- Elektromagnetiline mõju kui üks neljast vastastikmõjust
- Elektrienergia saamine ja kasutamine
- Elektromagnetiline side- ja infotehnika
Elekter looduses ja tehnikas
Elekter
Tänapäeval ümbritsevad meid kõikjal esemed ja nähtused, mille iseloomustamisel kasutame sõna elekter. Teler ja taskuarvuti, külmik ja laualamp, tolmuimeja ning tramm − need kõik on äärmiselt erinevad asjad nii oma väljanägemiselt kui otstarbelt. Sellest hoolimata teame, et neil on üks tähtis ühine omadus − nad kõik tarbivad elektrienergiat. Elektriseadmete tööpõhimõtet ning looduses esinevaid elektri- ja magnetnähtusi käsitlebki kursus nimetusega Elekter ja magnetism.
Sõna elekter on jõudnud meieni kreeka keelest. Nii nimetasid vanad kreeklased kuldse läikega metallisulamit ja ka sellega väliselt sarnast ainet – merevaiku (kr k – elektron). Nad märkasid, et villase riidega hõõrutud merevaigutükk suudab kergeid ainekübemeid enda külge tõmmata. Ajapikku hakati kõiki selliseid loodusnähtusi nimetama merevaigu-sarnasteks ehk elektrilisteks.
Huvitav on märkida, et kuigi enamikus Euroopa keeltes on levinud kreeka sõna elekter, kasutavad meie naabrid soomlased samas tähenduses omatüvelist sõna sähkö. Ka eestlane ütleb pärast elektrilöögi saamist, et ta sai särtsu. Meil jääb vaid kahetseda, et eesti keelemehed pole seda asjaolu märganud. Muidu võiksime ka meie praegu rääkida särtsunähtustest, särtsuenergiast või särtsuvoolust.
Magnet
Kreeka päritoluga on ka sõna magnet. Magnesia kivina (kr k – Magnetis lithos) tunti vanas Kreekas kivimit, mis oli suuteline raudesemeid enda külge tõmbama. Elektrilise ja magnetilise tõmbejõu sarnasusest lähtuvalt oli vana- ja keskajal kombeks arvata, et need jõud põhimõtteliselt ei erinegi. Alles esimestes teaduslikes käsitlustes hakati erinevust selgelt rõhutama. Siitpeale kulges elektri- ja magnetnähtuste uurimine teineteisest üha rohkem lahus.
 |  Gilberti De Magnete tiitelleht
|
Elektri ja magnetismi uurimise algatajaks peetakse inglise arsti ja füüsikut William Gilbertit (1544–1603). 1600. aastal ilmus trükist tema töö De magnete..., mille täieliku pealkirja võib eesti keelde tõlkida kujul: Magnetist, magnetilistest kehadest ja suurest magnetist – Maast. Vaatamata pealkirjale sisaldas Gilberti uurimus rea põhimõtteliselt uusi tulemusi just elektrinähtuste valdkonnas. Varem arvati, et elektriline aktiivsus on ainult merevaigu omadus. Gilbert aga näitas, et elektriseerida võib veel paljusid teisi aineid, näiteks teemanti, klaasi või väävlit.
Elektri ja magnetismi alasele uurimistööle oli aga määratud uuesti teineteisele läheneda ja lõpuks kokku sulada. 19. sajandi suured füüsikud Michael Faraday ning James Clerk Maxwell avastasid, et elektrilistel ja magnetilistel jõududel on tõepoolest ühine allikas. Elektri- ja magnetnähtused on looduses toimiva üldise elektromagnetilise vastastikmõju avaldumisvormid.
 Michael Faraday
|  James Clerk Maxwell
|
Kõik loodusnähtused taanduvad kokkuvõttes neljale vastastikmõju liigile: tugevale, elektromagnetilisele, nõrgale ja gravitatsioonilisele. Gravitatsiooniline vastastikmõju on meie jaoks eelkõige Maa külgetõmbejõu põhjustaja. Ta määrab kehade käitumise oluliselt vaid siis, kui vähemalt üks kehadest on väga suur. Tugev ja nõrk vastastikmõju tulevad esile vaid mikromaailma protsesside käigus. Näiteks hoiavad tugeva vastastikmõju jõud koos aatomite tuumi. Nende jõudude toime on ruumiliselt väga piiratud. Tugev vastastikmõju rakendub alles vahekaugustel 10–15 m ning nõrk vastastikmõju ei ulatu kaugemale 10–18 meetrist.
