Conrad Szaküzlet, 1067 Budapest, VI., Teréz krt 23. Tel:

Átírás

1 Conrad Szaküzlet, 1067 Budapest, VI., Teréz krt 23. Tel: Napenergia 150 kísérlet Figyelem: éles, hegyes tárgyakkal óvatosan kell bánni. A kísérletektől a három éven aluli gyerkeket távol kell tartani. A közvetlen napfényben végzett kísérletekhez napszemüveget kell viselni. A csillagokkal (**) jelzett kísérletek csak felnőtt felügyelete mellett végezhetők. A készlet tartalma Abszorbeáló (elnyelő) edény Meghajtó tárcsa Felragasztó Lábak a parabolatükörhöz Kötözőfonal/spárga Kivágós papírívek Celofán (piros, zöld, kék, sárga) - fekete karton Dióda Drót (19 cm) Elektródok Repülők (kivágós ívek) Galvanométer - a következő alkatrészekkel: tengely, alaplap, rézdrót, mágnes, mágnestartó, skála, mutató Használati útmutató Gumiszalag Gumikorong Emelő/darukar Világítódióda (LED) Léggömb Lupe (nagyítóüveg) Motor Parabolatükör ph-papír Műanyag kar Műanyag edény fedővel Műanyag tartó Propeller Kémcső Fém kémcsőfogó Védőszemüveg Napelem Tükör Csap/tű Rögzítő dugasz a parabolatükörhöz Stroboszkóp tárcsa Hőmérő Hőmérő skála Alátét tárcsa Ellenállás 1

2 Tartalom HŐ...4 HŐMÉRSÉKLET - HŐ KÍSÉRLET - FORRÓ - MELEG - HIDEG KÍSÉRLET - CSAK HIDEGEBBNEK TŰNIK KÍSÉRLET - MIÉRT MELEGEBB AZ UTCA? KÍSÉRLET - PAPÍRFAZÉK** KÍSÉRLET - HŐMENNYISÉG KÍSÉRLET - A JÉG RAGAD KÍSÉRLET - A HŐMÉRŐ KÍSÉRLET - A NAP MELEGE VISSZAVERHETŐ KISÉRLET - KÉMCSÖVES HŐMÉRŐ...6 KITERJEDÉS - ÖSSZEHÚZÓDÁS KÍSÉRLET - A GÁZOK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** KÍSÉRLET - A GÁZOK LEHŰLÉSKOR ÖSSZEHÚZÓDNAK** KÍSÉRLET - A SZILÁRD TESTEK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** KÍSÉRLET - HŐTÁGULÁSI TÉNYEZŐ** KÍSÉRLET - A GUMI MELEG HATÁSÁRA ÖSSZEHÚZÓDIK** KÍSÉRLET - A LEVEGŐ KONVEKCIÓJA KÍSÉRLET - HŐÁTVITEL KÍSÉRLET - A MELEG LEVEGŐ FELSZÁLL** KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ** KÍSÉRLET - A HIDEG LEVEGŐ LESÜLLYED KÍSÉRLET - IDŐJÁRÁS A FAZÉKBAN** KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ A HÁZBAN KÍSÉRLET - BERNOULLI TÖRVÉNYE KÍSÉRLET - KI TARTJA ERŐSEBBEN? KÍSÉRLET - HOGY LEHET EZ?** KÍSÉRLET - ÁRAMVONALAS SEPRŰNYÉL** KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE KÍSÉRLET - A RÉZ JÓ HŐVEZETŐ** KÍSÉRLET - LÁTHATÓ HŐVEZETÉS** KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE** KÍSÉRLET - HŐSUGÁRZÁS KÍSÉRLET - SUGÁRZÁS** KÍSÉRLET - VASTAG ÜVEGEN KERESZTÜL KÍSÉRLET - EGY FORRÓ AUTÓ KÍSÉRLET - FEHÉR TÁRGYAK A NAPSÜTÉSBEN...8 FÉNYSUGÁRZÁS KÍSÉRLET - KONDENZORLENCSE** KÍSÉRLET - VISSZAVERT FÉNY** KÍSÉRLET - A FÉNY DIFFÚZIÓJA (SZÓRÁS) KÍSÉRLET - A FÉNY DISZPERZIÓJA (SZÓRÓDÁS)** KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK PÁRHUZAMOSAK KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK MEGTÖRHETŐK KÍSÉRLET - FÉNYTÖRÉS KÍSÉRLET - A KILÉPÉSI ÉS BELÉPÉSI SZÖG EGYENLŐ...9 