa muatan listrik adalah skalar. Misalnya, W. J. Duffin melaporkan bahwa eksperimen yang ia uraikan menunjukkan bahwa “muatan dapat didefinisikan sebagai suatu bilangan satuan”, sehingga mendukung kesimpulan bahwa “muatan adalah besaran skalar”.
Namun, dalam pemikiran fisika tradisional, muatan listrik dianggap sebagai salah satu entitas fisik mendasar, dan definisinya sebagai gerak pasti akan mengejutkan banyak orang. Perlu ditekankan bahwa ini bukanlah ciri teori alam semesta gerak. Terlepas dari penemuan kami berdasarkan teori ini, muatan tentu saja merupakan gerak, dan berdasarkan definisi yang berlaku dalam fisika tradisional, sebuah fakta yang diabaikan karena tidak sesuai dengan teori modern. Faktor kunci dalam situasi ini adalah definisi kekuatan. Kami tahu itu gaya adalah sifat gerak, dan bukan sesuatu yang bersifat mendasar yang ada dengan sendirinya. Memahami posisi ini penting untuk pengembangan teori muatan.
Untuk keperluan fisika, gaya ditentukan oleh hukum gerak kedua Newton. Ini adalah hasil kali massa dan percepatan, F = ma. Gerak, hubungan ruang dan waktu, diukur berdasarkan satuan massa sebagai kecepatan atau kecepatan, v (yaitu, setiap satuan bergerak dengan kecepatannya sendiri), atau secara kolektif sebagai momen—massa dikali kecepatan, mv , sebelumnya disebut dengan nama yang lebih deskriptif “kuantitas gerak”. Laju perubahan besaran gerak terhadap waktu adalah dv/dt (percepatan, a) untuk massa individual, dan m dv/dt (gaya, ma) jika diukur secara kolektif. Maka gaya didefinisikan sebagai laju perubahan besarnya jumlah gerak terhadap waktu; kita bisa menyebutnya “jumlah percepatan”. Dari definisi tersebut dapat disimpulkan bahwa gaya adalah sifat gerak. Ia memiliki status yang sama dengan properti lainnya, bukan sesuatu yang dapat berdiri sendiri sebagai entitas otonom.
Apa yang disebut “kekuatan fundamental alam”, yaitu kekuatan otonom yang digunakan untuk menjelaskan asal usul fenomena fisik, tentu saja merupakan sifat dari gerakan di baliknya; mereka tidak bisa ada sebagai entitas independen. Setiap “kekuatan fundamental” harus muncul dari gerakan fundamental. Ini adalah persyaratan logis untuk definisi gaya, dan ini valid terlepas dari teori fisika dalam konteks situasi yang dipertimbangkan.
Ilmu fisika modern tidak mampu menentukan gerakan yang diperlukan oleh definisi gaya. Misalnya, muatan fisik menghasilkan gaya listrik, namun sebagaimana ditentukan oleh pengamatan, ia tidak melakukannya atas inisiatifnya sendiri. Tidak ada indikasi pergerakan sebelumnya. Kontradiksi yang nyata terhadap definisi gaya sekarang diatasi dengan mengabaikan persyaratan definisi dan mempertimbangkan gaya listrik sebagai suatu entitas yang diciptakan dengan cara yang tidak terbatas oleh suatu muatan. Sekarang kebutuhan akan penghindaran semacam ini dihilangkan dengan mendefinisikan muatan sebagai getaran rotasi. Kini jelas bahwa alasan tidak adanya bukti gerak yang terlibat dalam pembangkitan gaya listrik adalah karena hal tersebut muatan itu sendiri adalah gerakan.
