II. ELEKTRIVOOL


Elektrivoolu mõiste. Voolu suund


Elektrivooluks nimetatakse laetud osakeste suunatud liikumist.

Voolu suunaks loetakse kokkuleppeliselt positiivse laenguga osakeste liikumissuunda isegi siis kui neid osakesi kehas tegelikult ei liigu. Seega, kui liiguvad negatiivsed laengud, loetakse voolu suunaks nende liikumisele vastupidist suunda.


Elektrivool metallides ja elektrolüütides


Metallides on vabadeks laengukandjateks juhtivus- (ehk valents- ehk vabad) elektronid – seega on elektrivooluks metallides elektronide suu­na­tud liikumine.

Elektrolüütides saavad liikuda nii negatiivsed kui ka positiivsed ioonid.

Metallides loetakse voolu suunaks elektronide liikumisele vastupidist suunda, elektrolüütides langeb voolu suund kokku positiivsete ioonide liikumis­suunaga.


Kuidas tuvastada elektrivoolu olemasolu?


Vabad laengukandjad on väga väikesed mistõttu ei ole nende liikumist võimalik silmaga jälgida. Elektrivoolu olemasolu juhis saab kindlaks teha elektrivoolu toimete (või kõrval­mõjude) abil. Voolu toimeid on kokku kolme liiki: soojuslik-, keemiline- ja magnetiline toime.


Voolu toimed


Soojuslik toime avaldub selles, et vooluga juht alati kuumeneb. Sellel toimel põhineb hõõglampide ja elektrisoojendusriistade töötamine. Soojuslik toime avaldub nii metallides kui ka elektrolüütides.

Keemiline toime avaldub selles, et elektri­vooluga keha koostis muutub. Kee­mi­line toime avaldub ainult elektrolüütides, metallides keemilist toimet ei täheldata. Sellel toimel põhineb erinevate  (värviliste) metallide tootmine, aga ka erinevate esemete galvaanimine, mille käigus kaetakse need õhukese kroomi või nikli kihiga, et neid korrodeerumise eest kaitsta.

Magnetiline toime avaldub selles, et vooluga juhil on võime mõjutada magnetnõela. Ka magnetiline toime avaldub nii metallides kui ka elektrolüütides. Tänu magnetilisele toimele on võimalik konstrueerida elektrimootoreid ja -generaatoreid. Ka enamiku elektrimõõteriistade töö põhineb elektrivoolu magnetilisel toimel.


Galvanomeeter


Kui U-magneti haarade vahele asetada vooluga raam, siis pöördub ta risti magneti haarasid ühendava sirge suhtes. Sõltuvalt voolu suunast võib selline raamike pöörduda nii kellaosuti suunas kui ka vastassuunas.

Sellel nähtusel põhineb elektrivoolu olemasolu tuvastava mõõteriista – galvanomeetri töötamine.


Voolutugevuse definitsioon


Elektrivoolu iseloomustatakse erinevate füüsikaliste suuruste abil – neist kõige olulisem on elektrivoolu tugevus (või lihtsalt voolutugevus). Voolutugevus iseloomustab juhi ristlõiget ajaühikus läbiva laengu suurust.

Voolutugevust arvutatakse valemist:

kus I – voolutugevus, mida mõõdetakse amprites (1A), q – juhti läbiva laengu suurus, mida mõõdetakse kulonites (1C) ja t – aeg, mille jooksul laeng juhti läbib, mida mõõdetakse sekundites (1s).

Elektrivool on inimese tervisele kahjulik, see­pä­rast tuleb olla elektriseadmete kasutamisel ettevaatlik. On kindlaks tehtud, et vool tugevusega alla 1 mA (milliampri) on inimesele ohutu, vool tugevusega üle 100 mA (milliampri) võib aga osutuda surmavaks.


Voolutugevuse mõõtmine


Voolutugevust mõõdetakse selleks kohandatud galvanomeetriga , mida nime­ta­takse ampermeetriks.

Ehkki kõik elektrimõõteriis­tad on väliselt sarnased, eristab ampermeetrit ülejäänutest tema skaalal asetsev täht „A“.

Iga ampermeetriga (tegelikult kehtib see kõigi mõõteriistade kohta) saab mõõta ainult kindlas vahemikus. See on määratletud vastava mõõ­te­riista mõõtepiirkonnaga. Mõõtepiirkond on omakorda jagatud jaotisteks. Jaotise väärtus arvutatakse  jagades mõõtepiirkonna  suurima väärtuse jaotiste arvuga. Kui ampermeetrit läbib elektrivool, kaldub mõõteriista osuti nullasendist kõrvale. Kus peatub, sealt loetaksegi skaalalt mõõtmistulemus.

Ampermeeter ühendatakse seadmega, mida läbiva voolu tugevust mõõta soovitakse jadamisi – see tähendab, et mõõteriista üks klemm ühendatakse vooluallikaga, teine aga kehaga, mida läbiva voolu tugevust mõõta soovitakse. Ampermeetri ühendamisel asendame sisuliselt vooluahelas ühe juhtme ampermeetriga.

Klemmide ühendamisel tuleb ilmtingimata jälgida voolu suunda (polaarsust).

NB!  Ampermeetri ühendamisel ei ole vahet kas ampermeeter ühendatakse enne või peale tarbijat, milles voolutugevust mõõta soovitakse – voolutugevus hargnemiseta ahelas on igal pool ühesugune.


Alalisvool ja vahelduvvool


Sellist voolu, mille tugevus ja suund ei muutu, nimetatakse alalisvooluks. Alalisvoolu saame patareidest ja akudest.

Kui voolu suund ja tugevus ajas muutuvad, on tegu vahelduvvooluga.

Vahel­duv­voolu saame seinakontaktist kuhu saadab seda elektri­jaamas (või mujal) töötav generaator.

Alalisvoolu tekitab juhis muutumatu elektriväli, va­hel­duv­voolu korral tekitab seda perioodiliselt (või korrapäraselt) muutuv elektriväli.