A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban. Munkafüzet FIZIKA. 12. évfolyam.

Átírás

1 A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban Munkafüzet FIZIKA 12. évfolyam Juhász Zoltán TÁMOP /

2 TARTALOMJEGYZÉK Bevezetés... 3 A laboratórium munka és balesetvédelmi szabályzata Ütközések Tehetetlenségi nyomaték Perdület Mechanikai energia Gáztörvények Felületi feszültség Hőtan Csillapodó rezgőmozgás, Kényszerrezgés, Rezonancia Mechanikai hullámok Van de Graaff generátor Potenciál Az ellenállás hőmérsékletfüggése Áramforrások Lorentz erő Váltakozó áram LED Napelemek Az anyag hullámtermészete Csillagászat Statisztikus fizika Fogalomtár Források

3 BEVEZETÉS Kedves Diákok! Régen született már olyan fizika könyv, amely kifejezetten a kísérleteket helyezi a középpontba, s azokon keresztül mutatja be a fizika csodálatos világát. A Révai Miklós Gimnázium laboratóriumában minden feltétel adott ahhoz, hogy ne csak tanuljuk, hanem átéljük, s igazán megszeressük azt. Így saját tapasztalataink révén nyerjünk új ismereteket, s ez által kialakuljon, ill. elmélyüljön a természettudományos gondolkodásmódunk. Ehhez nyújt segítséget a TÁMOP pályázat keretében megjelent sorozat, amely a teljes általános és középiskolás fizika anyagot lefedi, a kezdetektől az érettségiig. A sorozat 12. évfolyamosoknak szóló része, már kifejezetten a faktos, érdeklődő diákoknak szól, néha különleges problémákat feszegetve, kedvcsinálandó a kutató munkához. Mindazonáltal egy-egy kísérlet elvégzése és megértése nem igényel több ismeretet, mint ami a középiskolában megszerezhető. A munkafüzet egy-egy fejezete egy-egy érdekesebb témát jár körbe, feleleveníti a kísérletekhez kapcsolódó elméleti ismereteket, és mérési gyakorlatokat tartalmaz. Jó munkát, kellemes időtöltést! A szerző 3

4 A LABORATÓRIUM MUNKA ÉS BALESETVÉDELMI SZABÁLYZATA 1. A laboratóriumban a tanuló csak tanári felügyelet mellett tartózkodhat és dolgozhat. Annak területére csak engedéllyel léphet be és azt csak engedéllyel hagyhatja el. 2. A kabátokat, táskákat és egyéb felszerelési tárgyakat a ruhatári részben (az előtérben) kell elhelyezni, a laboratóriumba csak a munkához szükséges eszközöket szabad bevinni. 3. A laboratóriumi munka során köpeny használata kötelező! Szükség esetén, ha a gyakorlat előírja, védőszemüveget és védőkesztyűt kell viselni. 4. A kísérletek megvalósítása előtt győződjünk meg róla, hogy az alkalmazott eszközök, demonstrációs anyagok nem sérültek, rongálódtake. Hiba esetén értesítsük a laboratórium személyzetét. 5. A kísérleti eszközöket, anyagokat, csak és kizárólag rendeltetésszerűen, kellő körültekintéssel használjuk! 6. A kísérlet megkezdése előtt, a foglalkozást vezető tanár, ismerteti a végrehajtandó feladatot, és a végrehajtás főbb mozzanatait. Továbbá külön felhívja a tanulók figyelmét az esetleges veszélyforrásokra! 7. A balesetek és az anyagi kár megelőzése érdekében a kísérleteket gondosan, a leírtaknak megfelelően hajtsuk végre. 8. Munkánk során a laboratóriumban tartózkodók testi épségét, illetve azok munkájának sikerét ne veszélyeztessük! A kísérleti munka elengedhetetlen feltétele a rend és fegyelem. 9. A sérülések, balesetek elkerülése érdekében a foglalkozást vezető tanár folyamatosan nyomon követi a kísérletek előkészítését és végrehajtásának menetét. Bármilyen gond, probléma esetén, azonnal jelezzünk neki! 10. Az érdemi munka befejeztével gondoskodjuk róla, hogy az eszközöket a kiindulási állapotnak megfelelően tisztán és rendben hagyjuk hátra. A szabálytalanul tárolt eszközök balesetet okozhatnak, illetve károsodhatnak. 11. A laboratóriumból történő távozást megelőzően győződjünk meg róla, hogy a helyiségben tűz-, balesetveszélyes helyzetet nem hagyunk hátra. A laboratórium működési rendjének megfelelően hajtsuk végre az áramtalanítást. 12. Baleset esetén a lehető leggyorsabban mérjük fel a sérülés, illetve sérülések mértékét, kezdjük meg a sérültek ellátását. Amennyiben úgy ítéljük meg, kérjük az iskola egészségügyi személyzetének segítségét, 4

5 vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyértelmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók tevékenységét illetően, elkerülve ezzel a további balesetek bekövetkezését, illetve az esetleges anyagi károk gyarapodását. 13. A fizikai kísérletek leggyakoribb veszélyforrása az elektromos áram. Baleset esetén meg kell bizonyosodni arról, hogy a sérült nincs már feszültség alatt. A baleset helyén elsődleges feladat a kapcsolótáblán lévő főkapcsoló lekapcsolása! 14. Az elektromos balesetek elkerülhetők, ha betartjuk és betartatjuk az érintésvédelmi szabályokat! A hallgatói áramkörök minden esetben feszültségmentes állapotban kerüljenek összeállításra, azt követően csak ellenőrzés után, és engedéllyel kössék rá a tápfeszültséget. Üzemzavar esetén kérjük a labor dolgozóinak segítségét. 15. Tűz esetén, vagy tűzveszélyes helyzetben, azonnal értesítsük a labor személyzetét! Határozottan utasítsuk a tanulókat a labor elhagyására! A laboratóriumban elhelyezett tűzoltó készülékeket csak akkor kezdjük el használni, ha jártasnak érezzük magunkat a készülék működtetésében. Tűzoltó készülékkel embert oltani nem szabad! A laboratóriumi fizika eszközökön és berendezéseken található jelzések, ábrák jelentései: Vigyázz! Forró felület! Vigyázz! Alacsony hőmérséklet! Vigyázz! Tűzveszély! Vigyázz! Mérgező anyag! Vigyázz! Radioaktív sugárzás! Vigyázz! Áramütés veszélye! Vigyázz! Lézersugár! 5

6 ÜTKÖZÉSEK Elméleti áttekintés, ismétlés: Mit értünk egy test impulzusán? Mond ki a lendület-megmaradás tételét. Mikor beszélünk tökéletesen rugalmas, ill. rugalmatlan ütközésről? Jellemezd az energiaviszonyokat e két ütközésfajtánál. Ismétlő feladatok: 1. Egy 4 kg tömegű test 6m/s nagyságú sebességgel halad, vele szemben jön egy 10kg tömegű másik test. Tökéletesen rugalmasan ütköznek. a. Mekkora a második test kezdeti sebessége, ha az ütközés után állva marad? b. Mekkora lesz az első test sebessége az ütközés után? 6

7 2. Homokzsák lóg egy 2m hosszú kötélen, a zsák tömege 20kg. Belehajítunk egy 2kg tömegű dárdát 20m/s sebességgel. Mekkora szöggel térül ki a zsák kötele? 1. kísérlet Rugalmatlan ütközés vizsgálata Eszközök: Légpárnás sín tartozékokkal (levegőbefújó, lovasok azaz kiskocsik, rugalmas ütközők, nehezékek, fémtüske stb.) Sorozatképet készítő fényképezőgép mérleg, számítógép, képfeldolgozó szoftver, nyomtató, gyurma A kísérlet leírása: 1. ábra Vízszintezzük ki a légpárnás sínt. Helyezzünk a sínre két nem feltétlenül azonos, de ismert tömegű kiskocsit olyan ütközőkkel, hogy összeragadjanak ütközéskor, az egyiket középre a másikat az egyik szélére. Kapcsoljuk be a légfúvót és lökjük meg a szélső kiskocsit. E közben egyik társunk készítsen a fényképezőgéppel kis időközű sorozatképet. A kapott képeket számítógéppel helyezzük egymásra. Értékeljük ki a felvételeket. A fényképezőgép minél messzebb, a sínre merőlegesen helyezkedjen el. A felvételi időközökből állapítsuk meg a kiskocsik ütközés előtti és ütközés utáni sebességét, lendületét. Ismételjük meg a kísérletet, úgy hogy a másik kiskocsi áll. Ismételjük meg a kísérletet más kiskocsi tömegekkel is. 7

8 Nyomtassunk ki egy képet és illesszük be a munkafüzetbe. Jelöljük meg melyik. Vonjuk le következtetéseinket. A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: A fényképezőgép zárnyitási időközei. t= m 1 = m 2 = m 1 +m 2 = s 1 v 1 p 1 s 2 v 2 p 2 s v p A fényképezőgép zárnyitási időközei. t= m 1 = m 2 = m 1 +m 2 = s 1 v 1 p 1 s 2 v 2 p 2 s v p A mozgás felvétele: 8

9 Észrevételeink: Miért nehézkes a mérést úgy végrehajtani, hogy mindkét kiskocsi mozog kezdetben? Hogyan lehetett volna még a rendelkezésre álló eszközökkel igazolni a lendület-megmaradást? 2. kísérlet Rugalmas ütközés vizsgálata Eszközök: Légpárnás sín tartozékokkal (levegőbefújó, lovasok azaz kiskocsik, rugalmas ütközők, nehezékek, fémtüske stb.) Sorozatképet készítő fényképezőgép mérleg, számítógép, képfeldolgozó szoftver, nyomtató, gyurma A kísérlet leírása: 2. ábra Kapcsoljuk be a légfúvót és vízszintezzük ki a légpárnás sínt. Helyezzünk a sínre kezdetben két azonos, ismert tömegű kiskocsit rugalmas ütközőkkel, az egyiket középre a másikat az egyik szélére. Lökjük meg a szélső kiskocsit, e közben egyik társunk készítsen a fényképezőgéppel kis időközű sorozatképet. A kapott képeket számítógéppel helyezzük egymásra. Értékeljük ki a felvételeket. A fényképezőgép minél messzebb, a sínre merőlegesen helyezkedjen el. 9

