Elektrit kasutatakse kõikjal ja valdava enamuse inimeste jaoks "oli alati". Kuid vaevalt paljud mõtlesid selle nähtuse olemusele. Põhiliste elektriterminite hulgas on kõige raskemini mõistetavad, hoolimata nende näilisest lihtsusest, "potentsiaalide erinevus" ja "pinge vooluringis".
Sisu
- Potentsiaalne kontseptsioon
- Hüdrauliline mudel
- Vooluahela mõõtmised
Potentsiaalne kontseptsioon
Elektronide liikumiseks läbi vooluringi on vaja energiat, mis on võimelised neid mööda elektriahelat liikuma panema. Näiteks staatilise elektri puhul on see jõud, mis tekib objektide elektrilaengu tasakaalustamatuse tõttu.
Koolikogemus eebenipuust pulgaga villale hõõrumisel illustreerib eebenipuus liigsete elektronide teket (negatiivne laeng) ja villas olevate elektronide defitsiit (positiivne laeng) koos mehaanilise energia kuluga hõõrudes.
Isoleeritud elektroodide vahel ilmneb see tasakaalustamatus ainult elektrifitseeritud objektide üksteise külge tõmbamises. Kui need on ühendatud juhiga, lähevad elektronid selle kaudu eboniidist villani, kompenseerides puudujäägi.
See on vooluringis olev elektrivool ja kehade elektrifitseerimise aste on kogusnimetatakse potentsiaaliks. Pinge mõistmise lihtsustamiseks võite seda väärtust pidada objektide potentsiaalseks erinevuseks.
Hüdrauliline mudel
Laengute saamise protsess üksteise vastu hõõrutud materjalides on sarnane veepaagi täitmisega vabast paagist kõrgel. Võrreldes välibasseini peegliga võib ülal asuvat veepaaki pidada energiaakumulaatoriks. Gravitatsioonijõud annavad vee kõrgusel võimaluse tühjendada paak, kui see on rõhu all. Kui kirjeldatud mahutid on ühendatud toruga, tekitab raskusjõu mõjul vesi selles voolu, vabastades eelsissepritsest kogunenud energia ülespoole.
Nagu statsionaarne vedelik kõrges reservuaaris, salvestub energia hõõrutud esemetesse nimetatakse potentsiaaliks – sellel on võime (potentsiaal) realiseeruda elektronide mööda liikumisel dirigent.
Staatilise elektri puhul saab pinget väljendada järgmiselt: see on tööühik, milleks on vaja laenguühiku liigutamine ühest kohast teise, ületades samal ajal jõudu, mis püüab potentsiaale tasakaalus hoida.
Potentsiaalse energia (vajaliku töö) mõõt laenguühiku kohta selle liigutamiseks mööda juhti on nii näeb pinge kirjeldus välja elektrilise definitsioonina ketid.
Füüsikaliste suuruste loend, mis kirjeldavad stressi nähtust:
- potentsiaalide erinevus - mõõdetakse voltides (V);
- elektrilaeng - Coulomb (C);
- töö laengu liigutamisel - Joule (J).
Galvaanilise toiteallikaga, vahelduvpingevõrkude või elektrostaatiliste nähtustega elektriahelate puhul ei ole elektripinge mõõtmisel vahet. Kõigil juhtudel loetakse indikaatorit potentsiaalseks erinevuseks ja see määratakse voltides. Mõõtühikut saab esitada järgmiselt: 1V = 1J / 1C. Pinge mõõtmise seadet nimetatakse voltmeetriks.
Vooluahela mõõtmised
Välisahela voolu loob allikas, mis toimib pumbana (analoogiliselt veereservuaaridega). Seda annab sunniviisiliselt elektrivälja töötamine sisemises ahelas galvaanilistes elementides keemiliste reaktsioonide või generaatorites mehaanilise energia muundamise tulemusena.
Välistes elektriahelates toimub laengu liikumine loomulikul teel potentsiaalide vahel ja sellega kaasnevad energiakadud selle liikumise tagamiseks.
Sellega seoses peab pidev toiteallikas vahe säilitamiseks pidevalt tarnima vajalikku energiat potentsiaalid välise vooluahela kahes otsas, tekitades kõrge elektrilise rõhu (analoogiliselt hüdraulikaga näide).
Kui laeng liigub läbi välisahela, põrkab see kokku erinevate vooluahela elementidega, millest igaüks on energia muundamise seade. Need võivad olla lambipirnid, mootorid, kütteelemendid. Näiteks hõõglambis muudetakse elektripotentsiaali energia valguseks ja soojuskiirguseks. Seega tekib potentsiaalne kadu, see tähendab, et see erineb enne koormust (lampi) ja pärast seda. Elektrilise potentsiaali kadu ahela elementide läbimisel nimetatakse pingelanguks. See on üks olulisemaid näitajaid vooluringis olevate seadmete töö jälgimiseks.
Elektripinge põhiseaduste ja valemite loend, mis kirjeldab nähtust ahelates, näeb välja järgmine:
- Pinge arvutamise valem: U = A / q, kus q on laeng (C), A on laengu (J) ülekandmise töö.
- Ohmi seadus: U = IR, kus I on voolutugevus ahelas, R on selle juhi takistus, mille otstes pinget mõõdetakse.
- Potentsiaalne erinevus järjestikuste vooluahela elementide vahel: U = U1 + U2 + U3 +… + Un.
Oluline on sellest aru saada pinge ei saa mingil juhul olla voolu mõõt. Potentsiaalide erinevus ja elektrivool on kaks peaaegu mitteseotud nähtust. Teoreetiliselt on vaakumis lühistades võimalik tekitada pingevaba voolu ja vastupidiseks näiteks võib olla tavaline laetud kondensaator. Eeldus, et voolul on pinge, on levinud eksiarvamus. Tasub meeles pidada, et mõista kirjeldatud nähtuste füüsikat.
