Listrik adalah istilah umum yang mencakup berbagai fenomena yang dihasilkan dari kehadiran dan aliran muatan listrik . Ini termasuk fenomena dengan mudah dikenali, seperti petir , listrik statis , dan aliran arus listrik dalam sebuah kawat listrik. Selain itu, listrik meliputi konsep kurang akrab seperti medan elektromagnetik dan induksi elektromagnetik .
Kata ini dari bahasa Latin Baru electricus, "kuning-seperti" [a] , diciptakan pada tahun 1600 dari ήλεκτρον Yunani (elektron) yang berarti kuning (resin tanaman mengeras), karena efek listrik statis yang diproduksi klasik dengan menggosok amber.
Penggunaan
Dalam penggunaan umum, kata "listrik" cukup mengacu pada sejumlah efek fisik. Dalam penggunaan ilmiah, bagaimanapun, istilah ini tidak jelas, dan ini, terkait, namun berbeda konsep lebih baik diidentifikasi dengan istilah yang lebih tepat:
- Muatan listrik : properti dari beberapa partikel subatomik , yang menentukan mereka interaksi elektromagnetik . Materi bermuatan listrik dipengaruhi oleh, dan menghasilkan, medan elektromagnetik.
- Arus listrik : suatu gerakan atau aliran partikel bermuatan listrik, biasanya diukur dalam ampere .
- Medan listrik : pengaruh yang dihasilkan oleh muatan listrik pada beban lain-lain di sekitarnya.
- Potensial listrik : kapasitas medan listrik untuk melakukan bekerja pada muatan listrik , biasanya diukur dalam volt .
- Elektromagnetisme : suatu interaksi mendasar antara medan magnet dan kehadiran dan gerakan muatan listrik.
- Tenaga listrik yang disediakan secara komersial oleh industri tenaga listrik . Dalam penggunaan longgar tetapi umum istilah, "listrik" dapat digunakan untuk berarti "kabel untuk listrik" yang berarti bekerja sambungan ke listrik pembangkit listrik . Seperti koneksi hibah pengguna akses "listrik" ke medan listrik hadir di kabel listrik , dan dengan demikian untuk tenaga listrik.
Sejarah
Artikel utama: Sejarah elektromagnetisme dan Sejarah teknik listrik
Lihat juga: Etimologi listrik
Jauh sebelum ada pengetahuan listrik ada orang menyadari guncangan dari ikan listrik . Mesir Kuno teks yang berasal dari 2750 SM disebut ikan ini sebagai "guntur dari Sungai Nil ", dan menggambarkan mereka sebagai" pelindung "semua ikan lainnya. Listrik ikan lagi dilaporkan ribuan tahun kemudian oleh Yunani kuno , Romawi dan Arab naturalis dan dokter . [2] Beberapa penulis kuno, seperti Pliny the Elder dan Scribonius Largus , dibuktikan dengan efek mati rasa dari kejutan listrik disampaikan oleh lele dan torpedo sinar , dan tahu bahwa guncangan tersebut bisa melakukan perjalanan sepanjang objek. [3] Pasien yang menderita penyakit seperti gout atau kepala diarahkan untuk menyentuh ikan listrik dengan harapan bahwa guncangan kuat mungkin menyembuhkan mereka. [4] Mungkin pendekatan paling awal dan terdekat dengan Penemuan identitas petir , dan listrik dari sumber lain, harus dikaitkan dengan Arab, yang sebelum abad ke-15 memiliki bahasa Arab kata untuk petir (raad) diterapkan pada sinar listrik . [5] Budaya kuno di sekitar Mediterania tahu bahwa benda-benda tertentu, seperti batang-batang ambar , bisa digosok dengan bulu kucing untuk menarik benda-benda ringan seperti bulu. Thales dari Miletos membuat serangkaian pengamatan pada listrik statis sekitar 600 SM, dari mana ia percaya gesekan yang diberikan ambar magnetik , berbeda dengan mineral seperti magnetit , yang dibutuhkan tidak menggosok. [6] [7] Thales percaya tidak benar dalam daya tarik adalah karena efek magnetik, tapi kemudian ilmu pengetahuan akan membuktikan hubungan antara magnet dan listrik. Menurut sebuah teori kontroversial, Partia mungkin memiliki pengetahuan tentang elektroplating , didasarkan pada penemuan 1936 dari Baterai Baghdad , yang menyerupai sel galvanik , meskipun tidak pasti apakah artefak itu listrik di alam. [8]
Listrik akan tetap sedikit lebih dari keingintahuan intelektual selama ribuan tahun sampai 1600, ketika ilmuwan Inggris William Gilbert membuat studi yang cermat listrik dan magnet, membedakan lodestone efek dari listrik statis yang dihasilkan oleh menggosok amber. [6] Dia menciptakan istilah Latin Baru kata electricus ("amber" atau "seperti ambar", dari ήλεκτρον [Elektron], kata Yunani untuk "ambar") untuk merujuk pada properti benda-benda kecil menarik setelah digosok. [9] Asosiasi ini memunculkan kata Inggris "listrik" dan "listrik", yang membuat penampilan pertama mereka di cetak di Thomas Browne 's Pseudodoxia epidemica dari 1646. [10]
Pekerjaan lebih lanjut dilakukan oleh Otto von Guericke , Robert Boyle , Stephen Gray dan CF du Fay . Pada abad ke-18, Benjamin Franklin melakukan penelitian di listrik, menjual harta miliknya untuk membiayai pekerjaannya. Pada Juni 1752 ia dianggap telah terpasang kunci logam untuk bagian bawah string dibasahi layang-layang dan terbang layang-layang di langit-terancam badai. [11] Sebuah suksesi bunga api melompat dari tombol ke bagian belakang tangan menunjukkan bahwa petir memang listrik di alam. [12]
Pada tahun 1791, Luigi Galvani menerbitkan penemuan bioelectricity , menunjukkan bahwa listrik adalah medium yang sel-sel saraf melewati sinyal ke otot. [13] Alessandro Volta 's baterai, atau tumpukan volta , dari 1800, terbuat dari lapisan bergantian seng dan tembaga, para ilmuwan dilengkapi dengan sumber yang lebih dapat diandalkan energi listrik daripada elektrostatik mesin sebelumnya digunakan. [13] Pengakuan elektromagnetisme , kesatuan fenomena listrik dan magnet, adalah karena Hans Christian Ørsted dan André-Marie amper di 1819-1820 ; Michael Faraday menemukan motor listrik pada tahun 1821, dan Georg Ohm matematis menganalisis rangkaian listrik pada 1827. [13] Listrik dan magnet (dan cahaya) yang definitif dihubungkan oleh James Clerk Maxwell , khususnya dalam bukunya " Pada Garis Fisik Angkatan " pada tahun 1861 dan 1862. [14]
