C'è una "unità di tempo" implicita nella misurazione dell'elettricità? (ad es. miglia orarie, kb al secondo, ampere per ???)

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Sono molto nuovo nell'elettronica e sto attraversando quella che deve essere una difficoltà comune nell'afferrare la tensione, la corrente e la resistenza. Limiterò la mia domanda alla corrente poiché sospetto di aver capito che il pezzo potrebbe far luce sulla tensione e sulla resistenza.

Ho letto alcune domande qui:

E mi hanno aiutato un po ', ma sto ancora lottando. Una parte specifica che è difficile da risolvere mentalmente è che sto leggendo le unità di misura di base, ma non sono del tutto sicuro di ciò che viene misurato. Ad esempio, una libbra sta misurando la forza di gravità che attira una collezione di atomi. Un gallone è la quantità di liquido che può occupare una quantità fissa di spazio. Elettricità ... Mi perdo nei dettagli di ciò che viene osservato.

Molte unità di misura sono una quantità fissa di qualcosa che non cambia (a meno che non intervenga). Per esempio:

1 gallone di latte
16 once di manzo
30 litri cubi di aria

Non sembra avere senso con qualcosa come la corrente che misura costantemente gli elettroni in movimento. In alternativa eseguiamo misurazioni di qualcosa mentre cambia nel tempo:

35 miglia all'ora
128 kilobit al secondo
5.000 galloni al minuto

Quando si parla di corrente, diciamo semplicemente "amplificatori", non "amplificatori per qualcosa ". Bene, ho capito che gli "amp" misurano il flusso di elettroni, ma cosa significa esattamente quel "flusso"? È il numero di elettroni (o il numero di qualcos'altro) che passa attraverso una posizione su un circuito in un secondo (o qualche altra unità) di tempo? Quando tocco i cavi del mio multimetro su un filo, che cosa esattamente "guarda"?

Ho letto che i volt sono una misura dell'energia potenziale correlata a joule e coulomb ( http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_2/1.html ) (più confusione ma va bene) e credo che i coulomb siano misurati al secondo. Il secondo passa anche agli amplificatori?

L'unica altra cosa a cui riesco a pensare è che gli amplificatori potrebbero essere più simili alla pressione in cui stai misurando le libbre per pollice quadrato .

So che l'elettricità è elettricità e nessuna analogia è perfetta. Sto cercando di capire l'elettricità per quello che è, non sono sicuro di come vengano effettivamente eseguite queste misurazioni. Forse sto pensando troppo, ma ogni intuizione più profonda sarebbe grandiosa.

(Se questo è già stato spiegato a morte, mi scuso, potrei non conoscere il miglior termine di ricerca da usare.)

Amico, come nuovo di questo sito sono così sbalordito che così tante persone hanno impiegato così tanto tempo per aiutarmi a capirlo. Come molte cose penso che ci vorrà del tempo e molta più lettura / esperienza per "affondare", ma tutte le risposte sono state così utili. Sto contrassegnando la risposta "ampli include tempo" come quella che mi ha aiutato di più perché ha risposto al nocciolo della mia domanda "ampli per cosa ?". Sto immaginando "ampli" simili a " nodi ", nel senso che le quantità fanno parte della definizione della parola invece di essere esplicitamente dichiarate come sarebbero in un'altra unità come "miglia all'ora ". Non un'analogia perfetta, ma almeno mi aiuta a capire dove sono finiti tutti i numeri difficili.

current-measurement

— Cliff Pruitt
fonte

Per quanto riguarda capire "a volt", vedere electronics.stackexchange.com/questions/73375/…

— Phil Frost,

Inoltre, non cadere nella trappola di pensare che la carica elettrica sia elettrone. Gli elettroni hanno una carica elettrica e sebbene abbiano "elettr" nel loro nome, non sono l'unico tipo di carica elettrica. electronics.stackexchange.com/questions/72875/…

— Phil Frost,

Grazie Phil. Questa domanda sembra un'ottima lettura. Sarò sicuro di affrontarlo. Come ho detto nel mio post, attualmente sto cercando di ottenere una buona conoscenza della corrente (una cosa alla volta, giusto?), Ma alcuni dei punti relativi alla tensione nelle risposte sono stati davvero utili nella comprensione della corrente, quindi apprezzo il collegamento.

