Dr. Zátonyi Sándor FIZIKA 8. A tankönyv feladatainak megoldása I. ELEKTROMOS ALAPJELENSÉGEK; AZ EGYENÁRAM

Átírás

1 Dr. Zátonyi Sándor FIZIKA 8. A tankönyv feladatainak megoldása I. ELEKTROMOS ALAPJELENSÉGEK; AZ EGYENÁRAM 1.1. Elektrosztatikai kísérletek; az elektromos töltés 1. a) Taszítás. b) Vonzás. c) Vonzás. d) Taszítás. e) Vonzás. 2. Ellentétes töltésű. 3. a) Proton. b) Elektron. c) Proton. d) Elektron. 4. a) Az üvegrúdon kisebb az elektronos száma, mint a protonok száma. b) A selymen nagyobb az elektronok száma, mint a protonok száma. 5. a) Negatív töltést. b) Pozitív töltést Az elektromos áram; vezetők, szigetelők 1. Áramforrás: zsebtelep, akkumulátor, vízi erőmű, kerékpár-generátor. Fogyasztó: vasaló, villanymozdony, televízió, hajszárító, számítógép, fénymásoló. 2. a) Áramforrás. b) Fogyasztó. 3. a) A vezeték fémes összeköttetést létesít az áramforrás és a fogyasztó között. b) A kapcsoló zárja és nyitja az áramkört. 4. A lakás csengőjének az áramkörében levő kapcsoló csak addig zárja az áramkört, amíg a kapcsolót nyomjuk. Az izzólámpák áramkörében levő kapcsoló bekapcsolás után akkor is zárva marad, ha elengedjük a kapcsolót. 5. Az akkumulátor az áramforrás, a kürt a fogyasztó. 6. Trolibusz: az áramforrás egyik sarkától induló egyik felső vezetéken át jut az áram a trolibusz motorjához, majd a másik felső vezetéken át vissza az áramforrás másik sarkához. Villamos: Az áramforrás egyik sarkától induló felső vezetéken át jut az áram a villamos motorjához, majd a villamos sínen keresztül záródik az áramkör. 1

2 1.3. Áramkörök összeállítása; áramköri jelek 1. a) b) a) b) Kapcsoló Ventilátor Fűtőszál I. II. ny ny 0 0 z ny 1 0 ny z 0 0 z z a) b) 1.4. Az áramerősség és mérése 1. 2,5 A = 2500 ma ma = 0,261 A. 3. 0,2 ampert. 4. a) A méréshatár 0,6 A; a mért áramerősség 0,4 A. b) A méréshatár 3 A; a mért áramerősség 0,5 A. 5. a) 3 A. b) 0,5 A. c) 1,25 A. 6. a) 1 A. b) 0,2 A A feszültség és mérése 1. 1,5 V = 1500 mv kv = V mv = 0,2 V. 2

3 V = 25 kv. 5. a) Kettő. b) Három. c) Négy. 6. a) A méréshatár 6 V; a mért feszültség 4 V. b) A méréshatár 30 V; a mért feszültség 10 V. 7. a) 6 V. b) 1 V. c) 2,5 V. 8. a) 10 V. b) 2 V Ohm törvény; az ellenállás 1. Az izzón áthaladó áramerősség kétszer akkora lesz, mint eredetileg volt. 2. a) Az áramerősség felére, harmadára, negyedére csökken. b) Az áramerősség az eredeti másfélszeresére, kétszeresére nő. 3. a) A feszültség az először mért feszültségnek a kétszeresére, háromszorosára nőtt. b) A feszültség az először mért feszültségnek a felére, harmadára csökkent. 4. R = 2,4 Ω. 5. R 885 Ω. 6. R 26 Ω. 7. R 1769 Ω. 8. a) R = 2,4 Ω. b) R = 30 Ω. c) Az irányjelző lámpának 12,5-szer akkora az ellenállása, mint a fényszóróban levő izzólámpának A feszültség és az áramerősség kiszámítása 1. U = 6 V. 2. U = 24 V. 3. U 4,3 V 4. U = 3,5 V. 5. I 2,8 A. 6. I = 0,1 A. 7. a) I = 5 A. b) I 0,4 A. 8. I = 0,001 A A vezetékek elektromos ellenállása 1. A kantálhuzal ellenállása 5-ször akkora, mint az azonos méretű rézhuzal ellenállása. 2. A kantélhuzal ellenállása 1,08-szorosára, a volfrámhuzal ellenállása 6,43-szorosára, a rézhuzal 5,6-szeresére nő, ha hőmérsékletük 20 C-ról 1200 C-ra emelkedik. 3. a) A távvezeték hosszúsága nagyobb lesz. b) A távvezeték ellenállása nagyobb lesz. 3