Meskipun telah menjadi awal abad ke 19 yang telah melihat kemajuan pesat dalam ilmu listrik, akhir abad 19 akan melihat kemajuan terbesar dalam teknik listrik . Melalui orang-orang seperti Nikola Tesla , Galileo Ferrari , Thomas Edison , Otto Bláthy , Anyos Jedlik , Sir Charles Parsons , Joseph Swan , George Westinghouse , Werner von Siemens Ernst , Alexander Graham Bell dan Lord Kelvin , listrik berubah dari keingintahuan ilmiah ke dalam suatu alat penting untuk kehidupan modern, menjadi kekuatan pendorong untuk Revolusi Industri Kedua . [15]
Konsep
Muatan listrik
Artikel utama: Muatan listrik
Muatan listrik adalah properti tertentu partikel-partikel subatomik , yang menimbulkan dan berinteraksi dengan gaya elektromagnetik , salah satu dari empat gaya dasar alam. Mengisi berasal dari atom , di mana operator yang paling akrab adalah elektron dan proton . Ini adalah kuantitas kekal , yaitu, muatan bersih dalam suatu sistem yang terisolasi selalu akan tetap konstan terlepas dari setiap perubahan yang terjadi dalam sistem itu. [16] Dalam sistem, biaya dapat ditransfer antara tubuh, baik dengan kontak langsung, atau dengan melewatkan sepanjang bahan melakukan, seperti kawat. [17] Para resmi Istilah listrik statis mengacu pada kehadiran bersih (atau 'ketidakseimbangan') biaya pada tubuh, biasanya disebabkan ketika bahan berbeda yang digosok bersama, mentransfer muatan dari satu yang lain. Kehadiran biaya menimbulkan gaya elektromagnetik: biaya mengerahkan kekuatan satu sama lain, efek yang dikenal, meskipun tidak mengerti, di zaman kuno. [18] Sebuah bola ringan diskors dari string dapat diisi dengan menyentuhnya dengan batang kaca yang sendiri telah dituduh dengan menggosok dengan kain. Jika bola yang sama dibebankan oleh batang gelas yang sama, ditemukan untuk mengusir pertama: mengisi bertindak untuk memaksa dua bola terpisah. Dua bola yang diisi dengan batang ambar digosok juga saling tolak. Namun, jika satu bola dibebankan oleh batang kaca, dan yang lainnya oleh sebuah batang kuning, dua bola ditemukan untuk menarik satu sama lain. Fenomena ini diselidiki pada akhir abad kedelapan belas oleh Charles Augustin de Coulomb- , yang menyimpulkan bahwa muatan memanifestasikan dirinya dalam dua bentuk yang berlawanan. Penemuan ini menyebabkan aksioma terkenal:. Seperti bermuatan benda mengusir dan sebaliknya bermuatan benda menarik [18]
Gaya bekerja pada partikel bermuatan sendiri, maka muatan memiliki kecenderungan untuk menyebarkan dirinya sebagai merata mungkin atas permukaan melakukan. Besarnya gaya elektromagnetik, apakah menarik atau menjijikkan, yang diberikan oleh hukum Coulomb , yang berhubungan memaksa dengan produk dari tuduhan dan memiliki invers-kuadrat kaitannya dengan jarak antara mereka. [19] [20] Gaya elektromagnetik sangat kuat, yang kedua hanya dalam kekuatan untuk interaksi kuat , [21] tetapi tidak seperti kekuatan yang beroperasi atas semua jarak. [22] Dalam perbandingan dengan jauh lebih lemah gaya gravitasi , gaya elektromagnetik mendorong dua elektron terpisah adalah 10 42 kali dari gravitasi tarik menarik mereka bersama-sama. [23]
Muatan elektron dan proton yang berlawanan tanda, maka jumlah biaya dapat dinyatakan sebagai baik negatif atau positif. Dengan konvensi, muatan yang dibawa oleh elektron dianggap negatif, dan bahwa dengan proton yang positif, kebiasaan yang berasal dengan karya Benjamin Franklin . [24] Jumlah muatan biasanya diberikan simbol Q dan dinyatakan dalam coulomb ; [25] setiap elektron membawa muatan yang sama sekitar -1,6022 × 10 -19 coulomb . Proton memiliki muatan yang sama dan berlawanan, dan dengan demikian 1,6022 × 10 -19 coulomb. Mengisi dimiliki tidak hanya oleh materi , tetapi juga oleh antimateri , masing-masing antipartikel membawa muatan yang sama dan berlawanan untuk partikel yang sesuai. [26]
Mengisi dapat diukur dengan sejumlah cara, instrumen awal menjadi elektroskop daun emas , yang meskipun masih digunakan untuk demonstrasi kelas, telah digantikan oleh elektronik elektrometer . [17]
Arus listrik
Artikel utama: Arus listrik
Gerakan muatan listrik dikenal sebagai arus listrik , intensitas yang biasanya diukur dalam ampere . Saat ini dapat terdiri dari setiap partikel bermuatan bergerak; paling sering ini adalah elektron, tetapi setiap biaya dalam gerak merupakan arus. Dengan konvensi historis, arus positif didefinisikan sebagai memiliki arah yang sama aliran seperti setiap muatan positif mengandung, atau mengalir dari bagian paling positif dari sirkuit ke bagian yang paling negatif. Saat ini didefinisikan dalam cara ini disebut konvensional saat ini . Gerak elektron bermuatan negatif di sekitar sirkuit listrik , salah satu bentuk yang paling akrab saat ini, dengan demikian dianggap positif dalam arah yang berlawanan dengan yang elektron. [27] Namun, tergantung pada kondisi, arus listrik dapat terdiri dari aliran partikel bermuatan di kedua arah, atau bahkan di kedua arah sekaligus. Konvensi positif ke negatif secara luas digunakan untuk menyederhanakan situasi ini.
