Vooluringi mõisted spikker (2)

Vooluallikas (tekitab ja hoiab vooluringi ühendatud juhtides elektrivälja) ja sellega ühendatud juhid (kasutatakse vooluringi osade ühendamiseks), elektritarviti(d) (siin muundub osa elektrivälja energiast mingiks teiseks energialiigiks) ja lüliti(d) (nende abil saab vooluringi vastavalt vajadusele kas sulgeda või avada) moodustavad vooluringi. Elektrivool saab olla ainult suletud vooluringis. Et saada ülevaade vooluringi osade omavahelistest ühendustest, esitatakse vooluringid joonistena, mida nimetatakse elektriskeemideks. Vooluringi osasid tähistatakse elektriskeemidel tingmärkidega. Jadaühenduse korral on elektritarvitid ühendatud jadamisi e. järjestikku. Kui üks tarvititest läbi põleb või kui üks tarviti välja lülitada, katkeb elektrivool kogu vooluringis. Kõigis jadamisi ühendatud juhtides on voolutugevus sama väärtusega (I=I1=I2). Pinge juhtide jada otstel on võrdne pingete summaga juhtide otstel (pinge on suurem selle jada otstel, mille takistus on suurem). Kui jadamisi on ühendatud mitu ühesuuruse takistusega juhti, on pinge kõikide juhtide otstel sama väärtusega (U=nUj). Jadamisi ühendatud juhtide kogutakistus võrdub juhtide takistuste summaga (R=R1+R2). Kui jadamisi on ühendatud n ühesuuruse takistusega juhti, on juhtide kogutakistus n korda suurem üksikjuhi takistusest (R=nRj). Rööp- e. paralleelühenduse korral on tarvitid ühendatud rööbiti e. paralleelselt. Kui siin üks tarviti läbi põleb, katkeb elektrivool vaid ühes harus (elektritarvitid töötavad üksteisest sõltumatult). Pinge rööbiti ühendatud juhtide otstel on sama väärtusega (U=U1=U2). Voolutugevus vooluringi hargnemata osas on võrdne voolutugevuste summaga rööbiti ühendatud juhtides (I=I1+I2). Rööbiti ühendatud n ühesuuruse takistuse juhi kogutakistus on n korda väiksem üksikjuhi takistusest (R=Ri/n). Rööbiti ühendatud juhtide kogutakistuse pöördväärtus on võrdne juhtide takistuste pöördväärtuste summaga (1/R=1/R1+1/R2). Lüliti ühendatakse tarvitiga alati jadamisi. Voolutugevus sõltub vooluallika ning juhtide omadustest. Galvani ja Volta (lõi 1799. a. esimese keemilise vooluallika) avastus, et elektrilaeng võib tekkida kahe eri metalli ja elektrolüüdi vesilahuse kontaktis, on olnud aluseks mitmete vooluallikate konstrueerimisel. Et tekitada juhis kestvat elektrivoolu, tuleb ühendada juht suletud vooluringi, milles on vooluallikas. Vooluallikas on seade, mis tekitab juhis elektrivälja ja säilitab seda pika aja vältel. Vooluallikas teeb tööd laetud osakeste ümberpaigutamisel vooluringis. Vooluallika sees eraldatakse positiivsed ja negatiivsed laetud osakesed ning koondatakse vooluallika poolustele . Poolusi on kaks, positiivne ‘+’ ja negatiivne ‘-‘, mille vahel on elektriväli. Kui ühendada poolused juhiga , levib elektriväli ka selles. Ka vooluallikka sisse tekib elektriväli, mis takistab laetud osakeste koondumist poolustele. Elektrijõud laetud osakesi poolustele paigutada ei saa, seda teevad välised e. mitteelektrilised jõud, kasutades selleks mingit teist liiki energiat. Väliste jõudude töö tulemusena muundub vooluallika sees mingit teist liiki energia ( siseenergia , valgusenergia , mehhaaniline energia) elektrivälja energiaks e. elektrienergiaks. Keemilisel reaktsioonil vabanev siseenergia (keemiline energia) muundub elektrivälja energiaks keemilistes vooluallikates (patarei, aku). Keemilistes vooluallikates eralduvad erinimeliselt laetud osakesed keemiliste reaktsioonide tulemusena. Keemilisi vooluallikaid (v.a. akud) nim. galvaanielementideks. Keemiliste reaktsioonide tulemusena tekib galvaanelemendis siseenergia ülejääk, mis muundub elektrivälja energiaks. Galvaanelemendi tööiga on suhteliselt lühike ning keemilised protsessid mittepööratavad. Mitu järjestikku e. jadamisi ühendatud vooluallikat moodustab patarei. Aku on vooluallikas, mis töötab keemiliste protsesside pööratavuse põhimõttel. Akust saab vooluallikas alles pärast selle laadimist (toimuvad keemilised reaktsioonid, milles teise vooluallika elektrivälja energia muundub aku siseenergiaks ), laadimiseks kasutatakse teist alalisvoolu allikat. Pooluste ühendamisel juhiga hakkavad akus toimuma keemilised reaktsioonid, milles akusse talletunud siseenergia muundub uuesti elektrivälja energiaks. Akut iseloomustatakse laengu suurusega, mis võib läbida akuga ühendatud juhi ristlõiget laetud aku täielikul tühjenemisel, nim. aku