— Cliff Pruitt il

2

Scommetto che ti piacerebbe leggere amasci.com/miscon/whatis.html

— Phil Frost,

2

"Litri cubi"? è qualcosa di Picasso? Un litro è una misura del volume, quindi dire litri cubi è come dire acri quadrati!

— Andy aka

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Gli amplificatori includono il tempo ...

Amp = Coulomb al secondo

Questo dice più semplicemente che ...

Current = amount of charge per time interval

È una metrica di portata. Come l'acqua ... litri (volume -> quantità) al minuto (tempo)

Più in profondità

In termini pratici, l'ampere è una misura della quantità di carica elettrica che passa un punto in un circuito elettrico per unità di tempo con 6.241 × 10 ¹⁸ elettroni, o un coulomb al secondo che costituisce un ampere.

- Articolo di Wikipedia

sondaggio

Quando tocco i cavi del mio multimetro su un filo, che cosa esattamente "guarda"?

Se ci si trova nella modalità di misurazione della tensione, si sta effettivamente misurando la "pressione" tra i due conduttori - il grado in cui le cariche in un conduttore cercano di raggiungere l'altro (ma non possono). Il motivo per cui il gradiente di carica non può essere neutralizzato dipende dal circuito. In un condensatore, ad esempio, una barriera di qualche tipo lo impedisce. L'esistenza di una tensione tra due punti richiede che esista un tale gradiente.

Se ci si trova in una modalità di misurazione corrente, i cavi vengono installati nel percorso corrente (in serie con) e il misuratore sta misurando la quantità di carica che li attraversa nel tempo unitario (lo fa indirettamente applicando la legge di Ohm).

Ulteriori letture

Bodanis, David (2005), Electric Universe, New York: Three Rivers Press, ISBN 978-0‐307‐33598‐2

— DrFriedParts
fonte

1

"il grado in cui le cariche in un vantaggio cercano di raggiungere l'altro (ma non possono)" - Oh mio. Dopo tutte le descrizioni e le analogie che ho letto, questa affermazione mi ha aiutato a venire a patti con "tensione" più di ogni altra che abbia letto. Sono sempre stato confuso su come qualcosa potrebbe avere un'alta tensione senza alta corrente, ma immagino che se avessi solo 100 elettroni che volessero muoversi molto male, sarebbe il caso. E contare il numero di quelli che si muovono al secondo sarebbe la corrente. Sono (in un certo senso) in pista? Grazie!

— Cliff Pruitt il

2

@CliffPruitt anche se tu avessi un miliardo di elettroni che volevano muoversi molto male, ma non puoi, non potresti ancora avere corrente. I volt misurano il potenziale elettrico . Anche la pressione è un potenziale . L'altezza è un'altra. Un serbatoio ad alta pressione non scarica necessariamente fluido. Una pietra su una montagna non sta necessariamente cadendo. Una roccia non deve essere grande per essere alta. Non è necessario che un serbatoio sia grande per contenere un'alta pressione.

— Phil Frost,

Non essere un pedante, ma dovrebbe leggere Current = charge per unit timeo rate of change of charge; non è necessario includere unità quando sembra che tu stia semplicemente specificando le dimensioni.

— Justin L.,

@Justin - Sì. Ha più senso in questo modo. Stavo tentando di rispecchiare la struttura della domanda, ma è meglio per te. Revised.

— DrFriedParts il

@PhilFrost Sì, capito. Stavo solo cercando di mantenere la corrente nel mix, ma ho ottenuto che due terminali di una batteria senza circuito hanno tensione ma nessuna corrente.

— Cliff Pruitt,

6

L'unità di carico più fondamentale è l'elettrone, ma è poco pratico con cui lavorare. Un coulomb è un'unità di carica più grande che rappresenta la carica di circa 6.241.509.324.000.000.000 di elettroni. Un ampere è un'unità abbreviata che rappresenta una portata di un coulomb (ovvero 6.241.509.324.000.000.000 di elettroni) al secondo, il che significa che se un filo ha un ampere di corrente continua che lo attraversa, ci saranno circa 6.241.509.324.000.000.000.000 di elettroni che entrano in un'estremità e lasciando l'altro, che viceversa.