10 A felvételi időközökből állapítsuk meg a kiskocsik ütközés előtti és ütközés utáni sebességét, lendületét. Ismételjük meg a kísérletet más kiskocsi tömegekkel is úgy, hogy a nagyobb tömegűt lökjük neki az álló helyzetűnek. Nyomtassunk ki egy képet és illesszük be a munkafüzetbe. Jelöljük meg melyik. Vonjuk le következtetéseinket. A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: A fényképezőgép zárnyitási időközei. t= ü. előtt ü. után m 1 = m 2 = s 1 v 1 p 1 E 1 s 2 v 2 p 2 E 2 ütközés előtt: p ö = E ö = ütközés után: p ö = E ö = ü. előtt ü. után m 1 = m 2 = s 1 v 1 p 1 E 1 s 2 v 2 p 2 E 2 ütközés előtt: p ö = E ö = ütközés után: p ö = E ö = 10

11 A mozgás felvétele: Észrevételeink: Miért a nagyobb tömegű testet célszerű nekilökni a kisebb tömegűnek? Feladatok: 1. Egy 2 kg tömegű test 4m/s sebességgel halad kelet felé, egy másik szintén 2 kg tömegű test pedig észak felé halad 8m/s sebességgel. Teljesen rugalmatlanul összeütköznek. a. Mekkora lesz a közös sebességük? b. Milyen irányban haladnak tovább? 11

12 TEHETETLENSÉGI NYOMATÉK Elméleti áttekintés, ismétlés: Mit értünk szöggyorsulás alatt? Hogyan definiáljuk a tehetetlenségi nyomatékot? Mit értünk tömegpont, ill. merev test impulzusmomentumán? Mond ki a dinamika alaptörvényét rögzített tengely körül forgó merev testekre. Hogyan számoljuk ki a forgómozgást végző test forgási energiáját? Jellemezd néhány szóval, hogy a föld gravitációs terében eldobott kő hogyan fog mozogni. 12

13 Ismétlő feladatok: 1. Egy a forgástengelyénél a plafonra rögzített 2kg tömegű 10cm sugarú csigára tekert kötélre szintén 2kg tömegű testet akasztunk. a. A test mekkora gyorsulással kezd lefelé csévélődni? b. Mekkora a csigát a plafonhoz rögzítő erő? 1. kísérlet Tehetetlenségi nyomaték meghatározása. Eszközök: Állítható hajlásszögű lejtő, mérőszalag. 1-1 azonos tömegű és sugarú korong, gyűrű és golyó Fénykapus időmérő, illetve annak hiányában stopper. A kísérlet leírása: 3. ábra Rögzítsük és mérjük meg a lejtő hajlásszögét. Állítsuk be a kívánt értékre a fénykapuk távolságát úgy, hogy a próbatest elindulásának pillanatában induljon az idő mérése. Helyezzük fel az egyik testet és mérjük meg az időt amíg legurul a lejtőn. A kísérletet ismételjük meg többféle lejtőhajlásszög esetén is. A mért értékeket jegyezzük fel a mérési jegyzőkönyvbe, és számoljuk ki az egyes esetekben a tehetetlenségi nyomatékot. Ismételjük meg az eljárást a többi próbatestre is. 13

14 Egyszerű átlagolással adjuk meg a próbatestek tehetetlenségi nyomatékának értékét. Vessük össze az eredményeinket az irodalmi értékekkel. A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: Az I. test típusa: α s t a θ A II. test típusa: α s t a θ

15 A III. test típusa: α s t a θ A kapott értékeket hasonlítsuk össze az irodalmi értékekkel. Mit tapasztalunk? Hasonlítsuk össze, az egyes testek lejtőn való legurulási idejét egy adott hajlásszög és ugyanazon távolság esetén. Mit tapasztalunk? Magyarázzuk meg. Feladatok: 1. Vízszintes talajon 10cm sugarú 2kg tömegű korongot húzunk az ábrán látható módon 6N erővel. A korong tisztán gördül. Mekkora lesz a korong gyorsulása? 4. ábra 2. Ha az ismétlő feladatsor 1. példájában a lefelé induló test 2m-re van a talajtól, akkor mekkora sebességgel csapódik abba bele? a. Oldjuk meg a feladatot az energiaviszonyok vizsgálatával is. 15

16 PERDÜLET Elméleti áttekintés, ismétlés: Mit értünk rögzített tengely körül forgó tömegpont, ill. merev test impulzusmomentumán? Mond ki a perdülettételt zárt rendszerre! Fogalmazd meg a perdülettételt általánosan. Hogyan számoljuk ki a forgatási teljesítményt? Miért tudunk biciklizni? Mi az a precesszió? 16

17 Ismétlő feladatok: 1. Egy5kg tömegű 10cm sugarú tömör korong rögzített tengely körül forog. Kerületi pontjainak a sebessége kezdetben 36km/h, ez a sebesség 10 másodperc alatt megduplázódik. a. Mekkora a kezdeti perdülete? b. Mekkora forgatónyomaték hat rá a gyorsító szakaszban, ha tudjuk, hogy a gyorsulás egyenletes volt. c. Mekkora átlagos teljesítményt fejtett ki a gyorsító motor a korongra? 1. kísérlet Perdületmegmaradás I. Eszközök: Forgó zsámoly (szék), 2db súlyzó Markoló tengellyel és ólomnehezékkel ellátott biciklikerék. A kísérlet leírása: Egyik társunkat kérjük meg, hogy üljön rá a forgózsámolyra, fogja kezébe a két súlyzót, tartsa ki oldalra. Hozzuk lassú forgásba a rendszert. 5. ábra Kérjük meg, hogy húzza be a kezét. Ne túl gyorsan. Ismételjük meg a kísérletet többször is. Mit tapasztalunk? Egyik társunkat kérjük meg, hogy üljön rá a forgózsámolyra. Adjuk a kezébe a biciklikereket úgy, hogy tartsa vízszintesen. Hozzuk gyors forgásba a kereket, miközben, a zsámolyt rögzítjük. 6. ábra 17

18 Kérjük meg a társunkat, hogy szép lassan fordítsa meg a kereket forgás közben. Ismételjük meg a kísérletet többször is. Mit tapasztalunk? Észrevételeink: 2. kísérlet Perdületmegmaradás II. Eszközök: Markoló tengellyel és ólomnehezékkel ellátott biciklikerék. kötél. A kísérlet leírása: Kössük rá a kötelet a biciklikerék tengelyére. A kerék tengelyét vízszintesen tartva hozzuk gyors forgásba azt. A kötet tartva, engedjük ránehezedni a biciklikereket és csak annál fogva tartsuk. Mit tapasztalunk? Magyarázzuk meg a jelenséget! Észrevételeink: A jelenség magyarázata: 18

19 3. kísérlet Perdületmegmaradás III. Eszközök: Asztal szélére szerelhető tűs csapágyazású forgó tengely. Alumínium keresztrúd és rajta könnyen mozgó egyforma tömegű súlypár. Mérleg, cérna, gyufa, stopper. 7. ábra A kísérlet leírása: Mérjük meg a súlyok tömegét. A tengely és a keresztrúd tömegét tekintsük elhanyagolhatónak. Toljuk be a súlyokat teljesen és kössük össze őket cérnával. Mérjük meg a középpontjuk távolságát a forgástengelytől. Számoljuk ki a rendszer tehetetlenségi nyomatékát így, és úgy is, hogy a súlyok kint vannak teljesen a keresztrúd végén az ütközőnél. Hozzuk forgásba a rendszert, és mérjük meg stopperral, hogy mennyi idő alatt tesz meg tíz teljes fordulatot. Gyufával égessük el a madzagot. Mit tapasztalunk? Mérjük meg így is, hogy mennyi idő alatt tesz meg tíz teljes fordulatot a rendszer. Számoljuk ki a perdületeket. Ismételjük meg a kísérletet többször is, más kezdő tehetetlenségi nyomatéknál, és más kezdeti szögsebesség értéknél is. A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: m= z t r θ L előtte: utána: 19

20 előtte: utána: z t r θ L előtte: utána: z t r θ L Észrevételeink: Feladatok: 1. Egy lyukas, súrlódásmentes asztalon hosszú fonál van átfűzve. Mindkét végére 2kg tömegű testet kötve a felsőt 5m/s sebességgel elindítjuk az asztallapon a kötélre merőlegesen. A kötél hoszsza ekkor éppen 20cm. a. A lógó test ez után felemelkedik vagy lesüllyed? b. A válaszunkat számítással igazoljuk! 20

21 MECHANIKAI ENERGIA Elméleti áttekintés, ismétlés: Mit nevezünk konzervatív erőtérnek és potenciális energiának? Hogyan számoljuk ki a gravitációs tér potenciális energiáját homogén és inhomogén esetben? Egy test kinetikus energiája alatt mit értünk? Mit nevezünk mechanikai energiának? Mond ki a mechanikai energia megmaradás tételét! Mikor nevezünk egy testet kötött állapotúnak? 21

