Elekter metallides (0)

Füüsika

Elekter metallides

Voolu tekkimise tingimused:
Vabad laengukandjad
Neile mõjuvad elektrijõud

Elektrivooluks nim elektrilaengute suunatud liikumist

Alalisvool

Alalisvooluks nim elektrivoolu, mille tugevus ja suund ajas ei muutu.

Voolutugevus
Elektrivoolu mõõduks on voolutugevus, tähis I ja ühik üks amper (1A – SI-süsteemi ühik)
Voolutugevus on võrdne ajaühikus juhi ristlõiget läbiva laengu suurusega.
I = q/t
I – voolutugevus amprites
q – laengu suurus kulonites
t – aeg sekundites
Voolutugevust määravad suurused
Voolutugevus I sõltub elektronide suunatud liikumise kiirusest v ja laengukandjate kontsentratsioonist n.
Laengukandjate kontsentratsiooniks n nim laengukandjate arvu ruumalaühikus
n = N/V
Kus N on laengukandjate arv ja V on vaadeldav ruumala.

vk = s/t = l/t

l = v * t

Vaatleme silindrikujulist elektrijuhti ruumalaga V = ls
Saame n = nV = nls
Kui iga laengukandja laeng on q, siis läbib aja t jooksul pindala S kogulaeng Q = qN = qnvtS, kuna teepikkus l = vt
Järelikult, kuna I = Q/t, saame, et I = qnvS
I – voolutugevus, q – laengusuurus, n – konsendratsioon, v- laengukandjate kiirus; S – juhi ristlõike pindala, l – pikkus.
Ül
Kui suur on juhtivuselektronide triivliikumise kiirus juhis, kus nende kontsentratsioon on 4 * 1028 m-3 ? Juhi ristlõikepindala on 50 ruutmillimeetrit ja I = 3,2 A. Elektroni laeng on 1,5 * 10-27 C.

Elektritakistus

Vabade laegnukandjate suunatud liikumine ehk triivimine on juhis takistatud, sest neile jäävad teele ette metalli ioonid, mis asuvad kristallvõre sõlmedes.
Vabade elektronide põrked ioonidega muudavad suunatud liikumise vähem või rohkem korrapäratuks.
Mida suurem on see segav mõju, seda nõrgemat voolu suudab tekitada mingi kindel pinge.

Ohmi seadus

Põhjalikku seost voolutugevuse ja pinge vahel väljendab Ohmi seadus vooluringi osa kohta:
Voolutugevus vooluringi lõigus on võrdeline lõigu otstele rakendatud pingega ja pöördvõrdeline lõigu takistusega.

I = U/R

R – Juhi takistus, ühik üks oom (1Ω)

Juhi takistus

Juhi takistus näitab, kui suure pinge rakendamisel juhi otstele tekib selles juhis ühikulise tugevusega vool:
R = U/I
Takistuse mõõtühikuks on oom (1Ω) . Üks oom on sellise juhi takistus, mille otstele rakendatud Pinge üks volt tekitab juhis voolu tugevusega üks amper.
Juhi takistus R oleneb juhi mõõtmetest ja ainest, millest juht on valmistatud:

R = p I/S

Kus p on aine eritakistus , I juhi pikkus ja S juhi ristlõike pindala.

Eritakistus

Aine eritakistus p näitab, kui suur on sellest ainest valmistatud ühikulise pikkuse ...

Pinge U, voolutugevuse I ja takistuse R leidmine jada- ja rööpühenduse korral

Jadaühendus

Jadamisi ühendatud vooluringis on voolutugevus kõikjal üjesugune I = I1 = I2 = ...In
Jadamisis ühendatud vooluringi kogutakistus on võrdne kõikide vooluringi ühendatud juhtide summaga R = R1 + R2 + ...Rn
Jadamisis ühendatud vooluringis on kogupinge võrdne üksikute lõikude pingete summaga U = U1 + U1 + ...Un

Rööpühendus

Kõigil rööbiti ühendatud juhtidel on pinge ühesugune U = U1 = U1 = ...Un
Volutugevus vooluringi hargnemata osas on võrdne kõikide rööbiti ühendatud juhtide voolutugevuste summaga I = I1 + I2 + ... In
Kogutakistuse pöördväärtus võrdub üksikute juhtide pöördväärtuste summaga
1/R = 1/R + 1/R + ...1/R

Eritakistuse sõltuvustemperatuurist

Kõrgemal temp hakakb soojusliikumine elektronide suunatud liikumist järjest rohkem segama. Segab eelkõige ioonide soojusliikumine.