Elektromagnetjõud meie ümber
Jõud, millega me oma igapäevases elutegevuses vältimatult kokku puutume, on valdavalt elektromagnetilise päritoluga. Nendeks on näiteks elastsusjõud, hõõrdejõud ja ka elusorganismide lihasjõud. Elektrijõud hoiavad koos lihtaine aatomeid. Vedeliku või gaasi molekulideks, tahkisteks ja keerulisteks orgaanilisteks ühenditeks liidab aatomeid keemiline side, mis on samuti tingitud elektromagnetilisest vastastikmõjust. Seega ei ole elekter mitte ainult kassi karvas, vaid paneb liikuma ka kassi enda.
Elektromagnetjõudude kaks tähtsaimat tehnilist rakendust on elektroenergeetika ning elektriline side- ja infotehnika.
Elektroenergeetika hõlmab kogu inimtegevust elektrienergia tootmisel, ülekandel ja kasutamisel. Elektrijaamades muudetakse elektrienergiaks mingi osa kütuse põlemisel vabanevast soojushulgast, voolava vee kineetilisest energiast või koguni aatomituumade seoseenergiast. Neid jaamu nimetatakse seetõttu vastavalt soojus-, hüdro- ja tuumaelektrijaamadeks. Päikesepatarei muundab elektrienergiaks valguskiirguse energiat. Taskulambipatareis, autoakus ja teistes keemilistes vooluallikates saadakse elektrienergiat keemilisel reaktsioonil vabaneva energia arvelt.
Tarvitis leiab aset vastupidine protsess. Elektrienergia muundub mehaaniliseks energiaks (elektrimootoris), valguskiirguse energiaks (elektrilambis), soojuseks (kütteseadmes) või mingiks muuks energia liigiks. Elektrienergia on omamoodi vahelüliks loodusest ammutatava ja inimtegevuses kasutatava energia vahel. Seda soodustab asjaolu, et elektrienergiat saab üle kanda juhtmete abil. Pole vaja mingeid rihmu, võlle ega hammasrattaid.
Elektrilise energiaülekande põhieeliseks tulebki pidada mugavust. Näiteks tuleb aurumasina käimapanemist alustada tule süütamisest. Mopeedi või mootorratta korral peab pöörama vänta. Elektriseadme käivitamiseks piisab aga nupule vajutamisest. Elektrienergia suurima puudusena võiks nimetada raskusi suurte energiakoguste salvestamisel. Elektrilise energia tootmine ja tarbimine peavad toimuma samaaegselt.
Esmapilgul võib küll näida, et elektrienergia konserveerimine on võimalik. Akut saab ju laadida. Tegelikult on akus salvestunud keemilise sideme energia, mida ei saa otsekohe elektrienergiaks muundada. Näiteks kulgeb vastav reaktsioon autoakus külma ilmaga aeglasemalt. Seetõttu on auto käivitamine külmal ajal raskendatud.
Elektroenergeetikast veelgi kiiremini areneb tänapäeval elektromagnetiline infotehnika. See hõlmab andmete, kõne, muusika või muu sellise esitamist ja ülekandmist elektromagnetilise signaalina. Samas on ka tegemist info elektrilise, magnetilise või optilise salvestamise ning töötlemisega.
Kõik see sai alguse telegraafi leiutamisest, mis võimaldas teateid elektrisignaali kujul mööda juhtmeid edasi anda. Sidetehnika järgmine sõna − telefon, suutis telegraafimärkide asemel edastada juba inimese elavat kõnet. Elektromagnetlainete vahendusel toimiva raadioside kasutuselevõtt võimaldas vabaneda tülikatest ühendusjuhtmetest. Televisioon tegi aga teoks kujutise edastamise suurte vahemaade taha. Kaasajal on igapäevaseks muutunud seadmed, mis suudavad salvestada ja taas esitada heli ning ka kujutist.
Elektronarvutite rakendamine võimaldab tänapäeval lahendada ülesandeid, mis arvutustöö mahukuse poolest seni inimesele üle jõu käisid. Mitte vähem tähtis pole arvutustehnika osa andmete liigitamisel ning vajalikule kujule viimisel. Elektriliste infotöötlus- ja sidesüsteemide kiiretoimelisuse aluseks on elektromagnetilise vastastikmõju suur levimiskiirus − kuni 3 · 108 m/s.
Käesolev õpik käsitleb elektromagnetilise vastastikmõju seaduspärasusi, mille tundmine aitab meil mõista väga paljude loodusnähtuste tekkimist. Nendel seaduspärasustel põhineb ka elektriseadmete töö, mida me oma igapäevases elus pidevalt kasutame. Seega on elektrialased teadmised nii tunnetusliku kui ka rakendusliku väärtusega.
?
- Milline on teie arvates parim viis elektrienergia saamiseks? Aga milline sobiks kõige paremini Eesti oludes?
- Miks kasutatakse elektrivedureid, tramme ja trollibusse eelkõige suuremates linnades?