4 4. A 0,6 mm 2 keresztmetszetű vashuzal ellenállása harmad-része lesz a 0,2 mm 2 keresztmetszetű vashuzal ellenállásának. 5. a) I = 0,12 A. b) I = 0,72 A. 6. R = 12 Ω. b) 3 Ω. 7. Az egyik vezetéknek például 2-szer akkora a hosszúsága és 2-szer akkora a keresztmetszete is, mint a másiknak. Vagy: Ahányszor nagyobb az egyik vezeték keresztmetszete, ugyanannyiszor nagyobb a hossza is, mint a másik vezetéké. 8. Az izzószál ellenállása nő A fogyasztók soros kapcsolása a) I = 0,08 A. b) Az áramerősség csökken. 3. a) A huzalellenállás ellenállása 3-szorosa a az izzólámpa ellenállásának. b) U = 16 V. 4. a) R = 112 Ω. b) U = 4,5 V. 5. a) R = 1170 Ω. b) 12,8 V. c) I 0,2 A. 6. a) U = 16 V. b) R = 120 Ω. c) R 1 = 40 Ω; R 2 = 80 Ω A fogyasztók párhuzamos kapcsolása A kapcsoló állása Izzólámpa A B C D bal közép jobb a) U 1 = 4,2 voltot. b) U = 4,2 V. 4. a) A huzalellenállásnak feleakkora az ellenállása, mint az izzólámpának. b) I = 0,6 A Ω-nál kisebb. 6. a) I 1 0,16 A; I 2 0,16 A. b) I 0,32 A. c) R 28 Ω. 7. a) I = 1,3 A. b) R 177 Ω. 8. a) U p > U s. b) I p > I s. c) R p < R s. 4

5 II. AZ ELEKTROMOS ÁRAM HATÁSAI; AZ ELEKTROMOS MUNKA ÉS TELJESÍTMÉNY 2.1. Az elektromos áram hőhatása 1. Villanytűzhely, elektromos forrasztópáka, automata mosógép vízmelegítő része, melegítő párna, hajsütővas, merülőforraló stb. 2. A vasaló és a zsinór tulajdonképpen soros kapcsolásban vannak egymással. A vezeték ellenállása azonban elhanyagolhatóan kicsi a vasaló ellenállásához viszonyítva. Így a csatlakozó vezeték két vége között is nagyon kicsi a feszültség. A zsinór ezért nem melegszik fel. 3. A huzal olvadáspontja magasabb lehet, mint a betét olvadáspontja. Ezért túlterhelés vagy rövidzárlat esetén nem olvad ki, ami tűzveszélyes lehet. 4. a) Rövidzárlat keletkezik. A biztosító kiég. b) Az áramkör záródik, és a lámpa világít. (A biztosító nem ég ki.) 5. a) Az izzólámpa nem világítana olyan fényerővel, mint ha azt az előírt feszültségű áramforráshoz kapcsoljuk. b) Az izzólámpa kiégne. 6. a) Az újonnan bekapcsolt izzólámpán 0,4 A erősségű áram halad át. Az áramerősség a főágban így 8,4 A lesz; a biztosító nem ég ki. b) A főzőlapon 5,2 A erősségű áram halad át. A főágban az áramerősség 13,2 A lenne. A biztosító kiég Az elektromos áram vegyi hatása 1. a) Oxigénből. b) A pozitív pólussal. c) Hidrogénből. d) A negatív pólussal. g 2. a) Abban az esetben, amikor 1,28 3 cm a sűrűség. 3. Az az előnyük, hogy miután lemerültek, újra lehet tölteni őket. 4. a) U = 7,2 V. b) U = 1,2 V. 5. a) U = 1,2 V. b) Soros kapcsolásban. 6. η = 0,75 = 75 %. b) A sűrűség csökken Az elektromos áram élettani hatása 1. Nehogy a fürdőkádból el lehessen érni a kapcsolót. Ha a sérült kapcsolót a fürdővízben levő személy megérintené, súlyos áramütés érhetné, mivel teste nagy felületen érintkezik a vízzel, és a nedves test jó vezető. A vízvezeték és a kád csővezetéke pedig fémes összeköttetésben van a földdel. 5