Oleh karena itu, muatan listrik adalah analog satu dimensi dari pergerakan tiga dimensi suatu atom atau partikel, yang kita definisikan sebagai massa. Dimensi massa ruang-waktu – t³/s³. Dalam satu dimensi ini adalah t/s. Getaran rotasi adalah gerak yang mirip dengan rotasi yang membentuk massa, tetapi hanya berbeda pada pembalikan arah skalar secara periodik. Oleh karena itu, muatan listrik - getaran rotasi satu dimensi - juga memiliki dimensi t/s. Pengukuran besaran elektrostatik lainnya dapat diturunkan dari besaran muatan. Kekuatan medan listrik- besaran yang berperan penting dalam banyak hubungan yang melibatkan muatan listrik adalah muatan per satuan luas, t/s x 1/s² = t/s³. Hasil kali kuat medan dan jarak, t/s³ x s = t/s², adalah gaya, potensi listrik.
Untuk alasan yang sama dengan penciptaan medan gravitasi berdasarkan massa, muatan listrik dikelilingi oleh medan gaya. Namun tidak ada interaksi antara massa dan muatan. Gerakan skalar. perubahan jarak antara A dan B, dapat direpresentasikan dalam kerangka acuan baik sebagai pergerakan AB (gerakan A ke B) atau pergerakan BA (gerakan B ke A). Oleh karena itu gerakan AB dan BA bukanlah dua gerakan yang terpisah; keduanya hanyalah dua cara berbeda untuk merepresentasikan satu dan sama pergerakan dalam sistem referensi. Artinya gerak skalar merupakan proses timbal balik. Hal ini tidak dapat terjadi kecuali benda A dan B mampu melakukan jenis gerak yang sama. Akibatnya, muatan (gerakan satu dimensi) hanya berinteraksi dengan muatan, dan massa (gerakan tiga dimensi) hanya berinteraksi dengan massa.
Gerak linier suatu muatan listrik, yang serupa dengan gravitasi, tunduk pada pertimbangan yang sama seperti gerak gravitasi. Namun, seperti disebutkan sebelumnya, ia diarahkan ke luar, bukan ke dalam, dan oleh karena itu tidak dapat secara langsung ditambahkan ke gerak dasar getaran melalui kombinasi gerak rotasi. Keterbatasan gerak ke luar terjadi karena rangkaian ke luar dari kerangka acuan alami, yang selalu ada, meluas hingga satuan penuh kecepatan ke luar—kuantitas pembatas. Gerakan ke luar lebih lanjut dapat ditambahkan hanya setelah komponen ke dalam dimasukkan ke dalam kombinasi gerakan. Dengan demikian, muatan hanya dapat ada sebagai tambahan pada atom atau partikel subatom.
Meskipun arah skalar dari getaran rotasi yang membentuk suatu muatan selalu ke luar, perpindahan positif (temporal) dan perpindahan negatif (spasial) dimungkinkan, karena kecepatan rotasi dapat lebih besar atau lebih kecil dari satu, dan getaran rotasi harus berlawanan dengan rotasi. Hal ini menimbulkan masalah terminologi yang sangat canggung. Dari sudut pandang logis, getaran rotasi dengan perpindahan spasial disebut muatan negatif, karena merupakan kebalikan dari rotasi positif, dan getaran rotasi dengan perpindahan waktu disebut muatan positif. Atas dasar ini, istilah “positif” selalu mengacu pada perpindahan temporal (kecepatan rendah), dan istilah “negatif” selalu mengacu pada perpindahan spasial (kecepatan tinggi). Ada beberapa keuntungan menggunakan istilah-istilah ini, namun untuk tujuan makalah ini tampaknya tidak diinginkan untuk mengambil risiko menimbulkan kebingungan lebih lanjut terhadap penjelasan-penjelasan yang sudah menderita akibat penggunaan terminologi asing yang tidak dapat dihindari untuk mengungkapkan hubungan-hubungan yang sebelumnya tidak disadari. Oleh karena itu, untuk tujuan sekarang kita akan mengikuti penggunaan saat ini dan muatan unsur positif akan disebut positif. Artinya pengertian istilah “positif” dan “negatif” dalam kaitannya dengan rotasi berbanding terbalik dengan muatan.
