Enne elektroonika ehitamist peame kõigepealt aru saama, mis on elekter. Võib öelda, et elekter on komplekt nähtusi, mis on meie maailmaruumis olemas. Lihtsalt sellepärast, et elektrilaengud on olemas. Miks need elektrilaengud olemas on, see läheb juba filosoofia teaduste valdkonda.
Inimkonna jaoks on oluline, et neid elektrilaenguid on võimalik enda soovi järgi liikuma panna. Kui liigutada suures koguses laenguid, siis on võimalik panna tööle suuri mootoreid või kütta kuumaks sauna. Kui liigutada õigesti aga imeväikeseid elektrilaengute koguseid, siis on võimalik teha keerulisi arvutusi või ilusaid pilte oma digikaameraga. Niisiis elektri olemuse juures huvitab meid eeskätt, kuidas elektrilaenguid liigutada meile vajalikul moel.
Meie igapäevasest elektrienergiast suurem osa tuleb elektrijaamadest, kus muudetakse erinevaid energia liike elektrienergiaks, mida on hea mööda metallist kaableid liigutada. Olgu selleks siis põlevkivi põlemine, vee voolamine, tuule puhumine, päikese paistmine või hoopiski tuumakütuse lagunemine. Igal riigil ja piirkonnal on oma vahendid ja võimalused, et elektrilaengud inimeste hüvanguks liikuma sundida.
​
ALALISVOOL JA VAHELDUVVOOL
Kui elektrilaengud liiguvad, siis jõuamegi elektroonikast rääkides esimese olulise mõisteni: elektrivool.
​
Kui elektrilaengud lippavad mööda juhet ühtlase kiirusega ja ühes suunas, siis nimetatakse seda laengute liikumist alalisvooluks. Sellist liiki voolu on võimalik saada näiteks akudest, patareidest ja koduelektroonika adapteritest. Kui te kuskil seadme peal näete sellist sümbolit, tähistab see, et antud seade võtab vastavalt sisse alalisvoolu (tarbib oma tööks) või annab välja alalisvoolu (toidab sellega teisi seadmeid).
​
​
Kui elektrilaengud perioodiliselt muudavad oma liikumise suunda, nimetatakse seda vahelduvvooluks. Vahelduvvool on see elektivooluliik, mida on võimalik seinakontakist tarbida. Miks ta just niimoodi vahelduma peab - lühidalt võib öelda, et vahelduvvoolu tekitamine elektrijaamades ning vahelduvvoolu läbi elektriliinide sadade kilomeetrite taha liigutamine on lihtsalt palju efektiivsem ja odavam, kui see oleks alalisvoolu puhul. Euroopa insenerid otsustasid peale Teist maailmasõda, et Euroopa elektriliinides peaks elektrilaengute vool pendeldama edasi tagasi just 50 korda sekundis (50Hz sagedusega).
Vahelduvvoolu sümbol on selline:
​
​
​
Otse vahelduvvoolu pealt töötavad elektrilised küttekehad ja suured mootorid. Moodsas majapidamistes leiab aga alalisvoolu tarvitavaid seadmeid järjest rohkem ja rohkem. Sellised adapterid ja toiteplokid, mis teevad vahelduvvoolu alalisvooluks, on võrdlemisi lihtsad ja odavad valmistada. Sellepärast tuleb ka iga uue mobiili või sülearvutiga alati poest kaasa ka uus adapter.
OHUTUS
Enne, kui saame päriselt midagi ehitama hakata, ei saa me üle ega ümber ohutusest!
Elektrivool on inimese organismi jaoks ohtlik, sest elektrilaengute liikumine ei pane tööle mitte ainult kodumasinaid, vaid ka meie enda keha. Lihased, süda ja närvisüsteem on elektrivoolule väga tundlikud. Kõige lihtsam ning enam-vähem ohutum viis seda endale meelde tuletada on katsuda keelega 9V patareid.
NB! Kindlasti ärge proovige seda katset teha ühegi patareiga, mille peale kirjutatud pinge on suurem kui 9V!
3 kõige olulisemat elektriohutuse reeglit
1) Seinakontaktist tulev vool on eluohtlik!
Seinakontaktist tulev vool on eluohtlik ning võib tappa vähem kui sekundiga! Seinakontakti minevate juhtmete, kaablite ja pikendusjuhtmete ise ümber ehitamine või parandamine võib olla ohtlik nii sulle kui ka su kodule (tulekahju). Kui 220V seinakontakti minev juhe, milles voolab vahelduvvool, on katki (niimoodi, et juhtmest paistab haljast vaske), siis kõige mõistlikum mõte on osta uus juhe. Alalisvoolujuhtmete, nagu näiteks USB kaabli, ise parandamist ei pea kartma, sest ohtu elule või majapidamisele ei ole. Kõige hullem, mis juhtuda võib on see, et kui parandades vea teed, siis kaabel lihtsalt ei tööta.
2) Enne vooluvõrgust välja ja alles siis kruvima!
Kui tahad mõnd elektroonikaseadet lahti võtta, et uurida, mis seal sees on või mis tal viga võiks olla, siis kõigepealt veendu, et seade oleks enne vooluvõrgust välja tõmmatud ning võimalusel oleks ka seadmest aku välja võetud. Kui akut ei ole võimalik esimese asjana eemaldada (näiteks tuleb enne korpus pealt ära kruvida), siis püüa ikkagi aku esimesel võimalusel peale korpuse avamist eemaldada.