6 2. Zárlat esetén áram jut a készülék külső, fémből készült részeihez. Védőföldelés esetén a biztosító kiolvad. Ha nincs védőföldelés (a feladat feltételezése szerint), akkor nem old ki a biztosító, és a külső fémrészek érintésekor áramütés érhet bennünket. 3. A 2,5 az áramerősséget (2,5 A), a 250 a feszültséget (250 V) jelenti. 4. a) Az emberi testen 0,23 A erősségű áram haladna át. b) Ez az áramerősség nagyobb, mint az emberi szervezetre életveszélyes áramerősség (4,6-szerese). 5. Az emberi testen 0,0045 A erősségű áram haladna át. A zsebizzónak sokkal kisebb az ellenállása, ezért nagyobb (0,2 A) a rajta áthaladó áram erőssége A mágneses kölcsönhatás 1. a) Vonzást. b) A mágnes nem vonzza az alumíniumkilincset. c) A mágnes nem vonzza a rézkilincset. d) Taszítást. e) Vonzást. 2. a) Nincs mágneses kölcsönhatás. b) Nincs mágneses kölcsönhatás. c) Nincs mágneses kölcsönhatás. d) Vonzást tapasztalunk. e) Vonzást tapasztalunk. 3. Az egyik rúd egyik végét végighúzzuk a másik rúdon. Ha mindvégig vonzást tapasztaltunk, akkor a mágneses rúd volt a kezünkben. Ha végighúzáskor csak a rúd két végénél tapasztaltunk vonzást, akkor a nem mágneses rudat húztuk végig a másik rúdon a) Ferdén lefelé. b) Függőlegesen felfelé Az elektromos áram mágneses hatása 1. a) b) Az iránytű északi pólusa távolodik az elektromágnestől. c) Az iránytű északi pólusa az elektromágnes felé. d) Az iránytű északi pólusa távolodik az elektromágnestől. 2. Az elektromágnesen áthaladó áram erősségétől, az elektromágnes menetszámától, a vasmag anyagától, a tekercs és a vasmag alakjától. 3. Amikor 0,2 A erősségű áram halad át az elektromágnesen, akkor kisebb az elektromágnes erőssége, mint amikor 0,3 A az áramerősség. 4. a) A kélt elektromágnesen azonos erősségű áram halad át. b) A 600 menetű elektromágnes körüli mágneses mező erőssége nagyobb, mint a 300 menetű elektromágnes körüli mágneses mező erőssége. 5. Azért, mert például a kisebb menetszámú elektromágnesen nagyobb erősségű áram haladt át, mint a nagyobb menetszámú elektromágnesen. 6

7 2.6. Az elektromágnes gyakorlati alkalmazásai 1. Elektromos csengő, fejhallgató, teheremelő mágnes, automata biztosító, lágyvasas műszer. 2. a) b) 3. Az erősítőből jövő áram erőssége a hangrezgéseknek megfelelő módon változik. Ennek megfelelően, különböző erősségű lesz az elektromágnes, és így a hangrezgésekkel megegyező módon hozza mozgásba a lengőtekercset és a membránt. 4. a) A mutató jobbra tér ki a 2 V-os beosztásig. b) A mutató az 1 V-os beosztásig tér ki. 5. a) A mutató ebben az esetben is a 0,6 A jelzésig tér ki. b) A mutató a 0,2 A jelzési tér ki Az elektromos motor 1. Villamos, mosógép, centrifuga, trolibusz. 2. a) Sétáló magnó, hordozható CD-lejátszó, kézi porszívó, elemes villanyborotva. b) Mosógép, centrifuga, asztali magnó, CD-lejátszó, háztartási porszívó, villanyborotva. 3. a) A forgórész forgásiránya megváltozik. b) A forgórész forgásiránya nem változik meg. 4. η = 0,83 = 83 %. 5. a) Hibás válasz. b) Helyes válasz. c) Hibás válasz Az elektromos munka 1. W = 8970 J. 2. W = J 17,8 kj. 3. W = J 11,9 kj. 4. W J 6458 kj. 5. W = J = 9108 kj. 6. a) I 4,29 A. b) W = J 309 kj. c) Q 309 kj Az elektromos teljesítmény 1. P = 1099,4 W 1100 W. 2. a) U = 3,5 V; I = 0,2 A; R = 17,5 Ω. b) P = 0,7 W. 7