Metalli takistust põhjustab juhtivuselektronide vastastikmõju kristallvõre võnkuvate ioonidega.

Metalli korral avaldatakse takistuse sõltuvus temp kujul:
p = p0 (1+ α t)
Kus t on temperatuur Celsiuse skaalas, p0 on eritakistus 0o C juures, suurust α nim takistuse tempteguriks.
Antud võrrand kujutab endast lineaarse sõltuvuse võrrandit.

Ohmi seadus kogu vooluringi kohta

Vooluallikas

On seade, mis muundab mitteelektrilist energiat elektrienergiaks.
Vooluallikas toimivad jõude nim kõrvaljõududeks, sest nad ei ole elektrilise päritoluga.
Alalisvooluringides enamasti keemilised vooluallikad ( patarei , aku, jm). Kõrvaljõude põhjustab keemilisel reaktsioonil vabanev energia.

Elektromotoorjõud

Kõrvaljõudude töövõimet iseloomustab elektromootorjõud .
Tööd, mida kõrvaljõud teevad ühikulise laengu ühekordsel läbiviimisel vooluringist, nim elektromotoorjõuks (emj).

ε = Ak / q

Elektromotoorjõud on maksimaale pinge, mida antud vooluallikas üldse suudab tekitada

Emj ja ohmi seadus

Kõrvaljõudude töö, mida laengu liigutamiseks vooluringis tehakse, koosneb:
Ak = Av + As ,
Kus Av ja As on vastavalt väljaspool vooluallikat tehtav töö ja vooluallika sees tehtav töö.

U = I R

ε = I R + Ir

Kus R on välistakistus ehk takistus väljaspool vooluallikat ja r on vooluallika sisetakistus .
Eelmisest valemist saame:

I = ε / (R+r)

Seda nim Ohmi seaduseks kogu vooluringi kohta
Voolutugevus ahelas on võrdeline elektromootorjõuga ja pöördvõrdeline ahelakogutakistusega.
Kodune ül
Selgita mõisteid vooluallika tühijooks ja lühis (kirjalikult vihikusse ). Õp lk 104 – 105.
Uurida, kuidas kujuneb Eesti elektri hind!