— Supercat
fonte

Grazie mille per aver portato i numeri letterali nella foto. Questo aiuta davvero. Non posso credere che questo non sia qualcosa spiegato in ogni pezzo di letteratura per principianti. Sembra così fondamentale sapere cosa significa la misurazione.

— Cliff Pruitt il

@Cliff: in realtà è spiegato. Basta cercare "Ampere" e dovresti trovare Coulomb al secondo, che dovrebbe portarti a cercare Coulomb.

— Olin Lathrop,

Le cariche di elettroni 2/3 o 1/3 sono più fondamentali en.wikipedia.org/wiki/Quark#Electric_charge

— Pete Kirkham,

@PeteKirkham: le cariche elettriche sono suddivisibili? So che le particelle cariche sono considerate come contenenti quark e se si misurano le cariche di varie combinazioni di quark e le inseriscono in equazioni, tali equazioni funzioneranno se si assegnano alle cariche di quark che sono frazioni di 1/3 di un elettrone ( o protone), ma non credo che sia mai possibile ottenere un quark in una situazione in cui la sua carica può essere osservata direttamente; il fatto che un gruppo di tre quark identici abbia una carica pari a un elettrone non significa che ogni quark da solo avrebbe una carica di 1/3.

— supercat,

'Fondamentale' e 'osservabile direttamente' non sono la stessa cosa però. Vi sono numerose prove che la più piccola carica direttamente osservabile è costituita dalla combinazione delle cariche da particelle più fondamentali, indipendentemente dall'osservazione diretta delle particelle.

— Pete Kirkham,

3

Piuttosto che rispondere direttamente alla tua domanda (altri lo hanno fatto abbastanza bene), vorrei introdurre un modello mentale e uno strumento analitico che dovrebbe aiutarti a capire quelle risposte. Quello strumento è l' analisi dimensionale .

Il concetto fondamentale è che un'unità è un simbolo che può essere manipolato algebricamente. Penso che un esempio sia il migliore. Sappiamo che il volume di un cuboide rettangolare è la sua larghezza, volte la sua altezza, volte la sua profondità. Diciamo che lo misuriamo per essere alto 1 metro, largo 2 metri e profondo 3 metri. Poi:

volume = 1 m \cdot 2 m \cdot 3 m

$\text{volume} = 1m \cdot 2m \cdot 3m$

$m$ $x$

1 m \cdot 2 m \cdot 3 m = 6 m^{3}

$1m \cdot 2m \cdot 3m = 6m^3$

Cioè, il volume di questo cuboide è di sei metri cubi. Ma possiamo misurare il volume in unità diverse dai metri cubi. In effetti, ogni tre unità di lunghezza, moltiplicate insieme, è un'unità di volume. L'area è due unità di lunghezza moltiplicate insieme, quindi se moltiplico l'area per lunghezza, ottengo volume. Quindi diciamo che voglio misurare il volume in un'unità wacko che ho appena inventato, l'acro-pollice.

$6m^3$ $6 \cdot m \cdot m \cdot m$ $m$ $in$ $ac$

\frac{6 m m m}{1} \frac{1 a c}{4046.86 m^{2}} \frac{1 i n}{2.54 c m} \frac{100 c m}{1 m} \approx 0.058 a c \cdot i n

$\require{cancel} \frac{6 \cancel{m m} \cancel{m}}{1} \frac{1ac}{4046.86\cancel{m^2}} \frac{1in}{2.54\cancel{cm}} \frac{100\cancel{cm}}{1\cancel{m}} \approx 0.058ac \cdot in$

Sei metri cubi equivalgono a 0,058 acri-pollici. Perché dovrei voler misurare il volume in acri pollici? Non ne ho idea, ma posso. Il punto è che le unità possono essere manipolate algebricamente.

Ciò fornisce nuove intuizioni sul significato delle unità. Scegli qualsiasi unità, come il watt , e Wikipedia ti dirà qualcosa come:

W = \frac{J}{s} = \frac{N \cdot m}{s} = \frac{k g \cdot m^{2}}{s^{3}} = V \cdot A

$W = \frac{J}{s} = \frac{N\cdot m}{s} = \frac{kg\cdot m^2}{s^3} = V \cdot A$

L'eleganza delle unità SI è che tutte le unità sono correlate da un fattore 1, quindi non è necessario scriverle. Quindi, ciò che dice è un watt è uguale a un joule al secondo. Oppure, un metro newton al secondo. Oppure, un chilogrammo di metro quadrato al secondo a cubetti. Oppure, un watt è un volt-amp. Queste sono tutte la stessa cosa.