22 Mond ki a munkatételt! Ismétlő feladatok: 1. Egy gödör 4m mély. Benne egy 0,2kg tömegű labdát 2m mélységben vízszintesen eldobunk 6m/s sebességgel. a. Kötött állapotú-e a labda? b. Mekkora lehet a labda maximális sebessége? c. Milyen magasra emelkedhet fel legfeljebb? 1. kísérlet Forgási energia Eszközök: Ismert tömegű és sugarú tömör csiga. Két különböző tömegű ismert nehezék. Mérőszalag, stopper, madzag. A kísérlet leírása: 8. ábra Állítsuk össze az ábrán látható elrendezést. Ügyeljünk ara, hogy a csigán átvetett madzag ne csússzon meg, a csiga tömege összemérhető legyen a nehezékekével. Mérjük meg a nehezebbik, felső test magasságát a talajtól úgy, hogy közben a kisebbik súly a talajon nyugszik. Engedjük el a rendszert, miközben elindítjuk a stoppert. Mérjük meg többször is, hogy a nagyobbik súly mennyi idő alatt ér le a talajra. Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet. 22

23 Számoljuk ki, hogy a csiga mekkora forgási energiára tesz szert. Egybevág-e a mért érték az elméleti megfontolásokkal? A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: A kisebbik tömeg: A nagyobbik tömeg: A csiga tömege: A talajtól mért távolság: t v E forgási Azaz: E forgási = Másrészről, a tehetetlenségi nyomaték segítségével kiszámolva: Tapasztalat: E forgási = 23

24 2. kísérlet Az energiaveszteség meghatározása Eszközök: Könnyű, asztalra rögzíthető csiga. Ismert tömegű fahasáb akasztóval és nehezék madzag, mérőszalag, stopper. A kísérlet leírása: 9. ábra Állítsuk össze az ábrán látható elrendezést. Ügyeljünk ara, hogy a csiga tömege a két test tömegéhez képest elhanyagolható legyen. A rendszer rögzített helyzetében mérjük meg a lelógó test talajtól mért magasságát. Engedjük el a rendszert, miközben elindítjuk a stoppert. Mérjük meg többször is, hogy a lelógó súly mennyi idő alatt ér le a talajra. Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet. Számoljuk ki, a mechanikai energiaveszteséget. A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: Az asztalon lévő tömeg: A lelógó tömeg: A talajtól mért távolság: Az összes munkavégzés: W ö = 24

25 t v Wh Ws Azaz, az energiaveszteség: W súrlódási = Milyen adatot tudunk még ebből meghatározni? Feladatok: 1. A csillagászok észlelnek egy a Föld felé száguldó szikladarabot. A mérések szerint az elszabadult aszteorida 2000 tonnás és a sebessége 10 6 km távolságban éppen 2km/s volt. A számítások szerint a Föld középpontjától 40000km-re fog elhaladni a bolygónk mellett. a. Vissza fog-e térni később? b. Mekkora lesz a sebessége, amikor elhalad a Föld mellett? 25

26 GÁZTÖRVÉNYEK Elméleti áttekintés, ismétlés: Fogalmazd meg a Boyle Mariotte és Gay Lussac I.-II. törvényeket. Mond ki az ideális gáztörvényt! Mit tekintünk ideális gáznak? Milyen kapcsolat van a Boltzmann állandó és az univerzális gázállandó között? Rajzolj az ábrába izobár, izochor, és izoterm folyamatokat. 26

27 Ismétlő feladatok: 1. Meldecsőben a 10cm hosszú higanyoszlop 20cm magas levegőoszlopot zár be, ha a cső nyitott vége felfelé áll. A légköri nyomás 10 5 Pa, a higany sűrűsége 13600kg/m 3. Mekkora a bezárt levegőoszlop hossza, ha a cső a. vízszintes helyzetű? b. függőleges helyzetű és a nyitott vége lefelé fordul? 2. Egy autógumi hőmérséklete a reggeli órákban 15 0 C, ekkor a kerék belsejében a túlnyomás 2bar. A tulajdonos kinn hagyja a járművet a tűző napon és ott a gumi 50 0 C-ra melegszik. Mekkora lesz a kerék belsejében a nyomás? 27

28 1. kísérlet Boyle - Mariotte törvény Eszközök: 2 db eltérő hosszúságú higanyoszlopot bezáró Melde-cső. (Egyik végén zárt üvegcső, középtájon bezárt higannyal.) Állvány, mérőszalag, szögmérő A kísérlet leírása: 10. ábra Rögzítsük a Melde-csövet nyitott végével függőlegesen fölfelé. Mérjük meg a higanyoszlop hosszát. Mérjük meg a bezárt levegőoszlop hosszát. Számoljuk ki a pv szorzatot úgy, hogy a cső állandó keresztmetszetét meghagyjuk paraméterként. A higanyoszlop nyomását is mérhetjük Hgmm-ben. Forgassuk el a Melde-csövet kal. Mérjük meg újra a bezárt levegőoszlop hosszát. A higanyoszlop magasságát számolással határozzuk meg. Számoljuk ki e helyzetben is a PV szorzatot. Ismételjük meg az eljárást mindaddig, amíg a cső szája függőlegesen lefelé nem néz. Ismételjük meg a kísérletet a másik, eltérő hosszúságú higanyoszlopot bezáró Melde-csővel is. A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: h Hg = h Hg = α l p pv α l p pv

29 A pv szorzatokat megvizsgálva mit tapasztalunk a két esetben? 2. kísérlet Gay-Lussac I. törvénye Eszközök: főzőpohár, vasháromláb, tűzfogó fémháló, állvány bunsen vagy borszesz égő ferde hosszú nyakú, ismert térfogatú lombik higanycseppel. filctoll, hőmérő A kísérlet leírása: 11. ábra Helyezzük a főzőpoharat a vasháromlábra és rögzítsük állványon a lombikot úgy, hogy az belelógjon a főzőpohárba az ábrán látható módon. Töltsünk hideg vizet a főzőpohárba, hogy a lombikot ellepje. Helyezzük bele a főzőpohárba a hőmérőt is. Várjunk, amíg beáll a termikus egyensúly. Jelöljük meg a higanycsepp helyzetét, jegyezzük fel a víz hőmérsékletét és a bezárt gáz kezdeti V 0 térfogatát. Kezdjük el melegíteni a vizet. A higanycsepp néhány cm-es elmozdulásainál olvassuk le a hőmérőről a víz hőmérsékletét, jelöljük meg a lombikon filctollal a higanycsepp helyzetét mérjük meg az eredeti helyzetétől való elmozdulását és jegyezzük fel ezen értékeket a jegyzőkönyvbe. 6-8 mérés után számoljuk ki a V/T értékeket. A számolás menete általánosan: 29

30 Mérési jegyzőkönyv: Kezdeti térfogat: V 0 = A hosszú cső keresztmetszete: A= T s V V/T Észrevételeink: Feladatok: 1. Egy tó alján, 3m mélyen egy kis béka megkotorja az iszapot és onnan elindul felfelé egy 2cm 3 -es 4 0 C-os levegőbuborék. A víz felszínén ez sokáig megmarad, és a nap elkezdi melegíteni. a. Mekkora volt a térfogata a kipukkanás pillanatában, ha a nap ekkorra 20 0 C-ra melegítette a benne lévő levegőt? 30

31 FELÜLETI FESZÜLTSÉG Elméleti áttekintés, ismétlés: Folyadék egy részecskéjének, hol mélyebb az energiája, a folyadék felszínén vagy a belsejében, miért? A súlytalanság állapotában kiöntött víz milyen alakot igyekszik felvenni, miért? Mit jelent az, hogy nedvesítő folyadék? Írj példát és ellenpéldát! Mi az a görbületi nyomás, hogyan számoljuk ki? Mi az a kapilláris jelenség? 31

32 Ismétlő feladatok: 1. Az ábrán látható drótkeretre egy kicsi, könnyen csúszó, 2 gramm tömegű 5cm hosszú drót illeszkedik. A keretben kialakuló folyadékhártya éppen megtartja a drótot, és szintén 5cm magas. a. Mekkora a folyadék felületi feszültségének értéke? 12. ábra b. Mi történik, ha a keretet vízszintes helyzetbe fordítjuk? A folyamat alatt mennyi munkát végez a folyadékhártya? 1. kísérlet Felületi feszültség Eszközök: U alakú drótkeret mozgó drótszállal, drótkarika cérnával, négyzet alakú drótkeret, kettős drótkarika, alumínium pénzérmék, tálca, főzőpohár, tiszta víz, mosogatószer, keverő A kísérlet leírása: 13. ábra A főzőpohárban lévő tiszta víz felszínére óvatosan illesszünk rá egy pénzérmét, majd többet is, toljuk közel egymáshoz őket. Ez után készítsünk szappanbuborék fújáshoz használható mosogatószeres oldatot és ismételjük meg a kísérletet. Mártsuk bele a különböző drótkereteket a mosogatószeres vízbe és emeljük ki őket úgy, hogy a folyadékhártya megmaradjon rajtuk. 32

33 Cseppentsünk tiszta vizet, ill. mosogatószeres vizet a pénzérmékre és figyeljük meg a cseppek alakját! Mit tapasztalunk a pénzérmékkel, elvégzett kísérlet esetében? Az U alakú drótkereten húzzuk ki a drótszálat, majd engedjük el. A cérnával ellátott drótkarika egyik oldalán pukkasszuk ki a folyadékhártyát. A négyzet alakú drótkeret esetén próbáljunk meg többféle elrendeződést előidézni. Rajzoljuk be az ábrába a kialakuló folyadékhártyákat! Vonjuk le következtetéseinket, magyarázzuk meg néhány szóval a jelenségeket. Mire következtethetünk a pénzérmés kísérletből? Egészítsd ki az ábrát: Észrevétel, magyarázat: 14. ábra 33