A FÉNY SZÍNE KÍSÉRLET - PRIZMA ELŐÁLLÍTÁSA KÍSÉRLET - A SZIVÁRVÁNY KÍSÉRLET - A SPEKTRUM (SZÍNKÉP) KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK SZÍNTELENEK KÍSÉRLET - MI JÖN A VÖRÖS UTÁN?...10 INFRAVÖRÖS SUGARAK GYŰJTÉSE/NYALÁBOLÁSA KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TUDOMÁNYOS VIZSGÁLATA KÍSÉRLET - ENERGIA-NYALÁBOLÁS KISÉRLET - HŐNYALÁBOLÁS** KÍSÉRLET - MAXIMÁLIS HŐMÉRSÉKLET** KÍSÉRLET - A NAGYÍTÓ ÁRNYÉKA KÍSÉRLET - PÖRKÖLJÜK MEG A PAPÍRT** KÍSÉRLET - SÖTÉT PAPÍR KÖNNYEBBEN GYULLAD** KÍSÉRLET - BALRA - JOBBRA KÍSÉRLET - A FEHÉR SZÍN SZÓR A LEGJOBBAN** KÍSÉRLET - DOMBORÚ TÜKÖR (KONVEX) KÍSÉRLET - HOMORÚ TÜKÖR (KONKÁV) KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TÜKÖR KÍSÉRLET - NÉZD MEG MAGAD ALAPOSAN: SZÉP VAGY!...11 SZOLÁR KEMENCE (NAPKEMENCE) KÍSÉRLET NAPKEMENCE ÉPÍTÉSE** KÍSÉRLET - HASZNÁLJUK A NAPKEMENCÉT KÍSÉRLET - KERESSÜK A GYÚJTÓPONTOT KÍSÉRLET - GYÚJTSUNK MEG EGY TOLLAT** KÍSÉRLET - FORRALJUNK VIZET!** KISÉRLET - FŐZZÜNK TEÁT!** KÍSÉRLET - OLVASSZUNK MEG EGY GYERTYÁT!** KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A FEHÉRJÉT) KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A SÁRGÁJÁT) KÍSÉRLET - TOJÁS SÜTÉSE** KÍSÉRLET - SEGÍTSÉG KÍVÜLRŐL KÍSÉRLET - CSODA A TEÁSPOHÁRBAN

3 73. KÍSÉRLET - A KÍNAI VARÁZSLÓ TRÜKK KÍSÉRLET - VÁLTOZÁSOK ÉS VÁLTOZTATÁSOK KÍSÉRLET - A SZOLÁRHŐ KONCENTRÁLHATÓ...13 PÁROLGÁS - KONDENZÁCIÓ KÍSÉRLET - FOLYADÉK ÁTALAKULÁSA GÁZZÁ** KÍSÉRLET - GÁZ ÁTALAKULÁSA FOLYADÉKKÁ** KÍSÉRLET - A NAGY PÁROLOGTATÓ KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS SEBESSÉGE A FELÜLETTŐL FÜGG...14 A NAP MOZGÁSA KÍSÉRLET - A NAP LÁTSZÓLAGOS MOZGÁSA KÍSÉRLET - NAPÓRÁT KÉSZÍTÜNK KÍSÉRLET - MEGKERESSÜK A SARKCSILLAGOT KÍSÉRLET - A NAPÓRA FELÁLLÍTÁSA KÍSÉRLET - HÁNY ÓRA VAN? KÍSÉRLET - A NAPÓRÁT AZ ÉVSZAKHOZ IGAZÍTJUK KÍSÉRLET - AZ ÓRÁD NEM JÁR JÓL! KÍSÉRLET - NAPFOLTOK**...15 NAPKITÖRÉSEK KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK BEESÉSI SZÖGE KÍSÉRLET - KINYÚLÓ ELEM A TETŐN...17 MELEGVÍZ ELŐÁLLÍTÁSA KÍSÉRLET - A NAP FELMELEGÍTI A VIZET KÍSÉRLET - A HÁTTÉR HŐELNYELÉSE (ABSZORPCIÓJA) KÍSÉRLET - MELEGÍTÉS TÜKÖR FÖLÖTT KÍSÉRLET - MIT GONDOLSZ? KÍSÉRLET - FESTETT VÍZ ÉS SAJÁT KÉSZÍTÉSŰ TINTA KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS HŰT KÍSÉRLET - ÚSZÓMEDENCE KÍSÉRLET - MELEG VÍZ ELŐÁLLÍTÓ** KÍSÉRLET -ÜVEGGEL FEDETT HŐELNYELŐ KÍSÉRLET - MENNYI HŐT NYEL EL A FÜRDŐVÍZ A KÁDBAN? KÍSÉRLET - MENNYIBE KERÜL EGY KÁDFÜRDŐ? SZ. KÍSÉRLET A NAPI FŰTÉS-FOK ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA SZ. KÍSÉRLET A NAPI HŰTÉSI-INDEX ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA SZ. KÍSÉRLET FŰTÉSI INDEX ÁBRÁZOLÁSA...20 SZILÍCIUM NAPELEMEK...20 A NAPELEMEK MŰKÖDÉSI ELVE SZ. KÍSÉRLET NAPENERGIÁVAL HAJTOTT ELEKTROMOTOR SZ. KÍSÉRLET EGY NAPSÜTÉS NÉLKÜLI NAP KÍSÉRLET: