Magnetväli ja elektrivool (0)

Elektrivoolu töö on füüsikaline suurus, mis arvuliselt on võrdne juhi otstele rakendatud pinge, voolutugevuse ja töö tegemiseks kulunud aja korrutisega ning sellega iseloomustatakse nii energia suuruse muutumist kui ka energia muundumist ühest liigist teise (A=UIt, A=I²Rt, A=U²/R*t, kus A=elektrivoolu töö (1J), U=pinge (1V), I= voolutugevus (1A), t=aeg (1s), R= elektritakistus (1Ω)). Mõõdetakse kaudsel teel, kasutades voltmeetrit, ampermeetrit ja kella. Elektrivoolu võimsus on füüsikaline suurus, mis on võrdne elektrivoolu tööga ajaühikus ning arvuliselt võrdne pinge ja voolutugevuse korrutisega (N=UI, N=I²R, N=U²/R, kus N=elektrivoolu võimsus (1W)). Mõõdetakse kaudselt voltmeetri ja ampermeetri ning otseselt vattmeetriga. Elektrienergia tarbimises ja müügis kasutatakse voolu töö mõõtmiseks ühikut 1 kilovatt -tund (1 kW * h=1 000 W * 3600 s=3 600 000 J=3,6 * 10²’³ J), mis on mugav, kuna arvestades kasutatavate elektritarvitite nimivõimsust on lihtne planeerida energia kulu. Hõõglambis muundub elektrienergia soojuseks ja valguseks. Hõõgniit on volframist, sest aine talub kõrget temperatuuri ja 3 000ºC juures hakkab heledalt valgustama. Pirni sees on gaas (lämmastik, argoon , krüptoon), sest õhus volfram oksüdeeruks ja õhutühjas ruumis kuum volfram aurustuks. Elektrisoojendusriistade kütteelemendis (valmistatakse suure eritakistusega ainest, millel on suur sulamissoojus; nikli , raua, kroomi ja mangaani sulam - nikroom) muundub elektrivälja energia juhi siseenergiaks . Paljud elektrisoojendusriistad on varustatud termoregulaatoriga, mis teatud temperatuuri juures katkestab vooluringi. Lühiseks nimetatakse vooluringi osa otste ühendust juhiga , mille takistus on selle osa tavalise takistusega võrreldes väga väike. Kui vooluringis on lühis, suureneb voolutugevus selles järsult. Kaitsmed ülesandeks on katkestada elektrivool , kui vooluringis tekib lühis. Kaitse paigaldatakse elektrivõrgus faasijuhtmesse. Sulavkaitse on kergesti sulavast materjalist juht, mis on arvestatud teatud kindlale maksimaalsele voolutugevusele. Püsimagnetiks nimetatakse keha, mis tõmbab enda poole raudesemeid ja millel selline omadus säilib pikema aja vältel. Oerstedi katse on järgmine: teravikule asetatud magnetnõela kohale on paigutatud magnetnõelaga paralleelne juhe. Kui ühendada juhe vooluallikaga, tekib selles elektrivool ning samal hetkel pöördub juhtme all olev magnetnõel. Voolu katkestamisel läheb magnetnõel tagasi oma endisesse asendisse. Kui voolu suunda juhtmes muuta, pöördub ka magnetnõela põhjapoolus teisele poole. Voolu magnetilise toime tõttu mõjutab vooluga juht tema läheduses olevat magnetnõela. Mõju edasikandumine toimub magnetvälja vahendusel. Magnetväli ümbritseb vooluga juhte, püsimagneteid ning kõiki liikuvaid elektriliselt laetud osakesi, olemasolu saab kindlaks teha magnetnõelaga (magnetnõel võtab kindla suuna e. orienteerub). Magnetväljas mõjub magnetilisest materjalidest kehadele ja vooluga juhtidele jõud, mis on suunatud magnetväljas orienteerunud magnetnõela