$P$ $E$ $I$

P = I E

$P = I E$

Sapendo che la corrente può essere misurata in ampere e che la tensione è volt, quindi la potenza deve essere misurata in volt-amp. Ehi, secondo Wikipedia, è un watt:

W = V \cdot A

$W = V\cdot A$

perciò:

\frac{W}{V \cdot A} = 1

$\frac{W}{V\cdot A} = 1$

$10V$ $10mA$

P = \frac{10 m A}{1} \frac{10 V}{1} \frac{A}{1000 m A} \frac{W}{V \cdot A} = 0.1 W

$P = \frac{10\cancel{mA}}{1} \frac{10\cancel{V}}{1} \frac{\cancel{A}}{1000\cancel{mA}} \frac{W}{\cancel{V}\cdot \cancel{A}} = 0.1W$

Ecco alcuni altri esempi di analisi dimensionale:

— Phil Frost
fonte

OK, tutto ciò ha molto senso. La parte su cui mi riattacca è che per far funzionare tutto questo e per comunicare tra loro e significare la stessa cosa, da qualche parte qualcuno ha dovuto trovare l'unità di cui stiamo misurando "una", corretta? Possiamo dire che una "Verne" è uguale a 0,025 Joule, ma senza qualche unità definita da qualche parte, tutto ciò che avremmo è una formula che mostra una relazione e non un sistema di misurazione. Quindi un "ampere" applica quella relazione e usa 1 joule e 1 secondo come valori nella formula altrimenti aperta. Sì?

— Cliff Pruitt,

@CliffPruitt tutte le definizioni per le unità SI alla fine si risolvono in una delle sette unità base SI , che hanno definizioni basate su fenomeni fisici riproducibili.

— Phil Frost,

@CliffPruitt, un libro che ho trovato essere una fonte interessante di risposte a domande su come le misurazioni sono diventate quantizzate dalle unità che usiamo oggi è The Science of Measurement . Copre sia la storia di ogni quantità astratta sia la standardizzazione delle unità per misurare tale quantità. Un avvertimento è che è stato scritto nel 1974, e da allora ci sono state alcune modifiche agli standard.

— RBerteig,

2

Quando si parla di tensione, diciamo semplicemente "amp", non "amp per qualcosa".

Hai un malinteso.

Gli ampere misurano la corrente.

I volt misurano la differenza potenziale. La tensione è un'altra parola per differenza potenziale, quando la si misura con le unità di volt.

Come altri hanno risposto, gli amplificatori misurano il flusso di elettroni e un amplificatore equivale a 1 cuolomb di carica che passa al secondo.

Quando la corrente in un filo sta cambiando, non è raro misurare la velocità di variazione in "ampere al secondo" o A / s.

Ho letto che i volt sono una misura dell'energia potenziale correlata a joule e coulomb

I volt possono essere riscritti come watt per amp, o joule per cuolomb. Diamo un'occhiata alla seconda forma, joules per cuolomb.

Significa che se il potenziale in un determinato punto dello spazio viene mantenuto costante a 1 V, ci vorrà 1 joule di energia per spingere 1 C di carica in quella posizione.

Oppure occorrerebbe 1 J / s per spostare 1 C / s in quella posizione; 1 Watt per amp di corrente che scorre in quella posizione.

— Il fotone
fonte

"Quando si tratta di voltaggio, diciamo solo amplificatori" - Ops, mi scuso per lo slittamento fuorviante. Capisco che la tensione misura l'energia potenziale non corrente. Con così tanti termini sto cercando di capire che la parola sbagliata sta uscendo nel momento sbagliato.

— Cliff Pruitt il

1

Un'analogia meccanica può aiutare le cose risolvere.

In un'analogia meccanica, la forza è analoga alla tensione mentre la velocità è analoga alla corrente (elettrica) .

Come forse saprai, il prodotto della forza e della velocità è la potenza (meccanica) e analogamente, il prodotto della tensione e della corrente è la potenza (elettrica).