mahutavuseks ja mõõdetakse ampertundides (1A*h, suuruselt võrdne elektrilaenguga, mis tunni jooksul läbib juhi ristlõiget). Soojusallika siseenergia muundub elektrivälja energiaks termoelemendis. Mehhaaniline energia muundatakse elektrienergiaks elektrivoolugeneraatoris. Valgusenergia muundatakse elektrivälja energiaks fotoelemendis, mitu omavahel ühendatud fotoelementi moodustavad päikesepatarei. Elektrivälja võimet teha tööd laetud osakeste ümberpaigutamisel elektriväljas kirjeldab elektrivälja pinge. Mida suurem on juhis ümberpaigutatavate laetud osakeste kogulaeng, seda suurem on töö, mida elektriväli nende ümberpaigutamisel teeb. Elektrivälja töö ja elektrilaengu jagatis ei sõltu ei elektrilaengu ega tehtud töö suurusest . Elektrivälja pingeks juhi kahe punkti vahel nim. elektrivälja poolt laetud osakeste ümberpaigutamisel tehtud töö ja osakeste kogulaengu jagatist (U=A/q). Elektrivälja pinge juhi kahe punkti vahel on arvuliselt võrdne elektrivälja tööga ühikulise elektrilaengu ümberpaigutamisel juhi ühest punktist teise. Pinge on suurim vooluallikaga ühendatud juhi otstel e. poolustel. Pingeühikuks on 1 volt (1V; 1v=1J/1C). Suur pinge = kõrge pinge, väike pinge = madal pinge. Elektriväli, mille pinge on suur, võib tekitada väga tugeva elektrivoolu (närvirakkudes 50-60mV, elektriangerjas 600-900V, äikesepilvede vahel 100 000 000V). Ka elektrivõrgu pinge 220V on inimesele ohtlik. Pinget mõõdetakse voltmeetriga (pinge mõõtmiseks kohandatud galvanomeeter , skaalal ‘V’). Alalisvooluringis kasutatakse alalispinge voltmeetrit (‘-‘), vahelduvvoolu puhul vahelduvvool voltmeetrit (skaalal ‘~’). Voltmeeter ühendatakse rööbiti juhiga, mille otstel pinget tahetakse mõõta (mõõteriista ühendamisel juhiga pinge juhi otstel ei muutu). Alalisvoolu puhul tuleb jälgida voolu suunda juhis. Ohmi seadus – voolutugevus juhis on võrdeline juhi otstele rakendatud pingega (I=kU) ja pöördvõrdeline juhi takistusega (kehtib vaid siis, kui juhi temperatuur on muutumatu). Võrdetegur k iseloomustab juhi omadust juhtida elektrivoolu, võrdeteguri pöördväärtust nimetatakse juhi elektritakistuseks (füüsikaline suurus, mis iseloomustab juhi mõju suunatult liikuvatele vabadele laengukandjatele e. elektrivoolule, tähiseks R; R=1/k; R=U/I; R=roo*l/S; ühikuks 1 oom (Ω); 1Ω=1V/1A). I=U/R (voolutugevus=pinge/takistus). Metallide elektritakistus on põhjustatud suunatult liikuvate vabade elektronide ja kristallvõre võnkuvate ioonide vastastikmõjust. Juhi elektritakistus ei sõltu pingest juhi otstel ega voolutugevususest juhil. Juhi takistus määratakse tavaliselt kaudsel meetodil (mõõtmistulemustest arvutamisel), otseselt saab takistust mõõta oommeetriga (vooluallikaga varustatud ampermeeter ). Kui juht asub vooluringis, tuleb mõõtmiste ajaks elektrivool katkestada ja juht vooluringist eemaldada. Tester on kombineeritud mõõteriist, mis sisaldab voltmeetrit, oommeetrit ja ampermeetrit. Juhi takistus on võrdeline juhi pikkusega (mida pikem on traat, seda suurem on selle takistus), pöördvõrdeline juhi ristlõike pindalaga (mida suurem on traadi ristlõike pindala, seda väiksem on traadi takistus) ning sõltub juhi ainest. Eritakistus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab aine mõju elektrivoolule (tähiseks roo, roo=RS/l; ühikuks 1Ω*m). Aine eritakistus on arvuliselt võrdne sellest ainest valmistatud ühikulise pikkuse ja ühikulise ristlõikepindalaga keha takistusega. Hõbe ja vask on parimad elektrijuhid, sest eritakistus on väike. Elektrolüütide vesilahuste eritakistused on metallide omadest 10 – 10 milj. korda suuremad. Mida kõrgem on metalli temperatuur, seda suurem on selle takistus (seda seaduspärasust kasutatakse takistustermomeetris, saab mõõta temp. seal, kuhu inimese juurdepääs on võimatu). Ainet, mille takistus absoluutse nulli lähedastel temperatuuridel muutub peaaegu nulliks, nimetatakse ülijuhtideks, nähtust ülijuhtivuseks. Aineid, mille ülijuhtivus ilmneb kõrgemal temperatuuril, nimetatakse kõrgtemperatuurilisteks ülijuhtideks. Vooluringi takistuse muutmiseks kasutatakse takisteid (kindla takistusega juht, mille takistus on tunduvalt suurem vooluringis kasutavate juhtmete takistustest, takistuse väärtus võib olla takistile kantud värvikoodi abil) ja reostaate (juht, mille takistuse väärtus on muudetav , iseloomustavateks suurusteks on suurim takistus ja suurim lubatud voolutugevus).