3) Kasuta patareisid või valmis toiteplokke!
Algaja elektroonik peaks oma hobiprojektides ja skeemides kasutama kas patareisid, võtma voolu arvuti USB pordist või siis kasutama poest ostetud toiteplokke ja adaptereid, sest sellisel juhul ei pea kartma, kas oled kõrgepingeelektroonikas teinud mõne eluohtliku või tuleohtliku vea. Poes müüdavad adapterid ja toiteplokid on läbinud põhjaliku ohutuse alase testimise.
PINGE, TAKISTUS, VOOLUTUGEVUS, OHMI SEADUS
Kui tegeled elektri ja elektroonikaga, on oluline teada 3 kõige olulisemat mõistet: mis on vool, mis on pinge ja mis on takistus ning kuidas need kolm elektrilist suurust on omavahel seotud.
​
PINGE
​
Pinget tähistakse sümboliga U ning mõõdetakse voltides (mille tähiseks on suur V täht). Vooluallikale märgitud pinge näitab selles vooluallikas peituvat potentsiaali liigutada laenguid. Räägitakse ju ka inimeste puhul, et mõnel on rohkem potentsiaali saada superstaariks või tipp-poliitikuks kui mõnel teisel. Tehakse edetabeleid ja pannake hindeid, hinnanguid ja reitinguid. Täpselt samamoodi on ka osadel vooluallikatel rohkem potentsiaali liigutada laenguid ja teistel jällegi vähem.
TAKISTUS
Nii nagu iga superstaari teel on hunnik takistusi, nii on ka elektrivoolu teel takistused, mis määravad, kuhu ta välja jõuab ja kas üldse jõuab. Elektrilist takistust mõõdetakse ühikus nimega oom (lühidalt pannakse kirja suure kreeka tähega Ω (oomega)) ja tähistatakse valemites tähega R. Mida suurem on takistus (mida rohkem oome), seda raskem on laengutel läbi selle takistuse voolata ja seda suurem peab olema pingeallika potentsiaal.
VOOLUTUGEVUS
Selle, kes on tegelikult superstaar ja kes mitte, määrab päeva lõpuks ära ainult üks asi - kui paljude inimeste teadvusesse tema looming tegelikult jõuab ja palju ta kontsertipileteid müüb. Madala potentsiaaliga bänd, kelle teel on vähe takistusi, võib jõuda kiiresti edetabelite tippu samale pulgale suure potentsiaaliga artistidega, kes pidid samale positsioonile jõudma raskemat ja takistusterohkemat teed pidi. Elektroonikas kasutatakse selle nähtuse (selle potentsiaali realiseerumise) kirjeldamiseks voolu mõistet, et väljendada, kui tubli tulemuse mingi vooluallikas saavutab kõigi tema teele jäävate takistuste kiuste.
Elektrivoolu tähistatakse valemites tähega I ning mõõdetakse Amprites (mille lühidaks tähiseks on A täht). Superstaari võrdluse puhul võiks üheks voolu mõõdikuks olla näiteks ühes päevas müüdavate kontserti piletite hulk või ühes kuus tehtud Spotifys mängimiste hulk.
​
OHMI SEADUS
​
Kokkuvõtvalt olemegi superstaari võtmes ära kirjeldanud elektrooniku jaoks kõige olulisema seaduse, mida nimetatakse Saksa füüsiku Georg Simon Ohmi järgi Ohmi seaduseks.
Ohmi seaduse saab valemi kujul kirja panna nii:
​
​
​
Ohmi seaduste meelde jätmiseks on vaja meelde jätta kaks loogilist seost:
-
Selleks, et vool (I) kasvaks peab kasvama pinge (potentsiaalide erinevus U) või kahanema takistuste hulk (R) elektrivoolu teel.
-
Selleks, et vool (I) muutuks väiksemaks, peab aga pinge (U) vastavalt vähenema või siis takistus (R) laengute liikumise teel suurenema.
​
LISALUGEMIST:
https://sisu.ut.ee/elektroonika/15-elektripinge
https://sisu.ut.ee/elektroonika/13-elektrivool
https://sisu.ut.ee/elektroonika/21-ohmi-seadus
​
​
KORDAMISKÜSIMUSED
-
Vooluringi on jadamisi ühendatud 3 ühesugust hõõglampi, vooluringi toidetakse 24 V toiteplokiga. Kui suur on pinge ühel lambil?
-
Vooluringi on rööbiti ühendatud 3 ühesugust hõõglampi, vooluringi toidetakse 24 V toiteplokiga. Kui suur on pinge ühel lambil?
-
Kui suur voolutugevus läbib 1 kΩ takistit, kui toitepinge on 3 V?
-
Vooluringi, milles on 5 jadamisi ühendatud ühesugust lampi, kogutakistus on 12 Ω. Vooluringi toidetakse toitepingega 12 V. Kui suur voolutugevus läbib keskmist lampi? Mis on esimese lambi takistus?
TINKERCADI PRAKTIKUMID
Läbi praktikumid 1 ja 2. ​
