Võtmete erinevus – vool vs pinge
Elektriväljas mõjutab elektrilaenguid neile mõjuv jõud; seega tuleb tööd teha laetud osakese kallal, et liikuda ühest elektrivälja punktist teise. See töö on määratletud kui elektripotentsiaalide erinevus nende kahe punkti vahel. Elektripotentsiaali erinevust nimetatakse ka kahe punkti vaheliseks pingeks. Elektrilaengute liikumist või voolu potentsiaali erinevuse mõjul nimetatakse elektrivooluks. Peamine erinevus voolu ja pinge vahel on see, et vool hõlmab alati elektrilaengute liikumist elektrivälja all, samas kui pinge ei hõlma laengute voogu. Pinge tekib ainult tasakaalustamata laengu olemasolu tõttu.
Mis on pinge?
Kuna aatomil on sama arv prootoneid ja elektrone, on kogu universumi stabiilne aine elektriliselt tasakaalustatud. Kuid positiivselt või negatiivselt laetud osakestel võib väliste füüsikaliste ja keemiliste mõjude tõttu olla rohkem või vähem elektrone kui prootonites. Sarnaste laengute kogunemisel tekib elektriväli, mis annab elektripotentsiaali või pinge igasse seda ümbritsevasse punkti. Pinget võib käsitleda kui elektri kõige põhilisemat omadust. Seda mõõdetakse voltides (V), kasutades voltmeetrit.
Punkti elektrilist potentsiaali peetakse alati kahe punkti erinevuseks või konkreetses punktis loetakse pinget vastav alt lõpmatusele, kus potentsiaal on null. Elektriahela seisukoh alt käsitletakse maandust nullpotentsiaalipunktina; seega mõõdetakse pinget ahela igas punktis maanduse (või maanduse) suhtes.
Pinge võib tekkida paljude looduslike või sunnitud nähtuste tagajärjel. Välk on näide pingest, mis on tingitud looduslikust esinemisest; hõõrdumise tõttu tekib pilves sadu miljoneid pingeid. Väga väikeses mahus tekitab aku keemilise reaktsiooni käigus pinget, kogudes laetud ioone positiivsetesse (anood) ja negatiivsetesse (katood) klemmidele. Päikesepaneelides sisalduvad fotogalvaanilised elemendid tekitavad pinget elektronide vabanemise tulemusena päikesevalgust neelavast pooljuhtmaterjalist. Sarnast efekti võib näha fotodioodides, mida kasutatakse kaamerates ümbritseva valguse taseme tuvastamiseks.
Mis on vool?
Vool on millegi, näiteks merevee või atmosfääriõhu vool. Elektrilises kontekstis nimetatakse elektrilaengute voogu, enamasti elektronide voogu läbi juhi, elektrivooluna. Voolutugevust mõõdetakse ampermeetriga amprites (A). Amper on defineeritud kui kulonid sekundis ja see on võrdeline pinge erinevusega kahe punkti vahel, kus vool voolab.
Joonis 01: Lihtne elektriahel
Nagu on näidatud joonisel 01, kui vool läbib puhast takistust R, on pinge ja voolu suhe võrdne R-ga. See on toodud Ohmi seaduses, mis on esitatud järgmiselt:
V=I x R
Kui pinge dV muutub poolis, mida nimetatakse ka induktiivpooliks, muutub mähise läbiv vool dI vastav alt:
dI=1/L∫dV dt
Siin on L pooli induktiivsus. See juhtub, kuna mähis on vastupidav selle pinge muutumisele ja tekitab vastupinget.
Kondensaatori puhul muutub selle voolutugevus dI järgmiselt:
dI=C (dV/dt)
Siin on C mahtuvus. See on tingitud kondensaatori tühjenemisest ja laadimisest vastav alt pinge kõikumisele.
Joonis 02: Flemingi parema käe reegel
Kui juht liigub üle magnetvälja, tekib Flemingi parema käe reegli kohaselt vool ja seejärel pinge.
See on elektrigeneraatori alus, milles rida juhte pöörleb kiiresti üle magnetvälja. Nagu eelmises jaotises selgitatud, tekitab laengute kogunemine aku pinget. Kui traat ühendab kaks klemmi, hakkab mööda traati liikuma vool, st elektronid juhtmes liiguvad klemmidevahelise pingeerinevuse tõttu. Mida suurem on traadi takistus, seda suurem on vool ja seda kiiremini tühjeneb aku. Samamoodi võtab suurem võimsust tarbiv koormus toiteallikast suuremat voolu. Näiteks kui 100 W lamp on ühendatud 230 V vooluvõrku, saab selle tarbitava voolu arvutada järgmiselt:
P=V ×I
I=100 W ÷ 230 V
I=0,434 A
Siin, kui võimsus on suurem, on voolutarbimine suur.
Mis vahe on pingel ja voolutugevusel?
Pinge vs vool |
|
| Pinget määratletakse kui elektrilise potentsiaalienergia erinevust elektrivälja kahe punkti vahel. | Vooluvool on defineeritud kui elektrilaengute liikumine potentsiaalse energia erinevuse all elektriväljas. |
| Esinemine | |
| Pinge väljub elektrilaengute olemasolu tõttu. | Voolust toodetakse laengute liikumisega. Staatiliste elektrilaengutega vool puudub. |
| Sõltuvus | |
| Pinge võib eksisteerida ilma voolu tekitamata; näiteks patareides. | Voolus sõltub alati pingest, kuna laenguvoog ei saa toimuda ilma potentsiaalide erinevuseta. |
| Mõõtmine | |
| Pinget mõõdetakse voltides. Seda mõõdetakse alati teise punkti, vähem alt neutraalse maa suhtes. Seetõttu on pinge mõõtmine lihtne, kuna vooluahel ei katke mõõteklemmide paigutamiseks. | Voolust mõõdetakse amprites ja mõõdetakse läbi juhtme. Voolu mõõtmine on keerulisem, kuna mõõteklemmide paigutamiseks tuleb juht katkestada või kasutada keerukaid kinnitusampermeetreid. |
Kokkuvõte – pinge vs vool
Elektriväljas nimetatakse kahe punkti potentsiaalide erinevust pingeerinevuseks. Voolu tekitamiseks peaks alati olema pingeerinevus. Pingeallikas, nagu fotoelement või aku, tekib pinge klemmide laengute kogunemise tõttu. Kui need klemmid on juhtmega ühendatud, hakkab klemmide vahelise pinge erinevuse tõttu voolama vool. Ohmi seaduse kohaselt muutub juhi vool proportsionaalselt pingega. Kuigi vool ja pinge on omavahel seotud takistusega, ei saa vool eksisteerida ilma pingeta. See on erinevus voolu ja pinge vahel.
