Miks laengud tõukuvad ja tõmbuvad?
Öeldakse, et laengud põhjustavad elektrivälja, mis siis omakorda mõjutab eemal asetsevaid laenguid. Alar juhatab teema sisse.
Elektrostaatika simulatsioon.
Selles simulatsioonis saate uurida elektrostaatika erinevaid aspekte.
Elektrostaatilise välja uurimine
Liikumatute laengute poolt tekitatud ajas muutumatut välja nimetatakse elektrostaatiliseks väljaks. Inimene ei suuda seda oma meeleorganitega tajuda, kuid oskab erinevate abivahendite abil uurida. Sissejuhatavas videos tutvume seadmega, millega saab vaadelda elektrostaatilist välja ühes tasandis.
Punktallikatevaheline elektrostaatiline väli

Punktallikas on allikas, mille mõõtmed on tühised võrreldes ülejäänud distantsidega katseskeemis. Uurime kahe paigalseisva punktallika vahelist elektrivälja. 

Plaatkondensaatori elektrostaatiline väli
Plaatkondensaator koosneb kahest paralleelsest metallplaadist, mida nimetatakse kondensaatori kateteks, ning neid eraldavast dielektrikust. Vaatleme laetud kondensaatori elektrivälja.
Elektrivälja puudumine juhi sisemuses

Juht on elektriväljas, kuid elektriväli pole juhis? Uurime, kuidas moonduvad algselt homogeense elektrivälja jõujooned seest tühja juhi läheduses.

Teraviku elektriväli

Kuidas valida piksevarrast? Üks võimalus on erinevad piksevardad koju kaasa võtta ja neid kordamööda äikese ajal katsetada. See on aga raske ja ohtlik. Päris hea ettekujutuse toimuvast võib aga saada ka teades, missugune on teraviku elektriväli.

Kui üks elektrijuht on teise sees: koaksiaalsete juhtide elektriväli
Koaksiaalne  tähendab eesti keeles ühistelgne. Näiteks pliiats on oma südamikuga koaksiaalne. Mida on aga ühist  elektriväljal televiisori antenni kaablis ja päikesel?
Elektrivälja jõujooned: Elektrisultan
Kas elektrisultan on teatavat sorti elektriline riigipea Idamaades? Tuleb välja, et ei ole. Meie katses kujutab ta endast hulka soolvees immutatud, kuivatatud ja ühte punkti kinnitatud kergeid paberiribasid, mille abil saab uurida elektrivälja ruumis.
Magnetil on poolused. Aga mis on pooluste vahel?

Uurime magneti pooluseid.

Kahe erinimelise laengu elektriväli

Kui ühe elektrisultaniga saab näitlikustada ühe punktlaengu elektrivälja, siis kahe elektrisultaniga saab näidata, millised on välja jõujooned kahe punktlaengu vahel. Uurime erimärgiliste laengute vahelist välja.

Kahe samanimelise laengu elektriväli

Kui ühe elektrisultaniga saab näitlikustada ühe punktlaengu elektrivälja, siis kahe elektrisultaniga saab näidata, millised on välja jõujooned kahe punktlaengu vahel. Uurime samamärgiliste laengute vahelist välja.

Juuksed püsti

Eriti pikkade juustega tehtud Van de Graafi eksperiment. Harilikult tulemus nii hea ei ole.

Tutvume püsimagnetitega

Magnet on keha, mis tõmbab külge rauda. Magneti nimetus tuleneb kreeka sõnadest magnetis lithos, mis tähendab "Magneesia kivi". Magneesia oli vanaaja linn praeguse Türgi alal, mille lähedal vaadeldi esmakordselt looduslikke rauda külge tõmbavaid kivimeid. Kas magnetiks kõlbavad ainult sealsed kivid?

Püsimagnet maa magnetväljas.

Maa on nagu üks suur magnet. Kui riputame väikese magneti niidi otsa või asetame ta alusele, siis võtab see magnet maa naabruses kindla suuna - tema põhjapoolus näitab põhja-, ja lõunapoolus lõunasuunda. Tegelikult saab sellest lihtsast ja kõigile hästi teadaolevast eksperimendist juba nii mõndagi järeldada. Näiteks seda, et magnetite ümbert võiks analoogiliselt laengutega seoses nähtuga leida magnetvälja. Aga esmalt kompassikatse.

Magnetvälja jõujooned - sirgmagneti magnetväli
Niisiis, kui magnetid üksteist mõjutavad, siis võiks nende ümber olla magnetväli. Et me sellist välja silmaga ei näe, siis jällegi võtame kasutusel abivahendid, magnetvälja korral rauapuru, mis teeb muidu nähtamatud magnetvälja jõujooned nähtavaks. Siin eksperimendis vaatleme sirgmagneti ümber olevat magnetvälja.
Püsimagneti magnetväli

Missugune näeb välja sirge pösimagneti magnetväli. Arvutisimulatsioon.

