ELEKTROSTAATIKA (0)

ELEKTROSTAATIKA
Elektrilaeng- osakese elektriline vastastikmõju seda
ümbritsevate kehadega sõltub selle elektrilaengust.
Samanimelite laengutega kehad tõukuvad, erinimelised
tõmbuvad. Sama hulga ni neg kui ka pos korral on kehad
neutraalselt  elektriseeritud , vastasel juhul keha omab laengut
ja on kas positiivselt või negatiivselt elektriseeritud.
Elektrijuhid- materjalid, millede küllaldane arv laetud
osakesi võivad vabalt ümber paikneda, isolaatorid ehk
mittejuhtide laetud osakesed ei oma vabaltliikumist.
Colomb’i seadus- kirjeldab elektrostaatilisi jõude kahe
väikese liikumata laengu q1 ja q1 vahel, mis asuvad üksteisest
kaugusel r
 
vaakumi dielektriline
läbitavus 
​Laetud  elementaarosakeste korral on nendevaheline
gravitatsiooniline vastastikmõju võrreldes elektrilise
vastastikmõjuga tühine ja seda pole vaja üldjuhul arvestada.
Elementaarlaeng - kõik suurtel  kehadel  olevad laengud on
mingi vähima laengu täisarvkordsed. Elementaarlaeng on jääv
suurus ja isolaatorite süsteemi kogulaeng on muutumatu
Elektriväli
• seotud keha elementaarlaenguga ja esineb laetud  kehade
ümber
• põhiomaduseks on laetud kehade mõjutamine
• elektriväli levib vaakumis  valguse kiirusega
Elektrivälja tugevuse vektori definitsioon- elektrivälja
tugevus  suvalises punktis on defineeritud elektrostaatilise
jõu  kaudu, mis mõjub sellesse punkti asetatud positiivsele
proovilaengule  
Suund on määratud positiivse laengule
mõjuva suurusega.
Elektrivälja jõujooned- võimaldavad visualiseerida
elektrivälja suurust ja suunda. Elektrivälja  vektor välja
suvalises punktis on seda punkti läbiva jõujoone
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01. 2018 , 18F47
Стр. 1 из 15
puutujavektor. Jõujoone tihedus mistahes välja piirkonnas on
võrdeline elektrivälja suurusega antud piirkonnas Jõujooned
alagavad positiivsest laengust ja lõppevad negatiivses
laengutel.
Elektrivälja superpositsiooniprintsiip- kui antud punktis
tekitavad elektrivälja mitmed laengud, siis kogu elektrivälja
tugevus on võrdne potentsiaalide  summaga . E= E1 + E2 +...+
Ei=ΣEi
Gaussi  teoreem - elektrivälja tugevuse E vektorvoog läbi
kinnise pinna on võrdeline selles pinnas olevate laengute
algebralise summaga ja pöördvõrdeline elektrilise
konstandiga..
;  
 :   -elektrivälja
konstant
Punktilaengu elektriväli- punktilaeng q elektriväli  punktis,
mis asub kaugusel r laengust, avaldab kujul 
punktilaengu väli E on suunatud laengust eemale, kui laeng on
positiivne ja laengu poole, kui laeng on negatiivne
Tasandi elektrivali – E=σ/2ε0
Erinimeliselt laetud tasandi elektrivali – E=σ/ε0
Sfääri elektrivali – kui r>R(kogu valja tekitav laeng q jaab
pinna  sisemusse ), kus r – kaugus
keskpunktist ja R – sfaari raadius, siis E(r) = 1/(4πε0)*q/r2 kui
r=R, siis E(R) = σ/ε0 kui r=1, Diamagneetikud >1, ferromagneetikud säilitavad
magnetilise  kadumisel oma välimised omadused.
Näitab mitu korda on magnetvälja tihedus selles keskkonnas
suurem kui vaakumis.
ELEKTROMAGNETILINE  INDUKTSIOON  JA
VAHELDUVVOOL
Magnetvoog  on füüsikaline suurus, mis näitab magnetilist suutlikust läbida vaadeldavat pinda
Tähis:  (Fii)
Ühik: 1 Wb (veeber)
Põhivalem: 
kus   (Fii) on magnetvoog,   on pinna  magnetinduktsioon    on pinna pindala ja   (beeta) on nurk
pinna  normaali  ja magnetvälja suuna vahel.
 
