3.1 - Arus dan Beza Keupayaan

Medan Elektrik

Medan elektrik ialah kawasan di sekitar zarah bercas yang menyebabkan cas elektrik lain mengalami daya elektrik.
Contohnya, aliran air membengkok ke arah sikat bercas, rambut tertarik kepada belon bercas, cebisan kertas tertarik kepada sikat plastik bercas dan penyedut minuman bercas bergerak ke arah jari yang didekatkan.
Cas yang sama saling menolak; cas yang berbeza saling menarik.
Garis medan elektrik menghala keluar daripada cas positif dan menghala masuk ke cas negatif. Garis bermula pada cas positif, berakhir pada cas negatif dan tidak bersilang.
Antara cas titik yang berbeza, garis menghubungkan cas positif dengan cas negatif. Antara cas yang sama, garis membengkok menjauhi satu sama lain.
Antara cas titik positif dengan plat satah bercas negatif, garis medan merebak dari cas titik dan bertemu plat secara berserenjang.
Elektrod bercas yang mempunyai keupayaan berbeza menghasilkan medan. Serbuk suji dalam minyak zaitun mengalami daya elektrik dan membentuk corak yang menunjukkan medan tersebut.

Kekuatan medan elektrik, $E$ , pada suatu titik ialah daya elektrik yang bertindak ke atas seunit cas positif yang diletakkan pada titik itu:

E = \frac{F}{q}

$F$ ialah daya elektrik dalam $N$ ; $q$ ialah cas dalam $C$ . Unit SI bagi $E$ ialah $N C^{- 1}$ .
Arah medan mengikut arah daya yang bertindak ke atas cas uji positif.
Dua plat selari yang bertentangan cas menghasilkan medan seragam, diwakili garis selari yang menghala dari plat positif ke plat negatif:

E = \frac{V}{d}

$V$ ialah beza keupayaan antara plat dalam volt; $d$ ialah jarak antara plat dalam meter. $V m^{- 1}$ setara dengan $N C^{- 1}$ .

Bola polistirena bersalut logam yang neutral pada mulanya tidak bergerak di antara plat bercas. Selepas menyentuh satu plat, bola berayun berulang-alik antara plat selagi bekalan kuasa dihidupkan.
Pada plat negatif, bola menjadi bercas negatif. Bola ditolak oleh plat itu dan ditarik ke plat positif.
Pada plat positif, elektron berpindah daripada bola ke plat. Bola menjadi bercas positif, ditolak oleh plat itu dan ditarik ke plat negatif. Pengecasan dan penyahcasan berulang mengekalkan gerakannya.
Nyalaan lilin tersebar ke arah kedua-dua plat, dengan sebaran lebih besar ke arah plat negatif.
Haba mengionkan udara menjadi ion positif dan ion negatif. Ion negatif tertarik ke plat positif; ion positif tertarik ke plat negatif. Jisim dan saiz ion positif yang lebih besar menyebabkan sebaran lebih besar ke arah plat negatif.

Arus, $I$ , ialah kadar pengaliran cas melalui konduktor. Peralatan elektrik memerlukan arus dalam litar lengkap:

I = \frac{Q}{t}, Q = I t

$Q$ ialah jumlah cas dalam coulomb dan $t$ ialah masa dalam saat. Unit SI bagi arus ialah ampere, $A$ , setara dengan $C s^{- 1}$ .

Beza keupayaan antara dua titik membolehkan arus mengalir antara titik tersebut.
Beza keupayaan, $V$ , ialah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu coulomb cas antara dua titik:

V = \frac{W}{Q} = \frac{E}{Q}

$W$ ialah kerja yang dilakukan dan $E$ ialah tenaga yang digunakan, kedua-duanya dalam joule. Di sini, $E$ mewakili tenaga, bukannya kekuatan medan elektrik.
Unit SI ialah volt, $V$ , setara dengan $J C^{- 1}$ . Beza keupayaan 1 V bermaksud kerja 1 J bagi setiap 1 C cas.
Magnitud cas satu elektron ialah $1.6 \times 1 0^{- 19} C$ ; 1 C bersamaan dengan $6.25 \times 1 0^{18}$ elektron.
Alessandro Volta, seorang ahli fizik Itali, mencipta voltaic pile, iaitu bateri elektrik pertama. Unit volt dinamakan sempena beliau sebagai penghargaan terhadap sumbangannya.