Magnetvälja jõujooned - U-magneti magnetväli
Nüüd vaatame eelnevaga väga analoogilises eksperimendis U-magneti magnetvälja.
Elektri- ja magnetnähtuste seos, Oerstedi katse.
Heakene küll, magnetite ümber on magnetväli ja magnetid mõjutava üksteist, need asjad on meie igapäevakogemusest hästi teada. Aga kas on veel võimalusi magnetvälja tekitamiseks? Või kuidas on seotud magnet- ja elektrinähtused? Vaatame siin üht klassikalist katet, kus elektrivool mõjutab magnetnõela. Mida me sellest katsest järeldame? Eks ikka seda, et vooluga juhtme ümber tekib magnetväli.
Vooluga sirgjuhtme magnetväli.

Uurime, missugune näeb välja vooluga sirgjuhtme magnetväli.

Magnetvälja jõujooned - ringvoolu magnetväli
Veendumaks, et vooluga juhtme ümber tõepoolest tekib samasugune väli kui püsimagnetite ümber saame kasutada rauapuru, nagu ka eelnevates eksperimentides. Siin katses vaatame ringvoolu magnevälja. Jätame ka meelde, et magnetväljal öeldakse olevat jõujooned ning just neid saab katses vaadata.
Magnetvälja jõujooned - vooluga pooli magnetväli
Teema analoogilise eksperimendi ja vaatleme vooluga pooli magnetvälja (magnetvälja jõujooni).
Alar seletab, missugune on vooluga juhtme magnetväli.

Alar räägib kaks viimast katset täpsemalt lahti. Ja ärgu teid eksitagu asjaolu, et Koidu juhtme magnetvälja eksperimenti päris sellisel kujul, nagu Alar viitab siit hetkel leida pole. Vaadake ringvoolu magnetvälja jõujoonte eksperimendi ühte poolt, seal on need ringid kendasti näha.

Kuidas seletada seda, et pooli magnetväli on just niisugune nagu ta on?
Üks asi on lihtsalt uskuda seda, mida õpetaja ütleb, aga alati on kasulik asjad ise läbi mõelda. Siin videos räägib Alar, kuidas moodustub pooli magnetväli.
Kuidas magnetitega elektrivoolu tekitatakse?

Eelnevates katsetes on magnetid ja juhtmed paigal seisnud. Kas nende liigutamisega kaasneb ka uusi füüsikalisi nähtusi? Selgub, et kui elektrijuht liigub magneväljas, siis tekib juhtmes elektrivool. Alar seletab neid seaduspärasusi, mis kirjeldavad elektrivoolu tekkimist magnetväljas liikuvas juhis. Tuuakse sisse magnetvoo mõiste. Pärast vaatame eksperimenti.

Voolu tekkimine juhtme liigutamisel magnetväljas.
Veendume, et kui elektrijuht liigub magneväljas, siis tekib juhtmes elektrivool, mida siin mõõdame kalorimeetriga.
Kuidas mõjutab magnetväli seal liikuvaid laenguid?
Nägime, et magnetväljas liikuvas juhis võib tekkida elektrivool. Uurisime ka, kui suur see vool ühel või teisel juhul olla võiks. Aga missugune jõud sellist voolu, ehk siis laengute suunatud liikust põhjusta? Selle jõu nimi on Lorentzi jõud ja Alar räägib nüüd, mis see on ja kuhu poole ta mõjub.
Lorentzi jõud - magnetvälja mõju liikuvatele laenguga osakestele
Selleks katses tekitame elektronide voo vaakumkambris ning mõjutame seda elektronide voogu magnetväljaga. Näeme, et elektronid kalduvad oma esialgsest suunast kõrvale. Koit seletab ka ära vasaku käe reegli, mis ütleb, kuhu poole magnetväljas liikuvad laengud kalduvad, ehk siis kuhu poole Lorentzi jõud mõjub. 
Lorentzi jõud kolmedimensionaalses eksperimendis
Lorentzi jõu mõju saab demonstreerida väga erinevates eksperimentides. Käesoleval juhul tekitatakse magnetväli väga suure diameetrga magnetpoolide abil ning elektronid lendavad tavalist elektripirni meenutavas klaaskuplis. Tutvume kõigepealt katseseadmega.
Kus see energia siis on ja mis ta on?

Kehadel võib olla potentsiaalne energia ja kehadel võib olla kineetiline energia. Kas me alati oskame näha selle ühe või teise energialiigi olemasolu?

Magnetite tõukumine ja tõmbumine
Magnetil on kaks poolust; põhja- ja lõunapoolus. Siinkohal uurimegi millised poolused omavahel tõmbuvad ja millised tõukuvad.
Laengute liikumine magnetväljas: liikumise trajektoori sõltuvus liikumise algsest suunast.

