Kecepatan Alir

Pada halaman ini akan dibahas mengenai Kecepatan Alir. Semua informasi ini kami rangkum dari berbagai sumber. Semoga memberikan faedah bagi kita semua.

Untuk memahami konsep kecepatan alir, mari kita pelajari suatu model aliran elektron yang dinamakan model gas elektron. Dalam model ini suatu konduktor dapat dianggap terdiri dari deretan atom-atom yang mengandung elektron bebas. Elektron-elektron ini bebas bergerak dalam konduktor seperti molekul-molekul gas bergerak bebas di udara. Elektron-elektron ini bebas bergerak di udara. Elektron-elektron ini bergerak sangat cepat, dengan kecepatan rata-rata 10⁶ m/s.

Gambar 1: model gas elektron

Di dalam konduktor elektron-elektron ini gerakannya acak akibat pemantulan (penghamburan) oleh atom-atom konduktor (gambar 1). Akibat kecepatan resultan dalam arah sumbu x nya sama dengan nol  (elektron tidak mengalir, tidak ada arus terdeteksi).

Namun situasi berubah ketika batang konduktor diberi beda potensial, gaya listrik menyebabkan elektron-elektron bergerak dalam arah sesuai arah medan listrik (arah sumbu x). Bagi elektron tidak terlalu mudah untuk bergerak lurus, karena adanya atom-atom logam konduktor. Elektron akan menumbuk atom-atom dan bergerak zig-zag (gambar 2). Walaupun bergerak zigzag elektron ini masih mempunyai kecepatan resultan dalam arah berlawanan dengan medan listrik (walaupun kecil). Kecepatan ini yang disebut dengan kecepatan alir yang diberi simbol v_d. Besar kecepatan alir ini sekitar 10^-4 m/s.

Besar Kecepatan Alir

Dari persamaan I_rata-rata = nqv_dA, kerapatan arus ditulis sebagai

Di mana J dan v_d bergerak searah untuk muatan positif dan berlawanan arah untuk muatan negatif. Untuk menemukan kecepatan gerak elektron, pertama kita perhatikan bahwa elektron dalam konduktor mengalami gaya listrik F = –eE, yang memberikan percepatan sebagai

Gambar 2: Elektron bergerak dalam sebuah konduktor

Untuk menemukan kecepatan gerak elektron, pertama kita perhatikan bahwa elektron dalam konduktor mengalami gaya listrik F = –eE, yang memberikan percepatan sebagai

Jika v₀ merupakan kecepatan elektron sesaat setelah dengan salah satu atom maka kecepatan elektron sebelum menumbuk atom lain adalah

Dengan t menyatakan waktu antara dua tumbukan.

Sekarang kita ambil harga rata-rata v terhadap kemungkinan t dan semua kemungkinan v_odari semua elektron dalam atom. Vektor v₀, walaupun besar namun arahnya acak sehingga jika kita rata-ratakan nilainya nol. Jika τ adalah waktu rata-rata antara dua tumbukan (diratakan terhadap semua elektron), maka besarnya kecepatan rata-rata elektron-elektron ini adalah

 Kecepatan rata-rata inilah yang merupakan kecepatan alir.

Dalam: Listrik Dinamis (AC)

Share:

Anda Juga Bisa Baca