FLUORESZKÁLÓ FÉNY KÍSÉRLET: A PROPELLER KÍSÉRLET: A FÉNYFORRÁS TESZTELÉSE KÍSÉRLET: A POLARITÁS MEGFORDÍTÁSA KÍSÉRLET: A MEGFELELŐ PROPELLERFORMA KIALAKÍTÁSA KÍSÉRLET: A VENTILÁTOR KÍSÉRLET: AZ ELSZÍVÓ KÍSÉRLET: VÁLTOZTATÁSOK A PROPELLERREL ÉS A PROPELLEREN KÍSÉRLET: NAPCSAPDA KÍSÉRLET: SZÉLCSATORNA KÍSÉRLET: SZÉLZÁSZLÓ...22 GALVANOMÉTER ÉPÍTÉSE KÍSÉRLET: KVANTITATÍV KÍSÉRLET KÍSÉRLET: MILYEN SZEREPET JÁTSZIK A TÁVOLSÁG? KÍSÉRLET: DIAGRAM RAJZOLÁSA KÍSÉRLET: A KIEGÉSZÍTŐ FÉNY BEFOLYÁSOLJA-E AZ EREDMÉNYT? KÍSÉRLET: FORGÓTÁRCSA KÍSÉRLET: SÁRGA, KÉK ÉS EGYÉB SZÍNEK KÍSÉRLET: SÁRGA ÉS VÖRÖS KÍSÉRLET: FEHÉR FÉNY KÍSÉRLET: A GUMIALÁTÉT KORONG KÍSÉRLET: A FORGÓKORONG ÁTALAKÍTÁSA KÍSÉRLET: A STROBOSZKÓP KÍSÉRLET: MI KÖZE A STROBOSZKÓPNAK A TV-HEZ? KÍSÉRLET: FORGÓ MINTA KÍSÉRLET - TÖBB MINTÁT KÍSÉRLET - A MOIRÉ MINTA KÍSÉRLET - TOVÁBBI MOIRÉ MINTA KÍSÉRLET - TOVÁBBI MENNYISÉGI KÍSÉRLETEK KÍSÉRLET - A SÖNT NEVŰ HÍD KÍSÉRLET - NAPFÉNY FELHASZNÁLÁSA KIEGÉSZÍTÉSKÉNT KÍSÉRLET - HELYISÉGVILÁGÍTÁS MÉRÉSE KÍSÉRLET - ELEKTRONIKUS HŐMÉRŐ KISÉRLET - DIÓDA HŰTÉSE ÉS MELEGÍTÉSE...27 ELEKTROKÉMIA A NAP SEGÍTSÉGÉVEL KÍSÉRLET - ELEKTROLITOK KÍSÉRLET - ph-papír KÍSÉRLET - RÉZBEVONAT KÉSZÍTÉS KÍSÉRLET - EZÜSTÖZÉS...28 A TERMÉSZETES NAPENERGIA HASZNOSÍTÁSA KÍSÉRLET - FOTOSZINTÉZIS

4 146. KÍSÉRLET - ROTHADÁSI GÁZ KÍSÉRLET - A NAPTÓ KÍSÉRLET - A DARU KÍSÉRLET - HELYZETI ENERGIA KÍSÉRLET - FÉNYKIBOCSÁTÓ DIÓDA KÍSÉRLET - NAPENERGIÁVAL HAJTOTT MOBILOK...30 Bevezetés A kísérletező készlet gyerekek számára készült, a napenergia hasznosítással való közeli, személyes megismerkedés céljára. Ismerkedj meg a készlet tartalmával, próbáld ki az útmutatóban leírt kísérleteket, majd ezek alapján gondolj ki saját tervezésűeket is! Javasoljuk, hogy haladjál sorban a kísérletekkel. A Nap Az emberiség régi hite szerinti istenséget ma közepes nagyságú csillagnak tekintjük. Benne másodpercenként 4 millió tonnányi tömeg alakul át milliárd watt energiává. Tudósok kiszámolták, hogy a Nap által 43 perc alatt kisugárzott energia egyenlő a Föld által egy év alatt felvett energiával. Pesszimista becslés szerint is a Nap még (10 milliárd) évig élhet. Mivel a Nap felszíni hőmérséklete folyamatosan emelkedik, becslések szerint ez év után 538 o C-os felszíni hőmérsékletet fog létrehozni a Földön. Ez az emberiség pusztulását okozhatja, hacsak nem készül fel rá megfelelő árnyékolással. Napenergia Ma a nap- és a nukleáris energia ismeretes, mint nemfosszilis forrás. Az energiát alapvetően a fosszilis anyagok égetésével, vízi- vagy szélerőművekkel, valamint nukleáris erőművekkel állítjuk elő. A villamos energiát is részben a fosszilis anyagok égetésével nyerik. Ezek a források nem kimeríthetetlenek, ezért létkérdés a napenergia hasznosítása. Számos probléma is van ezzel kapcsolatban, pl. a megfelelő földfelületek biztosítása az