34 2. kísérlet Görbületi nyomás Eszközök: Szorító gumival vagy csappal ellátott Y alakú fúvóka. tálca, főzőpohár, mosogatószeres víz. A kísérlet leírása: 15. ábra Mártsuk bele a fúvóka mindkét végét a mosogatószeres vízbe és fújjunk különböző méretű szappanbuborékot, először az egyik, majd a másik ágon. Rögzítsük a csapokat, vagy szorítsuk el a gumicsatlakozókat. Figyeljük meg, mi történik, ha a csapokat kinyitjuk a két buborék között. Vonjuk le következtetéseinket, magyarázzuk meg néhány szóval a jelenségeket. Észrevétel, magyarázat: 3. kísérlet A víz felületi feszültségének meghatározása Eszközök: petricsésze, víz, mérőszalag, állvány, tálca, rögzítő csipesz ismert belső átmérőjű kapilláris cső. A kísérlet leírása: 16. ábra Rögzítsük függőlegesen a kapilláris csövet úgy, hogy az alsó vége belelógjon a petricsészébe. Töltsünk a petricsészébe vizet úgy, hogy a kapilláris cső felszippanthassa egy részét. 34

35 Mérjük meg a folyadékoszlop magasságát a kapilláriscsőben. Számoljuk ki a víz felületi feszültségének az értékét! A számolás menete általánosan: A víz felületi feszültsége: h= α= Hogyan lehetne pontosabbá tenni a kapott eredményt? Mi történik, ha a higany felületi feszültségértékét akarjuk így meghatározni? Feladatok: 1. Levegőben szállingózó szappanbuborék átmérője 1cm, a buborék falát alkotó folyadék felületi feszültsége 0,2N/m. a. Mekkora a túlnyomás a buborék belsejében? b. Amikor a buborék el kezd melegedni, nagyon könnyen kipukkan, miért? 35

36 HŐTAN Elméleti áttekintés, ismétlés: Írd le a hőtan első főtételét! Mi mit jelent benne? Mit értünk adiabata folyamat alatt? Hogyan számoljuk ki a gáz munkavégzését állandó nyomáson? Adott anyagi minőségű és mennyiségű gáz belsőenergia változása mitől függ? Mi az a szabadsági fok, mi köze a hőkapacitáshoz? Milyen összefüggés írható fel az állandó nyomáson, ill. állandó térfogaton mérhető hőkapacitás között? 36

37 Ismétlő feladatok: 1. 80g normál állapotú héliumgáz hőmérsékletét állandó nyomáson 20%-kal megnöveljük. a. Mennyi munkát végzett a gáz a folyamat során? b. Mekkora a gáz belsőenergia változása? c. Mennyi hőt kellett közölni a gázzal? 2. 1,5m 3, 10 5 Pa nyomású, kezdetben 14 0 C hőmérsékletű oxigéngázt melegítünk állandó nyomáson. a. Mekkora a végső hőmérséklet, ha a gáz által a tágulás közben végzett munka joule? b. Mekkora a gáz belsőenergia változása a folyamat során? c. Mekkora hőt kellett e közben a gázzal közölni? 37

38 1. kísérlet Adiabata folyamat I. Eszközök: CO 2 patron, szódás szifon, csapvíz. 17. ábra A kísérlet leírása: Készítsünk szódavizet! A szódavíz elkészítése során figyeljük meg, mi történik a CO 2 patronnal! Jegyezzük le tapasztalatainkat. Észrevételeink: 2. kísérlet Adiabata folyamat II. Eszközök: Pneumatikus gyújtó. Gyufafej reszelék, papír A kísérlet leírása: A gyújtó aljára helyezzünk könnyen lángra lobbanó papírt vagy gyufa fejének reszelékét. Hirtelen nyomjuk össze a dugattyút! Figyeljük meg mi történik a gyutaccsal. Jegyezzük le tapasztalatainkat. A mindennapi életben hol hasznosítjuk a jelenséget? 18. ábra Észrevételeink: 38

39 3. kísérlet A gáz munkavégzése Könnyen mozgó dugattyújú fecskendő. Hideg-meleg csapvíz. A kísérlet leírása: Kihúzott dugattyújú, melegben tartott, pl. radiátoron 19. ábra lévő fecskendő kiömlőnyílását fogjuk be, és tartsuk a csapból kifolyó hidegvíz alá. Figyeljük, meg mi történik. Ismételjük meg a kísérletet úgy, hogy a dugattyú középállásban van és a fecskendőt behűtöttük, majd a csapból kifolyó meleg víz alá rakjuk, miközben a kiömlőnyílást befogjuk. Jegyezzük fel a tapasztalatainkat. Magyarázzuk meg a jelenséget. Becsüljük meg mennyi munkát végzett a gáz a folyamat során! Észrevételeink, tapasztalataink: A jelenség magyarázata: A gáz által végzett munka: Feladatok: 1. Mekkora munkát végez az oxigén gáz az ábrán látható körfolyamatban, ha a kezdeti A jelzésű állapotban a hőmérséklete 0 0 C, a nyomása 10 5 Pa? a. Mekkora a körfolyamat során a gáz belsőenergia változása? b. Mekkora a folyamat során felvett hő? 20. ábra 39

40 CSILLAPODÓ REZGŐMOZGÁS, KÉNYSZERREZGÉS, REZONANCIA Elméleti áttekintés, ismétlés: Milyen erőhatás következtében jöhet létre harmonikus rezgőmozgás? Írjuk le a harmonikus rezgőmozgást végző test helyzetét sebességét és gyorsulását az idő függvényében! Csillapodó rezgés esetén mit mondhatunk a rezgés periódusidejéről és az egymás utáni kitérésmaximumokról? Hogyan állíthatunk elő a gyakorlatban valódi harmonikus rezgőmozgást? Mikor beszélünk rezonanciáról, mi az a rezonanciakatasztrófa? 40

41 Ismétlő feladatok: 1. Két teljesen egyforma rugót egymás alá akasztunk, és rá egy 2kg tömegű testet függesztünk, majd az így kapott rendszert rezgésbe hozzuk, azt tapasztaljuk, hogy a kialakuló rezgés körfrekvenciája 10Hz. Ha ugyanezeket a rugókat egymás mellé akasztjuk és az ezekre felakasztott 2kg tömegű testet hozzuk rezgésbe, akkor 20Hz nagyságú körfrekvenciát észlelünk. Mekkora a rugók rugóállandója? 2. Az ábrán látható grafikonok, ugyanazon sajátfrekvenciájú rezgő rendszerekről készültek. a. Mit tudunk mondani a csillapítási tényezőkről? b. Milyen összefüggést veszünk észre a csillapítási tényező és a maximális amplitúdók frekvenciafüggései között? 21. ábra 41

42 1. kísérlet Csillapodó rezgőmozgás Eszközök: CE ESV érintőképernyős adatbegyűjtő ultrahangos mozgásérzékelő 2 db állvány, többféle rugó és nehezék Számítógép A kísérlet leírása: 22. ábra Akasszuk fel az egyik rugót az állványra és illesszünk rá egy nehezéket. Csatlakoztassuk az adatbegyűjtőhöz az ultrahangos mozgásérzékelőt a műszaki leírásnak megfelelően. Állítsuk be a mérendő mennyiségeket és az érzékelőt irányítsuk rá a rugóra akasztott nehezékre. Indítsuk el az adatbegyűjtést és hozzuk rezgésbe a rugót. Várjuk meg, amíg a mozgás lecsillapodik. Ismételjük meg a kísérletet többféle rugó-nehezék összeállításnál is. A mért adatokat jelenítsük meg grafikonon. Írjuk le észrevételeinket. A rezgés időfüggése: Észrevételeink: 42

43 2. kísérlet Kényszerrezgés, rezonancia Eszközök: Változtatható egyenáramú áramforrás (0-12V) Változtatható fordulatszámú elektromotor Motorra erősíthető kis korong, rögzítő csipesszel. madzag, állvány, drótkarika, rugó, alkalmas nehezék 23. ábra A kísérlet leírása: Állítsuk össze az ábrának megfelelően a kísérletet. Erősítsük fel a motort az állvány tetejére, illesszük rá a forgó korongot. A csipeszhez rögzítsük a karikán átvezetett madzagot, a másik végére erősítsük rá a rugót, arra a nehezéket. Kapcsoljuk be a motort és fokozatosan növeljük a fordulatszámát. Használjunk nagy tömegű nehezéket. Figyeljük meg a test rezgését a motor frekvenciájának függvényében! Tapasztalataink, észrevételeink: A motor frekvenciáját beállíthatjuk-e úgy, hogy a test szinte ne is rezegjen? Mikor a legnagyobb a rezgés amplitúdója? 43

44 Milyen hátrányai vannak a kísérleti összeállításnak? Tacoma hídkatasztrófa: Mi táplált energiát a híd rendszerébe? Hogyan lehet elkerülni a hasonló jellegű katasztrófákat? Feladatok: 1. Az ábrán látható nehezék tömege 2kg, minkét oldalról egy 200N/m rugóállandójú rugóhoz kapcsolódik. Amikor a test középen van, akkor a rugók éppen nyújtatlanok. A testet 10cm-rel balra kimozdítjuk, és ott elengedjük. A csúszási súrlódási együttható értéke 0,2. a. A test milyen mozgást fog végezni? b. Mekkora lesz a test sebessége, amikor áthalad az egyensúlyi helyzeten? c. A túloldalra lendülve mekkora lesz a maximális kitérése a testnek? 24. ábra 44

45 MECHANIKAI HULLÁMOK Elméleti áttekintés, ismétlés: Mi az a csatolt rezgés és mikor beszélünk mechanikai hullámról? Mi az, ami a mechanikai hullámokban tovább terjed? Mit értünk a mechanikai hullám egy részecskéjének és magának a mechanikai hullámnak a periódusideje, ill. frekvenciája alatt? Mit jelent a hullámhossz és a terjedési sebesség? Mikor beszélhetünk interferenciáról, mi a feltétele? Interferencia esetén mi határozza meg, hogy hol alakul ki tartós erősítési ill. gyengítési hely? 45

