Valem, ühik, suund. Jõujoon. Superpositsiooniprintsiip elektriväja jaoks. Kaasaegne ettekujutus väljast on: Vastastikmõju toimib läbi ruumis leviva välja. Elektrostaatikas vaatleme statsionaarset välja. Elektrivälja olemasolu selgub jõust, mis mõjub välja paigutatud laengule. Samal ajal, selgub ka asjaolu, et välja paigutatud keha omab laengut. Elektriväljatugevus on välja jõukarakteristik. 4. Punktlaengu elektrivälja tugevuse valemi tuletus lähtudes Coulomb' seadusest. 5. Elektriväljatugevuse vektori voog. Joonis, valem. 6. Gauss'i teoreemi tuletus. Kui on suvaline pind, siis integraal. Gauss'i teoreem määrab E vektori voo läbi suvalise kujuga kinnise pinna, mis ümbritseb laenguid. Vaatame ühte laengut, mille ümber kujutame kinnise pinna. Korrastasime suvalise pinnatüki kerapinna osana, mis toetub ruuminurga elemendile d. Leiame voo läbi kogu suletud pinna. 7. Lõpmatu laetud tasandi elektriväljatugevus.Joonis ja tuletus.
Elektrivälja olemasolu selgub jõust, mis mõjub välja paigutatud laengule. Samal ajal, selgub ka asjaolu, et välja paigutatud keha omab laengut. Elektriväljatugevus on välja jõukarakteristik. Antud valem on rakendatav igasuguse kerasümmeetrilise välja kuju korral. Elektrivälja iseloomustatakse graafiliselt jõujoontega. Jõujoon on joon, mille igas punktis elektriväljatugjatugevus on jõujoonte arv pinnaühikusevuse vektor on puutujaks. Igas punktis on vaid üks elektriväljatugevuse väärtus ja suund. Seega jõujooned ei lõiku. Elektriväljatugevus on jõujoonte arv pinnaühikus. 4. Punktlaengu elektrivälja tugevuse valemi tuletus lähtudes Coulomb' seadusest. 5. Elektriväljatugevuse vektori voog. Joonis, valem. Voog läbi kinnise pinna on määratud ainult pinna sees olevate laengutega ja ei sõltu pinna kujust. Elektriväljatugevuse voo ühik on V*m 6. Gauss'i teoreemi tuletus. Kui on suvaline pind, siis integraal.
Elektrivälja olemasolu selgub jõust, mis mõjub välja paigutatud laengule. Samal ajal, selgub ka asjaolu, et välja paigutatud keha omab laengut. Elektriväljatugevus on välja jõukarakteristik. Antud valem on rakendatav igasuguse kerasümmeetrilise välja kuju korral. Elektrivälja iseloomustatakse graafiliselt jõujoontega. Jõujoon on joon, mille igas punktis elektriväljatugjatugevus on jõujoonte arv pinnaühikusevuse vektor on puutujaks. Igas punktis on vaid üks elektriväljatugevuse väärtus ja suund. Seega jõujooned ei lõiku. Elektriväljatugevus on jõujoonte arv pinnaühikus. 4. Punktlaengu elektrivälja tugevuse valemi tuletus lähtudes Coulomb' seadusest. 5. Elektriväljatugevuse vektori voog. Joonis, valem. Voog läbi kinnise pinna on määratud ainult pinna sees olevate laengutega ja ei sõltu pinna kujust. Elektriväljatugevuse voo ühik on V*m 6. Gauss'i teoreemi tuletus. Kui on suvaline pind, siis integraal.
Ülesandes elektriväljatugevuse kohta füüsikas : 1. Elektrivälja mingis punktis, mõjub laengule 2 monoculonit, jõud 0,4 mikronjuutonit. Leida elektriväljatugevus selles punktis? Antud on : Lahendus: Q=2,- nC=2 E==0,2 F= 0,4 ,- µN= 0,4 Leia E=? Vastus: Elektrivälja töö selles punktis on 200 N/C 2. Kui suur jõud mõjub laengule 12 nCulonit mis on paigutatud punkti mille välja tugevus on 2 KVolti/ meetrikohta? Antud on : Lahendus: Q=12 F=E E= 2 F= 2 Leia F=?