8 3. I 0,43 A. 4. a) I 1 4,35 A. b) I 2 8,7 A. 5. U = 15 V. 6. a) I 4,1 A. b) R 56 Ω Az elektromos fogyasztás 1. W = 20 kwh. 2. W = 3 kwh. 3. a) W = 0,5 kwh. b) Q = 1800 kj. 4. P 0,06 kw = 60 W. 5. P = 0,075 kw = 75 W. 6. a) t 1,8 h. b) I 2,39 A. 7. a) Az izzólámpát 10 óráig, a kávéfőzőt 2 óráig, a porszívót 1 óráig lehet működtetni 1 kwh elektromos energiával. b) Fordított arányosság. 8. Megjegyzés: A tankönyv szövege helyesen: 1440 kj-lal nőtt az étel termikus energiája. Ennek megfelelően a megoldás: a) W = 0,415 kwh = 1494 kj. b) η 0,96 = 96 %. III. AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ; A VÁLTAKOZÓ ÁRAM 3.1. Indukciós alapjelenségek 1. a) A műszer mutatója kitér. b) A műszer mutatója nyugalomban marad. c) A műszer mutatója kitér (az előző kitéréssel ellentétes irányba). 2. a) A műszer mutatója kitér. b) A műszer mutatója nyugalomban marad. c) A műszer mutatója kitér (az előző kitéréssel ellentétes irányba). 3. a) A műszer mutatója kitér. b) A műszer mutatója nyugalomban marad. c) A műszer mutatója kitér (az előző kitéréssel ellentétes irányba). 4. a) A műszer mutatója kitér. b) A műszer mutatója kitér (az előző kitéréssel ellentétes irányba). c) A műszer mutatója nyugalomban marad. 5. A tekercset a Föld mágneses mezőjében mozgatjuk, s ezáltal indukált feszültség jön létre a tekercsben. 6. 8

9 3.2. Az indukált feszültség és áram 1. Az indukált feszültség függ a mágnes mozgatásának a sebességétől, a mágnes erősségétől, a tekercs menetszámától. 2. a) Az indukált áram erőssége nő. b) Az indukált áram erőssége csökken. 3. Kisebb feszültség indukálódott, mint amekkora az izzó működtetéséhez szükséges. 4. Amikor nagyobb sebességgel mozgatjuk az elektromágnest a tekercs előtt, akkor nagyobb indukált feszültség jön létre, mint amikor kisebb sebességgel mozgatjuk. 5. Amikor a nagyobb erősségű mágneses hatást mutató elektromágnes áramát szaggatjuk meg, akkor nagyobb indukált feszültség jön létre a közelben levő tekercsben, mint a gyengébb mágneses hatást mutató elektromágnes esetében. 6. A nagyobb menetszámú tekercs áramának erősítésekor és gyengítésekor nagyobb indukált feszültség jön létre a közelben levő tekercsben, mint a kisebb menetszámú tekercs esetében A váltakozó áramú generátor 1. a) Balra tér ki. b) Balra tér ki. c) Jobbra tér ki. 2. I = 0,5 A. 3. a) A mozgási energiából elektromos energiát állít elő a generátor. b) A villanymotor az elektromos energiát mozgási energiává alakítja át. 4. a) Mozgási energiából elektromos energia lesz. b) A gőz termikus energiáját a turbina mozgási energiává alakítja át; a turbinával közös tengelyen levő generátor pedig a mozgási energiát elektromos energiává alakítja át. 5. a) Lőrinci, Várpalota (Inota), Ajka, Berente, Tiszapalkonya, Pécs stb. b) Paks. 6. η = 0,9 = 90 % A váltakozó áram hatásai 1 t = 0,02 s szor. 3. a) 120-szor. b) t 0,017 s. 4. a) t = 0,06 s. b) 33-szor. 5. a) A műszer mutatója kitér. b) A műszer mutatója kitér. 9

