Elektrostaatika.
Põhimõisted.
1. Looduses eksisteeriv vähim laeng on elementaarlaeng. Laengu kandjaks elektron ja prooton. Laengu ühik on C (kulon)
2. Kehadele tekib laeng elektrone loovutades või liites. Laeng on elektronide puudu- või ülejääk.
Laengu tähis on q, elementaarlaengute kaudu arvutades valem: q = N x e, kus N on elektronide arv , mis laengu moodustavad ja e on elementaarlaeng (elektroni laeng)
3. Laenguid on 2 liiki: positiivsed ja negatiivsed. Ühenimelised laengud tõukuvad, erinimelised tõmbuvad. Laengutevahelise tõmbe ja/või tõukejõu arvutusvalemiks on Coulombi seadus.
Laengutevaheline jõud on suurim vaakumis (õhutühi ruum), kus pole mingeid segavaid osakesi. Kõikides keskkondades väheneb jõud teatud arv kordi. Suurus, mis näitab kui palju jõud väheneb kannab nimetust keskkonna dielektriline läbitavus)
4. Laenguid ümbritseb elektriväli, mille kaudu antakse edasi ka laengute vaheline tõmbe või tõukejõud.
5. Elektrivälja põhiomaduseks on laengute liigutamine. ( Tekitava laenguga samanimelisi tõugatakse eemale ja erinimelisi tõmmatakse lähemale. Jõud, mis liigutatavatele laengutele mõjub, määrab ka välja tugevuse.
6. Elektrivälja tugevus on füüsikaline suurus, mis näitab kui suur jõud mõjub elektriväljas liikuvale laengule. Definitsioonvalem vastavalt: E = F/q. Ühik siit N/C
Elektriväli võib olla homogeenne (välja tugevus on kogu välja ulatuses ühesugune) ja mittehomogeenne (välja tugevus on erinevates välja osades erinev).
7. Elektrimahtuvus on keha võime salvestada laengut. Tähis C (capacity) ja mõõtühik F (farad). Definitsioonvalem C = q/U, kus q on salvestatav laeng ja U pinge.
8. Kondensaator on elektriline seadeldis, millel väikesed mõõtmed, aga suur mahtuvus. Koosneb kahest elektrit juhtivast plaadist (pindlal S) ja nendevahelisest dielektriliku kihist. (materjal, mis voolu ei juhi, kihi paksus d).
1. Looduses eksisteeriv vähim laeng on elementaarlaeng. Laengu kandjaks elektron ja prooton. Laengu ühik on C (kulon)
2. Kehadele tekib laeng elektrone loovutades või liites. Laeng on elektronide puudu- või ülejääk.
Laengu tähis on q, elementaarlaengute kaudu arvutades valem: q = N x e, kus N on elektronide arv , mis laengu moodustavad ja e on elementaarlaeng (elektroni laeng)
3. Laenguid on 2 liiki: positiivsed ja negatiivsed. Ühenimelised laengud tõukuvad, erinimelised tõmbuvad. Laengutevahelise tõmbe ja/või tõukejõu arvutusvalemiks on Coulombi seadus.
Laengutevaheline jõud on suurim vaakumis (õhutühi ruum), kus pole mingeid segavaid osakesi. Kõikides keskkondades väheneb jõud teatud arv kordi. Suurus, mis näitab kui palju jõud väheneb kannab nimetust keskkonna dielektriline läbitavus)
4. Laenguid ümbritseb elektriväli, mille kaudu antakse edasi ka laengute vaheline tõmbe või tõukejõud.
5. Elektrivälja põhiomaduseks on laengute liigutamine. ( Tekitava laenguga samanimelisi tõugatakse eemale ja erinimelisi tõmmatakse lähemale. Jõud, mis liigutatavatele laengutele mõjub, määrab ka välja tugevuse.
6. Elektrivälja tugevus on füüsikaline suurus, mis näitab kui suur jõud mõjub elektriväljas liikuvale laengule. Definitsioonvalem vastavalt: E = F/q. Ühik siit N/C
Elektriväli võib olla homogeenne (välja tugevus on kogu välja ulatuses ühesugune) ja mittehomogeenne (välja tugevus on erinevates välja osades erinev).
7. Elektrimahtuvus on keha võime salvestada laengut. Tähis C (capacity) ja mõõtühik F (farad). Definitsioonvalem C = q/U, kus q on salvestatav laeng ja U pinge.
8. Kondensaator on elektriline seadeldis, millel väikesed mõõtmed, aga suur mahtuvus. Koosneb kahest elektrit juhtivast plaadist (pindlal S) ja nendevahelisest dielektriliku kihist. (materjal, mis voolu ei juhi, kihi paksus d).