Kordamis küsimused

1. Elektrivoolu tekkemehhanism. Elektrivoolu tugevust määravad suurused, I = qnvS
Esiteks peab eksisteerima see mis, liigub ja teiseks, peab esinema põhjus, mis tekitab liikumise
2. Ohmi seadus vooluringi osa kohta. Sõnastus ja valem.
Voolutugevus vooluringi lõigus on võrdeline lõigu otstele rakendatud pingega ja pöördvõrdeline lõigu takistusega. I = U/R
R – Juhi takistus, ühik üks oom (1Ω)
3. Juhi takistus. Mõiste, tähis, ühik, millest sõltub Juhi takistus näitab, kui suure pinge rakendamisel juhi otstele tekib selles juhis ühikulise tugevusega vool:
R = U/I
Takistuse mõõtühikuks on oom (1Ω) . Üks oom on sellise juhi takistus, mille otstele rakendatud Pinge üks volt tekitab juhis voolu tugevusega üks amper.
Juhi takistus R oleneb juhi mõõtmetest ja ainest, millest juht on valmistatud:
R = p I/S
Kus p on aine eritakistus, I juhi pikkus ja S juhi ristlõike pindala.
4. Takistite jada- ja rööpühendus . Pinge, voolutugevuse ja takistuse leidmine erinevalt ühendatud vooluringi osadel.
Jadaühendus
Jadamisi ühendatud vooluringis on voolutugevus kõikjal üjesugune I = I1 = I2 = ...In
Jadamisis ühendatud vooluringi kogutakistus on võrdne kõikide vooluringi ühendatud juhtide summaga R = R1 + R2 + ...Rn
Jadamisis ühendatud vooluringis on kogupinge võrdne üksikute lõikude pingete summaga U = U1 + U1 + ...Un
Rööpühendus
Kõigil rööbiti ühendatud juhtidel on pinge ühesugune U = U1 = U1 = ...Un
Volutugevus vooluringi hargnemata osas on võrdne kõikide rööbiti ühendatud juhtide voolutugevuste summaga I = I1 + I2 + ... In
Kogutakistuse pöördväärtus võrdub üksikute juhtide pöördväärtuste summaga
1/R = 1/R + 1/R + ...1/R
5. Eritakistus. Mõiste, tähis, valem, ühikud. Eritakistus iseloomustab ainet, millest see keha koosneb. tähis ρ, valem R = ρ (l/S), ühik oom korda meeter
6. Joule-Lenzi seadus, valem ja sõnastus.
7. Elektrivoolu töö valem ja ühik.
8. Elektrivoolu võimsus (Valem, selle teisendused, ühik).
9. Energia ühik 1 kWh. Sisuline tähendus!
10. Ohmi seadus kogu vooluringi kohta. Elektromotoorjõud. Valem. Vooluallikas
On seade, mis muundab mitteelektrilist energiat elektrienergiaks.
Vooluallikas toimivad jõude nim kõrvaljõududeks, sest nad ei ole elektrilise päritoluga.
Alalisvooluringides enamasti keemilised vooluallikad (patarei, aku, jm). Kõrvaljõude põhjustab keemilisel reaktsioonil vabanev energia.
Elektromotoorjõud
Kõrvaljõudude töövõimet iseloomustab elektromootorjõud.
Tööd, mida kõrvaljõud teevad ühikulise laengu ühekordsel läbiviimisel vooluringist, nim elektromotoorjõuks (emj).
ε = Ak / q
Elektromotoorjõud on maksimaale pinge, mida antud vooluallikas üldse suudab tekitada
Emj ja ohmi seadus
Kõrvaljõudude töö, mida laengu liigutamiseks vooluringis tehakse, koosneb:
Ak = Av + As ,
Kus Av ja As on vastavalt väljaspool vooluallikat tehtav töö ja vooluallika sees tehtav töö.
U = I R
ε = I R + Ir
Kus R on välistakistus ehk takistus väljaspool vooluallikat ja r on vooluallika sisetakistus.
Eelmisest valemist saame:
I = ε / (R+r)
Seda nim Ohmi seaduseks kogu vooluringi kohta
Voolutugevus ahelas on võrdeline elektromootorjõuga ja pöördvõrdeline ahelakogutakistusega.

Ül

1. Kui suur on juhtivuselektronide triivliikumise kiirus juhis, kui nende kontsentratsioon on 4 * 1028 m-3 ? Juhi ristlõike pindala on 50 mm2 ja voolutugevus on 3,2 A.
2. Kas 220- voldise pingega elektrivõrku võib lülitada elektriseadet, millele on kirjutatud 1) 15 Ω ja 6 A; 2) 30 Ω ja 5 A; 3) 1500 Ω ja o,2 A?
3. Elektronkell tarbib voolu tugevusega 0,8 µA ja öötab pingel 1,5 V. a) Mitu elektroni läbib kella vooluringi mingit ristlõiget ühes sekundis?; b) Kui suur on kellamehhanismi takistus?
4. Takistid 5 Ω ja 2 Ω on ühendatud jadamisi vooluringi. Kummas takistis eralduv voolu võimsus on suurem? Mitu korda ? (Voolu võimsuse valemid)
5. Kui suur on 60 – vatise nimisõimsusega 220 – voldisel töötava lambi takistus lambi põlemise ajal? ( voolu võimsuse valemid)
6. Vooluallika, mille elektromotoorjõud on 4,8 v ja sisetakistus on 0,2 Ω, ühendati kaheoomise takistiga. Kui suur voolutugevus on takistis? V: 2,2 A
7. Taskulambipatarei klemmidega ühendatud suure takistusega ühendati rööbiti 2,2 oomine takisti, näitas voltmeeter 4,3 V. Kui suur oli patarei elektromotoorjõud ja sisetakistus? V: 4,5 V, o,1 oomi