Pinge ja voltmeeter

Elektrivool on elektronide selline suunatud liikumine juhis, mida põhjustab elektrijõud. Mehaanikast teame, et kui mingile kehale mõjub jõud ja keha selle tõttu liigub, siis tehakse tööd. Elektrivoolu puhul teeb elektronide nihutamiseks tööd elektriväli.

Seotud sisu

Pinge

Elektrilaengute liigutamiseks tehtav töö sarnaneb raskuste tõstmiseks tehtava tööga. Oletame, et tõstame 10 kg massiga keha 1 m kõrgusele ja siis tõstame samale kõrgusele 20 kg massiga keha. Teisel juhul teeme kaks korda rohkem tööd. Sellest võib järeldada, et tehtud töö on võrdeline tõstetud keha massiga, st kui keha mass on kaks korda suurem, tuleb selle tõstmiseks samale kõrgusele teha ka kaks korda rohkem tööd.

Samasugune on olukord ka siis, kui liigutatakse laengut juhis: tehtud töö on võrdeline[mõiste: võrdeline sõltuvus – seos kahe suuruse vahel, kus ühe suuruse kasvamisel või kahanemisel mingi arv kordi teine suurus kasvab või kahaneb sama arv kordi] elektrilaengu suurusega, st laengu liigutamiseks tehtav töö on seda suurem, mida suurem on liigutatav laeng. Näiteks kui ühest ja samast tarvitist[joonealune: seade, mis muudab elektrienergia mõneks muuks energialiigiks] viib elektriväli esmalt läbi laengu q ja seejärel laengu 2q, siis teisel juhul tehakse kaks korda rohkem tööd.

Suurema massiga keha tõstmiseks tuleb teha rohkem tööd

Mida suurem on laeng, seda rohkem tööd peab elektrivool selle liigutamiseks tegema

Kui kaks suurust on võrdelised, tähendab see, et nende jagatis on jääv suurus. Meie näites on selleks tehtava töö (A) ja laengu (q) jagatis ehk $\frac{A}{q}$ . Seda jagatist kirjeldab pinge, mida tähistatakse tähega U. Seega saame selle seose kirja panna valemina $U = \frac{A}{q} .$

Meie näites on U pinge tarviti kahe otsa vahel, kuid pingest saab rääkida vooluringi mis tahes kahe punkti vahel. Näiteks on pinge ka vooluringi mittelülitatud vooluallika otstel.

Pinge mõõtühiku saame, kui jagame töö ühiku 1 džaul (1 J) laengu ühikuga 1 kulon (1 C). Pinge ühikut nimetatakse voldiks (1 V), $1 V = \frac{1 J}{1 C} .$

Nüüd oskame pinget defineerida: pinge[mõiste: pinge – füüsikaline suurus, mis on võrdne tööga, mis tuleb teha, et viia ühikuline laeng ühest vooluringi punktist teise] juhi kahe punkti vahel on võrdne tööga, mis tuleb teha, et viia ühikuline laeng juhi ühest punktist teise. Kui 1 C suuruse laengu liigutamiseks tuleb teha tööd 1 J, siis on pinge kahe punkti vahel 1 V.

Kokkuleppeliselt nimetatakse pinget, mille väärtus on 1000 V või sellest suurem, kõrgepingeks. Pinget, mille väärtus jääb vahemikku 50 V–1000 V, nimetatakse madalpingeks ja pinget, mille väärtus jääb alla 50 V, nimetatakse väikepingeks.

Elektrivoolu transporditakse kõrgepingeliinide kaudu, kus pinge võib ulatuda sadade tuhandete voltideni

Madalpingeliinis on pinge alla 1000 V. Seinakontakti jõuab madalpinge väärtusega 230 V

Kui kahe keha vaheline pinge on väga suur, võib tekkida läbilöök, mis tähendab seda, et elektronid liiguvad läbi õhu teise kehasse. Elektronid panevad oma teel õhu hõõguma, st tekib säde. 1 cm pikkune säde vastab u 30 000 V suurusele pingele

Van de Graaff’i generaator on seade, milles liikuv lint tekitab staatilise laengu, mis kantakse metallist kuplile. Kui generaatorile lähendada mõni keha, liigub laeng läbi õhu sellele kehale. Mida kaugemal on keha generaatorist, seda suurem pinge generaatori ja keha vahel tekib. 1 cm pikkune säde vastab pinge u 30 000 V

Pinge ühiku nimetus tuleb Itaalia füüsiku Alessandro Volta (1745–1827) nimest

Pinge väärtused

Pingeallikas	Pinge U
Närvirakk	50–60 mV
Taskulambipatarei	1,5 V
Autoaku	12 V
Seinakontakt	230 V
Äikesepilved	50–100 MV[joonealune: megavolt (voldist 1 000 000 korda suurem)]

Van de Graaff`i generaator tekitab staatilise laengu, mis liigub generaatori lähedale asetatud maandatud metallkuulile, tekitades sädeme

Van de Graaff`i generaatorile on asetatud alumiiniumfooliumist kausikesed, mis saavad generaatorilt endale laengu. Kuna samanimelised laengud tõukuvad, "hüppavad" kausikesed generaatorist eemale

Pane kirja ülesande andmed, teisenda ja arvuta vastus.

Andmed:

= 10 J

= 50 mC = C

= ?

Millist valemit kasutad pinge arvutamiseks?