Coulombi seadus:
Kondensaatori mahtuvus:
Elektrivälja tugevus:
Konstandid:
Elektritootmine ja tarbimine:
loeng_tartus_mhg_11.04.2014.pdf | |
File Size: | 5743 kb |
File Type: |
Alalisvool
Elektrivool metallis on elektronide suunatud liikumine. Kui elektronide koguarv ja suund on muutumatu, siis nimetatakse voolu alalisvooluks.
Alalisvoolu iseloomustavad kolm põhisuurust:
1. Voolutugevus I (A) - näitab kui suur kogulaenb läbib juhtme ristlõiget ühes sekundis. Definitsioonvalem : I = q/t, kus q on laeng ja t-aeg.
2. Pinge U (V) - näitab kui suurt tööd teeb elektriväli laengu liigutamisel juhtme ühest otsast teise. Definitsioonvalem U = A/q, kus A on elektrivälja töö ja q - laeng
3. Takistus R - on tingitud sellest, et metalli positiivsesd ioonid takistavad elektronide liikumist juhtmes ( + ja - tõmbuvad) Takistus sõltub juhtme pikkusest l, juhtme ristlõike pindalast S ja materjali eritakistusest. Takistus sõltub ka temperatuurist. Mida soojem, seda suurem on metalli takistus.
4. Kolme põhisuurust seob Ohmi seadus : I = U/R.
5. Elektrivool teeb tööd kui elektrienergia muundub teist liiki energiaks. ( auto aku laadimisel keemiliseks, mikseris mehaaniliseks, radiaatoris ja pliidis soojusenergiaks.) Tehtud töö sõltub voolutugevusest, pingest ja ajast. Vastav arvutusvalem : A = U x I x t (J)
5. Elektrivoolu võimsus näitab tööd ajaühikus. Vastav arvutusvalem : N = U x I (W)
Alalisvoolu iseloomustavad kolm põhisuurust:
1. Voolutugevus I (A) - näitab kui suur kogulaenb läbib juhtme ristlõiget ühes sekundis. Definitsioonvalem : I = q/t, kus q on laeng ja t-aeg.
2. Pinge U (V) - näitab kui suurt tööd teeb elektriväli laengu liigutamisel juhtme ühest otsast teise. Definitsioonvalem U = A/q, kus A on elektrivälja töö ja q - laeng
3. Takistus R - on tingitud sellest, et metalli positiivsesd ioonid takistavad elektronide liikumist juhtmes ( + ja - tõmbuvad) Takistus sõltub juhtme pikkusest l, juhtme ristlõike pindalast S ja materjali eritakistusest. Takistus sõltub ka temperatuurist. Mida soojem, seda suurem on metalli takistus.
4. Kolme põhisuurust seob Ohmi seadus : I = U/R.
5. Elektrivool teeb tööd kui elektrienergia muundub teist liiki energiaks. ( auto aku laadimisel keemiliseks, mikseris mehaaniliseks, radiaatoris ja pliidis soojusenergiaks.) Tehtud töö sõltub voolutugevusest, pingest ja ajast. Vastav arvutusvalem : A = U x I x t (J)
5. Elektrivoolu võimsus näitab tööd ajaühikus. Vastav arvutusvalem : N = U x I (W)
Alalisvoolu valemid:
I - voolutugevus, E - elektromotoorjõud, R - takistus, r - vooluallika sisetakistus, N - võimsus
Ühendusviisid (jada-, rööp- ja segaühendused.
juhtide_Ühendusviisid__1_.pdf | |
File Size: | 188 kb |
File Type: |
Elektrivool keskkondades
Juhid.
Materjalid, milles leiduvad vabad laengud, juhivad elektrivoolu ja kannavad ühist nimetust - juhid. Head elektrijuhid on metallid ja vesilahused.
Metall.
Metallis on vabadeks laenguteks elektronid ja seega elektrivool metallis on elektronide suunatud liikumine. Elektronide liikumiskiirus juhtmes on suurusjärgus mõned millimeetrid sekundis. Voolutugevust juhtmes saab arvutada elektrone iseloomustavate suuruste kaudu järgmiselt:
I = S x v x e x n, kus I - voolutugevus; S - juhtme ristlõikepindala; v - elektronide liikumiskiirus; e - elementaarlaeng; n - elektronide kontsentratsioon juhtmes.
Vesilahused.
Kui vette lisada soola, siis tekivad vabad laengud elektrolüütilise dissotsiatsiooni käigus - vesi lõhub soola molekulid erinimelisteks ioonideks. Seega vabadeks laenguteks erinimelised ioonid. Lahust nimetatakse elektrolüüdiks.