 
Elektromagnetilise induktsiooni nahtus – Kinnises juhtivas
kontuuris  tekib magnetilise
induktsiooni voo muutumisel labi selle kontuuri poolt piiratud
pinna  elektrivool . Induktsioonvoolu
suurus on maaratud ainult voo muutumise kiirusega (dϕ/dt)
Pooriselektrivalja joujooned on
kinnised kontuurid.
 
Elektromagnetilise induktsiooni seadus – Induktsiooni emj
on arvuliselt vordne kontuuri labiva
magnetvoo muutumise kiirusega έ= Δϕ/Δt
 
Lenzi reegel – Induktsioonvool on alati suunatud selliselt , et
ta mojub vastu teda esilekutsuvale
pohjusele. e= -ϕ.
 
Eneseinduktsiooni  nahtus – Muutuv vool indutseeriv emj
samas juhis, mis puuab takistada
voolukasvu. Isel elektrivooli inertsust.
Induktiivsus - eneseinduktsiooni elektromotoorjõud on
võrdeline voolutugevuse muutmumise kiirusega, mida
nimetatakse ka juhi induktiivsuseks.
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01. 2018 , 18F47
Стр. 8 из 15
 ühik 1H, on sellise juhi induktiivsus,
milleks voolumuutmine 1A võrra 1-es sekundis tekitab
eneseinduktsiooni elektromotoorjõu 1V. Suurt induktiivsust
omavad ferromagneetilisest ainest südamikuga poolid.
Iseloomustab elektrivoolu inertsust voolutugevuse
muutumise suhtes.
Magnetvälja energia. Magnetvälja tekitamiseks tuleb
kulutada elekrienergiat ja vastupidi: kadumisel indutseerib
magnetväli elektromotoorjõu ja voolu, see tähendab, et
magnetvälja energia muundub elektrienergiaks.
Energia, mis salvestub magnetväljas voolu suurenemisel
nullist I-ni, väljendub valemiga
EM Magnetvälja energia dþaulides
L Induktiivsus henrides (H)
I Vool amprites
induktiivtakistus  
  mahtuvustakistus 
  kogutakistus  X= sqrt (Rruut+(Xc-Xl) ruudus )
Vahelduvvoolu tekitamine – vahelduvvool e elektrivool,
mille korral  voolutugevus  perioodiliselt
muutub. Eestis 50 Hz. Juhtivast  materjalist raam pindalaga S
pannakse magnetvaljas poorlema
nurkkiirusega ω. Raamis tekib emj, mis muutub
harmooniliselt, max emj on vordeline magnetilise
induktsiooni, raami pindala ja ω ga. Kui raam uhendada
vooluringi, tekib vahelduvvool, mis
muutub harmooniliselt i=I0sinωt funts  jargi . Vahelduvvoolu
tekitab generaator.
Voolutugevuse ja pinge efektiivvaartused – voolutugevuse
efekt vaartus on alalisvoolutugevus,
mille korral eraldub juhis  samasugune   soojushulk nagu
vahelduvvoolu korral. Kui vahelduvvoolu
efekt vaartus on 1A, siis I=Im/√2. Pinge efektiivvaartus
U=Um/√2  Efektiivpinge  237V
Mahtuvuslik ja induktiivne  takistus – mahtuvustakistuse
puhul voolutugevuse maksimum
ennetab pingemaksimumi π/2'ndik perioodi vorra Rc=1/ωC.
Induktiivse takistuse puhul on
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01.2018, 18F47
Стр. 9 из 15
voolutugevuse max pinge mksimumist π/2'ndik perioodi
vorra hiljem. RL=ωL
Faaside  vahe pinge ja voolutugevuse vahel-  
Ohmi seadus vahelduvvooluringis(näitab kuidas 3 takistust koos mõjuvad)- Vahelduvvoolu korral
kehtib seos
 , kus
▪ I on juhis kulgeva ja vooluahelat läbiva voolu tugevus
▪ U on pinge
▪ Z on vahelduvvoolu vooluringi lõigu näivtakistus.
Vahelduvvoolu korral esineb kolme liiki elektritakistust:
aktiivtakistus ( ), induktiivtakistus ( ) ja mahtuvustakistus
).X=sqrt(Rruut+(Xc-Xl)ruudus)
Vahelduvvoolu võimsus ja võimsustegur-  P = I *U* cosφ,
kus. I - voolutugevuse efektiivväärtus,. U - pinge
efektiivväärtus ja φ - voolutugevuse ja pinge faaside vahe
Voimsus  on maksimaalne kui pinge ja voolutugevus on samas
faasis (cosα=1)
Võimsus tegur 
Pingeresonants - See tähendab, et madala sageduse juures
on ülekaalus mahtuvustakistus ja kõrge sageduse juures
induktiivtakistus. Sujuval sageduse muutmisel võib leida
sageduse, mille juures pingekolmnurk taandub sirglõiguks.
Vool on pingega faasis. ja vooluringi  kogutakistuse  määrab
ainult aktiivtakistus. Niisugust olukorda nimetatakse
pingeresonantsiks ja sagedust resonantssageduseks. Xl=Xc
ja järelikult Ul=Uc, kus Uc-Ul=0
Kolmefaasiline  süteem- Kolmefaasilist
vahelduvvoolusüsteemi kasutatakse elektrijõumasinates
ning ülekande- ja jaotusvõrkudes. Sellise süsteemi  eeliseks
on elektriliinide ja  trafode  väiksem materjalikulu. Veelgi
olulisem on, et kolmefaasilise voolu pöörlev magnetväli
võimaldab ehitada töökindlaid ning väga lihtsaid
elektrimasinaid
Elektrienergia ülekanne- elektrienergia on üks laiemalt
tarbitavaid energiavorme ning suur osa erinevatest allikatest
saadavast primaarenergiast muudetakse elektrienergiaks.
Elektrit toodetakse elektrijaamades,
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01.2018, 18F47
Стр. 10 из 15
kõrgepingeülekandevõrkude kaudu kantakse üle
tarbimispiirkondadesse ning jaotatakse tarbijatele kesk- ja
madalpingejaotusvõrkude abil.[1] Elektrijaamades toodetud
elektrienergiat ei saa suurtes  kogustes   salvestada , vaid tuleb
kasutada otsekohe peale saamist, seepärast on vaja
elektrienergiat üle kanda ka suurte kauguste taha.
Elektrienergia transportimise oluliseks probleemiks on
võrkude  energiakaod . Kuna ülekandekaod on väiksemad
kõrgemate pingete  kasutamisel , siis kasutatakse
transpordiks  kõrget pinget, mida tarbija poole järjest
alandatakse.
ELEKTROMAGNETVÕNKUMINE JA LAINE
Võnkering on lihtsaim süsteem, milles võib tekkida
elektromagnetiline vabavõnkumine. Võnkering koosneb
kondensaatorist ja selle  katetega  ühendatud induktiivpoolist.
Vaba elektromagnetvonkumine – Kondensaator hakkab
tuhjenema ja tekitab induktiivpoolis
muutuva voolu. Kui kondensaator on tuhjenenud, siis vool ei
lakka, vaid kondekas laadub uuesti,
kuid vastupidiselt  esialgse  olukorraga. Tekib vaba
elektromagn. vonkumine, mis on sumbuv ja
harmooniline. Thompsoni  valem vonkeperioodi kohta:
T=2π√LC , kus L=vonkeringi indukt, C
kondeka mahuvus.
Elektromagnetiline isevonkumine – tekib vonkeringis, kuhu
antakse perioodiliselt energiat juurde.
Vonkuv susteem taiendab ise valisest energiaallikast oma
energiavarusid. N: korgsagedusgenekas
Korgsagedusvonkumiste saamine – Tagasiside-
Vastuvotjaks peaks olema samasuguste
parameetritega avatud vonkering nagu saatjal . Vastuvotu
vonkeringis toimub sobiva vonkumise
eraldamine resonantsi abil. Omasagedusest erinevad
vonkumised sumbuvad.
 
