Elektrivool: definitsioon, valem ja SI-ühik ampere
Elektrivool on elektrilaengu vool. Voolu võrrand on:
I = Δ Q Δ t {\displaystyle I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}} 
kus
I {\displaystyle I}
on voolu voolu suurus
Δ Q {\displaystyle \Delta Q}
on elektrilaengu muutus
Δ t {\displaystyle \Delta t}
on ajas toimuv muutus.
Elektrivoolu SI-ühik on amper (A). See on võrdne ühe kuulibiga laengut ühes sekundis. Voolu võib leida juhtmetes, patareides ja välkudes.
Valemi täpsustus ja hetkeline vool
Võrrand I = ΔQ / Δt annab keskmise voolu suuruse ajaintervallil Δt. Kui vaatleme hetkelist (mõõtmata) voolu, kasutatakse diferentsiaalkujul i(t) = dQ/dt, mis kirjeldab laengu muutuse kiirust igal ajahetkel. Positiivne väärtus tähistab voolu määratud suunas; voolu suund sõltub valitud orientatsioonist (tavaliselt määratletakse suund kui positiivsete laengute liikumise suund — see on nn konventsionaalne voolusuund).
SI-ühik ja definitsioon
Amper (A) on elektrivoolu SI-ühik. Traditsiooniliselt kirjeldati amperit kui voolu, mille korral läbib voolutugevus 1 A ühikupindala kaudu 1 kulon laengut ühe sekundi jooksul. Alates SI ümberdefineerimisest 2019. aastal on ampri väärtus seotud elementaarlaengu e fikseeritud väärtusega (e = 1,602176634×10-19 C), mis annab voolule täpsema ja reproduktiivsema aluse metrologias.
Voolu kandjad ja suund
Elektrivool tekib laengukandjate liikumisest. Erinevates juhtmetes võivad kandjad olla:
- elektronid (metallid),
- ioonid (elektrolüüdid, gaasid),
- augud ja elektronid pooljuhtides.
Kuigi elektronid liiguvad tegelikult negatiivse laengu suunas, määrati konventsiooniliselt voolu suund positiivsete laengute liikumise suunana. See seletab mõnikord nähtavat vastupidisust tehnilistes selgitustes.
Mõõtmine ja seadmed
Voolu mõõdetakse amprmõõtjaga (ammeter). Praktikas ühendatakse ampermõõtur vooluringi jadamisi, et mõõta läbi seadme kulgevat voolu. Elektrivoolu tugevust saab hinnata ka muu tehnika abil, näiteks pinget ja takistust mõõtes kasutades Ohmi seadust (I = V / R).
Tüüpilised näited ja suurusjärgud
- väikesed elektroonilised seadmed: mikro- ja milliamperid (μA, mA),
- kodumajapidamises levinud elektriseadmete kaitsmed ja pistiktraadid: 6–32 A ringkaitsmed, tavapärased seadmed ~0,1–15 A,
- suure võimsusega seadmed ja mootorid: kümned kuni sajad amprid,
- välk: võimsad välgud võivad kesta lühikest aega ja saavutada kümneid kuni sajandeid kiloampereid (kA).
Seosed teiste elektriliste suurustega
Elektrivool on tihedalt seotud teiste suurustega:
- Pinge (V) ja takistus (R) on seotud Ohmi seadusega: I = V / R;
- Voolu ja võimsuse seos: P = V · I (alalisvoolu korral), kus P on võimsus;
- Kirchhoffi seadused kehtivad vooluringides: näiteks voolude summa sõlmpunktis on null.
Ohutus ja mõtisklused
Elektrivool võib olla ohtlik — juba väikesed alalis- või vahelduvvoolud inimese kehas võivad olla ohtlikud või eluohtlikud. Oluline on järgida ohutusnõudeid, kasutada kaitselülitusi ja sobivaid kaitsevahendeid ning mitte ületada seadmete nimiväärtusi.
Kui soovite, saan lisada lihtsa praktilise näite voolutugevuse arvutamiseks (I = ΔQ/Δt või I = V/R) koos arvutusnäidetega.
Vooluallikas
Juhtivates materjalides on mõned elektronid väga lõdvalt seotud materjali aatomite külge. Kui need aatomid suures koguses kokku saavad, tekib omamoodi elektronipilv, mis "hõljub" materjali aatomite lähedal. Kui te uurite juhtiva materjali tüki ristlõike, liiguvad elektronid väga kiiresti läbi selle. See liikumine on tingitud temperatuurist ja ühes suunas voolavad elektronid kipuvad võrdsustuma teises suunas voolavate elektronidega, seega ei põhjusta see voolu voolamist. Elektronid voolavad ühelt aatomilt teisele, seda protsessi on võrreldud veeämbrite üleandmisega ühelt inimeselt teisele ämbrikolonnis.
Kui traadile pannakse elektriväli, reageerivad elektronid peaaegu koheselt, triivides veidi väljale vastupidises suunas. Nad saavad väljast energiat, mis läheb väga kiiresti kaduma, kui nad põrkuvad materjalis olevate teiste elektronidega. Niikaua kui väli on paigas, saavad elektronid kaotatud energia tagasi ja protsess jätkub. See elektriväljast elektronidele antav "löök" ongi voolu allikas, mitte elektronide üldine voolamine ise. Sellest arutelust näeme kahte asja, mida vool ei ole:
- Tegemist ei ole elektronide tegeliku "vooluga" selle sõna igapäevases tähenduses: kui me uurime kiirust, mille väli annab elektronidele, siis on see tavaliselt väga väike, millimeetri suurusjärgus sekundis. Sellise kiirusega kuluks elektronidel pool tundi, et läbida 3 meetri pikkust ruumi. Kuna lambipirn lülitub sisse peaaegu kohe pärast lüliti vajutamist, peab midagi muud olema töös.
- Samuti ei ole tegemist "doominoefektiga", kuigi see võrdlus on lähedasem kui voolu puhul. Kuna elektronid on nii pisikesed, siis isegi kui nad liiguvad väga kiiresti, ei ole nende liikumapanev jõud suur.
Vool voolu vooluahelates
Kui vool voolab juhtmeahelas, siis kiireneb see, kui vooluahelas ei ole takistust. Takistusi kasutatakse vooluahela takistuse suurendamiseks, nii et see aeglustab voolu. Takistuse, voolu ja pinge (vooluahela teine osa) vahelist seost näitab Ohmi seadus.
Küsimused ja vastused
K: Mis on elektrivool?
V: Elektrivool on elektrilaengu vool.
K: Milline on voolu võrrand?
V: Voolu võrrand on I = ΔQ/Δt, kus I on voolav vool, ΔQ on elektrilaengu muutus ja Δt on ajamuutus.
K: Millist mõõtühikut kasutab elektrivool?
V: Elektrivool kasutab SI-ühikut amper (A), mis võrdub ühe kuulibiga laengu sekundis.
K: Kust võib leida näiteid elektrivoolu kohta?
V: Elektrivoolu näiteid võib leida juhtmetes, patareides ja välkudes.
K: Mida tähendab "I" voolu võrrandis?
V: Voolu võrrandis tähistab "I" voolu suurust.
K: Mida tähendab "ΔQ" voolu võrrandis?
V: Voolu võrrandis tähistab "ΔQ" elektrilaengu muutust.
