10.10. Elektrostaatilise välja energia.

1. 10.10. Elektrostaatilise välja energia. 1. Üksiku juhi energia. Olgu üksik keha mahtuvusega C, laenguga q ja potentsiaaliga . Suurendame keha laengut dq võrra. Toome selle lõpmatusest keha pinnale. Selleks tuleb teha välist tööd elektriväljajõudude vastu. Mahtuvuse definitsioon diferentsiaalkujul. YFR0020 11. loeng

2. Selleks, et laadida keha 0 kuni  tuleb teha tööd A. Töö võrdub samadimensionaalse avaldisega, mis ei sisalda töö tegemise parameetreid, vaid keha seisundit iseloomustavaid suurusi. Keha kannab energiat. Pole veel selge, kus see energia on lokaliseeritud. 2. Kehade süsteemi energia. Vaatame kaht ainepunkti kaugusel r ja laengutega q1 ja q2 Kumbki keha omab teise elektriväljas potentsiaalset energiat. Potentsiaalid tekitatakse vaadeldavas kohas teise laengu poolt kaugusel r. YFR0020 11. loeng

3. W on kahest laetud kehast koosneva süsteemi vastastikune koguenergia. Seega: On mõistlik jagada koguenergia võrdselt süsteemi moodustavate kehade vahel. Lisades süsteemi kehi koos laengutega võib arutelu jätkates veenduda, et koguenergia on ika sama tüüpi avaldis. i on potentsiaal i-nda laengu asukohas tekitatuna ülejäänud (i-1) laengute poolt. Nii q kui ka  on algebralised. NB! märgid. YFR0020 11. loeng

4. 3. Laetud kondensaatori energia Nagu üksiku keha energia. Potentsiaali loeme ühe plaadi suhtes. Potentsiaalide vahe võrdub pingega kui puuduvad elektromotoorse jõu allikad. Sellest edaspidi. 4. Elektrostaatilise välja energia. Vaatame plaatkondensaatorit. V on plaatkondensaatori katatevaheline ruumala YFR0020 11. loeng

5. Saadud avaldis on elektrivälja energia ruumtihedus ja sisaldab ainult elektrivälja parameetreid D ja E. Seega energia on laetud keha ümbritsevas ruumis. Väli kannab energiat. Muutuvad väljad kinnitavad arusaama, et energia on väljas, mitte kehas. See on nn. lähimõju teooria põhiseisukoht. YFR0020 11. loeng

6. 11. Alalisvool11.1. Elektrivool, voolutugevus ja voolutihedus. Elektrivool on igasugune laengute korrapärane ümberpaiknemine. Kaks liiki elektrivoolu. 1. Juhtivusvool. Laetud kehadele mõjub elektriväli. 2. Konvektsioonvool. Laetud kehadele mõjub mitteelektriline jõud. Laetud kehale mõjub näiteks raskusjõud, Archimedese jõud. Selles osas tegeleme ikka elektrivälja poolt initseeritud kehade liikumisega. Keha omandab elektriväljas kineetilise energia. Voolutugevus: YFR0020 11. loeng

7. Vaatame juhtmelõiku: S dV dq n- laengukandjate kontsentratsioon. e- laengukandja laeng YFR0020 11. loeng

8. Alalisvool: Voolutugevus on laeng ajaühikus läbi juhi ristlõike. Voolutugevus on skalaar. Positiivne on vool siis, kui vaatame positiivsete laengute liikumist. Voolutihedus: Elektrivoolu detailseks iseloomustamiseks. Suund määratakse positiivse laengu suunatud liikumise kiirusvektoriga. YFR0020 11. loeng

9. Metallis on laengukandjateks elektronid. Üldjuhul võivad olla mõlemamärgilised laengud. Sel juhul annavad mõlemamärgilised laengud oma panuse koguvoolutihedusse. YFR0020 11. loeng

10. Elektromotoorse jõu allikas 11.2. Kõrvalised jõud, elektromotoorjõud, potentsiaalide vahe ja pinge. Kui juhis tekitada elektriväli, siis jaotuvad laengud väga kiiresti ümber ja vool lakkab. Saame vooluimpulsi. Alalisvoolu saamiseks peab juhi ühest otsast kandma laenguid tagasi teise otsa väljaspool juhti mitteelektrostaatiliste jõudude mõjul ehk kõrvaljõudude mõjul. YFR0020 11. loeng

