Aliran Elektron Versus Konvensional

“Hal yang menyenangkan tentang standar adalah ada begitu banyak banyak dari mereka untuk dipilih.” —Andrew S. Tanenbaum, profesor ilmu komputer

Muatan Elektron Positif dan Negatif

Ketika Benjamin Franklin membuat dugaannya mengenai arah aliran muatan (dari lilin halus ke wol kasar), ia menetapkan preseden untuk notasi listrik yang ada hingga hari ini, terlepas dari kenyataan bahwa kita tahu elektron adalah unit penyusun muatan, dan bahwa mereka dipindahkan dari wol ke lilin—bukan dari lilin ke wol—ketika kedua zat itu digosok bersama. Inilah sebabnya mengapa elektron dikatakan memiliki negatif muatan:karena Franklin menganggap muatan listrik bergerak ke arah yang berlawanan dengan yang sebenarnya, dan objek yang dia sebut "negatif" (mewakili kekurangan muatan) sebenarnya memiliki kelebihan elektron.

Pada saat arah sebenarnya dari aliran elektron ditemukan, nomenklatur "positif" dan "negatif" sudah begitu mapan dalam komunitas ilmiah sehingga tidak ada upaya yang dilakukan untuk mengubahnya, meskipun menyebut elektron "positif" akan membuat lebih masuk akal dalam mengacu pada "kelebihan" biaya. Anda lihat, istilah "positif" dan "negatif" adalah penemuan manusia, dan karena itu tidak memiliki makna mutlak di luar konvensi bahasa dan deskripsi ilmiah kita sendiri. Franklin dapat dengan mudah menyebut kelebihan muatan sebagai "hitam" dan kekurangan sebagai "putih", di mana para ilmuwan akan berbicara tentang elektron yang memiliki muatan "putih" (dengan asumsi dugaan posisi muatan yang salah antara lilin dan wol).

Notasi Aliran Konvensional

Namun, karena kita cenderung mengasosiasikan kata "positif" dengan "surplus" dan "negatif" dengan "kekurangan", label standar untuk muatan elektron tampaknya terbalik. Karena itu, banyak insinyur memutuskan untuk mempertahankan konsep lama listrik dengan "positif" mengacu pada kelebihan muatan, dan memberi label aliran muatan (arus) yang sesuai. Ini dikenal sebagai aliran konvensional notasi:

Notasi Aliran Elektron

Yang lain memilih untuk menunjuk aliran muatan sesuai dengan gerakan elektron yang sebenarnya dalam suatu rangkaian. Bentuk simbologi ini dikenal sebagai aliran elektron notasi:

Dalam notasi aliran konvensional, kami menunjukkan gerakan muatan menurut label (secara teknis salah) dari + dan -. Dengan cara ini labelnya masuk akal, tetapi arah aliran muatannya salah. Dalam notasi aliran elektron, kita mengikuti gerakan elektron yang sebenarnya dalam rangkaian, tetapi label + dan - tampak terbalik. Apakah penting, sungguh, bagaimana kita menentukan aliran muatan dalam suatu rangkaian? Tidak juga, selama kita konsisten dalam penggunaan simbol kita. Anda dapat mengikuti arah arus yang dibayangkan (aliran konvensional) atau arus aktual (aliran elektron) dengan keberhasilan yang sama sejauh menyangkut analisis rangkaian. Konsep tegangan, arus, hambatan, kontinuitas, dan bahkan perlakuan matematis seperti Hukum Ohm (bab 2) dan Hukum Kirchhoff (bab 6) tetap valid dengan gaya notasi mana pun.

Notasi Aliran Konvensional vs Notasi Aliran Elektron

Anda akan menemukan notasi aliran konvensional yang diikuti oleh sebagian besar insinyur listrik, dan diilustrasikan di sebagian besar buku teks teknik. Aliran elektron paling sering terlihat dalam buku teks pengantar (yang ini bergerak menjauh darinya) dan dalam tulisan-tulisan ilmuwan profesional, terutama fisikawan solid-state yang peduli dengan gerakan sebenarnya elektron dalam zat. Preferensi ini bersifat budaya, dalam arti bahwa kelompok orang tertentu merasa menguntungkan untuk membayangkan gerakan arus listrik dengan cara tertentu. Karena sebagian besar analisis rangkaian listrik tidak bergantung pada penggambaran aliran muatan yang akurat secara teknis, pilihan antara notasi aliran konvensional dan notasi aliran elektron bersifat sewenang-wenang. . . hampir.