väärtuse vahekaugusel 12mm, pärast seda hakkab elektriväljatugevus vaikselt langema. ,,Tasapind tasapind" graafiku joon on sujuvalt langev, mingeid kriitilisi punkte ei esine. See on põhjendatud ühtlase välja tekkimisega. Paberi korral saavutas elektriväljatugevus oma suurima väärtuse siis, kui paberit oli kõige vähem. Edasisel paberi lisamisel hakkas elektriväljatugevus langema. Erinevus tekkis ainult 8 paberikihi korral, pärast mida toimus väike elektriväljatugevuse tõus. 5
suunaga vektorit. (ühikvektor annab ainult suuna) 4. Mis on vektorite skalaarkorrutis? Tooge kursusest kaks näidet. skalaarkorrutiseks nimetatakse vektorite pikkuste ja vektorite vahelise nurga koosinuse korrutist. Näiteks : A=F*s*cos α kus α on nurk vektorite F ja s vahel Φ = A S cos θ Elektriväljatugevuse voog 5. Mis on vektorite vektorkorrutis? Joonis ja kaks näidet kursusest. Vektorite vektorkorrutisteks nimetatakse nende vektorite pikkuste ja vektorite vahelise nurga siinuse korrutist. N: N=F* pöördliikumisel v (peaasi et valemis oleks kaks vektoriaalset suurust),
Potensiaaliväli väli mille jõudude töö ei sõltu laengu liikumise trajektoorist. Seal tehtav tõõ võrdub 0 kui laeng liigub uletud trajektooril. Potensiaal elektriväljas oleva laengu potensiaalse energia ja laengu suhe. Potensiaalide vahe laengu liikumise trajektoori algus ja lõpppunkti potensiaalide vahet. 1V (volt) 2 punkti potensiaalide vahe on võrdne 1V kui 1C suuruse laengu ümberpaigutamisel elektrivälja ühest punktist teise tehakse tööd 1 J Seos potensiaalide vahe ja elektriväljatugevuse vahel E=U/d Ekvipotensiaalpinnadpinnad, mille kõikidel punktidel on ühesugused potensiaalid Elektrimahtuvus Füüsikaline suurus, mis iseloomustab juhi laengut. C=q/U Kondensaator . seade, mis koosneb kahest juhist ja mis on teineteisest eraldatud õhukese dielektriku kihiga. 1F (faraad) on sellise kera elektrimahtuvus, mille raadius on 9*10^9m
F=k · q1·q2/r2 Jõud on suunatud piki laenguid ühendavat sirget. Ta on samanimeliste laengute korral tõukejõud ja erinimeliste laengute jaoks tõmbejõud 2. Punktlaengu elektrivälja jõujooned. Elektrivälja graafiliseks kirjeldamiseks kasutatakse jõujooni. Elektrivälja jõujoon on mõtteline joon, mille igas punktis on E- vektor suunatud piki selle joone puutujat. Jõujooned on inimese poolt välja mõeldud abivahendiks elektrivälja kirjeldamisel. Tegelikkuses neid olemas ei ole 3. Elektriväljatugevuse ühikud Väljatugevuse ühikuks on njuuton kuloni kohta (1N/C). Rohkem kasutatakse ühikut üks volt meetri kohta (1V/m). 4. Elektriline pinge Elektrivälja kahe punkti potentsiaalide vahet nim elektriliseks pingeks. q1-q2=U= A/q [U]= [A] / [q]= 1J / 1C= 1V Homogeenses väljas U=A/q=Ed 5. Juht ja dielektrik elektriväljas Juht elektriväljas Et laetud osakesed võivad juhis vabalt liikuda, algab elektrivälja mõjul laengute ümberpaiknemine, mis kestab seni, kuni
gradueerimiskoefitsient. 5. Lahenduste keskmiste elektriväljatugevuste Ek arvutus Ek leidmiseks kasutame valemit allpool. U1 on l on lahendustee pikkus cm-tes. U1 kV Ek = cm l Valem 3. Lahenduse keskmise elektriväljatugevuse arvutamise valem. Lahendustee on elektroodide lühim vahekaugus mööda välisisolatsiooni. Lahendustee erinevatel isolaatoritel on järgmine: · Liini rippisolaator: 21 cm · Läbiviikisolaator: 15 cm · Tugiisolaator: 11 cm · Tõirisolaator 15 cm Erinevate isolaatorite Ek: · Liini rippisolaator: Ek= 62,2/21 = 3,0 kV/cm · Läbiviikisolaator: Ek= 55,2/15 = 3,7 kV/cm · Tugiisolaator: Ek= 53,8/11 = 4,9 kV/cm · Tõirisolaator: Ek= 73/15= 4,9 kV/cm 6