Mentre la forza è energia per metro, la tensione è energia per Coulomb (Coulomb è l'unità di carica elettrica).

Mentre la velocità è metri al secondo, la corrente è Coulomb al secondo.

Chiamiamo forza e tensione le variabili trasversali mentre velocità e corrente sono le variabili passanti .

In entrambi i casi, il prodotto della variabile across e through è energia al secondo che è potenza.

— Alfred Centauri
fonte

Ho ragione a dire che sebbene la velocità specifichi la velocità (e la direzione) di un singolo oggetto, la tensione differisce perché si occupa del numero di oggetti (elettroni) e quegli oggetti si muovono sempre a una velocità fissa? La resistenza riduce il numero di elettroni in movimento ma non la loro velocità. Lo capisco correttamente o un I completamente fuori base?

— Cliff Pruitt il

La tensione non si occupa del numero di oggetti; si occupa di "quanto" vogliono spostare.

— Justin L.,

@CliffPruitt Non pensare agli elettroni che si muovono alla velocità della luce. Le forze trasmesse attraverso di esse si muovono alla velocità della luce. Gli elettroni no. amasci.com/miscon/speed.html

— Phil Frost,

@CliffPruitt, è chiaro che le tue nozioni di tensione e corrente non sono strettamente allineate con le versioni dei libri di testo. Dove stai prendendo queste idee?

— Alfred Centauri,

@AlfredCentauri Non ho un'educazione formale in nessuno di questi. Sono un programmatore di professione. Ho iniziato a voler armeggiare con un po 'di elettronica audio e ho scoperto che lo sfondo mi interessava. Attualmente il materiale che sto leggendo sono i PDF qui: allaboutcircuits.com - In genere non faccio bene l'apprendimento delle cose se non riesco a capire il "perché" dietro di loro e l'elettricità mi sta confondendo. :-)

— Cliff Pruitt il

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Diamo uno scatto con un'analogia comune per i circuiti.

Un circuito è come un fiume . L'acqua in un fiume scorre sempre "in discesa" perché l'acqua in cima alla collina vuole scendere. L'acqua cercherà sempre un punto più basso.

Se l'acqua scende sempre, allora come è un circuito?

Bene, puoi pensare a un fiume ad "anello", che scorre in discesa - ma a un'estremità, c'è una ruota idraulica di qualche tipo che riporta l'acqua nella parte inferiore fino alla cima. Questa ruota prende acqua di basso livello, senza alcuna motivazione a fluire ovunque, e la "spinge" verso l'alto, con molta motivazione a fluire in discesa.

Se pensiamo all '"altezza" come "energia potenziale", la ruota idraulica prende l'acqua a bassa energia potenziale e la mette in una posizione di alta energia potenziale - essenzialmente "iniettando" energia potenziale gravitazionale nell'acqua. quest'acqua appena energizzata non perde tempo a spendere quell'energia per scendere di nuovo in discesa.

Questa "propensione a muoversi in discesa" è chiamata potenziale che nel nostro caso è analoga alla tensione .

La corrente del fiume è ... beh ... Corrente . Come misureresti la corrente di un fiume?

Direi ... "prendi un cronometro e il tempo quanti litri d'acqua passano attraverso un certo segno nel fiume in un secondo". Sembra un modo ragionevole per quantificare una corrente. Litri al secondo.

In un circuito, l'acqua è carica. Invece di calcolare quanti litri di acqua passano attraverso un punto su un filo dopo un secondo, è possibile misurare quante unità di carica passano attraverso un punto specifico su un filo al secondo.

Proprio come dire "decimetri cubi" è un boccone e gli diamo una comoda unità - "litro", diamo anche a "carica al secondo" un nome conveniente - "amp".

Lo facciamo molto: "miglia al gallone" si trasformano in "chilometraggio", "chilogrammi volte metri al secondo al secondo" si trasformano in "newton", "joule al secondo" si trasformano in "watt".

Se la gravità non lo fa per te, considera l' acqua nei tubi e la pressione dell'acqua .

