Elekter (1)

http://www.abiks.pri.ee
ELEKTRIVOOL
Elektrivooluks nim laetud osakeste korrapärast (suunatud) liikumist.
Voolu suunaks loetakse positiivse laenguga osakeste liikmuise suunda.
Voolu toimed: 1) elektrivoolu toimel juht soojeneb 2) elektrivool võib muuta juhi keemilist koostist 3) elektrivool mõjutab jõuga teisi elektrivoole ja magneetunud kehi
Voolutugevus näitab kui suur laeng läbib ajaühikus juhi ristlõiget I=q/t (1A)
Ajas muutumata tugevusega voolu nim alalisvooluks
Alalisvoolu tekkimiseks ja säilitamiseks aines on vajalik vabade laetud osakeste olemasolu selles.
Laetud osakeste suunatud liikumise tekkimiseks ja säilitamiseks peab neile mõjuma kindlasuunaline jõud
 
ELEKTRILAENGU JÄÄVUSE SEADUS COULOMB ’I SEADUS
EJ seadus – elektriliselt isoleeritud süsteemi kogulaeng on jääv suurus q1+q2+..+qn= const
Coulombi seadus – kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende laengute korrutisega ja pöördvõrdeline laengutevahelise kauguse ruuduga
Coulombi katses anti kuulikestele ühenimelised laengud, üks kuulike liikus teisest eemale, hoidmaks kuulikest endisel kaugusel väänati elastset traati mingi nurga võrra, selle põhjal määratigi kuulikesele mõjuv jõud
k=1/(4πεo), kus suurust εo=1/(4π9*109)=8,85*10-12 C2/Nm2 nim elektriliseks konstandiks
k=1/(4πεo) vaakumis ;  k/ε=1/(4πεoε) keskkonnas
Elektrilaengu ühikuks SI-s on 1C ( kulon )
1 kulon on laeng, mis läbib 1s juhi ristlõiget, kui voolutugevus juhis on 1A
 
ELEKTRIVÄLI. ELEKTRIVÄLJA TUGEVUS
Elektriväli on materiaalne st ta eksisteerib sõltumata meist ja meie teadmistest temast
Elektriväljal on kindlad omadused – põhiomadus: elektriväli mõjub elektrilaengutele jõuga
Elektrivälja isel füüsikalise suuruse elektrivälja tugevuse abil
Elektrivälja tugevus näitab, kui suur jõud mõjub selles väljas ühikulise positiivse laenguga kehale E=F/q
Vektori E sound ühtib väljas positiivsele laengule mõjuva jõu suunaga
E=F/q=kQq/(r2q)=kQ/r2 punktlaengu väljatugevuse valem
Väljade superpositsiooniprintsiip
Kui mitu laetud osakest tekitavad ruumi punktis elektrivälja tugevusega E1,E2,En, siis resultant välja tugevus selles punktis on  E=E1+E2+…+En
Elektrivälja piltlikumaks ettekujutamiseks kasutatakse jõujooni
Elektrivälja jõujoon on mõtteline joon, mille igas punktis on E suunatud piki selle joone puutujat (joonised)
 