Kui vedelikku asetada elektroodid (anood ja katood), siis voolu toimel hakkavad ioonid liikuma vastasmärgiliste elektroodide peale. Elektrivool vedelikus seega erinimeliste ioonide vastassuunaline liikumine. Elektroodidele settib voolu toimel puhast ainet. Protsessi nimetatakse elektrolüüsiks. Settiva aine massi arvutatakse Faraday elektrolüüsiseaduse põhjal:
m = k x I x t, kus m - settiva aine mass; k - aine elektrokeemiline ekvivalent; I - voolutugevus; t - aeg.
Dielektrikud
Materjalid, milles vabad laengud puuduvad kannavad nimetust dielektrikud (ka mittejuht, isolaator). Tüüpilised mittejuhid on gaasid, vaakum, plastmassid, kummi,destilleeritud vesi jne...
Gaasid.
Gaasidesse on võimalik tekitada vabu laenguid neid ioniseerides - aatomitest elektrone välja lüües, mille tulemusena vabadeks laenguteks elektronid ja positiivsed ioonid. Seega elektrivool gaasis (gaaslahendus) on elektronide ja positiivsete ioonide suunatud liikumine. Gaaslahendus võib olla sõltuv - vajab pidevat ioniseerimist, ja ka sõltumatu - vabad laengud tekivad teatud tingimustel ilma välise ionisaatorita. Gaaslahendust on mitu erinevat liiki. Neist tuntumad on
1. huumlahendus - tekib hõredas gaasis madala pinge ja voolutugevuse korral. Kasutatakse valgusreklaamides, lampides, kus erinevad gaasid annavad erinevat värvi valgust.
2. kaarlahendus - tekib teineteisest mõne cm kaugusel olevate elektroodide vahel, madala pinge ja küllalt suure voolutugevuse korral. Kasutatakse võimsates valgusallikates ja keevitusel.
3. sädelahendus - tekib lühiajaliselt väga suure pinge ja voolutugevuse korral. Toimub looduses välgu näol.
4. koroonalahendus - tekib teravike (kirikutornid, mastid, antennid) ümbruses, kus näiteks äikese eel kogunevad laengud ja õhk muutub elektrit juhtivaks. Võib tekkida helendus.
Vaakum.
Vaakumiga täidetud elektrooniline lamp (diood) juhib elektrit läbi vaid ühes suunas ja kasutatakse vahelduvvoolu muutumiseks alalisvooluks. Negatiivset elektroodi soojendades eraldub sealt elektrone,mis liiguvad läbi vaakumi positiivse elektroodi suunas. Tekib elektrivool - elektronide suunatud liikumine.
Pooljuhid..
Pooljuhid on materjalid, milles teatud tingimustel on võimalik vabade laengute tekkimine. Temperatuuri tõustes, väheneb nende takistus ja vabanevad kovalentsetest sidemetest elektronid. Elektronidest vabaks jäänud vabadele kohtadele omistatakse positiivne laeng ja neid nimetatakse aukudeks. Seega hakkavad elektronid voolu toimel liikuma suunatule ja näiliselt liiguvad augud vastassuunas elektronidega. Eristatakse pooljuhtides elektronjuhtivust - elektronide suunatud liikumine ja aukjuhtivust - aukude suunatud liikumine.
Tüüpiline näide on räni, mida kasutatakse elektroonikaseadmetes.
Ülijuhid.
ülijuhtideks nimetatakse materjale, millel elektritakistus puudub ja mis koosnevad ainult vabadest laenguteks. Näiteks on enamus aineid ülijuhid plasma olekus (aine neljas olek, väga kõrgel temperatuuril ja kujutab endast ioniseeeritud gaasi - positiivsed ioonid ja elektronid)
Metallide jahutamisel nende takistus hakkab vähenema, kuni teatud temperatuuril muutub ka metall ülijuhiks. Vabadeks laenguteks on sellisel juhul Cooperi paarid - elektronid kahekaupa liikudes. Metallide ülijuhitvus esineb väga madalatel temperatuuridel, viimased saavutused võimaldavad ülijuhtivust temperatuuridel 77 - 39 K.
Materjalid, milles leiduvad vabad laengud, juhivad elektrivoolu ja kannavad ühist nimetust - juhid. Head elektrijuhid on metallid ja vesilahused.
Metall.
Metallis on vabadeks laenguteks elektronid ja seega elektrivool metallis on elektronide suunatud liikumine. Elektronide liikumiskiirus juhtmes on suurusjärgus mõned millimeetrid sekundis. Voolutugevust juhtmes saab arvutada elektrone iseloomustavate suuruste kaudu järgmiselt:
I = S x v x e x n, kus I - voolutugevus; S - juhtme ristlõikepindala; v - elektronide liikumiskiirus; e - elementaarlaeng; n - elektronide kontsentratsioon juhtmes.