Proses di mana arus listrik melewati suatu material disebut konduksi listrik , dan sifat bervariasi dengan bahwa dari partikel bermuatan dan bahan yang melaluinya mereka bepergian. Contoh arus listrik termasuk konduksi metalik, di mana elektron mengalir melalui suatu konduktor seperti logam, dan elektrolisis , di mana ion (dibebankan atom ) mengalir melalui cairan. Sementara partikel itu sendiri dapat bergerak cukup lambat, kadang-kadang dengan rata-rata kecepatan melayang hanya fraksi milimeter per detik, [17] dengan medan listrik yang mendorong mereka sendiri merambat dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya , yang memungkinkan sinyal listrik untuk lulus cepat di sepanjang kabel . [28]
Saat ini menyebabkan efek diamati beberapa yang secara historis merupakan sarana mengakui kehadirannya. Air yang dapat terurai oleh arus dari tumpukan volta ditemukan oleh Nicholson dan Carlisle pada tahun 1800, proses sekarang dikenal sebagai elektrolisis . Pekerjaan mereka sangat diperluas oleh Michael Faraday pada tahun 1833. [29] saat ini melalui resistensi menyebabkan pemanasan lokal, efek James Prescott Joule dipelajari matematis pada 1840. [29] Salah satu penemuan paling penting yang berkaitan dengan saat ini dibuat sengaja oleh Hans Christian Ørsted pada tahun 1820, ketika, sambil menyiapkan kuliah, ia menyaksikan arus dalam kawat mengganggu jarum kompas magnetik. [30] Dia telah menemukan elektromagnetisme , interaksi mendasar antara listrik dan magnet.
Dalam aplikasi teknik atau rumah tangga, saat ini sering digambarkan sebagai baik arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC). Istilah-istilah ini mengacu pada bagaimana saat ini bervariasi pada waktunya. Langsung saat ini, seperti yang dihasilkan oleh contoh dari baterai dan diperlukan oleh sebagian besar elektronik perangkat, adalah aliran searah dari bagian positif dari satu sirkuit ke yang negatif. [31] Jika, seperti yang paling umum, aliran ini dibawa oleh elektron, mereka akan bepergian dalam arah yang berlawanan. Arus bolak-balik adalah setiap arus yang berbalik arah berulang kali, hampir selalu ini mengambil bentuk gelombang sinusoidal . [32] Alternating sekarang sehingga pulsa bolak-balik dalam konduktor tanpa muatan bergerak setiap jarak bersih dari waktu ke waktu. Nilai rata-rata waktu dari arus bolak-balik adalah nol, tetapi memberikan energi dalam pertama satu arah, dan kemudian sebaliknya. Arus bolak dipengaruhi oleh sifat listrik yang tidak diamati di bawah kondisi mapan arus searah, seperti induktansi dan kapasitansi . [33] Sifat-sifat ini namun dapat menjadi penting ketika sirkuit terkena transien , seperti ketika pertama kali energi.
Medan listrik
Artikel utama: Medan listrik
Lihat juga: Elektrostatik
Konsep listrik lapangan diperkenalkan oleh Michael Faraday . Sebuah medan listrik dibuat oleh badan dibebankan pada ruang yang mengelilinginya, dan hasil dalam kekuatan yang diberikan pada setiap biaya lainnya ditempatkan dalam lapangan. Medan listrik antara dua tuduhan bertindak dengan cara yang mirip dengan cara bahwa tindakan medan gravitasi antara dua massa , dan seperti itu, meluas ke infinity dan menunjukkan hubungan kuadrat terbalik dengan jarak. [22] Namun, ada perbedaan penting. Gravitasi selalu bertindak dalam daya tarik, menggambar dua massa bersama-sama, sedangkan medan listrik dapat menghasilkan daya tarik atau tolakan baik. Karena tubuh besar seperti planet umumnya tidak membawa muatan bersih, medan listrik pada jarak biasanya nol. Jadi gravitasi merupakan kekuatan dominan pada jarak jauh di alam semesta, meskipun jauh lebih lemah. [23] 
Studi tentang medan listrik yang diciptakan oleh biaya stasioner disebut elektrostatika . Lapangan dapat digambarkan oleh satu set garis imajiner yang arah pada setiap titik adalah sama dengan lapangan. Konsep ini diperkenalkan oleh Faraday, [36] 'istilah yang garis-garis gaya 'masih kadang-kadang melihat gunakan. Garis-garis medan adalah jalan yang titik muatan positif akan berusaha untuk membuat seperti yang dipaksa untuk bergerak dalam lapangan;. Namun mereka adalah konsep imajiner tanpa keberadaan fisik, dan lapangan menembus semua ruang intervensi antara garis [36 ] garis lapangan yang berasal dari biaya stasioner memiliki sifat beberapa kunci: pertama, bahwa mereka berasal di muatan positif dan berakhir pada muatan negatif, kedua, bahwa mereka harus memasukkan konduktor yang baik di sudut kanan, dan ketiga, bahwa mereka mungkin tidak pernah silang atau dekat dalam pada diri mereka sendiri. [37]
Tubuh melakukan berongga membawa semua muatan pada permukaan luarnya. Bidang ini karena nol pada semua tempat di dalam tubuh. [38] Ini adalah prinsip operasi dari sangkar Faraday , shell logam melakukan yang mengisolasi interior dari efek listrik luar.