TÖÖ ELEKTRIVÄLJAS. POTENSIAALNE ENERGIA. POTENSIAAL . PINGE
Laetud kehade süsteemil on potensiaalne energia seetõttu et laengute vahel mõjuvad jõud ja need võivad tööd teha ja laenguid umber paigutada
Laengute vahel mõjuv jõud avaldub välja kaudu, öeldakse et väli teeb tööd
Leiame homogeense elektrivälja töö, laengu q liikumise temas asendist 1 asendisse 2 mööda jõujoont
Töö põhivalem A=Fs*cosα >>A=FΔd >> A=EqΔd
Väli teeb tööd vaid laengu liikumisel E sihis. Kui laeng liigub mööda kõverat punktist 1 punkti 2, siis väli teeb sama suure töö
Töö ja pot energia seos:
A= EqΔd=Eq(d1-d2)=Eqd1-Eqd2=Wp1-Wp2=-( Wp2- Wp1)=- ΔWp
Välja jõudude töö võrdub keha potensiaalse energia muudu vastandväärtusega
Laetud keha potensiaalse energia valem Wp=Eqd
Kui väli teeb positiivset tööd, siis väljas paikneva keha potensiaalne energia väheneb
Kui laeng liigub väljas kinnist kõverat mööda, siis välja töö 0. Sellist välja nim potensiaalseks väljaks
Potensiaal φ näitab, kui suur on selles punktis ühikulise positiivse laenguga keha potensiaalne energia φ=Wp/q=Eqd/q=Ed
Punktlaengu elektrivälja potensiaal φ=Er=kQr/r2=kQ/r
Potensiaalide vahe e pinge on trajektoori alguspunkti ja lõpppunkti potensiaalide vahe
Pinge U= φ1- φ2=-( φ2- φ1)=-Δ φ
Potensiaalide vahe seos tööga – kahe punkti potensiaalide vahe e pinge võrdub välja poolt laengu ümber paigutamiseks ühest punktist teise tehtud töö ja selle laengu suhtega
A=-( Wp2- Wp1)= -(Eqd2-Eqd1)=-( φ2q-φ1q)=-( φ2- φ1)q=Uq
Elektrivälja kahe punkti vahel on pinge üks volt, kui laengu 1C viimisel ühest punktist teise tehakse tööd 1J; 1V=1J/1C
Elektrivälja tugevuse ja potensiaalide vahe seos
A=EqΔd & A=qU >>> U=Ed
Elektrivälja iseloomustamiseks kasutatakse nii jõujooni kui ekvipotentsiaalpindu (sama potensiaaliga pind)
 
KONDENSAATORID
Kahe keha omavaheline mahtuvus näitab, kui suure laengu viimisel ühelt kehalt teisele tekib kehade vahel ühikuline pinge. C=q/U
Kondensaatoriks nim kehade süsteemi, mis on loodud mingi kindla mahtuvuse saamiseks.
Kondensaatoreid liigitatakse:1)kuju järgi (plaat-, kerakon) 2) dielektriku liigi järgi (paber-õhk-) 3) mahtuvuse muudetavuse järgi (pöördkon)
C=e0eS/d;   W=CU2/2
OHMI SEADUS VOOLURINGI OSA KOHTA. TAKISTUS.
Eri liiki juhtidel sõltub voolutugevus pingest erinevalt.
Ohm uuris katseliselt voolu ja pinge vahelist seost metalljuhtide korral ja tegi kindlaks seaduspärasused.
Voolutugevus vooluringi osas on võrdeline pingega juhi otstel ja pöördvõrdeline takistusega I=U/R.
Ohmi seadus kehtib ka elektrolüütide lahuste kohta. Voolukorral pooljuhtides, gaasides jne on sõltuvus I ja U vahel tunduvalt keerulisem
Takistus on peamine juhi elektrilisi omadusi iseloomustav suurus, ta sõltub juhi materjalist ja mõõtmetest.
Ühtlase ristlõikega juhi takistus R=ρl/S
Aine eritaksitus näitab, kui suur on sellest ainest valmistatud, ühikulise pikkuse ja ühikulise ristlõikepindalaga keha eritakistus
Juhi takistus sõltub temperatuurist ρ=ρo(1+αt), kus α on takistuse temperatuuritegur näitab, kui suur on takistuse suhteline muutus 0 C juures temp tõstmisel ühe kraadi võrra.
 