46 Ismétlő feladatok: 1. Levegőben a hang terjedési sebessége 340m/s, vízben 1440m/s. Egy tóban lubickoló gyerek egy hajó kürtjelzését hallja a víz alatt. Gyorsan kiemeli a fejét a vízből és 3s múlva újra hallja a kürtjelzést. Milyen messze van a gyerektől a hajó? 2. Egy kisfiú a strandon a víz alatt lubickol. Az anyukája hiába kiabál neki, a fiú nem hallja. a. Magyarázd meg a jelenséget. b. Legalább mekkora szögben kell érkeznie a hanghullámoknak a víz felszínére, hogy ez a jelenség bekövetkezzen? c. Hol hasznosítható ez a jelenség? 46

47 1. kísérlet Hang terjedése Eszközök: vákuumharang és tartozékai Elektromos csengő, egyenáramú áramforrás vákuumszivatyú A kísérlet leírása: Helyezzük a csengőt a vákuumharang alá és kapcsoljuk be. Kezdjük el kiszivattyúzni a harang alól a levegőt. Figyeljük a csengő hangját. Ismételjük meg többször is a kísérletet. Mit tapasztalunk. Magyarázzuk meg a jelenséget. 25. ábra Észrevételeink: A jelenség magyarázata: 2. kísérlet Hullámok elhajlása, visszaverődése, interferenciája. Hullámkád és tartozékai (pl. különböző hullámforrások, akadályok) Frekvenciagenerátor, rezgéskeltő (vibrátor), LED stroboszkóp 26. ábra 47

48 A kísérlet leírása: A műszaki leírásnak megfelelően üzemeljük be a hullámkádat. Pontszerű hullámforrás esetén figyeljük meg a kialakuló hullámvonulatokat. Használjunk síkhullám keltő lapot, figyeljük meg a hullámvonulatokat. Helyezzünk a hullámvonulat útjába széles kb. vele ot bezáró sík partfalat, majd e helyett, a hullámvonulat újába helyezzünk széles, majd keskeny rést, két keskeny rést, ill. nem túl széles sík akadályt. Használjunk pontszerű iker hullámforrást. Jegyezzük le tapasztalatainkat, szükség szerint rajzoljunk ábrát. Hogyan magyarázhatók a tapasztalt jelenségek? Tapasztalataink, ábrák: 48

49 A jelenségek magyarázata: 3. kísérlet Rezonanciaedény Eszközök: Rezonanciaedény, víz A kísérlet leírása: 27. ábra Helyezzük az edényt síkfelületre, töltsünk bele vizet a jelzésig. Ez után kezdjük el dörzsölni az edény fülét. Nem kell nagyon sietni, inkább a megfelelő ütemet találjuk el. Mit tapasztalunk. Magyarázzuk meg a jelenséget. Megfigyelés, észrevétel: Feladatok: 1. Két azonos 544Hz frekvenciájú hangvilla egymástól 1m-re található. Mindkettőt egyszerre szólaltattuk meg. Az ábrán jelölt helyen milyen 28. ábra messze kell rakni a mikrofont, hogy az ne észlelje a hangvillák hangját? 49

50 VAN DE GRAAFF GENERÁTOR Elméleti áttekintés, ismétlés: Hogyan számoljuk ki a ponttöltés elektromos terét? Hogyan viselkedik a vezető elektromos térben? Mire jó a földelés? Hogyan működik, a Van de Graaff generátor? Magyarázd el az ábra alapján! 29. ábra Hogyan értelmezzük az elektromos tér fluxusát? Mit jelent a felületi töltéssűrűség? 50

51 Mi az a csúcshatás? Hol hasznosítjuk ezt a jelenséget? Írj példát! Ismétlő feladatok: 1. Mekkora az elektromost tér forráserőssége egy 10-8 C nagyságú ponttöltéstől 10cm távolságra lévő zárt gömbfelületen? Mekkora lesz a forráserősség, ha még 2db ugyanekkora pozitív és 2db ugyanekkora negatív töltést juttatunk a gömb belsejébe? 1. kísérlet Segner-kerék Eszközök: Segner-kerék, Van de Graaff generátor lengő vezetékek A kísérlet leírása: 30. ábra Csatlakoztassuk a Segner-kereket a Van de Graaff generátor fémgömbjéhez és hajtsuk meg a generátor szalagját. Mit tapasztalunk? Magyarázzuk meg a jelenséget! Tapasztalatok és magyarázat: 51

52 2. kísérlet Elektromos szél Eszközök: Van de Graaff generátor gyertya, állvány, fém tüske, gyufa A kísérlet leírása: 31. ábra A generátor fémgömbjére erősítsük fel a fémtüskét. A tüskétől néhány centiméterre állítsuk oda a gyertyát, gyújtsuk meg, majd hajtsuk meg a generátor szalagját. Mit tapasztalunk? Észrevételek: 3. kísérlet Szikrakisülések Eszközök: Van de Graaff generátor vezetékek, kisütő gömb A kísérlet leírása: 32. ábra Helyezzük el a generátor kisütő gömbjét néhány centiméterre a generátor gömbkondenzátorától az ábrán látható módon. Hajtsuk meg a generátor szalagját. Mit tapasztalunk? Üzem közben egy szigetelő bottal toljuk messzebb a kisütő gömböt. A levegő átütési feszültségének ismeretében becsüljük meg, a Van de Graaff generátor gömbjénk potenciálját! 52

53 Észrevételek: 4. kísérlet A térerősség vonalak szemléltetése Eszközök: Van de Graaff generátor Szigetelő zsámoly, szalagos ernyő Bátor önként jelentkező tanuló friss, hosszú hajjal. A kísérlet leírása: Kössük rá a szalagos ernyőt a generátor gömbjére. Hajtsuk meg a generátor szalagját. Egy jelentkező, akinek hosszú friss haja van, álljon rá a szigetelő zsámolyra és mindkét kezével fogja meg a generátor gömbjét. Fontos figyelmeztetés! A jelentkezés önkéntes. Kizáró ok, ha valaki beépített szívritmus szabályzóval vagy más élettanilag fontos orvosi elektromos beültetéssel él! A fém ékszereket, órát vegyük le. Hajtsuk meg a generátor szalagját. Figyeljük meg, mi történik a hajával. A kísérlet végén az önként jelentkező legyen türelmes, a generátor leállítása után még egy kis ideig maradjon egy helyben és ne nyúljon semmihez. Tapasztalataink: Feladatok: 1. Szabályos, 4cm élhosszúságú tetraéder három csúcspontjában egyenként q=10-8 C töltés található. A negyedik csúcspontban mekkora és milyen irányú a térerősség? 53

54 POTENCIÁL Elméleti áttekintés, ismétlés: Hogyan számoljuk ki a ponttöltés elektromos térerősségét és potenciálját? Mit nevezünk konzervatív erőtérnek? Hogyan számoljuk ki centrális elektrosztatikus tér terében a potenciális energiát? Hogyan értelmezzük az elektrosztatikus tér potenciálját? Mit értünk elektromos feszültség alatt? Jellemezd a feltöltött síkkondenzátor fegyverzetei között kialakuló elektromos teret. 54

55 Ismétlő feladatok: 1. Egy Q=10-6 C nagyságú ponttöltéstől 8m távolságra egy q=10-8 C nagyságú részecske található. a. Mekkora a Q töltés elektromos potenciálja a megadott pontban? b. Mekkora munka árán vihető a q töltés 4m távolságra a Q töltéstől? c. Mekkora a feszültség a vizsgált két pont között? 2. Az ábrán látható kondenzátor lemezei egymástól 4cm-re találhatók, a közöttük kialakuló térerősség 400N/C. A berajzolt szaggatott vonalak párhuzamosak és egymástól azonos távolságra lévő síkokat szimbolizálnak. a. Rajzold be az elektromos térerősség irányát. b. Hogyan nevezzük a szaggatottal jelölt felületeket? 33. ábra c. Mekkora a feszültség az A-B, A-D, C-E, E-B pontok között? d. Mekkora munkát végez az elektromos tér, amíg a 10-6 C nagyságú töltés bejárja az B-C-D-E-B útvonalat? 55

56 1. kísérlet Centrális elektromos tér vizsgálata. Eszközök: Egyenáramú feszültségforrás, kb. 10V feszültségmérő, kapcsoló, vezetékek, fémtüske kör alakúra hajtott fémdrót lapos üvegkád, kb. 20x20 cm 2 alapterületű Ismert sugarú koncentrikus körökkel ellátott fehér papír. rögzítő eszköz (pl. gyurma) A kísérlet leírása: 34. ábra Helyezzük a körökkel ellátott papírlapot az üvegkád alá. Helyezzük el a drótkarikát és a fémtüskét az üvegkádban úgy, hogy a karika középpontjában legyen a fémtüske és az a papírra rajzolt körök középpontjába mutasson, rögzítsük őket. Kössük be őket az ábrán látható áramkörbe. Töltsünk 1-2 centiméternyi vizet az üvegkádba, hogy a drótkarika és a fémtüske is beleérjen. Ellenőrizzük le a kapcsolást, majd kapcsoljuk be az áramkört. A feszültségmérő mozgatható elektródjának segítségével mérjük meg egy koncentrikus kör mentén, több helyen is a feszültséget. Jegyezzük fel a kapott értéket a mérési jegyzőkönyvbe. Ismételjük meg az eljárást a többi kör mentén is. Írjuk le tapasztalatainkat. Mérési jegyzőkönyv: távolság: Észrevételeink: 56

