Eelktrienergia ja -väli (0)

Universumis on 4 liiki vastikmõjusid: 1) gravitatsiooniline: põhiline mega - ja makromaailmas, 2) elektromagnetiline: põhiline makro- (hõõrde- ja elastsusjõud) ja makromaailmas, 3) tugev vastastik mõju e. tuumajõud: põhiline aatomituumades, 4) nõrk vastastik mõju: põhjustab suurte tuumade lagunemist (radioaktiivsust), mõjutab elementaarosakeste muundumisi
Elektriõpetus tegeleb põhiliselt elektromagnetilise vastastikmõju uurimisega. 1) elektrostaatika: paigalseisvaid laenguid ja nende vahelisi mõjusid, 2) elektridünaamika- laengute liikumist ja sellega kaasnevaid nähtusi. alalisvool , vahelduvvool, magnetism , elektromagnetväli.
Elektriõpetus on aluseks tehnilistele teadustele elektrotehnika, informaatika , robottika, elektroonik.
El.energia eelised 1) kergesti muundatav teisteks liikideks, 2) saab toota paljudest energialiikidest (küttustest, tuulest , veest, päikesest). puudused: ei saa tagavaraks toota.
Laetud kehad ja osakesed El.laengu olemasolu tähendab elektromagnetilise vastastikmõju olemasolu. 1) elektrilaengut omavad elektronid –e, 2) prootonid +e, 3) kvargid +2/3 ja -1/3, üksikult ei eksisteeri, 4) ioonid +- ne, kus n= 1;2;3… Laengu andmine elektriseerimine. Enamus elektriseerimisi on põhjustatud elektronide üleminekust ühest kohast teise, see võib tekkida kokkupuutel, löögi tagajärjel, hõõrdumisel. Ka suure keha laeng saab olla täisarvuline +- ne.
Elektrostaatika põhiseadused: 1) Laengu jäävuse seadus: elektriliselt isoleeritud süsteemi kogulaeng on jääv. 2) Coulombi seadus: kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende laengute korrutisega ja pöördvõrdeline laengutevahelise kauguse ruuduga.
Elektriväli on laenguid ümbritsev mateeria , millel pole massi, värvust, lõhna… jne, kuid on teatud hulk energiat, mille arvel võib väli teha tööd: nihutada teisi laengud.
Täpsemaks kirjeldamiseks kasutatakse mõisteid: 1) Elektrivälja tugevus E- jõud, millega väli mõjutaks ühte kulonit antud punktis. Vastav def. valem E=F/q, siit tuleb E ühik: 1N/C. 2) Välja suund- ühtib + laengule mõjuva jõu suurusega. 3) Välja kuju- näidatakse joonistel jõujoontega., mis ühtib jõujoone puutuja suunaga. Jõujooned näitavad ka välja tugevust. Kuju põhjal liigitatakse a) homogeensed- jõujooned paralleelsed ja ühtlase tihedusega, b) mittehomogeensed- kõik teised. 4) Energia ruumitihedus- näitab kui palju energiat on ühes m(3), 5) Elektrivälja levimiskiirus Kui nihutame energiat q(2) q(1)-st kaugemale, siis ei vähene jõud F mitte kohe, vaid aja ( delta )t pärast (delta)t= r/C On tõestatud, et laengute vahelise mõju kandjateks on virtuaalsed footonid (nähtamatud), mis liiguvad valguskiirusega ühelt laengult teisele ja nendest elektriväli koosnebki.
Punktlaengu elektrivälja tugevus Kui laengu q kaugusel r asuks teine laeng q(0), siis E selle kohal : E= F/q(0) Coulombi seaduse põhjal E= kq/ epsilon r(ruut) Selle valemiga saab leida elektrivälja tugevuse punktlaengust q kauguselt r ja laetud keha keskpunktist kaugusel r.
Elektriväli juhtides Elektrivälja paigutatud juhis liiguvad vabad elektronid jõujoontele vastassuunas kuni nende ja + laengute vaheline elektriväli tasakaalustub välisvälja ja üldise välja tugevus langeb 0-ni. Seda saab ära kasutada varjestamisel.
Elektriväli dielektrikutes Dielektrikuks nim. aineid, milles ei ole vabu laengukandjaid. Elektriliste omaduste põhjal: 1) polaarsed (vesi) ja 2) mittepolaarsed. Mittepolaarne molekul muutub elektriväljas polaarses dipooliks elektronkihi nihkumisel.