energia befogására, az energia tárolása, valamint az ellátatlan területek ellátása napenergiával. Becslések szerint egy átlagos városi háztetőre elegendő napfény [Izraelben] esik ahhoz, hogy a ház áramellátásának jelentős részét fedezni lehessen belőle. Új technológiákra van szükség: világszerte kutatások folynak napenergia/mechanikai energia átalakítók, elektromos energia tárolás, napsugár/lézersugár átalakítás területén. A korábbi századokban is folytak ilyen kísérletek, pl. egy francia nap-kemence, angol építésű öntözőrendszer a Nílusnál, melegvíz előállítás Arizona, Kalifornia és Florida területén századunk elején. A kísérletek során Te is kedvet kaphatsz ötletek kitalálására. A méter-rendszer Az útmutatóban az SI mértékegység rendszert használjuk. Ez a világszerte leginkább (95%-ban) használt, a korábbi metrikus rendszerből továbbfejlesztett, zárt rendszer. Alapegységei a hoszúság egysége, a méter és a tömeg egysége, a kilogramm. [ld.eredeti útm. 10.o.] Méretek és súlyok Hossz, Felület, Súly, Térfogat Hőmérséklet Az útmutatóban levő táblázat (11. o.) használható a Fahrenheit/Celsius átszámolásra. Hosszmérés Az útmutatóban levő két vonalzó (11. o.) használható a cm/inch (hüvelyk) átszámolásra. Kémcsövek felmelegítése és lehűtése Melegítéskor nem szabad a kémcsövet kézzel fogni. Használd a mellékelt kémcsőfogót. A meleg kémcső száját ne tartsd az arcod vagy kezed irányába. Ha üresen melegítik a kémcsövet, az elpattan. Az üveg nagyon lassan hűl. A melegforrástól való elvétel után még 15 percet várni kell, mielőtt hozzányúlnál. Az elpattanás megelőzésére az üveget lassan kell lehűteni. Hideg vízbe mártani nem szabad! Ne rakd a forró kémcsövet védőborítás nélküli felületre, mert ez megéghet. HŐ Energiánk legnagyobb részét hőből nyerjük. Az ember megtanulta, hogy a hőt erre a célra kinyerje és szabályozza. Így a házakat télen fűtjük, nyáron, forró napokon hűtjük. Az élelmiszereinket főzzük és fagyasztjuk. Felhasználjuk a hőt vezérlésre és fémek előállítására. A hő felhasználási területe szinte korlátlan. A jelen embere egyre nagyobb hőmennyiségeket igényel. A meleg iránti igényt először fa, majd szén, olaj és gáz elégetésével elégítettük és elégítjük ki. Lassan azonban rájövünk, hogy ezeknek az energiahordozóknak az elégetését nem folytathatjuk végtelen ideig, tekintettel kell lennünk utódaink energiaigényeire is. Mivel a források nem korlátlanok, további hőenergia források után kezdtünk kutatni. A nap korlátlan mennyiségű tiszta hőt kínál nekünk. Tudjuk, hogy a nap felszínén a hőmérséklet o C, a belsejében pedig o C. Még a km-es távolságáról is elláthat bennünket a szükséges hővel, feltéve, hogy képesek vagyunk azt hasznosítani. Ha a napenergia felhasználására kísérleteket végzünk, fontos, hogy megértsük, mit jelent a hő, milyen hatásokat vált ki és milyen tulajdonságokkal