11. See on siis laengute pumpamine eesmärgiga saada meie poolt väljavalitud juhis püsiv vool. Inimestel on vajadus selle järele tohutu. Nad on elektrivoolu narkomaanid. Kõrvaljõudusid iseloomustatakse töö kaudu. Kõrvaljõudude tööd ühikulise positiivse laengu ümberpaigutamisel vastu elektrostaatilisi jõudusid nim. elektromotoorjõuks. Üldjuhul on ruumiosa, kus seda teostatkse väike ja me räägime vooluallikast. Vooluring=elektromotoorjõu allikas+suletud ahel. Suletud ahela keskkond peab olema laengukandjate liikumiseks enam vähem pidev. YFR0020 11. loeng

12. Kõrvaljõudude väljatugevus: Suletud ahelas: YFR0020 11. loeng

13. Ahela osas: Enamasti on nii, et lisaks kõrvaljõududele mõjub laengukandjale ka elektrostaatiline jõud. Igas ahela punktis mõjub laengule q0 summaarne jõud. YFR0020 11. loeng

14. Selle jõu poolt tehtud töö lõigul 1-2: YFR0020 11. loeng

15. Järeldused. • Kui 12=0, siis U12=1-2 • Kui ahel on avatud, siis U12=0 ja 12=1-2 Voltmeeter mõõdab alati potentsiaalide vahet iseendal. YFR0020 11. loeng

16. 11.3. Ohmi seadus ahela osa ja kogu ahela kohta. Juhi takistus ja eritakistus. Ohmi seadus on avastatud eksperimentaalselt, kuid omab Newtoni seadustele tuginevat põhjendust. YFR0020 11. loeng

17. Georg Simon Ohmb. March 16, 1789, Erlangen, Bavaria, Germanyd. July 6, 1854, Munich YFR0020 11. loeng

18. R1 R2 R on tahela osa takistus. YFR0020 11. loeng

19. Öeldakse, et ahela osa või ahel on lineaarne kui kehtib Ohmi seadus. See on tähtis teave ahela kohta ja esimene küsimus, mida esitatakse kui jutt käib tundmatust ahelast või selle osast. YFR0020 11. loeng

20. Seda nimetatakse staatiliseks takistuseks. Dünaamiline takistus. (siimens) YFR0020 11. loeng

21. Katseliselt juhi takistus: Erijuhtivus YFR0020 11. loeng

22. Ohmi seadus kogu ahela (vooluringi) kohta. Kuna ahel on suletud, siis : YFR0020 11. loeng

23. Mida mõõdab voltmeeter? Vaatame ahela osa, mida soovime mõõta. Voltmeetri sisetakistus. On suur võrreldes mõõdetava ahela osaga, et mitte häirida oluliselt mõõdetavat ahelat Üldistatud Ohmi seadus lõigul 12 Voltmeetri jaoks analoogiliselt, ainult ilma emj. allikata. YFR0020 11. loeng

24. Voltmeeter mõõdab pinget iseendal, mille kaudu saame teada mõõdetava ahela kahe punkti potentsiaalide vahe ja ei midagi enamat. Asjaolu, et millega see potentsiaalide vahe ahelas tegelikult võrdub kuulub edasise diskussiooni hulka. On olemas ka elektrostaatiline voltmeeter, mis mõõdab iseendal tekkivat potentsiaalide vahet vastavalt seosele. Coulomb’i jõuga liigutatakse osutit. YFR0020 11. loeng

25. 11.4. Joule-Lenzi seadus. Vool, läbides juhti, soojendab seda: See on sama loomulik nagu hõõrdumine mehaanikas. On üks erijuhtum: ülijuhtivus. Kõrvaliste jõudude töö muundub soojusenergiaks. Oletame, et juhi otstel on potentsiaalide vahe. Siis on töö laengu läbiviimisel juhist: YFR0020 11. loeng

26. Kasutades Ohmi seadust ahela osa kohta võib sellele anda veel kaks kasulikku kuju. Toome siinkohal ka võimsuse valemid. Valemid kehtivad ka vahelduvvoolu korral, sest Ohmi seadus kehtib siis igal ajahetkel. YFR0020 11. loeng