Prinsip-prinsip elektrostatik yang penting ketika merancang item tegangan tinggi peralatan. Ada batas yang terbatas untuk kekuatan medan listrik yang dapat bertahan oleh media apapun. Di luar titik ini, kerusakan listrik terjadi dan busur listrik menyebabkan flashover antara bagian dibebankan. Udara, misalnya, cenderung busur di celah kecil pada kekuatan medan listrik yang melebihi 30 kV per sentimeter. Selama kesenjangan yang lebih besar, kekuatan breakdown adalah lemah, mungkin 1 kV per sentimeter. [39] Terjadinya alam yang paling terlihat dari hal ini adalah petir , disebabkan ketika muatan menjadi terpisah dalam awan dengan kolom meningkatnya udara, dan menimbulkan medan listrik di udara lebih besar daripada yang dapat menahan. Tegangan dari awan petir yang besar dapat setinggi 100 MV dan memiliki energi debit sebagai besar sebagai 250 kWh. [40]
Kekuatan medan sangat dipengaruhi oleh benda-benda melakukan dekatnya, dan sangat kuat ketika itu dipaksa untuk kurva sekitar benda tajam runcing. Prinsip ini dimanfaatkan dalam konduktor petir , lonjakan tajam yang bertindak untuk mendorong stroke petir untuk mengembangkan di sana, bukan untuk membangun itu berfungsi untuk melindungi. [41]
Potensial listrik
Artikel utama: potensial listrik
Lihat juga: Tegangan
Konsep potensial listrik terkait erat dengan yang dari medan listrik. Sebuah biaya kecil ditempatkan dalam medan listrik pengalaman kekuatan, dan telah membawa bahwa muatan ke titik yang melawan gaya membutuhkan pekerjaan . Potensi listrik di setiap titik didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk membawa muatan uji unit dari jarak tak terbatas perlahan ke titik itu. Hal ini biasanya diukur dalam volt , dan satu volt adalah potensi yang satu joule kerja harus dikeluarkan untuk membawa muatan satu coulomb dari infinity. [42] Definisi potensi, sementara formal, telah sedikit aplikasi praktis, dan konsep yang lebih berguna adalah bahwa listrik beda potensial , dan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan sebuah satuan muatan antara dua titik yang ditentukan. Medan listrik memiliki properti khusus bahwa itu adalah konservatif , yang berarti bahwa jalan yang diambil oleh muatan uji tidak relevan:. jalur semua antara dua titik tertentu mengeluarkan energi yang sama, dan dengan demikian nilai unik untuk perbedaan potensial dapat dinyatakan [42 ] volt ini begitu kuat diidentifikasi sebagai unit pilihan untuk pengukuran dan deskripsi perbedaan potensial listrik yang istilah tegangan melihat penggunaan sehari-hari lebih besar.
Untuk tujuan praktis, berguna untuk menentukan titik referensi umum yang dapat dinyatakan potensi dan dibandingkan. Sementara ini bisa di tak terhingga, referensi jauh lebih berguna adalah bumi itu sendiri, yang diasumsikan pada potensial yang sama di mana-mana. Ini titik referensi secara alami mengambil nama bumi atau tanah . Bumi diasumsikan menjadi sumber tak terbatas jumlah yang sama dari muatan positif dan negatif, dan karenanya bermuatan elektrik-dan unchargeable. [43]
Potensial listrik adalah besaran skalar , yaitu, ia hanya memiliki besar dan tidak arah. Ini dapat dilihat sebagai analog dengan ketinggian :. hanya sebagai objek dirilis akan jatuh melalui perbedaan ketinggian disebabkan oleh medan gravitasi, sehingga biaya akan 'jatuh' di tegangan yang disebabkan oleh medan listrik [44] Sebagai bantuan peta menunjukkan garis kontur menandai titik sama tinggi, satu set garis menandai titik-titik potensi yang sama (dikenal sebagai equipotentials ) dapat ditarik sekitar obyek bermuatan elektrostatis. Para equipotentials melintasi semua garis-garis gaya di sudut kanan. Mereka juga harus terletak sejajar dengan konduktor permukaan 's, jika tidak ini akan menghasilkan kekuatan yang akan memindahkan biaya operator bahkan potensi permukaan.
Medan listrik secara resmi didefinisikan sebagai gaya yang bekerja per satuan muatan, tapi konsep potensi memungkinkan untuk definisi yang lebih berguna dan setara: medan listrik adalah lokal gradien dari potensial listrik. Biasanya dinyatakan dalam volt per meter, arah vektor lapangan adalah garis kemiringan terbesar potensi, dan di mana equipotentials berbaring terdekat bersama-sama. [17]
Elektromagnetisme
Artikel utama: Elektromagnetisme
Ørsted tidak sepenuhnya memahami penemuan, tapi ia mengamati efek itu timbal balik: sebuah mengerahkan gaya pada arus magnet, dan medan magnet memberikan gaya pada arus. Fenomena ini diselidiki lebih lanjut oleh amper , yang menemukan bahwa dua paralel kabel pembawa arus diberikan kekuatan pada satu sama lain:. kawat dua arus melakukan dalam arah yang sama tertarik satu sama lain, sementara kabel yang mengandung arus di arah yang berlawanan terpaksa terpisah [ 46] Interaksi diperantarai oleh medan magnet saat ini masing-masing menghasilkan dan membentuk dasar bagi internasional definisi ampere . [46]
Eksperimentasi oleh Faraday pada tahun 1831 mengungkapkan bahwa kawat yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet mengembangkan perbedaan potensial antara ujung-ujungnya. Analisis lebih lanjut dari proses ini, yang dikenal sebagai induksi elektromagnetik , memungkinkan dia untuk menyatakan prinsip, sekarang dikenal sebagai hukum Faraday induksi , bahwa perbedaan potensial diinduksi dalam suatu sirkuit tertutup sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik melalui loop. Eksploitasi penemuan ini memungkinkan dia untuk menciptakan pertama generator listrik pada tahun 1831, di mana ia merubah energi mekanik dari cakram tembaga yang berputar menjadi energi listrik. [47] disk Faraday tidak efisien dan tidak digunakan sebagai generator praktis, tetapi menunjukkan kemungkinan menghasilkan tenaga listrik dengan menggunakan magnet, kemungkinan yang akan diambil oleh orang-orang yang diikuti pada dari karyanya.