Dalam praktik normal, hal ini seharusnya tidak menimbulkan kesulitan khusus. Namun, dalam pembahasan kali ini, beberapa identifikasi sifat-sifat berbagai gerakan yang termasuk dalam kombinasi yang diteliti sangat penting demi kejelasan. Untuk menghindari kebingungan, istilah “positif” dan “negatif” akan disertai tanda bintang jika digunakan secara terbalik. Atas dasar ini, elemen elektropositif yang berputar dengan kecepatan rendah ke segala arah skalar menerima muatan positif* - getaran rotasi dengan kecepatan tinggi. Unsur elektronegatif dengan komponen spin tinggi dan rendah dapat menerima muatan apa pun. Namun, secara umum muatan negatif* terbatas pada sebagian besar elemen negatif dalam kelas tersebut.
Banyak masalah yang timbul ketika gerak skalar dipertimbangkan dalam konteks kerangka acuan spasial tetap muncul dari kenyataan bahwa kerangka acuan mempunyai sifat, posisi, yang tidak dimiliki oleh gerak skalar. Masalah lain muncul karena alasan sebaliknya: gerak skalar mempunyai sifat yang tidak dimiliki kerangka acuan. Kami menyebut properti ini arah skalar, ke dalam atau ke luar.
Muatan listrik tidak ikut serta dalam pergerakan dasar atom atau partikel, namun mudah tercipta di hampir semua jenis materi dan dapat dipisahkan dari materi tersebut dengan sama mudahnya. Dalam lingkungan bersuhu rendah seperti permukaan bumi, muatan listrik bertindak sebagai tambahan sementara pada sistem gerak berputar yang relatif permanen. Namun bukan berarti peran retribusi tidak penting. Faktanya, muatan sering kali memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap hasil peristiwa fisika dibandingkan dengan gerakan dasar atom-atom materi yang terlibat dalam peristiwa tersebut. Namun dari sudut pandang struktural, kita harus menyadari bahwa muatan datang dan pergi dengan cara yang sama seperti gerakan translasi (kinetik atau suhu) sebuah atom. Seperti yang akan segera kita lihat, pergerakan muatan dan suhu sebagian besar dapat dipertukarkan.
Bentuk paling sederhana dari partikel bermuatan dibuat dengan menambahkan satu unit getaran rotasi satu dimensi ke elektron atau positron, yang hanya memiliki satu unit perpindahan rotasi satu dimensi yang tidak seimbang. Karena putaran efektif elektron adalah negatif, maka ia mengambil muatan negatif*. Sebagaimana tercantum dalam uraian partikel subatom di Volume 1, setiap elektron tak bermuatan memiliki dua dimensi kosong; yaitu dimensi skalar yang tidak memiliki rotasi efektif. Kita juga telah melihat sebelumnya bahwa unit dasar materi – atom dan partikel – mampu mengorientasikan dirinya sesuai dengan lingkungannya; artinya, mereka mengadopsi orientasi yang konsisten dengan kekuatan yang bekerja di lingkungan. Ketika sebuah elektron tercipta di ruang bebas, misalnya dari sinar kosmik, ia lolos dari pembatasan yang disebabkan oleh perpindahan spasialnya (seperti ketidakmampuan untuk bergerak di ruang angkasa) dengan mengorientasikan dirinya sehingga salah satu dimensi yang kosong bertepatan dengan dimensi dari ruang bebas. kerangka acuan. Kemudian ia dapat menempati posisi tetap dalam kerangka acuan alamiah tanpa batas waktu. Dalam konteks kerangka acuan spasial stasioner, elektron tak bermuatan ini, seperti foton, dibawa keluar dengan kecepatan cahaya melalui urutan kerangka acuan alami.
Jika elektron memasuki lingkungan baru dan mulai terkena serangkaian gaya baru, elektron dapat mengubah orientasi dirinya untuk beradaptasi dengan situasi baru. Misalnya, ketika memasuki bahan konduktif, ia menghadapi lingkungan di mana ia dapat bergerak bebas, karena pergeseran kecepatan dalam kombinasi gerakan yang membentuk materi terjadi terutama dalam waktu, dan hubungan antara perpindahan spasial dari bahan tersebut. elektron dan perpindahan temporal atom adalah gerak. Terlebih lagi, faktor lingkungan mendukung reorientasi tersebut; artinya, mereka menyukai peningkatan kecepatan di atas kesatuan dalam lingkungan berkecepatan tinggi dan penurunan dalam lingkungan berkecepatan rendah. Akibatnya, elektron mengorientasikan kembali perpindahan aktif dalam dimensi kerangka acuan. Ini bisa berupa kerangka acuan spasial atau temporal, bergantung pada apakah kecepatannya berada di atas atau di bawah kesatuan, tetapi kedua kerangka tersebut sejajar. Faktanya, ini adalah dua segmen dari satu sistem, karena keduanya mewakili pergerakan satu dimensi yang sama dalam dua wilayah kecepatan berbeda.