1) $U = \frac{q}{A}$

2) $U = \frac{A}{q}$

3) $U = A \cdot q$

1)
2)
3)

Vastus. Pinge tarvitil on V.

Andmed:

= 0,1 C

= 1500 mV = V

= ?

Millist valemit kasutad töö arvutamiseks?

1) $A = \frac{U}{q}$

2) $A = \frac{q}{U}$

3) $A = U \cdot q$

1)
2)
3)

Vastus. Tööd tuleb teha J.

Mõtle!

Kuidas on äikesepilved ja välk seotud pingega?

Seotud sisu

Lisalugemine. Elektrikalad

Mõni kala kasutab suhtlemiseks, enesekaitseks ja saagi püüdmiseks elektrivälja. Näiteks Lõuna-Ameerikas elab kuni 2,5 meetri pikkune ja 20 kg raskune elektriangerjas, kes tekitab enesekaitseks kuni 600 V suuruse pinge. Elektrikalad on ka Vahemere ja Atlandi ookeani elektrirai (mass 3 kg, pinge 200 V) ja Aafrika elektrisäga (mass 10 kg, pinge 400 V). Nende kalade sabaosas on elektrit tootvad rakud, mis on ühendatud jadamisi, mistõttu üksikute rakkude tekitatud pinged liituvad.

Elektriangerjas tekitab kuni 600 V suuruse pinge

Elektrirai kehas tekib samuti pinge, mida ta kasutab enesekaitseks ja saagi püüdmiseks

Seotud sisu

Voltmeeter

Pinget mõõdetakse voltmeetriga[mõiste: voltmeeter – mõõteriist pinge mõõtmiseks]. Nii nagu ampermeetrid, on ka voltmeetrid erineva mõõtepiirkonnaga ja vastav info on kirjutatud mõõteriista skaalale või korpusele. Kui voltmeetrile on märgitud mV, siis saab sellega mõõta millivolte ja mõõteriista nimetatakse millivoltmeetriks. Kui korpusele on märgitud kV, on tegemist kilovoltmeetriga.

Tänapäeval valmistatakse peamiselt digitaalseid voltmeetreid. Nii nagu ampermeeter, teeb ka digivoltmeeter kaks mõõtmist sekundis ja kuvab ekraanile mõõtmiste keskmise. Kuid kasutatakse ka osutiga voltmeetrit (analoogvoltmeeter). Selles põhjustab osuti kõrvalekalde nullasendist elektrivoolu magnetiline toime nagu ampermeetriski. Osuti pöördenurk on võrdeline mõõteriista klemmidel [joonealune: elektriseadme osa, mida kasutatakse seadme vooluringi ühendamiseks]oleva pingega.

Analoogvoltmeeter, mille mõõtepiirkond on 0–6 V

Multimeeter, millega saab mõõta nii voolutugevust kui ka pinget. Siin mõõdetakse pinget autoaku klemmidel

Voltmeetrit kasutades tuleb selle liigist olenemata järgida kindlaid reegleid.

Voltmeetriga ei tohi mõõta suuremat pinget, kui mõõtepiirkond võimaldab. Vastasel juhul võib voltmeeter läbi põleda.
Pinge mõõtmiseks ühendatakse voltmeeter rööpselt selle vooluringi osaga (nt hõõglamp), mille otstel tahame pinget mõõta.
Analoogvoltmeetriga mõõtes peavad mõõteriista ja vooluallika klemmide märgid (+ ja –) olema vastavuses, st et mõõteriista plussklemm tuleb ühendada juhtmega, mis lähtub vooluallika positiivselt pooluselt ja vastupidi.

Voltmeeter ühendatakse rööbiti vooluringi selle osaga, mille otste vahelist pinget soovitakse mõõta. Kui soovime mõõta pinget vooluallika otstel, tuleb voltmeetri plussklemm ühendada vooluallika positiivse poolusega ja voltmeetri miinusklemm ühendada vooluallika negatiivse poolusega. Kui ühendame voltmeetri samal viisil hõõglambiga, saame mõõta pinge hõõglambi otstel

Voltmeetri ja ampermeetri ühendamine

Kõiki elektrimõõteriistu tuleb kasutada nii, et nad ei muudaks olukorda, mis on vooluringis ilma mõõteriistadeta. See kehtib igasuguste mõõtmiste kohta, tahame ju kaaludes kindlad olla, et ka pärast kaalult mahaastumist oleme sama rasked kui kaalul olles. Selleks, et voltmeeter ei segaks vooluringi tööd, peab tal olema väga suur takistus[joonealune: keha võime elektrivoolu liikumist takistada]. Sellisel juhul liigub vool läbi lambi, mitte läbi voltmeetri.

Mõtle!

Mille poolest erineb voltmeeter ampermeetrist?
Millise vooluringi osaga/osadega on skeemil olev voltmeeter rööbiti ühendatud?

Mõõtepiirkond on – V.

Väikseima jaotise väärtus on V.

Näit on V.

Mõõtepiirkond on – V.

Väikseima jaotise väärtus on V.

Näit on V.

Seotud sisu

Jätan meelde

Pinge juhi kahe punkti vahel on võrdne tööga, mida tuleb teha, et viia ühikuline laeng juhi ühest punktist teise.
Üks volt (1 V) on pinge, mille korral tuleb ühe kuloni (1 C) suuruse laengu liigutamiseks juhis teha tööd üks džaul (1 J).
Voltmeeter on suure takistusega mõõteriist pinge mõõtmiseks.

Seotud sisu