S Faraday dan bekerja amper menunjukkan bahwa medan magnetik yang berubah terhadap waktu bertindak sebagai sumber dari medan listrik, dan medan waktu bervariasi listrik merupakan sumber medan magnet. Jadi, ketika lapangan baik berubah dalam waktu, maka bidang yang lain tentu diinduksi. [48] Seperti fenomena memiliki sifat-sifat gelombang , dan secara alami disebut sebagai gelombang elektromagnetik . Gelombang elektromagnetik dianalisis secara teoritis oleh James Clerk Maxwell pada tahun 1864. Maxwell mengembangkan satu set persamaan yang jelas bisa menggambarkan keterkaitan antara medan listrik, medan magnet, muatan listrik, dan arus listrik. Dia apalagi bisa membuktikan bahwa seperti gelombang tentu akan perjalanan dengan kecepatan cahaya , dan dengan demikian cahaya itu sendiri adalah bentuk radiasi elektromagnetik. Hukum Maxwell , dimana cahaya menyatukan, ladang, dan biaya adalah salah satu tonggak besar teori fisika. [ 48]
Sirkuit listrik
Artikel utama: listrik rangkaian
Komponen dalam sebuah sirkuit listrik dapat mengambil banyak bentuk, yang dapat mencakup unsur-unsur seperti resistor , kapasitor , switch , trafo dan elektronik . sirkuit elektronik mengandung komponen aktif , biasanya semikonduktor , dan biasanya menunjukkan non-linear perilaku, membutuhkan analisis kompleks. Komponen listrik yang paling sederhana adalah mereka yang disebut pasif dan linear : sementara mereka sementara dapat menyimpan energi, mereka tidak mengandung sumber-sumber itu, dan menunjukkan respon linier terhadap rangsangan. [49]
resistor mungkin yang paling sederhana elemen rangkaian pasif: seperti namanya, ia menolak arus melalui itu, menghamburkan energi sebagai panas. Perlawanan merupakan konsekuensi dari gerakan muatan melalui konduktor: dalam logam, misalnya, resistensi terutama akibat tabrakan antara elektron dan ion. hukum Ohm adalah hukum dasar teori rangkaian , yang menyatakan bahwa arus yang melalui resistansi adalah berbanding lurus dengan beda potensial di atasnya. Hambatan dari bahan yang paling relatif konstan selama rentang suhu dan arus; bahan di bawah kondisi ini dikenal sebagai 'ohmik'. Para ohm , unit perlawanan, dinamai untuk menghormati Georg Ohm , dan dilambangkan dengan huruf Ω Yunani. 1 Ω adalah resistansi yang akan menghasilkan perbedaan potensial satu volt dalam menanggapi arus satu amp. [49]
kapasitor adalah perangkat yang mampu menyimpan muatan, dan dengan demikian menyimpan energi listrik dalam bidang yang dihasilkan. Secara konseptual, itu terdiri dari dua pelat melakukan dipisahkan oleh sebuah lapisan isolasi tipis, dalam praktek, foil logam tipis yang melingkar bersama-sama, meningkatkan luas permukaan per satuan volume dan karenanya kapasitansi . Satuan kapasitansi adalah farad , dinamai Michael Faraday , dan diberi simbol F: satu farad adalah kapasitansi yang mengembangkan perbedaan potensial satu volt ketika menyimpan muatan satu coulomb. Sebuah kapasitor dihubungkan dengan catu tegangan awalnya menyebabkan arus karena terakumulasi biaya; arus ini namun akan membusuk dalam waktu seperti kapasitor mengisi, akhirnya jatuh ke nol. Sebuah kapasitor karena itu akan tidak mengijinkan seorang steady state saat ini, tapi blok itu. [49]
induktor adalah sebuah konduktor, biasanya kumparan kawat, yang menyimpan energi dalam medan magnet dalam menanggapi arus melalui itu. Ketika perubahan saat ini, medan magnet tidak juga, menginduksi tegangan antara ujung-ujung konduktor. Tegangan induksi sebanding dengan laju perubahan arus. Konstanta proporsionalitas disebut sebagai induktansi . Satuan induktansi adalah henry , dinamai Joseph Henry , yang hidup sezaman Faraday. Satu henry adalah induktansi yang akan mendorong perbedaan potensial satu volt jika arus yang melalui itu perubahan pada tingkat satu ampere per detik. [49] Perilaku induktor adalah dalam beberapa hal berkomunikasi dengan yang ada pada kapasitor: secara bebas akan memungkinkan arus tidak berubah, tapi menentang satu yang berubah dengan cepat. 
Tenaga angin merupakan peningkatan penting di banyak negara Percobaan Thales 'dengan batang kuning adalah studi pertama ke dalam produksi energi listrik. Sedangkan metode ini, sekarang dikenal sebagai efek listrik tribo , mampu mengangkat benda ringan dan bahkan menghasilkan percikan api, hal ini sangat tidak efisien. [50] Itu tidak sampai penemuan tumpukan volta di abad kedelapan belas bahwa sumber yang layak listrik menjadi tersedia. Tumpukan volta, dan keturunan modern, yang baterai listrik , menyimpan energi kimia dan membuatnya tersedia pada permintaan dalam bentuk energi listrik. [50] Baterai adalah sumber daya serbaguna dan sangat umum yang cocok untuk banyak aplikasi, namun penyimpanan energi adalah terbatas, dan sekali habis itu harus dibuang atau diisi ulang. Untuk kebutuhan listrik yang besar energi listrik yang harus dihasilkan dan ditransmisikan terus-menerus selama jalur transmisi konduktif.