Jika kecepatan lebih besar dari satu, maka representasi besaran variabel terjadi dalam sistem koordinat temporal, dan posisi tetap dalam kerangka acuan alami muncul dalam sistem koordinat spasial sebagai pergerakan elektron (arus listrik) dengan kecepatan cahaya. . Jika kecepatannya kurang dari satu, representasinya dibalik. Tidak berarti bahwa pergerakan elektron sepanjang konduktor terjadi pada kecepatan seperti itu. Dalam hal ini, pengumpulan elektron mirip dengan pengumpulan gas. Elektron individu bergerak dengan kecepatan tinggi, tetapi dalam arah acak. Hanya gerakan berlebih yang dihasilkan searah aliran arus, yang biasa disebut dengan penyimpangan elektron, bertindak sebagai gerakan non-arah.
Gagasan tentang “gas elektron” diterima secara umum dalam fisika modern, tetapi diyakini bahwa “teori sederhana menimbulkan kesulitan besar jika diperiksa lebih detail.” Sebagaimana telah disebutkan, asumsi umum adalah bahwa elektron dari gas elektron yang diekstraksi dari struktur atom menghadapi banyak masalah. Ada juga kontradiksi langsung dengan nilai kalor spesifik. “Gas elektron diperkirakan akan menambah 3/2 R tambahan pada kalor jenis logam,” namun peningkatan kalor jenis seperti itu tidak terdeteksi secara eksperimental.
Teori alam semesta gerak menawarkan jawaban atas kedua permasalahan tersebut. Elektron, yang pergerakannya membentuk arus listrik, tidak dikeluarkan dari atom dan tidak tunduk pada batasan yang berkaitan dengan asal usulnya. Jawaban terhadap masalah kalor jenis terletak pada sifat gerak elektron. Pergerakan elektron tak bermuatan (satuan ruang) dalam suatu zat penghantar setara dengan pergerakan materi dalam ruang perluasan. Pada suhu tertentu, atom suatu materi mempunyai kecepatan tertentu relatif terhadap ruang. Tidak peduli apakah itu ruang lanjutan atau ruang elektronik. Pergerakan dalam ruang elektron (pergerakan elektron) merupakan bagian dari pergerakan suhu, dan kalor jenis akibat pergerakan tersebut merupakan bagian dari kalor jenis atom, dan bukan sesuatu yang terpisah.
Jika reorientasi elektron terjadi sebagai respons terhadap faktor lingkungan, ia tidak dapat melawan kekuatan yang terkait dengan faktor tersebut. Oleh karena itu, dalam keadaan tidak bermuatan, elektron tidak dapat meninggalkan konduktor. Satu-satunya sifat aktif elektron tak bermuatan adalah perpindahan spasial, dan rasio ruang ini terhadap ruang perluasan bukanlah gerak. Kombinasi gerak rotasi (atom atau partikel) yang mengakibatkan perpindahan dalam ruang (kecepatan lebih besar dari satu) hanya dapat bergerak dalam waktu, seperti yang disebutkan sebelumnya. Kombinasi gerak rotasi yang mengakibatkan perpindahan waktu (kecepatan kurang dari satu) hanya dapat bergerak dalam ruang, karena gerak merupakan hubungan antara ruang dan waktu. Namun satuan kecepatan (nol alami atau tingkat awal) adalah kesatuan dalam ruang dan waktu. Oleh karena itu, kombinasi gerak dengan kecepatan bersih perpindahan nol dapat bergerak dalam waktu atau ruang. Memperoleh satuan muatan negatif* (tentu saja, bersifat positif) oleh sebuah elektron, yang dalam keadaan tidak bermuatan memiliki satuan perpindahan negatif, mengurangi perpindahan kecepatan yang dihasilkan menjadi nol dan memungkinkan elektron bergerak bebas baik dalam ruang maupun waktu.