57 1. kísérlet Ekvipotenciális felületek Eszközök: Egyenáramú feszültségforrás, kb. 10V feszültségmérő, kapcsoló, vezetékek, fémtüske, fémlap lapos üvegkád, kb. 20x20 cm 2 alapterületű 2db milliméterpapír rögzítő eszköz (pl. gyurma) A kísérlet leírása: 35. ábra Helyezzük az egyik milliméterpapírt az üvegkád alá. Helyezzük el a tüskét a kád egyik szélére, a fémlapot a kád másik szélére, rögzítsük őket. Kössük be őket az ábrán látható áramkörbe. Töltsünk 1-2 centiméternyi vizet az üvegkádba, hogy a fémtüske és a fémlap is beleérjen. A másik milliméterpapírra jelöljük be a fémlap és a tüske helyzetét. Ellenőrizzük le a kapcsolást, majd kapcsoljuk be az áramkört. A feszültségmérő mozgatható elektródjának segítségével keressünk azonos potenciálú pontokat. Jelöljük be az így talált helyeket a másik milliméterpapíron. Jegyezzük fel a potenciál értékét is. Ismételjük meg az eljárást több más feszültség értéknél is. Az azonos potenciálú pontokat kössük össze. Rajzoljuk be a térerősség vonalakat is! A kapott ábrát ragasszuk be a következő oldalra. Feladatok: 1. Az ábrán látható áramforrás 10V feszültségű. Mekkora feszültséget mérhetünk az A és B pontok között, ha az ellenállások a jelölés sorrendjében 1, 2, 3, ill. 4 ohm nagyságúak? 36. ábra 57

58 Ábra: 58

59 AZ ELLENÁLLÁS HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE Elméleti áttekintés, ismétlés: Mi az a fajlagos ellenállás? Hogyan függ a fajlagos ellenállás a hőmérsékletváltozástól? Hogyan értelmezhető ez a jelenség? Készítsünk ábrát. Mi az a szupravezetés? 59

60 Ismétlő feladatok: 1. Egy rézvezeték ellenállása 0 0 C hőmérsékleten 10 ohm. a. Mekkora az ellenállása 50 0 C-on? b. Mekkora az ellenállása Con? 2. Egy fémdarab ellenállását 10 0 C hőmérsékleten 4 ohmnak mérjük, 40 0 C hőmérsékleten pedig 4,444 ohmnak mérjük. a. Mekkora az ellenállás hőmérsékleti tényezője? b. Milyen anyag lehet ez? 60

61 1. kísérlet Hőmérsékleti tényező meghatározása Eszközök: Egyenáramú áramforrás, vezetékek Feszültség és áramerősség mérő műszerek (multiméterek) 1 db ellenállás, kontakthőmérő Elektromos fűtőpad A kísérlet leírása: 37. ábra Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Helyezzük az ellenállást a fűtőpadra. Kapcsoljuk be az áramforrást és állítsuk be úgy a tápegység által biztosított feszültséget, hogy az ellenálláson mért érték egy fix, jól meghatározott számérték legyen, pl. 5V. Illesszük a kontakthőmérőt az ellenálláshoz és mérjük meg a hőmérsékletét, közben olvassuk le a rajta átfolyó áramerősséget is. Kapcsoljuk be a fűtést, kezdetben alacsony hőmérsékletre. Mérjük meg az ellenállás hőmérsékletét és olvassuk le a feszültség és áramerősség értékeket is. Az ellenállás hőmérsékletét fokozatosan emelve több mérést végezzünk el. Figyeljünk arra, hogy ne melegedjen túl az ellenállás, a vezetékek ne sérüljenek! A mérési jegyzőkönyv kitöltése után állapítsuk meg az ellenállás anyagának hőmérsékleti tényezőjét. Miből készülhetett az ellenállás? A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: Kezdeti jellemzők: 61

62 U i R T T α Ezek alapján: α= Az ellenállás anyaga: 2. kísérlet Ellenállás alacsony hőmérsékleten Demonstrációs kísérlet! Eszközök: Egyenáramú áramforrás, vezetékek Feszültség és áramerősség mérő műszerek (multiméterek) 1 db ellenállás, kontakthőmérő üvegtál, folyékony nitrogén A kísérlet leírása: 38. ábra Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Helyezzük az ellenállást az üvegtálba. Kapcsoljuk be az áramforrást és állítsuk be úgy a tápegység által biztosított feszültséget, hogy az ellenálláson mért érték egy fix, jól meghatározott számérték legyen, pl. 5V. Illesszük a kontakthőmérőt az ellenálláshoz és mérjük meg a hőmérsékletét, közben olvassuk le a rajta átfolyó áramerősséget is. 62

63 Számoljuk ki az ellenállás nagyságát. Öntsünk folyékony nitrogént az üvegtálba. Olvassuk le az ellenállás hőmérsékletét, illetve a feszültség és áramerősség értékeket is. Számoljuk ki az ellenállás értékét alacsony hőmérsékleten. Vessük össze a szobahőmérsékleten mért értékkel. Írjuk le tapasztalatainkat. Az ellenállás értéke szobahőmérsékleten és alacsony hőmérsékleten: Észrevételeink: 3. kísérlet Szupravezetés Demonstrációs kísérlet! Eszközök: üvegtál, folyékony nitrogén magas hőmérsékletű szupravezető, kis méretű erős mágnes 39. ábra 63

64 A kísérlet leírása: Szobahőmérsékleten vizsgáljuk meg a mágnes és a szupravezető kölcsönhatását. Tegyük a szupravezető anyagot az üvegtálba, majd öntsünk rá folyékony nitrogént. Kis idő múlva rakjuk fölé a mágnest és engedjük el. Kis magasságból rá is ejthetjük. Mozgassuk meg a mágnest. Emeljük ki csipesszel a mágnest a tálkából. Írjuk le tapasztalatainkat. Keressünk magyarázatot a jelenségre. Észrevételeink: A jelenségek magyarázata: Feladatok: méter hosszú 0,4mm 2 keresztmetszetű rézvezetéknek menynyivel változik meg az ellenállása, ha a hőmérséklete a napsugárzás hatására 30 0 C-kal emelkedik? 64

65 ÁRAMFORRÁSOK Elméleti áttekintés, ismétlés: Mit értünk elektromotoros erőn és mit jelent az üresjárási feszültség? Írd le Ohm törvényét teljes áramkörre. Mi mit jelent benne? Értelmezd a következő ábrát! 40. ábra Mond ki a Kirchoff I. és II. törvényét! 65

66 Ismétlő feladatok: 1. Az ábrán látható áramkörben U 1 =1,5V, illetve U 2 =3V. Mekkora az R=9Ω ellenálláson átfolyó áram erőssége? 41. ábra 2. Mekkora annak az áramforrásnak a belső ellenállása és elektromotoros ereje, amelynek a körében 5ohm-os fogyasztóval terhelve 1A, míg 7ohm-os fogyasztóval terhelve 0,8A erősségű áram folyik? 1. kísérlet Belső ellenállás Eszközök: 2 db zsebtelep, 3 db különböző nagyságú ellenállás. lengő vezetékek, feszültség és áramerősség mérők (multiméterek) 42. ábra A kísérlet leírása: Először mérjük meg a telepek üresjárási feszültségét. Majd állítsuk össze az ábrán látható áramkört a rendelkezésre álló eszközökből. Mérkjük meg az áramerősség és feszültségértékeket, jegyezzük fel őket a mérési jegyzőkönyvbe. 66

67 Ismételjük meg a mérést a többi ellenállás alkalmazásával. Az eredményeket jegyezzük fel. Ismételjük meg az eljárást a másik telepre is. Határozzuk meg a telepek belső ellenállását. A számolás menete általánosan: Mérési jegyzőkönyv: Az első telep: U 01 = i U k U b R b R 1 R 2 R 3 Ezek alapján: R b1 = A második telep: U 02 = i U k U b R b R 1 R 2 R 3 Ezek alapján: R b2 = 67

68 2. kísérlet Áramforrások kapcsolása Eszközök: 2 db az előzőekben megismert zsebtelep, 1 db ismert nagyságú ellenállás. lengő vezetékek, feszültség és áramerősség mérők (multiméterek) A kísérlet leírása: 43. ábra Kössük a telepeket először sorba majd egymással párhuzamosan. Az így nyert áramforrás sarkaira kössük az ismert ellenállást külső ellenállásként. Vizsgáljuk meg az egyes áramköri elemek feszültségeit. Az áramkör vizsgálata során mit tapasztalunk? Mi történik, ha az egyik áramforrást fordítva kötjük be? Észrevételek tapasztalatok: Feladatok: 1. Az ábrán látható áramkörben minden ellenállás 5Ω nagyságú. Mekkora a középső, *-gal jelölt ellenálláson átfolyó áram nagysága és iránya? a. Mekkora és milyen irányú áram folyik a másik két ellenálláson? 44. ábra 68

69 LORENTZ ERŐ Elméleti áttekintés, ismétlés: Mit értünk két vektor vektori szorzatán? Rajzolj ábrát! Hogyan számoljuk ki a mozgó, töltött részecskére ható erőt mágneses térben? Merre térül el az indukció-vonalakra merőlegesen belépő elektron? 45. ábra Milyen pályát ír le a töltött részecske, ha sebessége a mágneses indukció-vonalakkal φ szöget zár be? Mágneses térben, áramjárta hosszú egyenes vezetőre ható erő? 69

