Elektrivool (0)

Elektrivool
Elektrivool kujutab endast vabade laetud osakeste suunatud liikumst.
Vaba laetud osake pole seotud oma aatomiga. Vabadeks laetud osakesteks võivad olla elektronid, ioonid või augud.
Elektriväli mõjutab laetud osakestele elektrijõuga ja see paneb nad liikuma. Seega, elektrivoolu tekkimise tingimusteks on 2 asjaolu:
1) Vabade laetud osakeste olemasolu
2) Elektrivälja olemasolu
Metallis on vabu elektrone. Elektriliste omaduste poolest jaotatakse ained kolmeks:
1) Elektrijuhid(Juhid) – Kõik ained, mis juhivad elektrit, eriti head on hõbe , kuld, vask, alumiinium. Juhid on ka elektrolüüdid e. Hapete, aluste ja soolade vesilahused.
2) Mittejuhid (Isolaatorid, dielektrikud) - Gaasilised, vedelad ja tahked, nt klaas, puit, puhas vesi, õlid .
3) Pooljuhid – pooljuhte on vähe, kuid neid kasutatakse palju, nt räni ja germaanium , seleen , arseen, indium .
Elektrivool metallides
Elektrivool metallides kujutab endast vabade elektronide suunatud liikumist. Joonis 1
Joonis 1 - Katses pandi mähis kiiresti pöörlema. Kui see järsult peatati, siis jätkasid elektronid inertsi tõttu liikumist ja mõõteriist näitas vooli olemasolu mähises. Katsega tõestati, et elektrivool metallides on tingitud vabade elektronide suunatud liikumises.
Elektroväli aines tekitatakse vooluallikate poolt.
Päikesepatareid
Kalkulaatorites
Elektrivool vedelikes
Elektrivool saab tekkida hapete, aluste, soolade vesilahustes ehk elektrolüütides.
Joonis 2 - Kui lisada vette vasksulfaati ( CuSO4 ), siis veemolekulide mõjul lagunevad CuSO4 molekulid vase(Cu) positiivseteks ja SO4 negatiivseteks ioonideks. Joonis 2
Kui ühendada anood vooluallika + -ga ja katood -- -ga, siis hakkavad vase positiivsed ioonid liikuma katoodi suunas. Kui vase positiivsed ioonid jõuavad katoodile, siis saavad nad sealt juurde puuduvad elektronid ja sadestuvad neutraalsete vase aatomitena katoodi pinnale. Seda protsessi nimetatake elektrolüüsiks. Negatiivsed SO4 ioonid liiguvad vastupidises suunas. Nii tekib elektrivool elektrolüüdis . See kujutab endast positiivsete ja negatiivsete ioonide suunatud liikumist.
Elektrolüüsil kehtib Faraday elektrolüüsi seadus – Katoodil sadestunud aine mass on võrdeline voolutugevuse ja ajaga .
Elektrolüüsi teel saab esemeid kätta õhukeste metallikihiga.
m = k ­* I * t
m – mass(kg)
k – antud metalli elektrokeemiline ekvivalent (kg/c)
I – voolutugevus(A)
t – aeg(s)
k on antud tabelis 17. Lk 134
(Al3+) – 0,093 mg/c (Ni2+) – 0,30 mg/c
(O2-) – 0,0829 mg/c (Zn2+) – 0,34 mg/c
(Ag1+) – 1,118 mg/c (Cu2+) – 0,33 mg/c
(Cr3+) – 0,18 mg/c (H1+) – 0,0144 mg/c
Elektrivool gaasides
Tavalised gaasid elektrit ei juhi. Gaase saab muuta juhtivaks neid oiniseerides (soojendades, UV-kiirguse mõjul). Elektrivool gaasides jaguneb 2-ks: sõltuvaks ja sõltumatuks gaaslahenduseks. Sõltuv gaaslahendus sõltub ionisaatori olemasolust. Piisavalt kõrge pinge korral ei ole ionisaator enam vajalik, vaid tekib nn. Põrkeionisatsioonn. Joonis 3
Joonis 3 - Nt. e- põrkgab kokku o-gaasi aatomiga tekib positiivne ioon ja elektron .
Gaaslahendus tekib gaaslahendustorudes.
Sõltumatu gaaslahendus jaguneb eri liikideks:
1)Huumlahendus – tekib madalatel rõhkudel juba mõnesaja voldise pinge korral tavalistel temperatuuridel. See kujutab endast erivärvilist gaasihelendumist. Kasutatakse luminofoorlampides või neoonreklaamis. Huumlahenduse looduslik variant on virmalised.
2) Elektrikaar – tekib atmosfääri rõhul kõrgetel temperatuuridel madalatel pingetel. Eraldub suur hulk soojust ja valgust. Kasutatakse elektrikeevitusel. UV-kiirgus põhjustab päevitust, nahavähki.
3) Korona lahendus – tekib normaalrõhul ülitugevate elektriväljade korral ümber teraviku.
4) Sädelahendus – tekib, kui vooluallika võimsusest ei piisa huumlahenduse või kaarlahenduse tekiamiseks. Looduslike sädelahenduse näide : äike.
Elektrivool pooljuhtides
Tüüpilised pooljuhid on alumiinium, vask, räni ja germaanium. Puhastes pooljuhtides on laengu kandjateks elektronid ja augud.
Auk – tühi koht, kus peaks olema elektron , aga seda pole seal.
Elektronig liiguvad augult augule, seega augud liiguvad näiliselt vastupidises suunas. Puhastes pooljuhtides on ühe palju auke ja vabu elektrone, kuid nende arve saab lihtsalt muuta lisandite abil, mida on 2 sorti:
1) Doonorlisandid – Arseen on räni jaoks doonorlisandiks. Ta suurendab vabade elektronide arvu pooljuhis. Sellist pooljuhti nimetatakse n-tüüpi pooljuhiks. Joonis 4
2) Aktseptrolisandid - Aktseptorlisandid suurendavad auke pooljuhtides. On kahte tüüpi pooljuhte. Lisandid suurendavad pooljuhi juhtivust. Elektrivool pooljuhtides kujutab endast vabade elektronide ja aukude suunatud liikumist. Joonis 5 Joonis 5
Joonis 4
p-n siire Joonis 6
Joonis 6. p – tüüpi pooljuhis on põhilisteks laengu kandjateks augud. n – tüüpi pooljuhis on põhilisteks laengukandjateks elektronid. Kui ühendada p – tüüpi pooljuht vooluallika plussiga ja n – tüüpi pooljuht vooluallika miinusega, siis hakkavad laengukandjad liikuma ja läbivad tõkkekihi.
Nii tekib p-n siirdes vool, mida nimetatakse pärivooluks. Joonis 7
Kui vooluallika poolused vahetada, siis laengukandjad tõmbuvad tõkkekihist eemale ja voolu praktiliselt ei teki. Sellist voolu nimetatakse vastvooluks.
p-b siirde põhiomadus – Ühepoolse juhtivusega(käitub kui ventil ). Sellel põhineb pooljuhtdiood. Joonis 8. Joonis 8
Pooljuhtdioode kasutatakse vahelduva voolu alaldamisel. Alalisvoolu on vaja