Penciptaan elektron bermuatan dalam konduktor hanya memerlukan transfer energi yang cukup ke elektron tak bermuatan untuk menjadikan energi kinetik partikel yang ada setara dengan satuan muatan. Jika sebuah elektron diproyeksikan ke luar angkasa, diperlukan sejumlah energi tambahan untuk melepaskan diri dari permukaan padat atau cair dan mengatasi tekanan yang diberikan oleh gas di sekitarnya. Elektron bermuatan dengan energi di bawah tingkat ini terikat pada konduktor dengan cara yang sama seperti elektron tak bermuatan.
Energi yang dibutuhkan untuk menciptakan muatan dan keluar dari konduktor dapat dipelajari dengan banyak cara, yang masing-masing merupakan cara untuk menciptakan elektron bermuatan yang bergerak bebas. Metode yang mudah digunakan dan banyak digunakan menyediakan energi yang diperlukan melalui perbedaan potensial. Hal ini meningkatkan energi translasi elektron hingga memenuhi kebutuhan. Dalam banyak aplikasi, peningkatan energi yang diperlukan diminimalkan dengan memproyeksikan elektron bermuatan baru ke dalam ruang hampa, bukan dengan mengatasi tekanan gas. Sinar katoda, yang digunakan dalam pembuatan sinar-X, adalah aliran elektron bermuatan yang diproyeksikan ke dalam ruang hampa. Penggunaan vakum juga merupakan karakteristik penciptaan elektron bermuatan secara termionik, di mana energi yang diperlukan dimasukkan ke dalam elektron tak bermuatan melalui panas. Dalam penciptaan fotovoltaik, energi diserap dari radiasi.
Keberadaan elektron sebagai unit bermuatan bebas biasanya berumur pendek. Segera setelah tercipta melalui satu transfer energi dan dipancarkan ke luar angkasa, ia kembali bertabrakan dengan materi dan memasuki transfer energi lain, yang dengannya muatan diubah menjadi energi panas atau radiasi dan elektron dikembalikan ke keadaan tidak bermuatan. Di dekat agen yang menghasilkan elektron bermuatan, pembentukan muatan dan proses sebaliknya yang mengubahnya menjadi jenis energi lain terjadi secara bersamaan. Salah satu alasan utama penggunaan ruang hampa untuk menghasilkan elektron adalah untuk meminimalkan hilangnya muatan selama proses sebaliknya.
Di ruang angkasa, elektron bermuatan dapat diamati, yaitu dideteksi dengan cara yang berbeda, karena adanya muatan, elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya listrik. Hal ini memungkinkan pergerakannya dikendalikan, dan tidak seperti elektron tak bermuatan yang sulit dipahami, elektron bermuatan adalah entitas yang dapat diamati dan dapat dimanipulasi untuk menciptakan berbagai jenis efek fisik.
Tidak mungkin mengisolasi dan mempelajari elektron bermuatan individu dalam materi seperti yang kita lakukan di ruang angkasa, namun kita dapat menyadari keberadaan partikel dengan mengikuti jejak muatan yang bergerak bebas dalam agregat materi. Selain ciri-ciri khusus muatan, elektron bermuatan dalam suatu zat mempunyai sifat yang sama dengan elektron tak bermuatan. Mereka bergerak dengan mudah pada konduktor yang baik dan lebih sulit pada konduktor yang buruk. Mereka bergerak sebagai respons terhadap potensi perbedaan. Mereka disimpan dalam isolator - zat yang tidak memiliki dimensi terbuka yang diperlukan untuk memungkinkan pergerakan bebas elektron, dan seterusnya. Aktivitas elektron bermuatan di dalam dan di sekitar kumpulan materi dikenal sebagai listrik statis.