10 6. Budapest, Győr, Tatabánya, Szombathely, Veszprém, Székesfehérvár, Kaposvár, Pécs, Eger, Miskolc, Nyíregyháza, Szolnok, Debrecen, Kecskemét, Szeged, Békéscsaba A transzformátor 1. U p : U sz = 230 V : 12 V 19, U sz 9 V. 3. U sz : U p = V : 230 V U sz = 5,75 V. 5. U sz 4,5 V. 6. a) U sz = 96 V. b) U sz = 6 V A transzformátor gyakorlati alkalmazásai 1. a) 24 V : 12 V = 2 (háromszor); 6 V : 24 V = 0,25 (háromszor). b) Fordított arányosság. 2. I p 0,09 A; I sz = 1,75 A. 3. I p 0,0083 A = 8,3 ma. 4. I sz 192 A. 5. a) I p 0,73 A. b) W = 1,008 kwh 1 kwh. 6. η 0,91 = 91 % Az elektromos hálózat; az energiatakarékosság 1. a) U sz : U p = V : ,4. b) Mert a szekunder oldalon sokkal nagyobb az áramerősség. 2. a) P p = W = 700 kw. b) P sz = W = 667 kw. 3. A hálózati áramforrás egyik vezetéke összeköttetésben van a földdel. Így a másik vezeték érintése esetén rajtunk és a földön keresztül záródna az áramkör. Áramütés érne bennünket. 4. a) W = 0,15 kwh. b) W = 3 kwh. 5. a) W = 0,141 kwh. b) A fizetendő összeg 4,06 Ft. (Az egységár decemberben: 28,78 Ft/kWh, ÁFÁ-val együtt.) 6. a) W = 365 Wh = 0,365 kwh. b) 10,50 Ft-ot. *7. Akkor is érhetné áramütés a például a szerelőt, ha rövidzárlat következtében kioldott a biztosíték. A fázisvezeték ugyanis továbbra is áram alatt maradna. *8. Izzócsere esetén nagyobb veszélyt jelentene, ha véletlenül megérintenénk a foglalat fémes részét. 10

11 IV. FÉNYTAN 4.1. Fényforrások; a fény egyenes vonalú terjedése 1. Sarkcsillag. 2. Magas hőmérsékletű fényforrás: Sarkcsillag, izzó parázs, villám, zsebizzó. Hideg fényforrás: ködfénylámpa, fénycső. 3. Pontszerű fényforrás: zsebizzó, az autó irányjelző lámpája. Kiterjedt fényforrás: nagy burájú izzólámpa, a televízió képernyője a) 0,001 másodperc alatt. b) 882 másodperc, vagyis 14,7 perc alatt. 6. 0, másodperc alatt ,67 s 8,31 min alatt. 8. 2,56 másodperc alatt A fény visszaverődése a sík- és gömbtükrökről A beesési szög és a visszaverődési szög is A vízszintessel 65 -os szöget kell bezárnia a tükörnek. (90-25 = 65.) 5. a) Párhuzamosan. b) Széttartóan. 6. a) A fókuszponton keresztül. b) Az optikai tengellyel párhuzamosan. c) Önmagában verődik vissza. 7. A domborúbb tükörről a fénysugarak nagyobb szögben verődnek vissza a fénysugarak, mint a kevésbé domború tükörről. 8. a) Mintha a látszólagos fókuszpontból indulna ki. b) Az optikai tengellyel párhuzamosan verődik vissza. 11

12 Törési szög 4.3. A sík- és gömbtükör képalkotásai 1. A síktükörben. 2. Homorú tükörrel. 3. Domború tükörben. 4. a) A fókuszpont és a tükör között. b) A tükör mögött. c) Látszólagos. 5. Kicsinyített, fordított állású látszólagos képet látunk a gömb felülete mögött. 6. A domború tükörben a toll kicsinyített, a homorú tükörben a toll nagyított képét látjuk. Mindkét tükörben a tükör mögött látjuk a tollal azonos állású, látszólagos képet A fénytörés 1. a) A beesési szög a Nap deleléséig csökken, utána nő. b) A törési szög a Nap deleléséig csökken, utána nő. 2. A fénysugár merőlegesen éri a víz felületét. (A beesési és a törési szög is 0.) 3. A szívószál vízben levő része nagyítottnak látszik. A pohárban levő víz henger alakú domború lencsét alkot. 4. fok fok Beesési szög 5. A törési szög A prizma másik oldalán 49 a törési szög. 12