Polarisasi dan Nonpolarisasi

Banyak perangkat listrik mentolerir arus nyata dari kedua arah tanpa perbedaan dalam operasi. Lampu pijar (jenis yang menggunakan filamen logam tipis yang bersinar putih-panas dengan arus yang cukup), misalnya, menghasilkan cahaya dengan efisiensi yang sama terlepas dari arah arus. Mereka bahkan berfungsi dengan baik pada arus bolak-balik (AC), di mana arahnya berubah dengan cepat seiring waktu. Konduktor dan sakelar juga beroperasi terlepas dari arah arus. Istilah teknis untuk aliran muatan yang tidak relevan ini adalah nonpolarisasi . Kita dapat mengatakan bahwa lampu pijar, sakelar, dan kabel tidak terpolarisasi komponen. Sebaliknya, perangkat apa pun yang berfungsi berbeda pada arus dengan arah berbeda akan disebut terpolarisasi perangkat.

Ada banyak perangkat terpolarisasi seperti yang digunakan dalam rangkaian listrik. Kebanyakan dari mereka terbuat dari apa yang disebut semikonduktor zat, dan karena itu tidak diperiksa secara rinci sampai volume ketiga dari seri buku ini. Seperti sakelar, lampu, dan baterai, masing-masing perangkat ini diwakili dalam diagram skematik dengan simbol unik. Seperti yang bisa ditebak, simbol perangkat terpolarisasi biasanya berisi panah di dalamnya, di suatu tempat, untuk menunjukkan arah arus yang disukai atau eksklusif. Di sinilah notasi yang bersaing dari aliran konvensional dan elektron benar-benar penting. Karena para insinyur sejak lama telah menetapkan aliran konvensional sebagai notasi standar "budaya" mereka, dan karena para insinyur adalah orang yang sama yang menemukan perangkat listrik dan simbol yang mewakilinya, panah yang digunakan dalam simbol perangkat ini semuanya mengarah ke arah aliran konvensional, bukan aliran elektron . Artinya, semua simbol perangkat ini memiliki tanda panah yang mengarah melawan aliran elektron yang sebenarnya melalui mereka.

Mungkin contoh terbaik dari perangkat terpolarisasi adalah dioda . Dioda adalah “katup” satu arah untuk arus listrik, analog dengan katup periksa bagi mereka yang akrab dengan pipa dan sistem hidrolik. Idealnya, dioda menyediakan aliran tanpa hambatan untuk arus dalam satu arah (sedikit atau tanpa hambatan), tetapi mencegah aliran ke arah lain (resistensi tak terbatas). Simbol skematiknya terlihat seperti ini:

Ditempatkan di dalam sirkuit baterai/lampu, operasinya adalah sebagai berikut:

Ketika dioda menghadap ke arah yang benar untuk memungkinkan arus, lampu menyala. Jika tidak, dioda memblokir aliran arus seperti pemutusan sirkuit, dan lampu tidak akan menyala.

Jika kita memberi label arus rangkaian menggunakan notasi aliran konvensional, simbol panah dioda sangat masuk akal:panah segitiga menunjuk ke arah aliran muatan, dari positif ke negatif:

Di sisi lain, jika kita menggunakan notasi aliran elektron untuk menunjukkan benar arah perjalanan elektron di sekitar sirkuit, simbologi panah dioda tampak mundur:

Untuk alasan ini saja, banyak orang memilih untuk menjadikan aliran konvensional sebagai notasi pilihan mereka ketika menggambar arah gerakan muatan dalam suatu rangkaian. Jika tanpa alasan lain, simbol yang terkait dengan komponen semikonduktor seperti dioda lebih masuk akal dengan cara ini. Namun, yang lain memilih untuk menunjukkan arah sebenarnya dari perjalanan elektron untuk menghindari keharusan mengatakan pada diri mereka sendiri, “ingat saja elektron sebenarnya bergerak ke arah lain” setiap kali arah sebenarnya dari gerakan elektron menjadi masalah.

Haruskah Anda Menggunakan Aliran Arus Konvensional atau Aliran Elektron?

Kedua model akan menghasilkan hasil yang akurat jika digunakan secara konsisten, dan keduanya sama-sama “benar” sejauh merupakan alat yang membantu kita untuk memahami dan menganalisis rangkaian listrik. Namun, dalam konteks teknik elektro, arus konvensional jauh lebih umum. Buku teks ini menggunakan arus konvensional, dan siapa pun yang ingin mempelajari elektronika di lingkungan akademis atau profesional harus belajar untuk berpikir secara alami tentang arus listrik sebagai sesuatu yang mengalir dari tegangan tinggi ke tegangan rendah.”

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Aliran Elektron Versus Konvensional