rendelkezik. HŐMÉRSÉKLET - HŐ Minden anyag kis részecskékből, molekulákból épül fel, amelyek állandóan mozgásban vannak. Minél jobban felmelegítünk egy tárgyat, annál inkább mozognak a molekulái. Ennek megfelelően lehűtéskor a molekulák mozgása lassúbb. Hő és hőmérséklet két különböző fogalom: nem szabad őket összecserélni. A meleg- vagy hidegszintet hőmérővel mérjük, az értékeket fokban adjuk meg. Az egyes tárgyak által felvett vagy leadott hőmennyiséget kalóriában mérjük. 4

5 A kalória a hő mértékegysége. 1 gramm víznek 1 Celsius fokkal való felmelegítéséhez 1 kalória szükséges. Ebből következik, hogy 15 g víznek 1 o C-kal való felmelegítéséhez ugyanannyi hő szükséges, mint 1 g víz felmelegítéséhez 0-ról 15 o C-ra. Fogalmazhatunk úgy, hogy hideg alatt a hő hiányát értjük. Meleg és hideg relatív fogalmak, nincs fizikai jelentőségük. Az emberi bőr igen érzékeny hőmérsékletváltozásokra, és kevésbé érzékeny egyenletes hőmérséklet esetén. Másképpen kifejezve: a hőmérséklet a melegszintet fejezi ki, és a hőmérő fokaiban adjuk meg. Különböző hőmérsékleti skálák ismeretesek, Celsius-skála, ( o C), Fahrenheit skála ( o F) és Kelvin-skála (abszolut fok, o K). A leggyakrabban használt skála a Celsius-skála, itt a tiszta víz fagypontja 0 o C, forráspontja pedig 100 o C. A fagy- ill. forráspont közötti távolság 1/100 része 1 Celsius fok. 1. KÍSÉRLET - FORRÓ - MELEG - HIDEG Szerezz be három egyforma méretű poharat. Egyiket töltsd meg olyan forró vízzel, hogy éppen elbírja az ujjad, a másikba meleg, a harmadikba hideg vizet tölts. A jobb mutatóujjat tartsd a forró, a balt egyidejűleg a hideg vízbe. Mintegy három perc múlva mindkét ujjat tedd be a meleg vizes pohárba. Mindegyik ujjnak saját külön melegérzete lesz. Az ujj, amelyik először a forró vízben volt, a meleg vizet hideg -nek fogja érezni, a másik pedig ellenkezőleg, forró -nak. A változásokat a bőr érzékeli. A hőérzetünk nemcsak a hőmérséklet szinttől függ, legyen az akár 10, 100 vagy 1000 o C, hanem függ a hőmennyiségtől is. Pl. a szikra nagyon forró, de a hőmennyisége csekély. A hópelyheknél a helyzet ugyanaz: csekély súlyuk kis hőmennyiséggel jár. A hópehely hidegebb, mint egy pohár víz, de ha a vizet a karodra öntöd, nagyobb hideget érzel, mint ha egy hópehely esik rá. HEISS forró WARM hő KALT hideg 2. KÍSÉRLET - CSAK HIDEGEBBNEK TŰNIK Egy hideg reggelen tedd egyik meztelen lábadat a szőnyegre, a másikat csempés padlóra. Az utóbbi hidegebbnek fog tűnni. A szőnyeg és a csempe hőfoka egyforma, de a csempe hidegebbnek tűnik, mert a testedből gyorsabban vonja el a hőt. 3. KÍSÉRLET - MIÉRT MELEGEBB AZ UTCA? Forró nyári napon érintsd meg az utca betonburkolatát, majd az aszfaltot. Az aszfalt sokkal forróbbnak tűnik, mint pl. a beton, annak ellenére, hogy a nap egyformán sütötte mindkettőt. A sötét színek a napenergiát jobban elnyelik, mint a világosak. Az aszfalt sötétebb, mint a beton, ezért van a hőmérsékletkülönbség. 