Ho pressurizzato l'acqua da un lato e acqua non pressurizzata dall'altro. L'acqua si sposterà dal lato pressurizzato al lato non pressurizzato. La pressione è una misura della forza di tutte le molecole d'acqua che vogliono allontanarsi l'una dall'altra. Le molecole d'acqua hanno una distanza confortevole e pressurizzano l'atto di spingere quelle molecole d'acqua sempre più vicino a quel punto confortevole.

Potresti ricordare che gli elettroni si respingono a vicenda. Quando si ha "alta tensione", si ha davvero "alta pressione elettronica" - gli elettroni di riempimento devono essere troppo vicini per il proprio comfort.

Nota che questa analogia è in realtà molto letterale: la tensione può davvero essere vista come una pressione di elettroni!

Proprio come mettere troppa aria in un pallone ... le cose che sono troppo vicine tra loro vorranno "scappare", e c'è una vera forza.

Ora, tornando ai nostri tubi dell'acqua, l'acqua vorrà correre dall'estremità pressurizzata a quella non pressurizzata.

Pensa attentamente alla pipa. Quando lasciamo correre l'acqua ... cosa sta effettivamente precipitando? Sono le molecole d'acqua? Immagina una singola molecola d'acqua all'estremità pressurizzata e lascia "andare" la pressione. Quella molecola non si precipiterà dall'altra parte. Rimarrà al suo posto mentre la pressione si equalizza.

Quindi cosa si sta effettivamente muovendo?

La pressione si muove.

Diciamo che hai un piccolo display ad ogni pollice sul tubo che ha misurato la pressione in quel punto esatto. All'inizio, tutti quelli a sinistra sono alti; tutti quelli a destra sono bassi.

Quando lasci andare la pressione ... vedi che questi display iniziano a cambiare. L '"altezza" inizia a spostarsi verso destra.

Diciamo ad un display che dice "50" per la pressione, e poi il display successivo a destra dice "20". Un secondo dopo, il primo display ora indica "40" e il secondo indica "30". Puoi vederlo come 10 unità di "pressione" che si spostano verso destra alla velocità di 10 unità di pressione al secondo. Questo è attuale - 10.

Ora sto giocando un po 'allentato con le dimensioni e una sorta di sventolio della mano alcune delle differenze tra Potenziale e carica, ma il principio di base è lo stesso.

— Justin L.
fonte

Ok, ma ora devi spiegare come funziona la gravità.

— Pete Kirkham,

Ciò che chiamiamo "corrente" (nel contesto della Legge di Ohm) non è definito come elettroni che si muovono, non sono elettroni al secondo, come hai indicato. Si sta muovendo la carica . Sono le lampadine al secondo. Gli elettroni nei circuiti CC a bassa potenza si muovono attraverso il rame nell'ordine dei cenitmetri all'ora. Le cariche si muovono come un'onda a velocità astronomicamente più elevate. La deriva elettronica effettiva (centimetri all'ora) è anche tecnicamente una corrente (dopo tutto è un flusso di elettroni), ma non è ciò di cui le persone parlano quando parlano di tensione e resistenza.

— Adam Lawrence,

@Pete Sto spostando il requisito di "intuizione" dal potenziale elettrico (che è difficile) alla gravità, di cui le persone hanno una comprensione intuitiva molto più elevata. è difficile immaginare che la carica abbia potenziali e si allontani da potenziali elevati; è facile immaginare che l'acqua sia alta e fluisca in discesa e dica che sono analoghi

— Justin L.,

@Justin Sì, è molto più facile capire la gravità perché la gravità è qualcosa con cui abbiamo un contatto naturale di prima mano. D'altra parte, qualcosa "nel mio istinto" continua a tormentarmi dicendomi che non è lo stesso ed è il "che cos'è veramente ?" che continuo a cercare di capire. Penso di essere un po 'nella stessa posizione di un bambino che sta imparando a moltiplicarsi ed è turbato perché non capisce completamente la trigonometria.

— Cliff Pruitt,

@Madmanguruman Penso che ovviamente ho bisogno di una migliore comprensione della carica Ho sempre pensato che qualcosa ricevesse una carica a causa di un eccesso o carenza nel numero dei suoi elettroni . Se gli elettroni non si muovono, non credo di capire cosa sta causando la carica. (Non sentirti in dovere di rispondere. Sono comunque un po 'in sovraccarico.)

— Cliff Pruitt,