Jõujoon. Superpositsiooniprintsiip elektriväja jaoks. Kaasaegne ettekujutus väljast on: Vastastikmõju toimib läbi ruumis leviva välja. Elektrostaatikas vaatleme statsionaarset välja. Elektrivälja olemasolu selgub jõust, mis mõjub välja paigutatud laengule. Samal ajal, selgub ka asjaolu, et välja paigutatud keha omab laengut. Elektriväljatugevus on välja jõukarakteristik. 63. Punktlaengu elektrivälja tugevuse valemi tuletus lähtudes Coulomb' seadusest. 64. Elektriväljatugevuse vektori voog. Joonis, valem. 65. Gauss'i teoreemi tuletus. Kui on suvaline pind, siis integraal. Gauss'i teoreem määrab E vektori voo läbi suvalise kujuga kinnise pinna, mis ümbritseb laenguid. Vaatame ühte laengut, mille ümber kujutame kinnise pinna. Korrastasime suvalise pinnatüki kerapinna osana, mis toetub ruuminurga elemendile d. Leiame voo läbi kogu suletud pinna. 66. Lõpmatu laetud tasandi elektriväljatugevus.Joonis ja tuletus.
Elektrivälja jõujooned on jooned, mille igas punktis on elektrivälja tugevuse vektor selle joone puutujaks. Elektrivälja jõujoonte joonestamiseks kasutame positiivset proovilaengut tuvastade s sellele vastavas ruumipunktis mõjuva jõu suuruse ja suuna. Jõu suurus määrab jõujoonte tiheduse, suund aga elektrivälja tugevuse vektori suuna. Kuna ruumis on kahe laengu poolt tekitatud väli, siis nende väljade mõjud liituvad (superposit- siooniprintsiip). Resultantvälja elektriväljatugevuse vektorite sihis joonestatud sirged on elektrivälja jõujoonte puutujateks. 8. Mis on elektrivälja ekvipotentsiaalpind? Kuidas on see seotud jõujoontega? Mõtteline välja pind, mille kõikidel punktidel on ühesugune potentsiaal. Elektrivälja jõujooned on risti ekvipotentsiaalpinnaga 9. Skitseeri positiivse punktlaengu elektrivälja jõujoonte pilt. 10. Skitseeri negatiivse punktlaengu elektrivälja jõujoonte pilt. 11
∗⃗ r 212 ⃗ F12= r 12 Joonis: ε ≥ 1 on suhteline dielektriline läbitavus, vaakumis ε =1 Elektrivälja tugevus. Valem, ühik, suund. Jõujoon. Superpositsiooniprintsiip elektrivälja jaoks. ⃗ F V Valem: ⃗ E= Mõõteühik Si süsteemis: 1 q0 m Elektrivälja jõujoon on joon, mille igas punktis elektriväljatugevuse vektor on puutujaks. Jõujooned lähtuvad positiivsest laengust ja lõpevad negatiivsetel laengutel. Superpositsiooniprintsiip: Punktlaengute süsteemi poolt tekitatud elektriväljatugevus on üksikute laengute poolt tekitatud elektriväljatugevuste vektoriaalne summa antud ruumipunktis Punktlaengu elektrivälja tugevuse valemi tuletus lähtudes Coulomb’ seadusest k∗1 ∗q0∗q1 ε
süsteemis, mis vähendavad süsteemi võimet teha tööd, sest osa energiast on pöördumatult muundunud soojuseks. Iseenese hooleks jäetud süsteem läheb üle vähem tõenäosest olekust enam tõenäosesse olekusse. enam tõenäone on see süsteemi olek, mille realiseerumisviiside arv on suurem. 10. Elektriväli vaakumis a. Elektrilaengu jäävuse seadus b. Elektriväli, selle tugevus c. Elektrivälja energeetiline karakteristika d. Elektriväljatugevuse voog e. Gaussi teoreem elektrostaatilise välja jaoks vaakumis f. Gaussi teoreemi rakendusi A) Elektrilaengu jäävuse seadus isoleeritud süsteemi elektrilaengute algebraline summa on jääv B) Elektriväli, selle tugevus C) Elektrivälja energeetiline karakteristika Väljapunkti potentsiaal on sellesse punkti paigutatud ühikproovilaengu energia. Väljatugevus näitab potentsiaali kõige kiirema kahanemise suunda ja selles suunas potentsiaali muutust pikkusühikul.