Daya listrik yang biasanya dihasilkan oleh elektro-mekanik generator digerakkan oleh uap yang dihasilkan dari bahan bakar fosil pembakaran, atau panas yang dilepaskan dari reaksi nuklir , atau dari sumber lain seperti energi kinetik diekstraksi dari angin atau air yang mengalir. Modern turbin uap ditemukan oleh Sir Charles Parsons pada tahun 1884 saat ini menghasilkan sekitar 80 persen dari listrik di dunia menggunakan berbagai sumber panas. Generator seperti tak memiliki kemiripan ke generator disk homopolar Faraday tahun 1831, namun mereka masih bergantung pada prinsipnya elektromagnetik bahwa konduktor menghubungkan medan magnet yang berubah menyebabkan perbedaan potensial di ujung-ujungnya. [51] Penemuan di akhir abad kesembilan belas dari transformator berarti bahwa daya listrik dapat ditransmisikan lebih efisien pada tegangan yang lebih tinggi tetapi rendah saat ini. Efisien transmisi listrik pada gilirannya berarti bahwa listrik bisa dihasilkan di terpusat pembangkit listrik , di mana manfaat dari skala ekonomi , dan kemudian akan dikirim jarak yang relatif lama ke tempat itu diperlukan. [52] [53]
Karena energi listrik tidak dapat dengan mudah disimpan dalam jumlah cukup besar untuk memenuhi permintaan dalam skala nasional, sepanjang waktu persis sama harus diproduksi seperti yang diperlukan. [52] Hal ini memerlukan utilitas listrik untuk membuat prediksi yang cermat dari beban listrik mereka, dan memelihara konstan koordinasi dengan stasiun kekuasaan mereka. Sebuah jumlah tertentu dari generasi harus selalu diselenggarakan di cadangan untuk bantal jaringan listrik terhadap gangguan dan kerugian yang tak terelakkan.
Permintaan listrik tumbuh dengan kecepatan yang besar sebagai bangsa modernisasi dan ekonominya berkembang. Amerika Serikat menunjukkan peningkatan 12% permintaan selama setiap tahun dari tiga dekade pertama abad kedua puluh, [54] tingkat pertumbuhan yang sekarang sedang dialami oleh negara-negara berkembang seperti India atau China. [55] [ 56] Secara historis, tingkat pertumbuhan permintaan listrik telah melampaui bahwa untuk bentuk-bentuk energi lainnya. [57]
Masalah lingkungan dengan pembangkit listrik telah menyebabkan peningkatan fokus pada generasi dari sumber-sumber terbarukan , khususnya dari angin dan tenaga air . Sementara perdebatan dapat diharapkan untuk terus atas dampak lingkungan dari berbagai cara produksi listrik, bentuk finalnya relatif bersih. [58]
Para bola lampu , sebuah aplikasi awal listrik, beroperasi dengan pemanasan Joule : perjalanan saat ini melalui ketahanan panas menghasilkan Listrik adalah bentuk energi sangat fleksibel, dan telah diadaptasi ke nomor, besar, dan berkembang dari menggunakan. [59] Penemuan praktis bola lampu pijar pada 1870-an menyebabkan pencahayaan menjadi salah satu aplikasi publik pertama yang tersedia daya listrik. Meskipun elektrifikasi membawa dengan itu bahaya sendiri, menggantikan api telanjang pencahayaan gas sangat berkurang bahaya kebakaran di dalam rumah dan pabrik. [60] utilitas umum didirikan di banyak kota menargetkan pasar yang berkembang untuk penerangan listrik.
Para pemanasan Joule efek yang digunakan dalam bola lampu juga melihat menggunakan lebih langsung dalam pemanas listrik . Sementara ini adalah serbaguna dan terkendali, dapat dilihat sebagai boros, karena generasi yang paling listrik sudah memerlukan produksi panas pada pembangkit listrik. [61] Sejumlah negara, seperti Denmark, telah mengeluarkan undang-undang membatasi atau melarang menggunakan pemanasan listrik di gedung-gedung baru. [62] Listrik Namun sumber energi yang sangat praktis untuk pendinginan , [63] dengan AC yang mewakili sektor yang berkembang untuk kebutuhan listrik, efek yang utilitas listrik semakin wajib untuk mengakomodasi. [64]
Listrik digunakan dalam telekomunikasi , dan memang telegraf listrik , menunjukkan secara komersial pada tahun 1837 oleh Cooke dan Wheatstone , adalah salah satu aplikasi yang paling awal. Dengan pembangunan pertama antarbenua , dan kemudian transatlantik , sistem telegraf pada 1860-an, listrik telah diaktifkan komunikasi di menit di seluruh dunia. serat optik dan satelit komunikasi teknologi telah mengambil pangsa pasar untuk sistem komunikasi, tapi listrik dapat diharapkan untuk tetap merupakan bagian penting dari proses.
Efek dari elektromagnetisme yang paling jelas digunakan dalam motor listrik , yang menyediakan sarana yang bersih dan efisien kekuatan motif. Sebuah motor stasioner seperti winch mudah disediakan dengan pasokan listrik, tetapi motor yang bergerak dengan penerapan, seperti kendaraan listrik , wajib baik membawa bersama sumber listrik seperti baterai, atau untuk mengumpulkan arus dari kontak geser seperti pantograph , menempatkan pembatasan pada jangkauan atau kinerja.