4. KÍSÉRLET - PAPÍRFAZÉK** Végy egy 20x20 cm-es jó minőségű papírt és hajtogasd az ábrának megfelelően. Készíts a hajtogatott papírból egy tölcsért, úgy, hogy egyik oldalán három réteg, a másikon egy réteg papír van. Csinálj két lyukat egymással szemben a tölcsér szélére, ezekbe akassz egy zsinórt, amivel fel lehet függeszteni. A tölcsért töltsd meg egyharmadáig vízzel és tartsd egy gyertya fölé. A tölcsér egyszeres papírrétege érjen a lángba, de csak a tölcsér hegye. Csodálkozva fogod látni, hogy a papír nem ég, sőt a vizet a tölcsérben meg is melegítheted. A láng melegét a papíron keresztül a víz felveszi. A víz, mint tudjuk, csak 100 o C-ra melegíthető, azután elgőzölög. Amíg víz van a tölcsérben, a hőfok nem mehet 100 o fölé. Mivel a papír gyulladáspontja ennél magasabb, ezért a tölcsér csak akkor kezd égni, ha az összes víz gőzzé vált. 5. KÍSÉRLET - HŐMENNYISÉG Figyeld meg, mennyi idő kell a víz felmelegítéséhez nagy vagy kis lánggal. A nagy láng gyorsabban felmelegíti a vizet, bár a láng hőfoka mindkét esetben azonos, de a nagy láng nagyobb melegmennyiséget ad le. 6. KÍSÉRLET - A JÉG RAGAD Két jégkockát nyomj össze erősen néhány percig. Engedd el őket. Össze vannak ragadva. A kezed nyomása alatt a jég olvadáspontja lecsökkent, a felső réteg megolvadt. A kockák elengedésekor az olvadáspont visszaállt az eredeti értékre, a felület megfagyott, ezért tűnik úgy, hogy a kockák összeragadtak. 7. KÍSÉRLET - A HŐMÉRŐ Sokféle hőmérő van: a leginkább használatos az, amit a kísérleti dobozodban találsz. A hőmérő vékony üvegcsövének alján folyadékkal telt, gömbalakú mérőtest van. Melegítéskor a folyadék kiterjed, és felmegy a vékony csőbe; ha viszont lehűl, a csőben visszahúzódik. A hőmérséklet mérésekor a skáláról leolvassuk a megfelelő adatot. Nézd meg alaposan a hőmérő csövét: kb. a kétharmadában egy jelzés van, ez azt jelenti, hogy hitelesítették, a jel ott van, ahol a folyadékoszlop 20 o C-ot jelez. A hőmérő skáláján az értékek Fahrenheit és Celsius fokokban is meg vannak adva. Tudományos célra általában a Celsiust használják. A Fahrenheit fok használatával főként az USA-ban találkozunk. Ezen a skálán a víz fagypontja 32 o F-on, a forráspontja 212 o F-on van. A két pont közötti távolság itt 180 részre van osztva. A harmadik hőmérsékleti skála, amit speciális tudományos célokra használnak, a Kelvin-skála. Megalkotója, lord Kelvin, aki ezt kifejlesztette, abból indult ki, hogy a gázok nyomása1 o C-al való lehűléskor 1/273-adával csökken. Ebből következtette, hogy egy gáznak az abszolút nullponton, vagyis -273 o C-on nincs nyomása. Ezt az elméleti pontot abszolút nullpontnak tekinti, ez a 0 o K. Az ábrán mindhárom skálát bemutatjuk. Ha a hőmérővel méréseket végzel, ügyelj