elekromagnetlaineksMadalsageduslikud lained kuni 104Hz Levivad juhtides. Raadiolained - 1012 Hz Levivad väljaspool juhte, levimine sõltub sagedusest. Optiline kiirgus kuni 1017 Hz jaotun infrapunaseks -, nähtavaks- ja ultravioletseks kiirguseks . Röntgenikiirgus kuni 1019 Hz Tugev bioloogiline toime Gammakiirgus kuni 1023 Hz -tuumakiirgus Bioloogiliselt väga ohtlik Lainepikkus on vahemaa mille laine läbib ühe võnkeperioodi vältel. = vT = v/f Ühik meeter Sagedus näitab elektriväljatugevuse ja magnetilise induktsiooni võngete arvu ühes sekundis igas elektromagnetilise laine punktis. Tähis f Ühik Hz. Vaakumis valguse kiirus 300000 km/s Keskkonnas väiksem, vastavalt magnetilisele -, ja dielektrilisele läbitavusele, ValguslaineOptilise kiirguse nähtav osa. Elektronide võnkumise tulemus aatomis Valguse interferentsErisuunaliste valguslainete liitumine. Kui käiguvahe on paarisarv poollaine pikkuseid siis valgus tugevneb, paarituarvulise käiguvahe puhul valgus kustub.
Kummal juhul on väljatugevus neid ühendava sirge keskpunktis suurem kas siis kui laengud on erinimelised või siis, kui nad on samanimelised? Erinimelised 7 Kaldpinnalt allalibisev keha elektriseerus (hõõrdeelekter). Kas see avaldab mõju libisemise kiirusele? Jah. 8 Elektrivälja jõujooned ei lõiku kunagi. Miks? Elektrivälja jõujoon on joon, mille igas punktis elektriväljatugevuse vektor on puutujaks. Igas punktis on vaid üks elektriväljatugevuse väärtus ja suund 9 Elektrostaatika katsed õnnestuvad hästi kuiva õhuga ruumis. Miks? Kuna niiskus mõjutab laengute käitumist. 10 Negatiivselt laetud osake viiakse negatiivselt laetud plaadilt punktist P positiivselt laetud plaadile punkti Q (vt.joonist). Milline järgmistest graafikutest kirjeldab laengule mõjuva jõu sõltuvust olenevalt kaugusest punktist P?
q1+q2+...=const. Mingi pos elektrilaengu +q tekkimisega kaasneb alati temaga absoluutväärtusest negatiivse laengu -q tekkimine (kivid) Laengu elektriväli on materiaalne objekt, ta on ruumiliselt pidev ja võib mõjutada teisi elektrilaenguid. Laengu q1 väli mõjutab laengut q2 ja laengu q2 väli mõjutab laengut q1. laetud kehade vastasmõju toimub elektrivälja vahendusel. Jõujooned on jooned, mille igas punktis elektriväljatugevuse vektor on puutujaks. (joonised) Elektrivälja tugevus-väljapunkti asetaud ühiklaengule(q0=1C)mõjuv jõud. E=F/q0 E=1N/C. See ei sõltu väljapunkti asetatud proovilaengust q0 ja on seega elektrivälja punkti iseloomustav ühene jõukarakteristik. Ühtlases väljas on väljapoolt laetud kehale mõjuv jõud ka ühesugune kõikides punktides ja võrdne. F=Eq0. Punktlaengute süsteemi elektrivälja tugevus on võrdne üksikute laengute elektrivälja tugevuste vektorsummaga E=E1+E2+..N.