Avatud vonkering – Kondeka plaatide teineteisest kaugemale
nihutamisel ja nende pindalade
vahendamisel ning pooli pikemaks venitamisel (juhtmeks)
vonkeringi sagedus suureneb.
Suurenevad nii elektrivalja kadu plaatidel kui magnetvalja
kadu poolis. Avatud vonkeringis on
vaike induktiivsus ja mahtuvus, kuid suur korgesageduslik
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01.2018, 18F47
Стр. 11 из 15
elektromagnetvali.
Elektromagnetlaine abil info edastamine  – Saateantennist
edastatud elektromagnetlained levivad
vastuvotuantennini kutsudes selles esile saateantenniga
sarnase sagedusega elektromagnetvonkumised.
TV pohimote: Raadiolainete joudmisel vastuvotjani
eraldatakse moduleeritud
korgsagedusvonkumisest madalsageduslik komponent  ja
taastatakse moduleeriv vonkumine.
Telefon: info levib valguskaablis optilise
elektromagnetlainena. Levib rislainena, kiirus lahedane
valguse kiirusele. Laine levimiskiirus oleneb keskkonna
elektrilisest ja magnetilistest omadustest.
Moduleerimine-Raadiolainete levikut kindlustavad korge
sagedusega lained, neid edastavad aga
madala sagedusega vonkumised. Moduleerimine ongi
kandesageduste (korgete sageduste)  mojutamine  madalate e
edastussagedustega.
 