lõunapooluselt põhjapoolusele. Magnetvälja jõujoonteks nimetatakse jooni (kinnised kõverjooned, mis ümbritsevad magnetilist keha), mida mööda asetuvad magnetväljas väikeste magnetnõelte teljed (kujutletavad jooned, tegelikult ei eksisteeri). Magnetvälja iga punkti läbib ainult üks jõujoon. Sirgvoolu magnetvälja jõujoonte suuna saab määrata ‘parema käe reegli’ abil: kui parem käsi asetada nii, et selle väljasirutatud pöial näitab elektrivoolu suunda juhtmes, siis kõverdatud sõrmed näitavad magnetvälja jõujoonte suunda. Igal magnetil on kaks poolust, kus magneti mõju raudesemetele on kõige suurem. Magneti poolust, mis pöördub põhja suunas, nimetatakse magneti põhjapooluseks (N; sinine, must), teist, mis pöördub lõuna suunas aga magneti lõunapooluseks (S, punane). Magnetite erinimelised poolused tõmbuvad, ühenimelised aga tõukuvad. Maa on suur magnet, mida ümbritseb magnetväli. Maa magnetiline lõunapoolus asub põhjapoolkeral, põhjapoolus aga lõunapoolkeral. Maa geograafilised ja magnetilised poolused ei ühti. Poolis on traat tihedalt keritud tihedalt plast- või papptorule. Mähise otste ühendamisel vooluallikaga tekib poolis vool ja pooli ümber magnetväli. Juhul, kui pooli pikkus on oluliselt suurem pooli laiusest, on magnetvälja jõujooned pooli sees paralleelsed. Vooluga pooli jõujooned on kinnised kõverad. Magnetvälja jõujooned väljuvad pooli otsast, mis on põhjapooluseks ja suubuvad pooli otsas, mis on lõunapooluseks. Elektromagnetiks nimetatakse raudsüdamikuga pooli. Elektromagneti mõju on seda tugevam, mida suurem on keerdude arv ja voolutugevus poolis. Elektromagnet kaotab oma magnetvälja, kui selles elektrivool katkestada. Vooluga juhtme ja magnetvälja vastastikmõjul põhineb elektrimootori töö. Magneti pooluste vahele on paigutatud mähisega raam, mis võib ümber oma telje vabalt pöörelda. Mähises elektrivoolu tekitamisel raam pöördub. Mähisega raam pannakse pöörlema, muutes selleks voolu suunda mähises iga poole pöörde järel. Raam hakkab pöörlema aga ainult siis, kui muuta voolu suunda mähises just sel hetkel, mil raami tasapind on risti magnetvälja jõujoontega. Alalisvoolu mootorites muudetakse elektrivoolu suunda kahe poolrõnga abil, mis on kinnitatud raami teljele ja pöörduvad koos mähisega. Kummagi poolrõngaga on ühendatud mähise üks ots. Elektrivool juhitakse mähisesse läbi poolrõnga vastu surutud grafiitvarraste, mida nimetatakse mootori harjadeks, üks ühendatud vooluallika +, teine - poolusega. Kui raam koos poolrõngastega pöörleb, on vooluallika + poolusega ühendatud vaheldumisi nii üks kui teine ots. Poolrõngad on raami teljele kinnitatud nii, et hari läheb ühelt poolrõngalt üle teisele just sel hetkel, kui raami tasapind on risti magnetvälja jõujoontega. Töötavas elektrimootoris muundub elektrienergia mehhaaniliseks energiaks. Kasutusala ja kasutegur on väga suur (kuni 98%).
A=UIt; A=I²Rt; A=U²/R*t
N=UI; N=I²R; N=U²/R
A=elektrivoolu töö (1J)
U=pinge (1V)
I=voolutugevus (1A)
t=aeg (1s)
R=elektritakistus (1Ω)
N=elektrivoolu võimsus (1W)
1kW*h=1000W*3600s=3600000J=3,6*10²’³J)