Perangkat elektronik memanfaatkan transistor , mungkin salah satu penemuan yang paling penting dari abad kedua puluh, [65] dan satu blok bangunan fundamental dari semua sirkuit modern. Sebuah modern yang sirkuit terpadu dapat berisi beberapa miliar transistor miniatur di daerah hanya beberapa sentimeter persegi. [66]
Dua 1 New York Subway Kota Kereta, berjalan elektrik. Listrik juga digunakan untuk bahan bakar transportasi publik, termasuk bus dan kereta api listrik. [67]
Belut listrik, Electrophorus electricus Listrik bukanlah penemuan manusia, dan dapat diamati dalam beberapa bentuk di alam, sebuah manifestasi yang menonjol dari petir . Banyak interaksi yang akrab pada tingkat makroskopik, seperti sentuhan , gesekan atau ikatan kimia , adalah karena interaksi antara medan listrik pada skala atom. Para medan magnet bumi diperkirakan muncul dari sebuah dinamo alami arus beredar di inti planet. [71] kristal tertentu, seperti kuarsa , atau bahkan gula , menghasilkan perbedaan potensial di wajah mereka ketika mengalami tekanan eksternal. [72] Fenomena ini dikenal sebagai piezoelektrik , dari Yunani piezein (πιέζειν), yang berarti menekan, dan ditemukan pada 1880 oleh Pierre dan Jacques Curie . Efeknya adalah timbal balik, dan ketika bahan piezoelektrik dikenai medan listrik, perubahan kecil dalam dimensi fisik berlangsung. [72]
Beberapa organisme, seperti hiu , mampu mendeteksi dan merespon perubahan dalam medan listrik, kemampuan yang dikenal sebagai electroreception , [73] sementara yang lain, disebut electrogenic , mampu menghasilkan tegangan diri mereka untuk melayani sebagai senjata predator atau defensif. [ 3] Urutan Gymnotiformes , yang contoh dikenal terbaik adalah belut listrik , mendeteksi atau setrum mangsa mereka melalui tegangan tinggi yang dihasilkan dari sel-sel otot dimodifikasi disebut electrocytes . [3] [4] Semua hewan mengirimkan informasi di sepanjang membran sel mereka dengan pulsa tegangan disebut potensial aksi , yang fungsinya meliputi komunikasi oleh sistem saraf antara neuron dan otot . [74] Sebuah kejutan listrik merangsang sistem ini, dan menyebabkan otot untuk berkontraksi. [75] potensi Aksi juga bertanggung jawab untuk mengkoordinasikan kegiatan pada tanaman tertentu dan mamalia. [74]
Sebagai keakraban masyarakat dengan listrik sebagai sumber kehidupan dari Revolusi Industri Kedua tumbuh, yang wielders lebih sering berperan dalam cahaya yang positif, [77] seperti pekerja yang "kematian jari di akhir sarung tangan mereka seperti sepotong dan repiece hidup kabel "di Rudyard Kipling 's 1907 puisi Anak-anak Martha . [77] kendaraan bertenaga elektrik dari setiap jenis fitur yang besar dalam kisah-kisah petualangan seperti orang-orang dari Jules Verne dan Tom Swift buku. [77] Para master listrik, apakah fiktif atau real-termasuk ilmuwan seperti Thomas Edison , Charles Steinmetz atau Nikola Tesla -yang populer dipahami sebagai penyihir seperti memiliki kekuatan. [77]
Dengan listrik berhenti menjadi hal yang baru dan menjadi kebutuhan hidup sehari-hari di paruh akhir abad ke-20, itu diperlukan perhatian khusus oleh budaya populer hanya jika berhenti mengalir, [77] suatu peristiwa yang biasanya sinyal bencana. [77] The orang-orang yang tetap mengalir, seperti pahlawan tanpa nama Jimmy Webb lagu 's " Wichita gelandang "(1968), [77] masih sering berperan sebagai heroik, penyihir-seperti tokoh. [77]
Produksi dan menggunakan
Generasi dan transmisi
Artikel utama: generasi Listrik
Lihat juga: transmisi tenaga listrik dan listrik Induk di seluruh dunia
Daya listrik yang biasanya dihasilkan oleh elektro-mekanik generator digerakkan oleh uap yang dihasilkan dari bahan bakar fosil pembakaran, atau panas yang dilepaskan dari reaksi nuklir , atau dari sumber lain seperti energi kinetik diekstraksi dari angin atau air yang mengalir. Modern turbin uap ditemukan oleh Sir Charles Parsons pada tahun 1884 saat ini menghasilkan sekitar 80 persen dari listrik di dunia menggunakan berbagai sumber panas. Generator seperti tak memiliki kemiripan ke generator disk homopolar Faraday tahun 1831, namun mereka masih bergantung pada prinsipnya elektromagnetik bahwa konduktor menghubungkan medan magnet yang berubah menyebabkan perbedaan potensial di ujung-ujungnya. [51] Penemuan di akhir abad kesembilan belas dari transformator berarti bahwa daya listrik dapat ditransmisikan lebih efisien pada tegangan yang lebih tinggi tetapi rendah saat ini. Efisien transmisi listrik pada gilirannya berarti bahwa listrik bisa dihasilkan di terpusat pembangkit listrik , di mana manfaat dari skala ekonomi , dan kemudian akan dikirim jarak yang relatif lama ke tempat itu diperlukan. [52] [53]
Karena energi listrik tidak dapat dengan mudah disimpan dalam jumlah cukup besar untuk memenuhi permintaan dalam skala nasional, sepanjang waktu persis sama harus diproduksi seperti yang diperlukan. [52] Hal ini memerlukan utilitas listrik untuk membuat prediksi yang cermat dari beban listrik mereka, dan memelihara konstan koordinasi dengan stasiun kekuasaan mereka. Sebuah jumlah tertentu dari generasi harus selalu diselenggarakan di cadangan untuk bantal jaringan listrik terhadap gangguan dan kerugian yang tak terelakkan.
Permintaan listrik tumbuh dengan kecepatan yang besar sebagai bangsa modernisasi dan ekonominya berkembang. Amerika Serikat menunjukkan peningkatan 12% permintaan selama setiap tahun dari tiga dekade pertama abad kedua puluh, [54] tingkat pertumbuhan yang sekarang sedang dialami oleh negara-negara berkembang seperti India atau China. [55] [ 56] Secara historis, tingkat pertumbuhan permintaan listrik telah melampaui bahwa untuk bentuk-bentuk energi lainnya. [57]
Masalah lingkungan dengan pembangkit listrik telah menyebabkan peningkatan fokus pada generasi dari sumber-sumber terbarukan , khususnya dari angin dan tenaga air . Sementara perdebatan dapat diharapkan untuk terus atas dampak lingkungan dari berbagai cara produksi listrik, bentuk finalnya relatif bersih. [58]
Menggunakan
Para pemanasan Joule efek yang digunakan dalam bola lampu juga melihat menggunakan lebih langsung dalam pemanas listrik . Sementara ini adalah serbaguna dan terkendali, dapat dilihat sebagai boros, karena generasi yang paling listrik sudah memerlukan produksi panas pada pembangkit listrik. [61] Sejumlah negara, seperti Denmark, telah mengeluarkan undang-undang membatasi atau melarang menggunakan pemanasan listrik di gedung-gedung baru. [62] Listrik Namun sumber energi yang sangat praktis untuk pendinginan , [63] dengan AC yang mewakili sektor yang berkembang untuk kebutuhan listrik, efek yang utilitas listrik semakin wajib untuk mengakomodasi. [64]
Listrik digunakan dalam telekomunikasi , dan memang telegraf listrik , menunjukkan secara komersial pada tahun 1837 oleh Cooke dan Wheatstone , adalah salah satu aplikasi yang paling awal. Dengan pembangunan pertama antarbenua , dan kemudian transatlantik , sistem telegraf pada 1860-an, listrik telah diaktifkan komunikasi di menit di seluruh dunia. serat optik dan satelit komunikasi teknologi telah mengambil pangsa pasar untuk sistem komunikasi, tapi listrik dapat diharapkan untuk tetap merupakan bagian penting dari proses.