Vesilahused.
Kui vette lisada soola, siis tekivad vabad laengud elektrolüütilise dissotsiatsiooni käigus - vesi lõhub soola molekulid erinimelisteks ioonideks. Seega vabadeks laenguteks erinimelised ioonid. Lahust nimetatakse elektrolüüdiks.
Kui vedelikku asetada elektroodid (anood ja katood), siis voolu toimel hakkavad ioonid liikuma vastasmärgiliste elektroodide peale. Elektrivool vedelikus seega erinimeliste ioonide vastassuunaline liikumine. Elektroodidele settib voolu toimel puhast ainet. Protsessi nimetatakse elektrolüüsiks. Settiva aine massi arvutatakse Faraday elektrolüüsiseaduse põhjal:
m = k x I x t, kus m - settiva aine mass; k - aine elektrokeemiline ekvivalent; I - voolutugevus; t - aeg.
Dielektrikud
Materjalid, milles vabad laengud puuduvad kannavad nimetust dielektrikud (ka mittejuht, isolaator). Tüüpilised mittejuhid on gaasid, vaakum, plastmassid, kummi,destilleeritud vesi jne...
Gaasid.
Gaasidesse on võimalik tekitada vabu laenguid neid ioniseerides - aatomitest elektrone välja lüües, mille tulemusena vabadeks laenguteks elektronid ja positiivsed ioonid. Seega elektrivool gaasis (gaaslahendus) on elektronide ja positiivsete ioonide suunatud liikumine. Gaaslahendus võib olla sõltuv - vajab pidevat ioniseerimist, ja ka sõltumatu - vabad laengud tekivad teatud tingimustel ilma välise ionisaatorita. Gaaslahendust on mitu erinevat liiki. Neist tuntumad on
1. huumlahendus - tekib hõredas gaasis madala pinge ja voolutugevuse korral. Kasutatakse valgusreklaamides, lampides, kus erinevad gaasid annavad erinevat värvi valgust.
2. kaarlahendus - tekib teineteisest mõne cm kaugusel olevate elektroodide vahel, madala pinge ja küllalt suure voolutugevuse korral. Kasutatakse võimsates valgusallikates ja keevitusel.
3. sädelahendus - tekib lühiajaliselt väga suure pinge ja voolutugevuse korral. Toimub looduses välgu näol.
4. koroonalahendus - tekib teravike (kirikutornid, mastid, antennid) ümbruses, kus näiteks äikese eel kogunevad laengud ja õhk muutub elektrit juhtivaks. Võib tekkida helendus.
Vaakum.
Vaakumiga täidetud elektrooniline lamp (diood) juhib elektrit läbi vaid ühes suunas ja kasutatakse vahelduvvoolu muutumiseks alalisvooluks. Negatiivset elektroodi soojendades eraldub sealt elektrone,mis liiguvad läbi vaakumi positiivse elektroodi suunas. Tekib elektrivool - elektronide suunatud liikumine.
Pooljuhid..
Pooljuhid on materjalid, milles teatud tingimustel on võimalik vabade laengute tekkimine. Temperatuuri tõustes, väheneb nende takistus ja vabanevad kovalentsetest sidemetest elektronid. Elektronidest vabaks jäänud vabadele kohtadele omistatakse positiivne laeng ja neid nimetatakse aukudeks. Seega hakkavad elektronid voolu toimel liikuma suunatule ja näiliselt liiguvad augud vastassuunas elektronidega. Eristatakse pooljuhtides elektronjuhtivust - elektronide suunatud liikumine ja aukjuhtivust - aukude suunatud liikumine.
Tüüpiline näide on räni, mida kasutatakse elektroonikaseadmetes.
Ülijuhid.
ülijuhtideks nimetatakse materjale, millel elektritakistus puudub ja mis koosnevad ainult vabadest laenguteks. Näiteks on enamus aineid ülijuhid plasma olekus (aine neljas olek, väga kõrgel temperatuuril ja kujutab endast ioniseeeritud gaasi - positiivsed ioonid ja elektronid)
Metallide jahutamisel nende takistus hakkab vähenema, kuni teatud temperatuuril muutub ka metall ülijuhiks. Vabadeks laenguteks on sellisel juhul Cooperi paarid - elektronid kahekaupa liikudes. Metallide ülijuhitvus esineb väga madalatel temperatuuridel, viimased saavutused võimaldavad ülijuhtivust temperatuuridel 77 - 39 K.
Elekter ja magnetism loengukonspekt huvilisele:
http://sepp.paidelan.ee/coverid/fyysika_2_loengukonspekt.pdf
http://sepp.paidelan.ee/coverid/fyysika_2_loengukonspekt.pdf