Resonants  vastuvotjas – Raadiotehnikas voimaldab resonants
signaalide selektiivset  vastuvottu e
raadio- voi tv-sagedusele haalestamist.
 
Demoduleerimine – kaugsides protsess analoogsignaalide
vastuvotmiseks ja nende digitaalkujule
muundamiseks.
 
Analoogsinaal – signaal , milles andmeid esitav tunnussuurus
voib igal hetkel omandada suvalise
vaartuse mingist  kindlast  vahemikust. Naiteks voib
analoogsignaal  tapselt  jargida mingi teise
andmeid esitava fuusilise suuruse parameetreid. x(t)=A
cos(2πf t)
 
Digitaalsignaal  – diskreetsignaal, milles andmed esitatakse lopliku arvu tapselt maaratletud
diskreetsete vaartustega, mida ta uks tunnussuurustest voib omandada ajas. ω=2πf;
x(n)=A*cos(ωn+φ)
 
Elektromagnetlaine levimise soltuvus lainepikkusest –
levikut kirjeldatakse lainepikkuse kaudu.
Laine levimise kiirus on v=f*λ Eristatakse skaala jargi –
vasakul madalasageduslikud ja pikad,
paemal korgesageduslikud ja luhikesed lained. EML
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01.2018, 18F47
Стр. 12 из 15
omadused soltuvad nende lainepikkusest.
Raadiolained on eml'dest  koige   pikemad . Luhemad lained
levivad sirgjooneliselt ja ei levi tokete
taha. EML peegelduvad juhtidelt tagasi ja raadiolainete
levikuks on tingimata vajalik ionosfaari
olemasolu.
OPTIKA
Geomeetrilise optika pohilised seadused – ehk kiirteoptika
a) homogeenses keskkonnas levib
valgus sirgjooneliselt ja vaakumis kiirusega c=300 000 km/s
b) uks  valguskiir ei sega teiste
levimist . Langev kiir peegeldub sama nurga alt tagasi, millega
ta langeb. c) murdumisseadus – kahe
labipaistva keskkonna lahutuspinnal valguskiir murdub,
langemis  ja murdumisnurga  siinus  on jaav.
sinα/sinβ = n = v1/v2
Fotomeetria- optika haru, mis tegeleb valgusenergia
mõõtmisega.
Valgusvoog- on  kiirgusvoog , mis on fikseeritud silma kui
instrumendi karakteristiku järgi. Ühik  luumen  [lm] -> [Φ]SI =
1cd*1sr = 1lm.
Ruuminurk - 
Steradiaan  (tähis sr) on ruuminurga mõõtühik. Steradiaan on
tipuga kera keskmesse  toetuv ruuminurk, mis eraldab kera
pinnal raadiuseruuduga võrdse pindala.
 