Efek dari elektromagnetisme yang paling jelas digunakan dalam motor listrik , yang menyediakan sarana yang bersih dan efisien kekuatan motif. Sebuah motor stasioner seperti winch mudah disediakan dengan pasokan listrik, tetapi motor yang bergerak dengan penerapan, seperti kendaraan listrik , wajib baik membawa bersama sumber listrik seperti baterai, atau untuk mengumpulkan arus dari kontak geser seperti pantograph , menempatkan pembatasan pada jangkauan atau kinerja.
Perangkat elektronik memanfaatkan transistor , mungkin salah satu penemuan yang paling penting dari abad kedua puluh, [65] dan satu blok bangunan fundamental dari semua sirkuit modern. Sebuah modern yang sirkuit terpadu dapat berisi beberapa miliar transistor miniatur di daerah hanya beberapa sentimeter persegi. [66]
Listrik dan alam
Efek Fisiologis
Artikel utama: Kejutan listrik
Sebuah tegangan diterapkan pada tubuh manusia menyebabkan arus listrik melalui jaringan, dan meskipun hubungan non-linier, semakin besar tegangan, semakin besar arus. [68] Ambang batas untuk persepsi bervariasi dengan frekuensi pasokan dan dengan jalan arus, tetapi sekitar 0,1 mA untuk 1 mA untuk induk frekuensi listrik, meskipun saat ini serendah microamp dapat dideteksi sebagai electrovibration efek dalam kondisi tertentu. [69] Jika saat ini cukup tinggi, akan menyebabkan kontraksi otot, fibrilasi jantung, dan jaringan luka bakar . [68] Kurangnya tanda-tanda terlihat bahwa sebuah konduktor listrik membuat listrik bahaya tertentu. Rasa sakit disebabkan oleh sengatan listrik dapat intens, listrik terkemuka di kali untuk digunakan sebagai metode penyiksaan . Kematian disebabkan oleh kejutan listrik disebut sebagai listrik . Listrik masih merupakan sarana pelaksanaan peradilan di beberapa yurisdiksi, meskipun penggunaannya telah menjadi langka di kali. [70] Listrik fenomena di alam
Beberapa organisme, seperti hiu , mampu mendeteksi dan merespon perubahan dalam medan listrik, kemampuan yang dikenal sebagai electroreception , [73] sementara yang lain, disebut electrogenic , mampu menghasilkan tegangan diri mereka untuk melayani sebagai senjata predator atau defensif. [ 3] Urutan Gymnotiformes , yang contoh dikenal terbaik adalah belut listrik , mendeteksi atau setrum mangsa mereka melalui tegangan tinggi yang dihasilkan dari sel-sel otot dimodifikasi disebut electrocytes . [3] [4] Semua hewan mengirimkan informasi di sepanjang membran sel mereka dengan pulsa tegangan disebut potensial aksi , yang fungsinya meliputi komunikasi oleh sistem saraf antara neuron dan otot . [74] Sebuah kejutan listrik merangsang sistem ini, dan menyebabkan otot untuk berkontraksi. [75] potensi Aksi juga bertanggung jawab untuk mengkoordinasikan kegiatan pada tanaman tertentu dan mamalia. [74]
Budaya persepsi
Pada abad ke-20 ke-19 dan awal, listrik bukan bagian dari kehidupan sehari-hari banyak orang, bahkan di industri dunia Barat . Para budaya populer waktu yang sesuai sering menggambarkan itu sebagai kekuatan, misterius kuasi-magis yang dapat membunuh hidup, menghidupkan orang mati atau membengkokkan hukum alam. [76] Sikap ini dimulai dengan 1771 eksperimen Luigi Galvani yang kaki katak yang tewas ditunjukkan untuk kedutan pada penerapan listrik hewan . "Revitalisasi" atau resusitasi orang tampak mati atau tenggelam dilaporkan dalam literatur medis tak lama setelah bekerja Galvani. Hasil ini diketahui Mary Shelley ketika ia menulis Frankenstein (1819), meskipun ia tidak nama metode revitalisasi rakasa. Revitalisasi monster dengan listrik kemudian menjadi tema saham dalam film horor.Sebagai keakraban masyarakat dengan listrik sebagai sumber kehidupan dari Revolusi Industri Kedua tumbuh, yang wielders lebih sering berperan dalam cahaya yang positif, [77] seperti pekerja yang "kematian jari di akhir sarung tangan mereka seperti sepotong dan repiece hidup kabel "di Rudyard Kipling 's 1907 puisi Anak-anak Martha . [77] kendaraan bertenaga elektrik dari setiap jenis fitur yang besar dalam kisah-kisah petualangan seperti orang-orang dari Jules Verne dan Tom Swift buku. [77] Para master listrik, apakah fiktif atau real-termasuk ilmuwan seperti Thomas Edison , Charles Steinmetz atau Nikola Tesla -yang populer dipahami sebagai penyihir seperti memiliki kekuatan. [77]
Dengan listrik berhenti menjadi hal yang baru dan menjadi kebutuhan hidup sehari-hari di paruh akhir abad ke-20, itu diperlukan perhatian khusus oleh budaya populer hanya jika berhenti mengalir, [77] suatu peristiwa yang biasanya sinyal bencana. [77] The orang-orang yang tetap mengalir, seperti pahlawan tanpa nama Jimmy Webb lagu 's " Wichita gelandang "(1968), [77] masih sering berperan sebagai heroik, penyihir-seperti tokoh. [77]
Tidak ada komentar:
Posting Komentar