arra, hogy az üvegcső vizszintes jelzése egybeessen a skála 20 o C jelzésével. Némelykor kényelmesebb a hőmérőt kivenni a skálából a méréshez, de a mérés után gyorsan vissza kell helyezni. Mielőtt a hőmérsékletet leolvasod, a jelölést a skála 20 o C-ára kell igazítani. Gondolj arra, hogy a hőmérő törékeny! Ha a hőmérőt magad akarod hitelesíteni és feliratozni, jeges vízzel 0 o C-ra kell állítani. Jelöld meg vízzel nem oldható filctollal ezt a helyet. A távot, ami e pont és a vízszintes jel között van, oszd 20 részre, és jelöld az egyes pontokat. Ezzel a hőmérővel a 0-20 o C közötti hőmérsékleteket 1 o C-os lépcsőkben mérheted. :UMRECHNUNG DER TEMPERATUR Hőmérsékletek átszámítása SIEDEPUNKT WASSER Víz forráspontja KÖRPERTEMPERATUR DES MENSCHEN Az ember testhőmérséklete RAUMTEMPERATUR A helyiség hőmérséklete 5

6 GEFRIERPUNKT WASSER A víz fagypontja 8. KÍSÉRLET - A NAP MELEGE VISSZAVERHETŐ Tedd a hőmérőt az ablakpárkányra, úgy, hogy a nap a skála hátoldalára, és ne közvetlenül rá süssön. Olvasd le a hőmérsékletet. A tükröt helyezd el úgy, hogy a napsugár a hőmérő gömbjére essen. Néhány perc mulva a hőmérséklet majdnem olyan magas, mintha a hőmérőt a napfény közvetlenül érné. 9. KISÉRLET - KÉMCSÖVES HŐMÉRŐ Fújd fel a léggömböt, majd engedd ki a levegőt: ezáltal valamivel lágyabb lesz. Húzd rá egy kémcső szájára. Ha a léggömb magától nem rögzül, rögzítsd egy gumigyűrűvel. Figyelj arra, hogy a léggömb a nyílásnál ne eresszen.. Ügyelj arra, hogy melegítéskor a kémcső nyílása ne irányuljon az arcod felé! Állítsd a kémcsövet meleg vízzel telt edénybe. A benne lévő levegő lassan melegszik, közben kiterjed. A ballon anyaga kissé kifelé domborodik. Tedd most a kémcsövet néhány percre jeges vizes edénybe. Ezúttal a ballon anyaga a külső légnyomás hatására befelé húzódik, mert a levegő a kémcsőben összehúzódott. Ez a kísérlet azt a folyamatot modellezi, amely a hőmérőben is lejátszódik. WARMES WASSER meleg víz EISWASSER jeges víz KITERJEDÉS - ÖSSZEHÚZÓDÁS A legtöbb anyag, függetlenül attól, hogy szilárd, folyékony vagy légnemű, hő hatására kiterjed, és lehűléskor összehúzódik. Ezt a jelenséget mutatjuk be a következő kísérletekben. 10. KÍSÉRLET - A GÁZOK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** Figyelmeztetés: Ügyelj arra, hogy melegítéskor a kémcső nyílása ne irányuljon az arcod felé! Eressz a kémcső aljába vizet és feszítsd a léggömböt a nyílására. Melegítsd óvatosan a kémcsövet. A kémcsőben lévő levegő melegszik, kiterjed, a léggömb felfúvódik. 11. KÍSÉRLET - A GÁZOK LEHŰLÉSKOR ÖSSZEHÚZÓDNAK** Lehűléskor a levegő összehúzódik, a léggömbből kimegy a levegő. Ha a kémcsőben lévő víz elpárolgott, hagyd abba a melegítést, különben az üveg elpattan. 