Tal on ka suund,mis jõujoone igas punktis ühtib E-vektori suunaga. Seal kus väli on tugevam(E on suurem st) paiknevad jõujooned tihedamalt. Joonte tihedus: E= 1/(40)*q/r². Superpositsiooniprintsiip- kui antud elektrivälja punktis tekitavad elektrivälja mitmed laengud,siis resultant elektrivälja tugevus on võrdne üksikute laengute poolt tekitatud elektriväljatugevuste vektoriaalse summaga. Väljatugevuse vektorvoog- e=EScos (V/m) ; EndS(V/m). Gaussi teoreem-elektriväljatugevuse vektorvoog läbi kinnise pinna on võrdne selle pinna sees olevate laengute algebraliste summaga ja mis on jagatud elektrilise konstandiga 0. (s) EndS=1/0qi. Punktlaengu elektriväli-E=kq/r², tasandi elektriväli- E=/20, erinimeliselt laetud tasandi E=/0, sfääri elektriväli-, kui r>R, r=kaugus keskpunktist R=sfääri radius siis, E(r)=1/(40)*q/r². kui r=R, siis E(R)= /0. Elektriväli juhi sees ja juhid elektriväljas-. Elektriväli aines sõltub nüüd eeskätt sellest,
Elektrijõud – on jõud, millega üks laetud keha mõjutab teist laetud keha. Kas see on sama, mis Coulombi seadus? Punktlaengu elektriväli- punktilaengu väli E on suunatud laengust eemale kui laeng on positiivne ja laengu poole kui laeng on negatiivne Vihikus: E = k * q / r^2 Punktlaengute süsteemi elektrivälja tugevus on võrdne üksikute laengute elektrivälja tugevuste vektorsummaga (superpositsiooniprintsiip) 3. Elektriväljatugevuse voog. Elektrivälja jõujooned. Elektrivälja graafiliseks kirjeldamiseks kasutatakse jõujooni ja ekvipotentsiaalpindasid. Elektriväljatugevuse jõujooned: sellised jooned elektriväljas, mille puutujaks igas punktis on väljatugevus. Ekvipotentsiaalpinnad: sellised pinnad elektriväljas, mille ulatuses on potentsiaalil sama väärtus, täpsemalt vaata 6. punkt. Elektrivälja (samuti grad fi) jõujoon on igas punktis risti seda punkti läbiva ekvipotensiaalpinnaga.
ning täidavad kui tahes suure ruumala. Gaasil ei ole kindlat kuju ega kindlat ruumala. ● Aine üleminekut ühest olekust teise nimetatakse faasimuutuseks. ● vedelik-gaas (aurustumine kondenseerumine) ● tahke-gaas(sublimeerimine- desublimeerimine) ● tahke-vedelik (sulamine, hangumine) 29. Elektriväli. Elektrivälja omadused ● elektriväli- vektorväli(nt. õhurõhk ja temperatuur on skalaarsed) ● elektrivälja tugevust on võimalik määrata positiivse proovilaenguga q 0 ● elektriväljatugevuse suund on määratud positiivsele laengule mõjuva jõu suunaga. s.t elektrivälja jõujooned eemalduvad positiivsest laengust. ● elektrivälja põhiomadus- mõjutada väljas olevat laengut kindla jõuga 30. Laengute vastumõju. Elektrivälja tugevus ● superpositsiooniprintsiip- punktlaengute süsteemi poolt tekitatud elektrivälja tugevus on üksikute laengut poolt tekitatud elektriväljatugevuste vektoriaalne summa antud ruumipunktis
Lahendus: q = – 8.0 = -8 0 C ⃗⃗ = ? Teeme joonise. Phytagorase teoreemi järgi saame leida otsitava punkti kauguse r √ = √ ,2 ,6 = √4 2m Seejärel leiame ühikvektori ⃗ ̂ ̂ , ̂ , ̂ ̂ = = 0,6 ̂ - 0,8 ̂ Nüüd saame leida elektriväljatugevuse vektori kasutades valemit / ⃗⃗ ̂= 0,6 ̂ 0,8 ̂ = -18 N/C 0,6 ̂ 0,8 ̂ ⃗⃗ (-10,8 / ̂ (14,4 N/C) ̂ 73. Prooton (laeng .602 0 liigub homogeenses elektriväljas, mille tugevus on .5 0 / ,