13 4.5. Fénytörés a domború és a homorú lencsén 1. A fényfolt először egyre kisebb lesz. Amikor a papírlap 12 cm-re van a lencsétől, akkor a legkisebb a fényfolt. Ezt követően ismét nagyobb lesz a fényfolt. 2. a) Párhuzamosan. b) Széttartóan. 3. a) Domború lencsével végeztük a kísérletet. b) A fényforrás a lencse gyújtópontjában volt. 4. a) A fókuszponton át. b) Az optikai tengellyel párhuzamosan. 5. a) Mintha a látszólagos gyújtópontból indult volna ki. b) Az optikai tengellyel párhuzamosan A domború és a homorú lencse képalkotása 1. a) Domború lencsével állítható elő kicsinyített, valódi kép. A tárgy a fókusztávolság kétszeresén kívül van. b) Homorú lencsén keresztül láthatunk kicsinyített, látszólagos képet. A tárgy és a kép a lencse ugyanazon oldalán van. 2. a) A lencse gyújtópontja és a lencse között. b) A lencse mögött. c) Látszólagos. 3. a) 85 mm és 170 mm között. b) Fordított. 4. a) 35 mm és 70 mm között. b) Fordított. 5. A domború lencsén át a radír nagyított, a homorú lencsén át a radír kicsinyített képét látjuk. Mindkét esetben a tárggyal megegyező oldalon látjuk a radírral azonos állású, látszólagos képet. 6. Mindkét kép kicsinyített, látszólagos, a tárggyal azonos állású kép. A kép a tárggyal megegyező oldalon, illetve a tükör mögött látszik A mikroszkóp és a távcső 1. A fényvisszaverődésen. A homorú tükör a mikroszkóplátóterének kis részére gyűjti össze a visszaverődő fénysugarakat. 2. a) A szemlencse fókusztávolságán belül. b) A szemlencse ugyanazon oldalán, ahol a tárgylencse létrehozta a képet. 3. A kórokozót 0,6 mm nagyságúnak látjuk. 4. a) A távcső 8-szoros nagyítást nyújt. b) A tárgylencse 30 mm átmérőjű. c) Tőbb fény juthat a távcsőbe, világosabb képet láthatunk Az emberi szem és a látás 1. a) A szemlencse gyújtópontjának a kétszeresén kívül. b) A szemlencse gyújtópontja és a gyújtótávolság kétszereses között. 13

14 2. Változik a pupilla nagysága. 3. Változik a szemlencse domborulata, ezáltal változik a szemlencse fókusztávolsága. 4. Hasonlóság: a fényképezőgép és a szem lencséje is kicsinyített, fordított állású, valódi képet hoz létre a gyújtópont és a gyújtótávolság kétszerese között. Különbség: A fényképezőgéppel a kép élesre állítását a lencse és a film közötti távolság változtatásával oldjuk meg; a szem a szemlencse domborulatának a változtatásával állítja élesre a képet. A fényképezőgépen a lencse nyílásának (a blendének ) az állításával szabályozzuk a gépbe kerülő fény mennyiségét; a szemben a pupilla nyílásának a nagysága változik. A fényképezőgép a filmre, a szem az ideghártyára vetíti az éles képet. 5. A fiú rövidlátó. Ezért kell olyan szemüveget viselnie, amelyikben homorú lencse van. 6. A kislány távollátó. Ezért domború lencsés szemüveget kell viselnie. *7. 0,5 dioptriás. *8. 0,4 m. 9. A testek színe 1. Azért látjuk zöldnek, mert a tábla csak a zöld szint veri vissza, a többit elnyeli. 2. Kék színűnek látjuk. 3. A fénycső által kibocsátott fény nem ugyanabban az arányban tartalmazza a különböző színeket, mint a napfény. Ezért más a ruhaanyagról visszaverődő színek aránya is. 4. Azért, mert minden színű fény nagy részét ellnyelik. 5. a) A zöldet. b) A vöröset, a narancsot, a sárgát, a kéket és az ibolyát. 14