Info elektrivoolu kohta ja valemid (8)

Elektrivooluks nimetatakse elektrilaenguga osakeste suunatud liikumist (lambi hõõgniidis, mootoris jne.). Ka välgusähvatused pole muud kui elektrivool ning inimese ja loomade närvirakkudes kulgeb samuti vool. Voolust saame rääkida siis, kui on olemas kehad, mis võivad liikuda ja jõud, mis paneb need kehad ühes ja samas suunas liikuma (vesi voolab raskusjõu tõttu). Laetud osakesi, mis saavad aines vabalt liikuda, nimetatakse vabadeks laengukandjateks, nad hakkavad liikuma elektrijõu mõjul (tekib, kui on olemas vabad laengukandjad , mis saavad hakata liikuma ning kui vabadele laengukandjatele mõjuvad elektrijõud). Et tekiks elektrivool, tuleb aines tekitada elektriväli. Et saada kestvat elektrivoolu tuleb kasutada vooluallikat ( patarei , aku). Vooluallikal on + ja – poolus, mille vahel on elektriväli. Elektrivoolu suunaks loetakse positiivse laenguga osakeste liikumise suunda. Elektrijuhi iseloomulikuks tunnuseks on suure hulga vabade laengukandjate olemasolu selles. Mittejuhtides vabu laengukandjaid ei ole. Sõnaga elektrijuht tähistatakse nii ainet kui ka keha, milles võib tekkida elektrivool. Metallides on tahkes olekus kristalse ehitusega, aineosakesed paiknevad korrapäraselt moodustades kristallvõre, mille sõlmedes paiknevad positiivsed ioonid . Metallides on vabadeks laengukandjateks kristallvõrede vahel liikuvad vabad (ei ole seotud ühegi positiivse iooniga, võivad liikuda kogu metallitükki ulatuses, korrapäratult ja tohutusuure kiirusega – 1000 km/s) elektronid. Metallides tekib elektrivool vabade elektronide suunatud liikumise tulemusena. Tavaliselt on tavaline metallitükk elektriliselt neutraalne . Et metallides tekiks elektrivool tuleb neis tekitada elektriväli. Vabadele laengukandjatele mõjuvad elektrijõud panevad vabad elektronid suunatult liikuma, kuid samal ajal jätkub ka nende korrapäratu liikumine. Vabade elektronide suunatud liikumine on vastupidine elektrivoolu kokkuleppelisele suunale. Vabade elektronide suunatud liikumise kiirus on vaid 0,02 mm/s, kuid näiteks elektripirn süttib hetkega, kuna vabad elektronid paiknevad ühtlaselt igal pool, elektriväli levib peaaegu hetkeliselt laiali ja kõik vabad elektronid hakkavad üheaegselt suunatult liikuma – elektrivool tekib samaaegselt kogu juhi ulatuses. Elektrolüütide vesilahustes on vabadeks laengukandjateks positiivsed ja negatiivsed ioonid, mis tekivad elektrolüüdi lahustumisel vees. Elektrolüütide vesilahustes tekib elektrivool positiivsete ja negatiivsete ioonide suunatud liikumise tulemusena, (liiguvad vastassuundades). Voolu toimeteks nimetatakse elektrivooluga kaasnevaid nähtusi. Elektrivoolu soojuslik toime seisneb vooluga juhi soojenemises ( elektrilised küttekehad, lambipirn ). Tavalistes tingimustes soojenevad voolu toimel kõik juhid. Elektrivoolu keemiline toime seisneb selles, et elektrivool eraldab elektrolüütide vesilahustest selle koostisosi (M. H. Jacobi moodus metalljäljendi saamiseks reljeefsest mudelist). Metallist juhtides voolu keemilist toimet ei esine. Elektrivoolu magnetiline toime seisneb selles, et vooluga juhi ja magneti vahel esineb vastastikmõju (mähis ja kompass, raadiod, telekat jne.). Voolu magnetiline toime kaasneb elektrivooluga nii metallides kui ka elektrolüütide vesilahustes.
