Perbezaan Utama – Arus lwn Voltan
Dalam medan elektrik, cas elektrik dipengaruhi oleh daya yang bertindak ke atasnya; oleh itu, kerja perlu dilakukan pada zarah bercas untuk bergerak dari satu titik dalam medan elektrik ke titik lain. Kerja ini ditakrifkan sebagai beza keupayaan elektrik antara dua titik tersebut. Beza keupayaan elektrik juga dipanggil sebagai Voltan antara dua titik. Pergerakan atau aliran cas elektrik di bawah kesan beza keupayaan dikenali sebagai arus elektrik. Perbezaan utama antara arus dan voltan ialah arus sentiasa melibatkan pergerakan cas elektrik di bawah medan elektrik manakala voltan tidak melibatkan aliran cas. Voltan berlaku hanya disebabkan kewujudan cas yang tidak seimbang.
Apakah itu Voltan?
Memandangkan atom mempunyai bilangan proton dan elektron yang sama, semua jirim stabil di alam semesta adalah seimbang secara elektrik. Walau bagaimanapun, zarah bercas positif atau negatif mungkin mempunyai lebih banyak atau kurang elektron daripada proton disebabkan oleh kesan fizikal dan kimia luaran. Di bawah pengumpulan cas yang serupa, timbul medan elektrik yang memberikan potensi elektrik atau voltan kepada setiap titik di sekelilingnya. Voltan boleh dianggap sebagai harta paling asas dalam elektrik. Ia diukur dalam volt (V) menggunakan voltmeter.
Potensi elektrik pada satu titik sentiasa dianggap sebagai perbezaan antara dua titik, atau pada titik tertentu, voltan dianggap dengan masing-masing hingga infiniti di mana potensi adalah sifar. Dalam sudut pandangan litar elektrik, bumi dianggap sebagai titik potensi sifar; oleh itu, voltan pada setiap titik pada litar diukur berkenaan dengan bumi (atau tanah).
Voltan mungkin terhasil akibat daripada banyak fenomena semula jadi atau terpaksa. Kilat adalah contoh voltan akibat kejadian semula jadi; beratus juta voltan berlaku dalam awan akibat geseran. Dalam skala yang sangat kecil, bateri menghasilkan voltan melalui tindak balas kimia, mengumpul ion bercas dalam terminal positif (Anod) dan negatif (Katod). Sel fotovoltaik yang termasuk dalam panel solar menjana voltan akibat pembebasan elektron daripada bahan semikonduktor yang menyerap cahaya matahari. Kesan yang serupa boleh dilihat dalam fotodiod yang digunakan dalam kamera untuk mengesan tahap cahaya ambien.
Apakah itu Arus?
Arus ialah aliran sesuatu, seperti air laut atau udara atmosfera. Dalam konteks elektrik, aliran cas elektrik, biasanya aliran elektron melalui konduktor, dikenali sebagai arus elektrik. Arus diukur dalam ampere (A) dengan ammeter. Ampere ditakrifkan sebagai coulomb sesaat dan berkadar dengan perbezaan voltan antara dua titik di mana arus mengalir.
Rajah 01: Litar Elektrik Mudah
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 01, apabila arus melalui rintangan tulen R, nisbah voltan kepada arus adalah sama dengan R. Ini diperkenalkan dalam Hukum Ohm yang diberikan sebagai:
V=I x R
Jika voltan dV berubah merentasi gegelung, juga dikenali sebagai induktor, arus dI melalui gegelung berubah mengikut:
dI=1/L∫dV dt
Di sini, L ialah kearuhan gegelung. Ini berlaku kerana gegelung tahan terhadap perubahan voltan merentasinya dan menghasilkan voltan balas.
Dalam kes pemuat, perubahan arus merentasinya dI adalah seperti berikut:
dI=C (dV/dt)
Di sini, C ialah kapasitansi. Ini disebabkan oleh pelepasan dan pengecasan kapasitor mengikut variasi voltan.
Rajah 02: Peraturan Tangan Kanan Fleming
Apabila konduktor bergerak merentasi medan magnet, arus dan seterusnya voltan dihasilkan merentasi konduktor mengikut peraturan tangan kanan Fleming.
Ini adalah asas penjana elektrik di mana satu siri konduktor berputar dengan pantas merentasi medan magnet. Seperti yang dijelaskan dalam bahagian sebelumnya, pengumpulan cas membuat voltan dalam bateri. Apabila wayar menyambungkan dua terminal, arus mula mengalir di sepanjang wayar, iaitu elektron dalam wayar bergerak kerana perbezaan voltan antara terminal. Lebih besar rintangan wayar, lebih besar arus dan lebih cepat bateri habis. Begitu juga, beban memakan kuasa yang lebih tinggi menarik arus yang lebih tinggi daripada bekalan. Sebagai contoh, lampu 100W yang disambungkan kepada bekalan 230V, arus yang dikeluarkannya boleh dikira sebagai:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0.434 A
Di sini, apabila kuasa lebih tinggi, arus penggunaan akan menjadi tinggi.
Apakah perbezaan antara Voltan dan Arus?
Voltan lwn Semasa |
|
| Voltan ditakrifkan sebagai beza tenaga keupayaan elektrik antara dua titik dalam medan elektrik. | Arus ditakrifkan sebagai pergerakan cas elektrik di bawah beza tenaga keupayaan dalam medan elektrik. |
| Kejadian | |
| Voltan keluar kerana wujudnya cas elektrik. | Arus dihasilkan dengan pergerakan cas. Tiada arus dengan cas elektrik statik. |
| Pergantungan | |
| Voltan boleh wujud tanpa menghasilkan arus; contohnya, dalam bateri. | Arus sentiasa bergantung pada voltan kerana aliran cas tidak boleh berlaku tanpa beza keupayaan. |
| Ukuran | |
| Voltan diukur dalam Volt. Ia sentiasa diukur berkenaan dengan titik lain, sekurang-kurangnya bumi neutral. Oleh itu, pengukuran voltan adalah mudah kerana litar tidak diputuskan untuk meletakkan terminal pengukur. | Arus diukur dalam Amperes dan diukur merentasi konduktor. Mengukur arus adalah lebih sukar kerana konduktor perlu dipecahkan untuk meletakkan terminal penyukat, atau ammeter pengapit yang canggih harus digunakan. |
Ringkasan – Voltan lwn Arus
Dalam medan elektrik, beza keupayaan antara mana-mana dua titik dipanggil sebagai beza voltan. Perlu sentiasa ada perbezaan voltan untuk menjana arus. Dalam sumber voltan seperti fotosel atau bateri, voltan berlaku disebabkan oleh pengumpulan cas pada terminal. Jika terminal ini disambungkan dengan wayar, arus mula mengalir disebabkan perbezaan voltan antara terminal. Mengikut Undang-undang Ohm, arus dalam konduktor berubah secara berkadar dengan voltan. Walaupun arus dan voltan saling berkaitan oleh rintangan, arus tidak boleh wujud tanpa voltan. Ini ialah perbezaan antara arus dan voltan.