Dipoolid on elektrikus orienteeritud, suunatud kaootiliselt. Elektriväljas pöörduvad dipoolid pikijõudu, tekivad pindlaengud ja nende vaheline elektriväli vähendab üldist väljatugevust epsilon korda.
Elektrivälja töö Kui laeng q läbib lõigu d, on elektrivälja poolt tehtud töö A= Fd. Saame A= Eqd. Elektrivälja töö ei sõltu läbitud pikkusest.
Pinge ja potentsiaal Pingeks nim. elektrivälja tööd 1C nihutamisel ühest punktist teise. U=A/q, sellest tuleb pinge ühik 1V. Pinget mõõdetakse voltmeetriga 2 punkti vahel.
Kasutatakse järgmisi omadussõna: pinge- kõrgem, madalam, vool- tugevam, nõrgem, takistus- suurem, väiksem. Kõrgpinge üle 1000 V- vahelduv, üle 1500V- alalis, 220V - madalpinge, 0… 50V inimesele eluruumis ohutu pinge. 330000V kõrgeim liinipinge Eestis.
Pinge ja väljatugevuse seos
E= U/d. seega jagades pinge lõigupikkusega saame elektrivälja tugevuse. Saadud valemist järeldub, et E ühik võib olla ka V/m. 1V/m= 1N/C.Kõrget pinget võib võrrelda kõrgelt langeva veega, kus iga liiter teeb rohkem tööd, kui madalalt langedes. Potentsiaaliks nim. max tööd, mida elektriväli 1C nihutamisel võib teha. Elektrivälja ja laetud keha igal punktil on mingi potentsiaal +φ või –φ. Elektrivälja töö 1C nihutamisel on max, kui laem viiakse lõputusse või maasse, kus E=0. Maa enda potentsiaal loetakse praktikas võrdseks 0, kuigi on tegelikult kosmilisete kiirguste tagajärjel negatiivne φ= Amax / q = Wp/q. Wp on laengu q potentsiaalne energia. 1) Pinget võib nim. ka potentsiaalide vaheks. 2) Potentsiaali võib nim. ka pingeks keha ja Maa vahel. (kasutatakse praktikas)
Elektrimahtuvus näitab kui suur laeng tekitab juhil 1V potentsiaali või !V pinge juhtide vahel. Elektri mahtuvuse tähis C, ühik 1F ( farad ) 1F= 1C/1V, s.t. juhi mahtuvus on 1F kui ühe kuloni suurene laeng tekitab ainult 1V potentsiaali, selline metallkera peaks olema maast umbes 1000 korda suurem. C= q/ φ.
Kondensaatorid
Lihtsam kond . koosneb 2-st teineteisest isoleeritud metalllehest- eletroodist. Andes ühele laengu +q, omab teine laengu –q. Seega kond. laeng võrdub 1katte laeng kond. maht C= q/U, kus U- elektroodide vaheline pinge. Kond. mahtuvus on seda suurem, mida 1) suurem on elektroodide pindala S, 2) väiksem on elektroodide vahekaugus d, 3) suuem on elektroodide vahelise aine dielektriline läbitavus. C= epsilon* epsilon (0) S/ d. epsilon (0)= 8,85*10(astmes -12) *10(-12) F/m. epsilon (0)= Cd/epsilon S
Võrdetegur epsilon (0) nim. elektriliseks konstandiks. Liigid: a)dielektriku põhjal: paberkondensaator, õhkkond, keraamilinekond. b)reguleeritavuse põhjal: jääv mahtuvusega, muudetava maht.-ga e. muutkondensaator, c)polaarsed ja mittepolaarsed. Omadused, kasutamine: kondens .saab salvestada elektrilaenguid ja elektrienergiat. 1) Laetud kondens.energia= max töö. Pinge valemist U=A/q—A=qU. Tööd tehes kahaneb kondens.laeng nullini. Järelikult tuleb max töö arvutamisel kasutatakse keskmist laengut q/2. Amax=qU/2 ehk Wp=qU/2. WP-elektrimahtuvuse valemist C=q/U—q=CU asendades Wp valemis q, saame Wp=CU2/2. 2) summutada häired 3) saab eraldada kiireid võnkeid aeglaselt Patareideks ühendamine: a) rööpühendusel, b)jadaühendus
Pieso elektriline efekt- aine, mis on suuteline polariseeruma kokkusurumise või venituse tagajärjel. Sama potentsiaaliga pindasid nim. ekvipotentsiaal pindadeks.