Kõigis elektrivooluga kaasnevates nähtustes avaldub alati vähemalt üks voolu toimetest. Galvanomeetriga saab kindlaks teha elektrivoolu olemasolu juhis. Galvanomeetri töö aluseks on püsimagneti ja mähisega raami vastastikmõju. Raam võib enda telje ümber kergesti pöörduda ning selle küljes on osuti, mis pöördub koos raamikesega, kui selles tekitatakse elektrivool. Et saam läheks voolu katkestamisel algasendisse tagasi, on selle külge kinnitatud vedru. Galvanomeeter on varustatud skaalaga ning vastavalt voolu suunale mähises pöördub osuti skaala keskpunktist kas ühele või teisele poole. Voolutugevus on füüsikaline suurus, mis arvuliselt on võrdne ajaühikus juhi ristlõiget läbinud elektrilaengu suurusega (I=q/t, voolutugevus= elektrilaeng /aeg). Mida suurem on ajaühikus edasikandunud elektrilaeng e. mida suurem on vabade laengukandjate suunatud liikumise kiirus, seda suurem on voolutugevus juhis. Voolutugevuse ühikuks on 1 amper (1 A, tuletatud prantsuse füüsiku André Marie Ampére nimest; 1A=1C/1s). Voolutugevus võib olla erineva suurusega (elektripardlis 0.07 A, elektripliitide küttekehas 9 A, välgus 100 000 A). Voolutugevus, mille väärtus on üle 1000 mA, võib olla inimese jaoks surmav. Voolutugevus, mille väärtus on alla 1 mA, on inimesele ohutu. Voolutugevust mõõdetakse ampermeetriga (voolutugevuse mõõtmiseks kohandatud galvanomeeter). Kuna paljud elektrimõõteriistad on väliselt sarnased, on ampermeetri eristamiseks tema skaalal täht ‘A’. Iga ampermeetriga saab mõõta voolutugevust ainult kindlas vahemikus, mis on kindlaks määratud selle riista mõõtepiirkonnaga, lubatust suurema vooletugevuse korral võib mõõteriista mähis kuumeneda nii tugevasti, et põleb läbi. Ka ei saa mõõta liiga väikest voolutugevust, kuna mõõteriist ei ole sellise voolutugevuse jaoks piisavalt tundlik, selliseid voolutugevusi mõõdetakse milli -, mikro- või nanoampermeetriga. Skaala on jagatud jaotisteks, mille väärtus arvutatakse, jagades mõõtepiirkonna suurima väärtuse jaotiste arvuga. Skaalajaotise väärtus määrab selle, kui suure intervalliga saab voolutugevust mõõta. Et saada näitu tuleb lugeda skaala jaotiste arv kuni osutini ja korrutada see jaotise väärtusega. Mõnel ampermeetril võib olla mitu mõõtepiirkonda ja ka mitu skaalat , sel juhul tuleb näidu määramisel kasutada mõõtepiirkonnale vastavat skaalat. Ampermeeter ühendatakse jadamisi (kuna jadamisi ühendatud juhtides on voolutugevus sama väärtusega) juhiga, milles voolutugevust mõõdetakse, jälgides voolu suunda. Kui ampermeetriga pole ühendatud jadamisi teisi elektriseadmeid, ei tohi ampermeetrit vooluallikaga ühendada, kuna voolutugevus võib osutuda liiga suureks. Elektrivoolu liigitatakse vahelduvvoolus (vool, mille suund ja tugevus ajas perioodiliselt muutuvad, tekib juhis, mis elektrivõrgu kaudu on ühendatud elektrijaamades töötavate vahelduvvoolugeneraatoritega – juhis mille elektrivälja suund ja tugevus ajas
perioodiliselt muutuvad) ja alalisvooluks (vool, mille suund ja tugevus ajas ei muutu, tekib juhis, mis on ühendatud patarei või akuga – juhis, milles on ajas muutumatu elektriväli).
Alalis - ja vahelduvvoolu erinevus tuleb ilmsiks siis, kui mõõta voolutugevuse sõltuvust ajast. Mõõtmised tuleb läbi viia väga lühikeste ajavahemike vahel, selleks otstarbeks sobib ostsillograaf . Voolutugevuse positiivne ja negatiivne väärtus graafikul annavad teavet voolu suuna kohta. Voolu suund ja tugevus juhis ei muutu, kui vabad laengukandjad liiguvad kogu vaatlusaja samas suunas ning juhti läbib igas ajaühikus sama suurusega elektrilaeng.
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n= suvaline arv; t=aeg (s)
R= elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo= eritakistus (1Ω*m)
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n=suvaline arv; t=aeg (s)
R=elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo=eritakistus (1Ω*m)
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n=suvaline arv; t=aeg (s)
R=elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo=eritakistus (1Ω*m)
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n=suvaline arv; t=aeg (s)
R=elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo=eritakistus (1Ω*m)
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n=suvaline arv; t=aeg (s)
R=elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo=eritakistus (1Ω*m)
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n=suvaline arv; t=aeg (s)
R=elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo=eritakistus (1Ω*m)
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n=suvaline arv; t=aeg (s)
R=elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo=eritakistus (1Ω*m)
Jadamisi: I=I1=I2; U=nUj; R=R1+R2; R=nRj
Rööbiti: U=U1=U2; I=I1+I2; R=Rj/n; 1/R=1/R1+1/R2
U=A/q; I=kU; I=U/R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S
roo=RS/l; I=q/t
I=voolutugevus (1A)
U=pinge (1V) (Uj=võrdne pinge)
n=suvaline arv; t=aeg (s)
R=elektritakistus (1 Ω)
A=elektrivoolu töö (1J)
q=osakeste kogulaeng (1 C)
k=võrdetegur, iseloom. juhi om. juht. el. Voolu
roo=eritakistus (1Ω*m)