70 Ismétlő feladatok: 1. Két párhuzamosan futó hosszú lengővezeték egymástól 2cm-re van, és 20cm-es távolságokban rögzítették őket. a. Mekkora erő hat a rögzítési pontokra, ha mindkét vezetékben 2A áram folyik? b. Milyen irányú a fellépő erőhatás, ha az áram iránya a vezetékekben azonos? 1. kísérlet Lorentz erő párhuzamos vezetőpárban Eszközök: Változtatható feszültségű egyenáramú áramforrás. Párhuzamos vezetőpár, állvány, távtartó. A kísérlet leírása: 46. ábra Rögzítsük a távtartóval az állványra a párhuzamos vezetőpárt, majd kössük az áramforrásra párhuzamosan, az ábrának megfelelően. Kapcsoljuk be rövid ideig az áramkört és figyeljük meg a vezetőpár alakját. Ha nem észlelhető változás, ismételjük meg a kísérletet nagyobb feszültséggel. A vezetőpárt kapcsoljuk sorosan is az áramforrásra. Kapcsoljuk be újra rövid ideig az áramkört és figyeljük meg a vezetőpár alakját. Jegyezzük le tapasztalatainkat. 70

71 Észrevételeink: 2. kísérlet Az elektron fajlagos töltésének meghatározása Eszközök: Demonstrációs kísérlet! nagyfeszültségű áramforrás, lengővezetékek, 2 db multiméter tekercspár, elektron elhajlási cső elektronágyúval A kísérlet leírása: 47. ábra Állítsuk össze az ábrán látható áramkört a műszaki leírásnak megfelelően. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be az elektronágyú fűtőkörét, és a tekercspárt. Sötétítsük be a helyiséget. Kapcsoljunk feszültséget a gyorsító áramkörre, fokozatosan növelve azt. Figyeljünk arra, hogy a feltüntetett maximum értékeket soha ne lépjük túl! Változtassuk óvatosan a tekercsre adott feszültség, ezzel az áram nagyságát. Mit tapasztalunk? Állítsuk be úgy a gyorsító feszültséget és a tekercs áramát úgy, hogy a rácsos tárgylemezen a nyaláb néhány jól látható rácsponton haladjon keresztül. A tárgylemez rácsozása cm skálázású. A mért értékekből határozzuk meg az elektron fajlagos töltését! 71

72 Észrevételeink: A mérés és számolás: Feladatok: 1. Egy elektronágyú gyorsító feszültsége 10000V. A kilépő elektronok egy négyzetes kondenzátor lemezei között haladnak át, amelyek távolsága egymástól 5cm, és a felületük 100cm 2 es. A kondenzátor fegyverzetei között az ábrán látható módon 10-4 T nagyságú mágneses indukciós mező található. a. Mekkora feszültséget kapcsoljunk a kondenzátorra, hogy a fegyverzetek között áthaladó elektronnyaláb ne térüljön el? b. Ha nem kapcsolunk feszültséget a kondenzátorra, akkor a fegyverzetek szélétől 30cm-re lévő ernyőn hol csapódik be az elektronnyaláb? 48. ábra 72

73 VÁLTAKOZÓ ÁRAM Elméleti áttekintés, ismétlés: Mikor beszélünk váltakozó, illetve szinuszos váltakozó áramról? Mit értünk a váltóáram effektív értékén, hogyan számoljuk ki? Mi az az induktív és kapacitív ellenállás? Jellemezd a soros RLC kör feszültség és áramerősség viszonyait, mi az a fázisszög? Mit értünk hatásos és meddő teljesítmény alatt? Miért égnek néha az utcán a lámpák fényes nappal? 73

74 Ismétlő feladatok: 1. Mekkora a 230V-os, 50Hz-es hálózati áramforrásra kapcsolt 1000W teljesítményfelvételű vízmelegítőn átfolyó áram effektív és maximális értéke? 2. Milyen kapcsolat van a háromfázisú ún. ipari áram és a háztartásokban használt 230V-os 50Hz-es váltakozó áram között? 3. Ha egy tekercsre 32V egyenfeszültséget kapcsolunk, akkor rajta 4A áram folyik keresztül. Míg ha 32V effektív értékű szinuszos váltóáramot, akkor 1,6A a rajta átfolyó áram. a. Mekkora a tekercs önindukciós együtthatója? b. Váltóáram esetén mekkora a fázisszög? 74

75 1. kísérlet Váltakozó áram vizsgálata oszcilloszkóppal I. Eszközök: Változtatható váltóáramú áramforrás. ellenállás, nagy induktivitású tekercs, nagy kapacitású kondenzátor, lengővezetékek Kétcsatornás oszcilloszkóp és tartozékai. A kísérlet leírása: 49. ábra Állítsuk össze az ábrán látható áramkört, az oszcilloszkóp műszaki leírását figyelembe véve. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be az oszcilloszkópot. Fokozatosan adjuk rá a feszültséget az áramkörre. Figyeljük az oszcilloszkóp kijelzőjét, finoman hangoljuk a műszert. Ismételjük meg a kísérletet kondenzátorral és ellenállással. Ismételjük meg a kísérletet tekerccsel és kondenzátorral. Írjuk le tapasztalatainkat. Észrevételeink: 75

76 2. kísérlet Váltakozó áram vizsgálata oszcilloszkóppal II. Eszközök: Változtatható váltóáramú áramforrás. ellenállás, nagy induktivitású tekercs, nagy kapacitású kondenzátor, lengővezetékek Kétcsatornás oszcilloszkóp és tartozékai. A kísérlet leírása: Az előző kísérletet alapul véve változtassuk meg az összeállítást úgy, hogy az ellenállásról érkező jelet az X, a tekercsről érkező jelet az Y bemenetre kapcsoljuk. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be az oszcilloszkópot. Fokozatosan adjuk rá a feszültséget az áramkörre. Figyeljük az oszcilloszkóp kijelzőjét, finoman hangoljuk a műszert. Ismételjük meg a kísérletet kondenzátorral és ellenállással. Ismételjük meg a kísérletet tekerccsel és kondenzátorral. Írjuk le tapasztalatainkat. Észrevételeink: Hogyan nevezzük az így kapott görbéket? Mire lehet pl. felhasználni, ezt a mérési módot? 76

77 Feladatok: 1. Az ábrán látható áramkört hálózati 230V-os áramforrásra kapcsoljuk. a. Hogyan válasszuk meg a tekercset, azaz mekkora legyen az önindukciós együtthatója, ha az áramkörben rezonanciát akarunk kelteni? 50. ábra b. Mekkora ebben az esetben a fázisszög? c. Számít e az ohmos ellenállás nagysága? 77

78 LED Elméleti áttekintés, ismétlés: Mit nevezünk félvezetőnek, mi az a lyukvezetés? Mi az a p ill. n típusú félvezető? Írj rá példát! Hogyan működik a dióda? Egészítsd ki az ábrát! Melyik a nyitó, ill. záró irányú kapcsolás? 51. ábra Mit jelent a LED kifejezés? Hogyan működik? 78

79 Ismétlő feladatok: 1. Az ábrán egy egyutas egyenirányító végletekig leegyszerűsített kapcsolási rajza található. a. A bemenő feszültség ismeretében rajzoljuk be a kimenő feszültséget az ábrába. b. Hogyan javíthatunk az áramkörön? c. Milyen lesz a javítás után a kimenő feszültség? 53. ábra 52. ábra 1. kísérlet LED színe Eszközök: 4-5 db különböző színű LED folyékony nitrogén egyenáramú áramforrás, vezetékek A kísérlet leírása: 54. ábra Kapcsoljuk nyitóirányban hosszan lógó vezetékre az egyik LED-et. Figyeljük meg a kibocsátott fény színét. Majd működés közben mártsuk folyékony nitrogénbe. 79

80 Ismételjük meg az eljárást a többi LED-del is. Mit tapasztalunk? Keressünk magyarázatot a jelenségre. Észrevételeink: A jelenség magyarázata: 2. kísérlet LED nyitókarakterisztikája 2 db LED, kb ohmos ellenállás 0-6V finoman változtatható egyenfeszültségű áramforrás. feszültség és áramerőség mérő műszerek (multiméterek) A kísérlet leírása: 55. ábra Állítsuk össze az ábrán látható áramkört az egyik dióda felhasználásával. Ügyeljünk a dióda nyitó irányú kapcsolására. Ellenőrizzük le az áramkört. A feszültség fokozatos növelése közben figyeljük a diódán átfolyó áramerősséget. A nyitófeszültség elérésekor az áram hirtelen megnő, itt finomhangolás szükséges. Az diódán átfolyó áram ne haladja meg a 10mA-t! Jegyezzük fel a mérési jegyzőkönyvbe a diódán mért feszültség és áramerősség értékeket. Ábrázoljuk grafikonon a mért értékeket. Ismételjük meg az eljárást a másik diódára is. Mekkora a diódák nyitófeszültsége? 80

81 Mérési jegyzőkönyv: A LED jelzése: U[V] i[ma] U ny = A LED jelzése: U[V] i[ma] U ny = A diódák nyitókarakterisztikái: Feladatok: 1. Tervezz kétutas egyenirányítót! 81

82 NAPELEMEK Elméleti áttekintés, ismétlés: Mi a különbség a napelem és a napkollektor között? Hogyan működik a napelem? Egészítsd ki az ábrát! 56. ábra Mi az a mono- ill. polikristályos napelem? 57. ábra 58. ábra A ma használatos napelemek kb. mekkora hatásfokkal alakítják át a napenergiát elektromos energiává? 82

83 Ismétlő feladatok: 1. A hidrogén alapállapotú elektronját mekkora hullámhosszú fény juttatja a harmadik energiaszintre? 1. kísérlet Napelem teljesítményének hőmérsékletfüggése. Eszközök: Előre behűtött monokristályos napelemcella. Kontakthőmérő, fényforrás lengő vezetékek, ismert kb. 100 ohm -os ellenállás áram és feszültségmérő műszerek (digitális multiméterek) A kísérlet leírása: 59. ábra Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. A kontakthőmérőt illesszük a napelem hátoldalához. Világítsuk meg közelről a napelemet, hogy a hőhatás is érvényesüljön, de ne túl közelről! Figyeljük a hőmérőt, a feszültség és áramerőség mérőt. Jegyezzük fel az értékeket a mérési jegyzőkönyvbe. Az egyes mért értékeknél számoljuk ki, a napelem leadott teljesítményét. 83