Valgustugevus - on ühikulise ruuminurga kohta tulev
valgusvoog. Valem:I=dΦ/dΩ. Ühik: [I]SI = 1cd ( kandela ).
Valgustatus- ehk  valgustustihedus  E on füüsikaline
suurus, mis iseloomustab pinnaühikule langevat
valgusvooguehk täpsemalt  valgusvoo  tugevust. Valgustatust
mõõdetakse luksides (lx).
Lääts- on läbipaistvast ainest keha, mis koondab või hajutab valgust.
Läätsi liigitatakse  kumer - ja nõgusläätsedeks. Kumerlääts on keskelt  paksem ,nõguslääts on aga keskelt
õhem kui servast. Kumerlääts koondab valgust, nõguslääts hajutab valgust. Läätsena toimib kumerate
pindadega läbipaistvast ainest keha siis, kui keha materjali murdumisnäitaja erineb ümbritseva
keskkonna murdumisnäitajast. Koondav lääts tekitab tõelise ümberpööratud suurendatud või
vähendatud kujutise või näilise päripidise suurendatud kujutise. Koondavat läätse saab kasutada
luubina. Hajutav lääts annab näilise päripidise vähendatud kujutise.
Läätse iseloomustavad suurused on  fookuskaugus  ja optiline tugevus.
Kiirte  kaik –koonduv laats – optilise peateljega parallelne kiir
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01.2018, 18F47
Стр. 13 из 15
labib peale laatses murdumist
fookuse , optilist   keskpunkti  labiv kiir ei muuda suunda,
paralleelsete kiirte kimp koondub
fokaaltasandis. Hajuv laats – optilise peateljega paralleelne
kiir murdub nii, et tema pikendus loikab
fookust. Optilist keskpunkti labiv kiir ei muuda suunda,
fokaaltasandis koonduvad paralleelsete kiirt
pikendused .
Kujutise  konstrueerimine  – optilise peateljega paralleelne
kiir labib fookuse, optilist keskpunkti
labiv kiir ei muuda suunda, paralleelsete kiirte kimp
koondub fokaaltasandis.
Toeline kujutis – tekib kohas, kus koonduvad esemelt
lahtuvad kiired.
Nailine kujutis – tekib kohas, kus koonduvd kiirte
pikendused.
Optiline tugevus D=1/f [dptr]
Suurendus  s – s=H/h=k/a
Sfaariline  peegel  – sile kerapinna osa, millelt  valgus
peegeldub. Jaotatakse nogusateks/kumerateks.
Analoogia  laatsega: nogus peegel – koonduva  laatse
omadused; kumer peegel – nogusa laatse
omadused. Fookuskaugus f=R/2
Optilised riistad- luup  – suurendusklaas, millena voib tootada
iga kumerlaats ja mille optiline
tugevus jaab vahemikku 10-40 dptr, mis tagab suurenduse
2,5-10x
Mikroskoop  – suurendus 20-2000x Koosneb 2st laatsest –
objektiivist ja okulaarist. Ese asetatakse
mikroskoobi kasutamisel objektiivi fookuskaugusest vahe
kaugemale, seljuhul saadakse esemest
suurendatud toelise kujutise, mida vaadeldakse omakorda
okulaari  kui luubiga ja saadakse
omakorda suurendatud kui nailine kujutis.
Teleskoop  – koosneb objktiivist ja okulaarist. Kaugetest
esemetest tuleb pikksilma paralleelne
kiirtekimp, mis tekitab kujutise objektiivi  fookuses . Seda
vaadatakse okulaari ja luubiga. Objektiivi
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01.2018, 18F47
Стр. 14 из 15
ja okulaari fookused langevad kokku ja pikksilmast valjub
paralleelne kiirtekimp. Teleskoop
suurendab vaatenurka.
Valguse laineomadused –  difraktsioon , interferents ,
polarisatsioon , dispersioon, peegeldumine ,
murdumine.
Difraktsioon – laine paindumine tokete taha (varju
piirkonda). Jalgitav vaikeste avade ja tokete
korral.
Interferents (max ja min) – Lainete liitumine, mille
tulemusena lained tugevdavad voi
norgendavad teineteist. Maksimum, kui liituvad samas faasis
olevad lained, kui kaiguvahe Δ on
taisarv lainepikkusi. Kui Δ=2k*λ/2, kus k=0,2,4 Miinimum,
kui liituvad vastasfaasides olevad
lained, kui kaiguvahe on paaritu arv poollainepikkusi.
Δ=2k+1*λ/2, kus k=1,3,5
Difraktsioonvore – kujutab endast paljude paralleelsete
pilude  susteemi . Seda isel vorekonstant
d=a+b, kus a= pilu laius ja b= piludevahelise ala laius. Kui
vorele langeb valgus, mis sisaldab
erineva λ komponente, siis  tekkivad maksimumid on
jalgitavad erinevates suundades. d*sinα=k*λ,
kus k= 0, ​}1,​}2 jne.
Valguse polarisatsioon – Valgusallikast lahtuvas valguses
toimuvad elektri-ja magnetvalja vonked
koikides valguse levimissuunaga risti  olevates  sihtides,
polariseeritud valguses vaid uhes maaratud
sihis. Polarisatsioon naitab, et valguslained on ristlained .
Polaroid –  kristall , mis vaanab valguslaine meile  vajalikus
suunas
Dispersioon – murdumisnaitaja soltuvus valguse
lainepikkusest. Mida suurem on valguse sagedus,
seda suurem on murdumisnaitaja. N=sinα/sinβ
https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11418134_10005305299…=7195bbc5cfbee92b2ba4ef98da5f1103&oe=5A5D45D5&dl=1
14.01.2018, 18F47
Стр. 15 из 15