Elektriväli

Probleemile pakkus lahenduse Inglise teadlane Michael Faraday, kes 1830. aastatel võttis kasutusele elektrivälja mõiste. Elektriväli[mõiste: elektriväli – kannab edasi üksteisega mitte kokkupuutuvate elektriliselt laetud kehade vahel mõjuvat jõudu] on üksteisega mitte kokkupuutuvate elektriliselt laetud kehade vahel mõjuva jõu edasikandja. Välja[mõiste: väli – reaalsuse ehk mateeria vorm, mis annab edasi ühe keha poolt teisele mõjuvat jõudu, näiteks elektrilist tõmbe- või tõukejõudu] ei saa näha, katsuda ega nuusutada, ainus viis selle kindlaks tegemiseks on kontrollida, kas miski mõjutab laetud keha jõuga. Kui jõud mõjub, on järelikult väli olemas.

Positiivse laengu ümber on elektriväli, mis tõmbab enda poole negatiivseid laenguid ja lükkab eemale positiivseid. Negatiivse laengu ümber olev väli tõmbab enda poole positiivseid laenguid ja tõukab eemale negatiivseid.

Elektriväli võib asuda ükskõik millises keskkonnas: õhus, vees, inimeses ja ka tühjuses ehk vaakumis. Elektriväli sarnaneb ühe teise välja, gravitatsiooniväljaga. Ka gravitatsiooniväli mõjub igas keskkonnas, näiteks nii õhus kui ka vees, ja selle toimel kukuvad näiteks käest lahti lastud kehad alati maha.

Ühe elektrivälja omaduse tegime juba katsega kindlaks: elektriliselt laetud silindrid tõmbuvad või tõukuvad seda nõrgemalt, mida kaugemal need üksteisest asuvad. See tähendab, et elektriväli on laetud keha või elektrilaengu lähedal tugevam kui sellest kaugemal.

Kuid kas elektrivälja tugevus oleneb ka elektrilaengu suurusest? Selle uurimiseks teeme jälle alumiiniumfooliumist silindritega katse. Jätame statiivi küljes rippuvate silindrite vahemaa kogu aeg ühesuguseks, aga muudame silindritele antava laengu hulka. Esmalt puudutame silindreid elektriseeritud[joonealune: keha, millel on laeng] klaaspulgaga ühe korra. Teisel juhul puudutame silindreid pulgaga mitu korda järjest ning iga puudutuse vahepeal elektriseerime pulga seda hõõrudes uuesti. Selliselt toimides anname teisel juhul silindritele suurema laengu. Kui silindrid tõukuvad pärast mitmekordset laadimist rohkem kui pärast ühekordset laadimist, võib öelda, et tõukejõud silindrite vahel suurenes. See aga tähendab, et elektriväli tugevnes. Katse võib teha ka nii, et laeme üht silindrit klaaspulgaga ja teist eboniitpulgaga, seepeale silindrid tõmbuvad. Ka nüüd mõjub silindrite vahel suurem jõud juhul, kui laengud on suuremad. Katsetest võib järeldada, et mida suurem on elektrilaeng, seda tugevam on elektriväli.

Mitmeid loodusnähtusi saab seletada elektriväljaga ja inimene on õppinud elektrivälja kasutama ka tehnikas. Vaatleme lähemalt välku ja elektrivälja kasutamist tehnikas.

Äikesepilves esinevad tugevad õhuvoolud panevad pilves olevad vihmapiisad liikuma ning liikumisel tekkiva hõõrdumise tõttu saavad piisad laengu ehk elektriseeruvad. Kui pilve koguneb väga suur laeng, on ka elektriväli väga tugev ja see paneb laengud liikuma kas ühest pilve osast teise või pilvest maapinnale. Tekkiv elektrivool on nii tugev, et paneb oma teele jääva õhu hõõguma. Seda näeme välguna, mis ei kesta tavaliselt kauem kui $\mathrm{0,1}$ s. Välk võib olla mitu kilomeetrit pikk. Hõõguv õhk paisub välkkiirelt ja selle tulemuseks on vali heli. Sellest võiks järeldada, et välguga kaasneb pauk, aga mitte mürin, mis kestab mitu sekundit. Mürin tekib, kuna välk on pikk ning hääl[joonealune: kuuldav heli, mille sagedus jääb vahemikku 16 hertsi (Hz) kuni 20 kilohertsi (kHz)] jõuab välgu eri kohtadest meieni erineval ajal. Lisaks peegeldub hääl pilvedelt ja maapinnalt, seetõttu pikeneb mürina kestus veelgi.

Elektrivälja kasutatakse ka tehnikas, näiteks värvimisel aerosool- või pulbervärvidega. Selleks et aerosool- või pulbervärv kataks pinda hästi, st võimalikult ühtlaselt, on loodud spetsiaalne värvipüstol. See annab pihustamise käigus värviosakestele laengu. Kui värvitav pind laadida vastasmärgilise laenguga või maandada, tõmbuvad laetud värviosakesed pinna külge ja moodustavad ühtlase kihi.