84 Ábrázoljuk a teljesítményt a hőmérséklet függvényében. Mit tapasztalunk? Mérési jegyzőkönyv: Napelem jelzése: R= T= U= i= P= Grafikon: Észrevételeink: 84

85 2. kísérlet Ismeretlen napelem hatásfokának meghatározása. A napelemek hatásfokának meghatározása meglehetősen körülményes és sokrétű feladat, így csak egy összehasonlító mérést végzünk. Eszközök: 1db ismert hatásfokú és 1 db ismeretlen hatásfokú napelem. fényforrás, lengő vezetékek, ismert kb. 100 ohm -os ellenállás áram és feszültségmérő műszerek (digitális multiméterek) mérőszalag A kísérlet leírása: 60. ábra Állítsuk össze az ábrán látható áramkört az ismert hatásfokú napelem segítségével. A fényforrást bekapcsolva, jegyezzük fel a feszültség és áramerősséget, számoljuk ki a leadott teljesítményt. Cseréljük ki a napelemet az ismeretlen hatásfokúra és ismételjük meg az eljárást. Határozzuk meg a napelemek felületét. Számoljuk ki az ismeretlen napelem energiaátalakítási hatásfokát! A számolás menete általánosan: 85

86 Mérési jegyzőkönyv: Az ismert napelem hatásfoka: = U i P x y Az ismeretlen napelem jellemzői: U i P x y A Az ismeretlen napelem hatásfoka: = Feladatok: 1. Hol érdemes napelemekkel megoldani az elektromos áramellátást? 2. Ha a házadban napelemekkel akarod megoldani az elektromos áram ellátását, miket kell beszerezned hozzá? 86

87 AZ ANYAG HULLÁMTERMÉSZETE Elméleti áttekintés, ismétlés: Ki volt az a tudós, aki az anyag kettős természetével elsőként foglalkozott érdemben? Hogyan számoljuk ki egy részecske hullámhosszát? Mi az a tulajdonság, amivel igazolható a részecskék hullámtermészete? Miért nem kezelhető egyszerű hullámként egy részecske? Mi az a hullámcsomag? 87

88 Ismétlő feladatok: 1. Mekkora a hullámhossza annak a protonnak, amelyiket 10000V gyorsító feszültség gyorsított fel? 2. Egy 0,5 kg tömegű labdát 50m/s sebességgel dobunk el. a. Mekkora a hullámhossza? b. Miért nem észlelhetjük soha a makroszkopikus testek hullámtulajdonságait? 3. Egy elektronágyú gyorsító feszültsége 5000V. Mekkora rácsállandójú kristályon halad át az elektronnyaláb, ha a rácstól 20cm re lévő ernyőn az első erősítési helyek 10cm-re vannak egymástól? 88

89 1. kísérlet Elektroninterferencia Eszközök: Elektrondiffrakciós készülék és tartozékai. Nagyfeszültségű egyenáramú áramforrás Lengő vezetékek A kísérlet leírása: 61. ábra A műszaki leírásnak megfelelően állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Kapcsoljuk be a fűtőkört, majd várjunk néhány percet. Közben sötétítsük be a helyiséget. Fokozatosan adjuk rá a készülékre a gyorsító feszültséget. Figyeljünk arra, hogy a feltüntetett maximum értékeket soha ne lépjük túl! Mit észlelünk? Különböző gyorsító-feszültségek esetén jegyezzük fel a legjobban látható interferenciagyűrűk sugarát, és természetesen azt is, hogy ez hányadik. Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet. Határozzuk meg az alkalmazott rács rácsállandóját. Észrevételek: A számolás menete általánosan: 89

90 Mérési jegyzőkönyv: A rács távolsága a fluoreszkáló ernyőtől: L= U λ k r d Ezek alapján a rács rácsállandója: d= Milyen kristályos anyag lehet ez? Feladatok: 1. Hogyan győződhetünk meg arról, hogy az elhajlási kép a kísérletben valóban az elektronoktól származik és nem a kristályrácson keltett röntgensugárzástól? 90

91 CSILLAGÁSZAT Elméleti áttekintés, ismétlés: Sorold fel a naprendszer bolygóit és a jelentősebb holdakat! Mit jelent a csillagnap, illetve a valódi nap kifejezés? A naprendszer tömegének, illetve perdületének hány százaléka jut a napra? Milyen távolságegységeket használnak a bolygókutatásban illetve a csillagászatban? Mi az a vöröseltolódás, mire következtetünk belőle? 91

92 Mit jelent a kettőscsillag kifejezés? Az üstökösök csóvája milyen helyzetű a naphoz viszonyítva? Miért? Sorold fel a Kepler törvényeket! Ismétlő feladatok: 1. Számoljuk ki az első és második szökési sebességet! Mit értünk harmadik szökési sebesség alatt? A föld tömege: 5, kg, sugara: 6373km. 92

93 1. kísérlet Bolygó megfigyelés Eszközök: Tiszta égbolt ragyogó csillagokkal. Csillagászati távcső (SkyWatcher BD 200/1000 Newton) A magyar csillagászati egyesület honlapja, észlelési ajánlat. A kísérlet leírása: 62. ábra Állítsuk fel a távcsövet egy kevéssé fényszennyezett helyen. A magyar csillagászati egyesület honlapján szereplő aktuális bolygóadatoknak megfelelően pozícionáljuk a távcsövet. Keressük meg a látható bolygókat és holdjaikat. Állítsuk távcsövünket a holdra. Írjuk le észleléseinket! Észleléseink: A bolygók és csillagok áthaladnak a távcső látómezején. Valóban ilyen gyorsan mozognak? Magyarázd meg a jelenséget. Mit tehetünk ellene? 93

94 2. kísérlet Messier objektumok Eszközök: Tiszta égbolt ragyogó csillagokkal. Csillagászati távcső (SkyWatcher BD 200/1000 Newton) Messier-album, vagy Internet A kísérlet leírása: 63. ábra M104 Sombrero galaxis (NGC4594) Állítsuk fel a távcsövet egy kevéssé fényszennyezett helyen. Válaszszuk ki az évszaknak és napszaknak megfelelő Messier objektumokat, és pozícionáljuk rá a távcsövet. Írjuk le észleléseinket! Észleléseink: 94

95 Feladatok: 1. Egy műholdat geostacionárius pályára akarnak állítani. Milyen magasan fog a föld felszíne felett keringeni? 2. Egy 1,5 tonna tömegű műhold a föld középpontjától km távolságban körpályán kering. a. Mekkora lesz a sebessége, ha a pályasugarat km re emelik? b. Mennyi energiára van ehhez szükség, ha az üzemanyag égetésből adódó tömegveszteségtől eltekintünk? 3. Mit ábrázol a kép? Jelöld be a nap helyét! 64. ábra 95

96 STATISZTIKUS FIZIKA Elméleti áttekintés, ismétlés: Hogyan származtatjuk a gáz nyomását? Mi az a szabadsági fok? Mennyi a szabadsági foka a He, az O 2 ill. a CH 4 részecskéknek? Mi az az ekvipartíció tétele? Mit mondhatunk egyetlen részecske, ill. a sokaság részecskéinek energia eloszlásáról? 96

97 Hogyan értelmezhetjük a párolgás jelenségét? Ismétlő feladatok: 1. Átlagosan mekkora sebességgel mozognak a levegőben lévő oxigéngáz részecskék, ha a hőmérséklet 27 0 C? 97

98 1. kísérlet Részecskék eloszlása I. Eszközök: papír, ceruza, dobókocka 6 db számozott apró tárgy. A kísérlet leírása: 65. ábra Modellezzük a gázrészecskéket a 6 számozott tárggyal, a véletlen mozgást pedig a dobókocka szabályozza. Rajzoljunk a papírra egy kétosztatú edényt, az ábrának megfelelő módon. Helyezzük el a 6 részecskét az egyik oldalon, majd kezdjük el dobálni a dobókockát. Amelyik részecske sorszámát kidobjuk, az átkerül a másik oldalra. Minden egyes dobás után húzzunk egy vonalat a mérési jegyzőkönyv megfelelő rubrikájába. A kísérletet legalább 50 dobókocka dobásig folytassuk! Számoljuk össze, hogy az egyes eloszlásokhoz mekkora érték tartozik, az eredményt ábrázoljuk oszlopdiagramon. Vonjuk le következtetéseinket. Mérési jegyzőkönyv: eloszlás gyakoriság Észrevételeink: 98

99 Gyakorisági hisztogram: 2. kísérlet Részecskék eloszlása II. Eszközök: Számítógép, eloszlas.exe nevű számítógép program. A kísérlet leírása: A számítógépes program lényegében az előző kísérlet kibővített és felgyorsított változata. Indítsuk el a programot és járjunk el a program használati útmutatója szerint. Figyeljük meg 6 db részecske viselkedését. Több lépésben növeljük meg a részecskék számát és figyeljük közben az eloszlásgörbe viselkedését! Mi történik, ha a két oldalon két különböző típusú gázt tárolunk, és a szelepet kinyitjuk? Írjuk le tapasztalatainkat és vonjuk le következtetéseinket. Tapasztalatok következtetések: 99

100 Feladatok: 1. Az ábrán látható hőszigetelő falú tartály két egyforma egyenként 10dm 3 térfogatú része egy csappal elválasztható. A tartály bal oldalán 1 mol 30 0 C-os hélium a másik oldalán szintén 1 mol 0 0 C-os hidrogén gáz található. A csapot kinyitva a gázok összekeverednek. c. Mekkora lesz a kialakuló közös hőmérséklet? d. Mekkora lesz a tartályban a nyomás? 66. ábra 100