Kui laengud liiguvad piki magnevälja jõujoonte sihti, siis nendele Lorentzi jõud ei mõju. Kui laengud liiguvad magnetvälja jõujoontega nurga all, mõjub neile nullist erinev jõud ning laengute trajektoor (elektronkiir) ei ole enam sirgjooneline. Millal on trajektoor spiraal, millal ring? Vaadake järele selles eksperimendis.

Laengute liikumine magnetväljas: muudame laengute kiirust
Kui muudame magnetväljaga risti liikuvate laengute kiirust, siis nende ringjoonelise trajektoori (vt eelmine eksperiment) raadius suureneb või väheneb.
Laengute liikumine magnetväljas: muudame magnetvälja tugevust
Kui magnetväli tugevneb, suureneb vastavalt ka seal liikuvatele laengutele mõjuv jõud. Järelikult väheneb nende ringliikumise trajektoor.
Lenzi reegli demonstreerimine
Lenzi reegel ütleb, missuguses suunas hakkavad liikuma laengud, kui näiteks rõngast läbiva magnevälja suurus muutub. Näeme, et see suund sõltub sellest, kas magnetväli suureneb või väheneb. Samuti näeme, et magnetväli mõjutab rõngasti vaid juhul, kui seal saab liikuda elektrivool, so kui rõngas on terve.
Aga kuidas seletada vooluga juhtmete tõukumist ja tõmbumist?
Seose annotatsioon
Erisuunaliste vooludega juhtmete vastastikune mõju

Elektrivool on laengukandjate suunatud liikumine. Kuna liikuvate laengute ümber tekib magnetväli, võib oletada, et ka vooluga juhtme ümber on magnetväli. Kuidas mõjutavad teineteist kaks samasuunalise vooluga juhet?

Samasuunaliste vooludega juhtmete vaheline mõju

Elektrivool on laengukandjate suunatud liikumine. Kuna liikuvate laengute ümber tekib magnetväli, võib oletada, et ka vooluga juhtme ümber on magnetväli. Kuidas mõjutavad teineteist kaks vastassuunalise vooluga juhet?

Faraday induktsioonikatsed

Siin näitame neid katseid, mille abil Michael Faraday 1831. a. avastas elektromagnetilise induktsiooni nähtuse. Need eksperimendid olid pöördelise tähtsusega teaduse arengus, samuti ka praktiliselt kõigi meid täna ümbritsevate elektriseadmete sünniloos.

Magnetväljas asuvale vooluga juhtmele mõjub jõud
Siin näidatakse seda eksperimentaalselt  - juhe hakkab selle jõu mõjul liikuma.
Vooluga juhtmele magnetväljas mõjuv jõud

Arvutisimulatsioon magnetväljas paiknevale juhtmele mõjuva jõu kvalitatiivseks uurimiseks.

Ampere seadus: vasaku käe reegel
  Ampere seadus määrab, missuguses suunas mõjub jõud magnetvälja asetatud vooluga juhile. Seda seadust aitab praktilises elus rakendada vasaku käe reegel. Siin on see kenasti ära seletatud.
Ampere seadus: jõu suund sõltub magnetvälja suunast
Magnetvälja asetatud vooluga juhtmele mõjuv jõud sõltub magnetvälja suunast. Veendume selles eksperimentaalselt.
Ampere seadus: jõu suund sõltub voolu suunast
  Magnetvälja asetatud vooluga juhtmele mõjuv jõud sõltub voolu suunast. Veendume selles eksperimentaalselt.
Kuidas kirjeldatakse elektromagentlaineid?

Elektromagnetlained on ristlained. Kuidas seda endale ette kujutada? Saage tuttavaks, kõigi raadio-, valgus- jt elektromagnetlainete algkomponent: polariseeritud tasalaine.

Elektromagnetlainete skaala: ultraviolett

Seal, kus lõpeb nähtav valgus, seal algab ultraviolett. Vaatame mõnd huvitavat nähtust ja rakendust, mis ultraviolettkiirgusega seondub.

Kuidas ekraanid töötavad
Kui me oleme nüüd tutvust teinud magnetväljas liikuvatele elektronidele mõjuvate jõududega, oskame me ka kindlasti seletada sel põhimõttel töötavate monitoride ehitust. Aga vaadake klippi ja mõelge seal nähtu üle oma vastomandatud teadmiste põhjal järele.
Elektromagnetlainete skaala: infrapunakiirgus

Kui läheme elektromagnetlainete skaalas nähtavast valgusest pikemalainelisele poole, satume infrapunakiirguse piirkonda. Vaatame sellega seonduvalt mõningaid huvitavaid nähtusi. 

Mis on virmalised ja kuidas need tekivad?

Siin videoklipis saate veidi aimu.