VOOLUMAGNETVÄLI
Juhet läbiv elektrivool avaldab magnetväljale orienteerivat mõju, st vooluga juhti ümbritseb magnetväli.
Kruvi reegel: magnetvälja sound ühtib parempoolse kruvi pöörlemise suunaga, kui voolu suunaks on kruvi kulgeva liikumise sound.
Magnetnõelale mõjuv jõud on võrdeline voolutugevusega ja juhtme lõigu pikkusega ning pöördvõrdeline kauguse ruuduga F=const I*l/r2
Kaks vooluga juhet mõjutavad teineteist magnetväljade kaudu jõuga…
1) Paralleelsete juhtmete korral on jõud maksimaalne. Ristuvate juhtmete vahel jõud ei mõju.
2) Kui paralleelsetes juhtmelõikudes kulgevad samasuunalised voolud, siis mõjub juhtmete vahel tõmbejõud. Vastassuunaliste voolude korral mõjub tõukejõud.
3) Jõud on alati risti juhtmelõiguga, millele ta mõjub
Juhtmelõikude vahel mõjuv jõud on võrdeline voolutugevusega kummaski juhtmes ning lõikude pikkusega ja pöördvõrdeline juhtmelõikude vahekaugusega F=KI1I2l/d
 
AMPERE'I SEADUS. MAGNETINDUKTSIOON .
Magnetväljas juhtmelõigule mõjuv jõud F on võrdeline juhet läbiva voolu tugevusega I, juhtmelõigu pikkusega l ja siinusega nurgast α voolu suuna ning magnetvälja suuna vahel F=Bilsinα
Jõu suuna määrab vasakukäereegel: kui vasaku käe väljasirutatud sõrmed osutavad voolu suunda ja magnetväli on suunatud peopessa, siis väljasirutatud pöial osutab juhtmelõigule mõjuva jõu suunda
Võrdetegur B on võrdeline jõuga ja pöördvõrdeline juhtme pikkuse ja voolutugevusega B=F/(I*l)
Võrdetegur B on magnetinduktsioon, mis näitab jõudu, mis mõjub ühikulise vooluga ja ühikulise pikkusega juhtmele selle juhtmega ristuvas magnetväljas
Magnetinduktsioon on vektoriaalne suurus ja tema suunda näitab magnetväljas orienteeritud magnetnõela põhjapoolus.
Kui juhtmele, mille pikkus on 1 m ja milles kulgeb vool tugevusega 1A, mõjub selle juhtmega ristuva magnetvälja poolt jõud 1N, siis on välja magnetinduktsioon üks tesla (1T)
 
LORENZI JÕUD
Amperei seaduse põhjal mõjub juhtmelõigule magnetväljas jõud (F=Bilsinα), mis summeerub ühikulisele laengukandjale mõjuvatest jõududest.
Lorentzi jõud on jõud, millega magnetväli mõjutab liikuvat laetud osakest.
Lorentzi jõu valem tuletatakse Amperei seaduse valemist, kasutades voolutugevuse definitsioon valemit I=Δq/ Δt=Nq/ Δt
F=IB Δlsinα=(Nq/ Δt)B v Δt sinα=NqvBsinα
FL=F/N=qvBsinα (Lorentzi jõud)
 
AINETE MAGNETILISED OMADUSED
Aine võib magnetvälja nõrgendada või tugevdada. Aine magnetiline läbitavus näitab, mitu korda on magnetinduktsioon aines suurem magnetinduktsioonist vaakumis μ=B/Bo  aines/vaakumis
Magnetiliste omaduste järgi jaotatakse ained kolmeks:
1) Diamagneetikud – sellise aine aatomi kogu magnetväli on välismõju puudumisel null. Väljastpoolt magnetväli paneb elektronid aatomis liikuma nii, et tekib nõrk vastupidise suunaga magnetväli. Magnetväli diamagneetikus nõrgeneb veidi μ=B/BoBo) N: Al, W, õhk
3) Ferromagneetikud – aine iga aatomi magnetväli on väga tugev. Esinevad iseenesliku magneetumise piirkonnad e domeenid. Magnetväli ferromagneetikus tugevneb tuhandeid kordi μ=B/Bo>>>1  (B>Bo) N: Fe, Co, Ni