Elekter mängib kaasaegse inimese elus tohutut rolli. Kuid mitte kõik ei mõista selle nähtuse põhimõtteid ja väärtust. Elektri põhiomadused on kaks sõltuvat suurust: pinge ja vool. Selleks, et teada saada, kuidas need üksteisest erinevad, peate mõistma nende olemust. Nii sellel kui ka teisel võib olla nii püsiv kui ka muutuv iseloom.
Sisu
- Füüsilised ilmingud
- Analoogia hüdraulikaga
- Suuruste seos Ohmi seaduse järgi
- Püsiv ja muutuv
Füüsilised ilmingud
Inimene saab füüsiliselt elektri ilminguid tunda vaid kaudselt. Kui proovite akut keelel, võite tunda kipitustunnet. See on väikese voolu läbi keha tagajärg. Tundlik keele limaskest juba tunneb seda ärritust. Staatilise elektri sädemeid võib näha kahe laetud objekti, näiteks sünteetiliste kangaste vahel või koolidünamo katses. Kõik see on laengu või potentsiaalse pinge akumuleerumise tagajärg.
Et teada saada, milline on voolutugevus, peate otsustama laengu mõiste üle. Nagu teate, koosneb kogu maailmas olev aine aatomitest. Aatomid koosnevad omakorda prootonitest, neutronitest ja elektronidest. Nendest osakestest on neutraalselt laetud ainult neutronid. Prootonitel ja elektronidel on potentsiaalne energia – elektrilaeng, mis eelkõige hoiab aatomeid tahkes olekus.
Prootonid ja neutronid asuvad aatomi tuumas. Elektronid seevastu paiknevad tuumast kaugel ja liiguvad selle ümber Päikesesüsteemi planeetide orbiitidega sarnastel orbiitidel. Mida kaugemal on elektron tuumast, seda vähem on tema side aatomi keskpunktiga ja seda lihtsam on see kaotada. Elektronid käituvad erinevates materjalides erinevalt.
Metallides on need nõrgalt seotud südamikuga ja liiguvad aine sees vabalt. Nende koguarv neutraallaenguga objektis peab aga alati vastama prootonite arvule.
Kui elektronid mingi tegevuse tõttu ainest lahkuvad, kannavad nad laengu endaga kaasa. Vastavalt sellele akumuleerib aine prootonitesse jääv laeng. Elektronid võivad laengu ära kanda järgmistel juhtudel:
- Kahe aine hõõrdumine üksteise vastu.
- Kokkupuude ultraviolettkiirguse või kiirgusega.
- Temperatuuri kiire langus.
Seega tekib objektide vahel potentsiaalide erinevus ehk pinge, mis võib tekitada sädeme. Ja säde on juba elektrivoolu ilming. Erinevate märkide laengud tõmbavad alati üksteise poole. Kui elektronid on läinud ühelt materjalilt teisele, siis on üks materjal kogunud positiivse ja teine negatiivse laengu.
Kui nad lähenevad, tõmbavad elektronid positiivselt laetud keha poole - ja tekib säde. See tähendab, et elektrivool on laetud cha liikumine
Analoogia hüdraulikaga
Sõna vool on tuletatud sõnast vool. Sellest lähtuvalt saab tõmmata analoogia vedeliku voolu ja elektrivoolu vahel. Vedeliku voolamine ühest kohast teise on võimalik ainult siis, kui on jõud, mis seda tegema paneb. Lihtsamal juhul on see vedeliku taseme erinevus. See tähendab, potentsiaalne energia, mis sunnib vedelat ainet voolama kõrgemalt tasemelt madalamale.
Vedeliku taseme erinevuse analoog on potentsiaalide erinevus või pinge. Voolu analoogiks on selle taseme erinevuse tekitatud veevoolu rõhk. Vedeliku voolude näited:
- Kosk.
- Veetorni tekitatud vooluhulk.
- Jõed voolavad seal, kus on territooriumi kalle.
Kõikjal voolab vesi sinna, kus tase on madalam, ja elektrivool - kõrgemast pingest madalamale.
Suuruste seos Ohmi seaduse järgi
Elektrilised väärtused sõltuvad ka materjalist, milles see voolab. Need parameetrid määratakse aine elektritakistuse järgi. Takistus võib olla nii dielektrikute jaoks lõpmatult suur kui ka ülijuhtivates tingimustes langeda peaaegu nullini. See sõltub juhi kujust (selle pikkusest ja ristlõikest) ja ainest, millest see on valmistatud.
Normaalsetes tingimustes määratakse takistus Ohmi seadusega pinge ja voolu suhtena vooluahela sektsioonis. See tähendab, et potentsiaalse erinevuse võib leida voolutugevuse ja takistuse korrutisena. Elektriarvutuste jaoks on väga oluline teada, kuidas voolutugevus erineb pingest. Sellel põhinevad kõik elektriahelate toimimise põhitõed.
Püsiv ja muutuv
Vool ja pinge võivad olla kas püsivad või muutuvad. Väärtuse püsivus räägib selle muutumatusest ajas. Vastupidi, muutujad muudavad oma väärtust aja jooksul perioodiliselt. Kui toitepinge osutub muutuvaks, siis on selle tekitatud voolutugevus muutuv. See tähendab, et mõlemad väärtused suurenevad ja vähenevad. Lainekuju võib olla erinev:
- Sinusoidne signaal (sujuv tõus - vähenemine).
- Meander (ristkülikukujuline, kolmnurkne signaal), kui väärtus muutub järsult.
- Pulseeriv signaal, mis muutub sujuvalt, seejärel järsult, vastavalt teatud seadusele.
Olenemata sellest, kas vool on püsiv või vahelduv, on selle Peamine erinevus pingest - asjaolu, et vool on laengukandjate liikumine ja pinge on selle liikumise põhjuseks.