Ühtlases elektriväljas elektrivälja lühiajalisel rakendamisel leitavat läbilöögi elektriväljatugevust võib lugeda aine elektriliseks tugevuseks El [MV/m] Makroskoopiliselt ebaühtlase struktuuriga dielektrikute elektriline läbilöök See läbilöök esineb nn tehnilistes dielektrikutes, mis sisaldavad gaasitühemikke või muid väga madala elektrilise tugevusega materjali osakesi. Läbilöögi elektriväljatugevuse erinevus ühtlases ja eba-ühtlases väljas on väike nõrkade kohtade kokkulangevuse tõttu ühtlase väljaga, s.o suuremate elektroodidega katsekehas. Elektriline tugevus sõltub elektroodide pindalast – selle suurenemisel väheneb Soojuslik läbilöök Soojuslik läbilöök tekib siis, kui kadude tõttu dielektrikus eralduv soojushulk ületab ümbrusesse äraantava soojushulga. Tasakaalu puudumise tõttu dielektrik hakkab piiramatult kuumenema ja laguneb
jõud, siis on olemas elektriväli. Elektrivälja väljatugevus juhi sees oleks null. tugevus on punktlaengule mõjuva jõu F ja selle laengu q suhe. E=F/q Elektrivälja 1.3 Gaussi teoreem ja selle rakendussed tugevus mõõdab tinglikes ühikutes pinda läbivate jõujoonte arvu. Elektrivälja praktikas tugevuse vektor-ta on vektroriaalne Gaussi teoreem-elektriväljatugevuse suurus(E-vektor) ja on alati suunatud vektorvoog läbi kinnise pinna on võrdne plussilt miinusele.E=F/q (N/C ; V/m) selle pinna sees olevate laengute algebraliste summaga ja mis on jagatud Välja tugevus ei sõltu väljapunkti asetatud elektrilise konstandiga 0. proovilaengust. Elektrivälja tugevus näitab, kui suur jõud mõjub selles väljas (s) EndS=1/0qi.
_ väiksemate taldrikute korral, kui <1,3 H lt kulgeb lahendus mööda rada b, vaatamata sellele, et nlt > lk _ suuremate taldrikute korral, kui 1,3 H lt kulgeb lahendus mööda rada c , mille ligikaudne pikkus on lk = nH Isolaatorketi kuivlahenduspinged on oluliselt määratud ketti ühendatud isolaatorite arvust e. isolaatorketi pikkusest (joon. 2.39). Isolaatorketi märglahenduspinged avalduvad valemiga Umärg = nHEmärg , kus Emärg on märglahendus-elektriväljatugevuse efektiivväärtused: Emärg = 200...260 kV/m 33. Isolaatorite valiku alused Isolaatorite valiku aluseks on saastlahenduspinge, mis peab olema suurem maksimaalsest rakenduvast pingest Um: , mille alusel määratakse kindlaks vajalik lekkeraja Ll eripikkus : Isolaatorite valiku aluseks ongi vajalik efektiivne lekkeraja eripikkus ef *) ESDD Equivalent Salt Deposit Density (ekvivalentne soolasaaste tihedus)
, elektrivälja vektori tasand, peegeldustegur on määratud peegeldunud kus on otselaine ja peegeldunud laine µ0µr elektriväljatugevuse suhtega langevasse elektrivälja tugevusse. d kus Peegeldustegurid avalduvad Fresnelli peegelduse valemitena: on materiali lainetakistus. Sellisesse 0 r
löögiväljatugevust ühtlases elektriväljas: dielektrikutes, kus esineb gaasitühemikke. Viimase El = Ul / d, võivad tekkida nii isolatsiooni valmistamisel kui ka kus Ul on läbilöögipinge, V (enamasti kV) ja d on isolatsiooni käituses. Neis gaasitühemikes võivad dielektriku paksus, m (vahel ka mm). teatud elektriväljatugevuse puhul tekkida läbilöögid. Dielektriku läbilöögiprotsessi iseloom on Selliseid lahendusi nimetataksegi osalahendusteks. gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes erinev. Osalahenduste käigus pommitatakse laengukand- Gaaside läbilöögil mängivad olulist osa põrke- jatega tühemiku seinu, toimub materjali erosioon, ja fotoionisatsioon. Gaaslahendus algab elektronide tahke materjal laguneb, tühemik suureneb ja võib
annaabi.ee 
