Arus elektrik

Arus elektrik bergantung, berdasarkan konteks penggunan, aliran cas elektrik (fenomena) atau kadar aliran cas elektrik ("kuantiti"). Cas elektrik mengalir ini biasanya dibawa oleh elektron bergerak, dalam pengalir elektrik seperti wayar; dalam elektrolit, ia sebaliknya dibawa oleh ion, dan dalam plasma, oleh kedua-duanya.

Unit Sistem Antarabangsa bagi mengukur kadar aliran caj elektrik adalah ampere. Arus elektrik diukur menggunakan ammeter.

Arus elektrik sebagai aliran merupakan satu kuantiti dalam sains yang menerangkan kadar pengaliran cas elektrik. Unit SI bagi arus ialah ampere yang sama dengan coulomb sesaat.

Takrif

Arus, I boleh ditakrifkan sebagai:

$I={Q \over t}$

yang mana

Q ialah cas elektrik

t ialah masa.

Hukum Ohm

Menurut Hukum Ohm, arus boleh dikira daripada rintangan dan beza upaya dalam satu pengalir (konduktor):

$V=IRVvoltanIarusRrintanganI={\frac {V}{R}}$

yang mana

V ialah beza upaya

R ialah rintangan elektrik.

Fizik

Arus elektrik melalui pelbagai media

Logam

Logam pengalir elektrik pepejal mengandungi elektron bebas atau bergerak. Elektron ini terikat pada jaringan logam tetapi tidak bagi atom individual. Sungguhpun tanpa medan elektrik luaran dikenakan, elektron ini bergerak secara rawak oleh tenaga haba tetapi, secara purata arus bersih sifar dalam logam. Diberikan satah melalui wayar lalu, jumlah elektron bergerak dari satu arah ke sebelah yang lain bagi tempoh masa yang diberikan secara purata seimbang dengan jumlah yang bergerak ke sebaliknya. George Gamow menulis dalam buku popular sains, One, Two, Three...Infinity (1947), "Bahan logam berbeza dari bahan lain berdasarkan fakta kerangka luar atom mereka terikat atau longgar, dan sering membenarkan satu dari elektronnya bebas. Dengan itu dalaman logam terisi dengan sejumlah besar elekton tidak terikat yang bergerak tanpa haluan seperti sekumpulan orang diganti. Apabila wayar logam dikenakan tenaga elektrik dikenakn pada sebelah, elektron bebas ini meluru ke arah kuasa, dengan itu membentuk apa yang kita kenali sebagai arus elektrik."

Wayar biasa bagi pengaliran elektrik merupakan seutas wayar tembaga.

Apabila wayar logam disambung merentang dua terminal sumber voltage arus langsung seperti bateri, sumber ini meletakkan medan eltrik menyeberangi pengalir. Pada saat hubugan berlaku, elektron bebas bagi pengalir dipaksa bergerak ke arah terminal positif di bawah pengaruh medan ini. Dengan itu, elektron bebas ini merupakan pembawa elektron dalam pengalir pepejal biasa. Bagi arus elektrik 1 ampere, 1 coulomb caj elektrik (yang terdiri daripada sekitar 6.242 × 10¹⁸ caj unsur) hanyut setiap sesaat melalui sebarang satah yang dilalui pengalir.

Bagi aliran tetap, arus I dalam ampere boleh dikira menggunakan persamaan berikut:

$I={Q \over t}\,,$

di mana Q merupakan caj elektrik dalam coulomb dipindahkan, dan t adalah masa dalam saat

Lebih umum, arus elektrik boleh diwakili sebagai kadar masa perubahan caj, atau

$I={\frac {dQ}{dt}}\,.$

Media lain

Dalam pepejal logam, aliran elektrik mengalir melalui elektron, dari potensi elektrik tinggi ke potensi elektrik rendah. Dalam mdia lain, sebarang aliran objek tercaj boleh membentuk aliran elektrik. Dengan itu apabila terdapat kawasan keratan rentas lebih tinggi lebih rendah rintangannya. Kebiaaan aliran mengalir menyongsang kepada arus elektron. Dalam istilah hukum Ohm arus berkadar dengan voltage dan berkadar songsang dengan rintangan.

Dalam hampagas, pancaran ion atau elektron mungkin terbentuk. Dalam bahan pengalir lain, arus elektrik disebabkan oleh kedua-dua aliran zarah bercaj negetif dan positif pada masa yang sama. Selain itu, arus terhasil sepenuhnya kerana pengaliran proton. Sebagai contoh, arus elektrik dalam elektrolite merupakan aliran ion atom bercaj eletrik, yang wujud dalam jenis kedua-dua positif dan negetif. Dalam sel bateri basah biasa, arus eletrik terdiri daripada ion hydrogen positif (proton) mengalir ke satu arah, dan ion sulfate negetif mengalir pada arah byang lain. Arus elektrik dalam percikan atau plasma merupakan aliran electron dan juga ion positif dan negetif. Dalam air batu dan elektrolite tertentu, arus elektrik sepenuhnya terdiri daripada aliran ion. Dalam semikonduktor, ia kadang-kala berguna bagi membayangkan arus disebabkan aliran lubang electron positif (pembawa caj positif mudah alih yang terdapat di mana kristal semikonduktor kekurangan satu valence elektron). Ini merupakan kes bagi semi konduktor jenis-p.

Kepadatan arus

Kepadatan arus merupakan ukuran kepadatan arus eletrik. Ia ditakrifkan sebagai vector di mana ketinggian adalah arus elektrik bagi setiap bahagian keratin lintang. Bagi unit SI, kepadatan arus diukur dalam ampere setiap meter persegi.

$I=\mathbf {J} \cdot \mathbf {A}$

Di mana I adalah arus dalam pengalir, J merupakan kepadatan arus, dan A adalah luas keratan lintang. Titik hasil kedua vector menunjukkan arus elektrik dalam bentuk skalar.

Keselamatan eletrik

Ancaman paling jelas adalah kejutan elektrik. Jumlah arus melalui tubuh, dan juga bentuk sentuhan, keadaan bahagian badan, laluan pada badan, dan saiz voltan sumber menentukan kesannya. Walaupun sejumlah kecil mampu menimbulkan rasa denyutan, jumlah yang tinggi mampu menyebabkan terbakar teruk sekiranya ia melalui kulit atau jantung berhenti ("cardiac arrest") sekiranya ia cukup besar melalui jantung. Kesan renjatan elektrik berbeza dari individual dengan yang lain bergantung kepada saiz tubuh mangsa.

Pemanasan elektrik tidak sengaja juga merbahaya. Kabel kuasa lampau beban sering menjadi punca kebakaran. Bateri sekecil sel AA yang diletakkan dalam poket bersama duit syiling boleh mendorong kepada litar pintas yang memanaskan bateri dan syiling tersebut, menyebabkan cedera terbakar. Bateri Nikel-kadmium "NiCad", Hidride logam Nikel "NiMh", dan bateri Lithium amat berisiko disebabkan ia mampu menghasilkan arus tinggi disebabkan rintangan dalaman yang rendah.

Pautan luar

• AllAboutCircuits.com, a useful site introducing electricity and electronics
• Pencirian arus-voltan struktur... Diarkibkan 2010-04-08 di Wayback Machine