Füüsika, elektriväli (elektriõpetus) (0)

3. Elektriväli
Mõiste "elektriväli" võttis kasutusele inglise füüsik ja keemik Michael Farady (1791- 1867).
ta väitis, et:
*Kõigi elektrilaenguga kehi ümbritseb elektriväli, mis on tingitud nende kehade elektrilaengust.
*Elektrivälja tähenduseks on olla omamoodi vahelüli elektrijõu mõju edastamisel ühelt kehalt teisele
Definitsioonid:
Elektriväljaks nim. elektrilaenguga keha või osakese ümbrust, milles mõjuvad elektrijõud . See ümbrus e. elektriväli, on elektrilaenguga kehade elektrilise vastastikmõju vahendaja . Elektrivälja nim. elektrostaatiliseks väljaks, kui selle tekitab paigalseisev elektrilaenguga keha. Elektrivälja nim. homogeenseks (ühetaoliseks) elektriväljaks, kui see mõjutab selles väljas asuvat elektrilaenguga keha välja igas punktis ühesuguse elektrijõuga. Sellise elektrivälja tekitavad kaks võrdse suuruse ja paraleelse asetusega, kuid erinimeliste elektrilaengutegametallplaatiplaadivahelisse ruumi.
Elektrivälja olemasolu aitavavad tuvastada (kindlaks teha) tema põhitunnus ja iseloomulikud omadused.
Elektrivälja põhitunnus:
Elektrivälja mistahes punktis asuvale elektrilaenguga kehale mõjub alati kindla suuruse ja suunaga elektrijõud. Seega, kui laenguga kehale mõjub elektrijõud, siis asub see keha kindlasti mingi teise elektrilaenguga keha elektriväljas.
Elektrivälja iseloomulikud omadused;
*pole vahetult inimmeeltega tajutav;
*levib tühjuses kiirusega, mis on võrdne valguskiirusega (300 00km/s);
*on ulatuselt lõpmatu , kuid nõrgeneb kiiresti kauguse suurendades;
*on pidev ja katkematu;
*ei sega teisi elektrivälju;
*omab energiat
4. Elektrivälja visualiseerimine
Elektrivälja visualiseerimiseks e. piltlikuks kujutamiseks kasutatakse jooni, mille abil saab määrata elektrivälja mistahes punktis mõjuva elektrijõu suuna. Need jooned võivad olla sirg- või kõverjooned, neil on kindel suund, neid nimetatakse elektrivälja jõujoonteks.
Definitsioon:
Elektrivälja jõujooneks nimetatakse mõttelist joont,mille igas punktis on elektrijõu suund selle joone puutuja sihiline.
Elektrivälja jõujoone suund:
Elektrivälja jõujoone suunaks loetakse kokkuleppeliselt suunda, mis ühtib elektrivälja asetatud pos. elektrilaenguga keha liikumissuunaga. Seega suunduvad jõujooned pos. elektrilaenguga kehalt neg. laenguga kehale võilõpmatusse.
Üksiku pos. ja üksiku neg. elektrilaenguga keha (punktlaengu) elektrivälja jõujooned:
Seal, kus elektriväli on tugevam, paiknevad jõujooned tihedamalt . See võimaldab võrrelda elektrivälja tugevust välja erinevates punktides.
Kahe lähestikku asetatud erinimelise ja kahe samanimelise elektrilaenguga keha (punktlaengu) elektrivälja jõujooned:
Erinimeliste laengute koosmõjul tekkiva elektrivälja jõujooned liituvad ühisteks joonteks. Samanimeliste laengutega kehadelt väljuvad jõujooned püüavad teineteist "tõugata" ja muutuda omavahel paralleelseteks.
Kahe erimärgilise laenguga plaadi vahel tekkiva homogeense elektrivälja jõujooned on suunalt ühesugused (paralleelsed)
................................................................................................................................................
Elektrivälja potensiaal tähis (fii) on füüsikaline suurus, mis näitab, kui suur, on selle välja vaadeldavas punktis asuva liikumise punktis potensiaal energia.
6. Elektrivälja potensiaal ja pinge
Elektrivälja vaadeldava punkti potensiaal, tähis (fii), ja mingi kahe vaadeldava punkti potensiaalide erinevus ehk elektriline pinge, tähis U, on füüsikalised suurused, mis iseloomustavad elektrivälja temas peituva energia seisukohalt - need suurused on elektrivälja energeetilised iseloomustajad .
Punktlaengul või elektrilaenguga kehal on elektriväljas asendi- ehk potensiaalne energiaga, mida gravitatsiooniväljas omab punktmass või keha.
Punktlaengu (laenguga keha) potensiaalse energia suurus sõltub tema asukohast elektriväljas ja laengust.
Suurust, mis iseloomustab elektriväljas asuva punktlaengu (laenguga keha) potensiaalset energiat, nim. elektrivälja potensiaaliks.
Wp Wp
(fii) = ----- või (fii) = -----
q Q
kus fii (V) - elektrivälja vaadeldava punkti potensiaal;
Wp (J) - elektrivälja vaadeldavas punktis asuva punktlaengu potensiaalne energia;
q (C) või Q (C) - elektrivälja vaadeldavas punktis asuva punktlaengu või elektrilaenguga keha suurus.
Elektrivälja vaadeldava punkti potensiaal näitab, kui suur on selles punktis asuva ühikulise suurusega (=1C) pos. punktlaengu või elektilaenguga keha potensiaalne energia.
Potensiaali mõõtühik on üks volt (1V). Ühikut nim. nii itaallase Alessandro Volta järgi . Ühik 1 V on valemi (fii) = Wp /q alusel võrdne ühikuga 1 J/C; 1V = 1 J/C.
Elektrivälja vaadeldava punkti potensiaal, on 1 (V), kui selles punktis asuva 1C suurusega punktlaengu (laenguga keha) potensiaalne energia on 1 J.
Punktlaengu (laenguga keha) asukoha muutmisel elektriväljas muutub ka tema potensiaalne energia. Suurust, mis iseloomustab punktlaengu (laenguga keha) energia muutumisel tema üleviimisel elektrivälja ühest punktist teise, nim. pingeks.
Kahe vaadeldava punkti vaheline pinge on võrdne nende punktide potensiaalide vahega:
U = (fii) - (fii2)
kus U (V) - elektrivälja kahe vaadeldava punkti (= punktid 1 ja 2) vaheline pinge;
fii1 (V) - elektrivälja ühe vaadeldava punkti (=punkti 1) potensiaali;
fii2 (V) - elektrivälja teise vaadeldava punkti (=punkti2) potensiaali.
Küsimused ja ülesanded
1. Mida tähendab väike : "Elektrivälja vaadeldava punkti potentsiaal on 25 V?
V: Kui elektrivälja vaadeldava punkti potentsiaal on 25 V, on elektrivälja vaadeldavas punktis asjuva ühikalanedu (=laengu suurusega 1 C) potentsiaalne energia 1 J.
2. Elektivälja vaadeldavate punktide potentsiaalid on 230V ja 0 V. Kui suur on nende puntide vaheline pinge ?
V:
3. Pinge elektrivälja kahe punti vahel on 1000 V. Kuidas Sa selgitataksid seda väidet sõbrale, kes ei tea elektrivälja pinge tähendusest?
4. Kui suur oli elektrivälja vaadeldavate punktide vaheline pinge, kui punktilanegu 1C ühest punktist teise üleviimisel tegi väli tööd: a) 1J; b) 3,6J; c) 220J; d) 0,5J; e) 1mJ? Mida võid saadud tulemuste põhjal järeldada ?