12. KÍSÉRLET - A SZILÁRD TESTEK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** Szilárd anyagoknak azon tulajdonságát, hogy hőmérsékletváltozásra kiterjednek vagy összehúzódnak, majdnem mindenütt megfigyelhetjük. Például nyáron a telefondrótok lógnak, télen pedig megfeszülnek. Építkezéseknél erre a jelenségre figyelemmel kell lenni. A következő kísérletben olyan mérőműszert építünk, melynek elve az általánosan használt műszerhez, és a mutatós hőmérőhöz is hasonlít. Rakj két könyvcsomagot egymástól kb. 15 cm távolságban az asztalra. A galvanométerhez tartozó rézdrótból vágj le egy 20 cm-es darabot. Egyenesítsd ki és fektesd a csomagok közötti hézag fölé. A baloldali végét ragasztószalaggal erősítsd a könyvre. Szedd ki a K jelű papír-mutatót az ívből. Szúrj a közepébe egy gombostűt tengely -ként, a feje érintse a papírt. A gombostűt a jobboldali könyvcsomagra a drót alá kell helyezni, a drót nem érintheti a könyv fedelét; a mutató felfelé álljon. Lassan melegítsd a gyertyával a drótot. A drót kiterjedése következtében a gombostű jobbra gördül, a mutató jelzi a kiterjedést. Ebből láthatjuk, hogy a drót a nem rögzített végének irányában nyúlt meg. 13. KÍSÉRLET - HŐTÁGULÁSI TÉNYEZŐ** Az előzőekben leírt kísérletnél a rézdrót helyett alumínium kötőtűt alkalmazz. Melegítsd a kötőtűt. Látni fogod, hogy kevésbé és lassabban terjed ki, mint a réz. Különböző anyagok ugyanazon hőmennyiség hatására különbözőképpen tágulnak. E tulajdonságot a hőtágulási tényező írja le. Fémeknél ez a tényező nagyobb, fánál viszont nagyon csekély. Más anyagok ezek között helyezkednek el. 14. KÍSÉRLET - A GUMI MELEG HATÁSÁRA ÖSSZEHÚZÓDIK** A reflektor lábai között feszíts ki egy gumiszalagot, az ábra szerint. Az előbbi kisérletben szereplő gombostűs mutatót tedd a gumi és a láb közé úgy, hogy a mutató szabadon tudjon mozogni. Melegítsd a gumit óvatosan a gyertyával: ennek hatására a gumi összehúzódik, a mutató az óra járásával ellenkező irányba mozdul el. Bár azt mondtuk, hogy az anyagok nagyrésze meleg hatására kiterjed, mégis vannak kivételek: ezek egyikét láttad most. FUSS láb KERBE horony ZEIGER mutató GUMMIBAND gumiszalag NADEL tű 15. KÍSÉRLET - A LEVEGŐ KONVEKCIÓJA A meleg levegő kevésbé sűrű, mint a hideg, ezért felfelé száll. Ezt a levegőmozgást nevezzük a levegő konvekciójának. 16. KÍSÉRLET - HŐÁTVITEL A hő addig megy át a melegebb tárgyról a hidegebbre, míg mindkettő egyenlő hőmérsékletet ér el. A hő sugárzással, konvekcióval vagy hővezetéssel vihető át. 17. KÍSÉRLET - A MELEG LEVEGŐ FELSZÁLL** Füstforrásként használj egy izzó ágat. Tartsd oldalról egy gyertyaláng közelébe. A füst először a gyertya felé húzódik, majd felszáll. A gyertya által felmelegített levegő felszáll, és magával húzza a füstöt. 6

7 RAUCH STEIGT MIT DER LUFT AUF A füst a levegővel együtt felszáll 18. KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ** Tartsd a kezeidet egy pillanatig kb. 30 cm távolságban a gyertyaláng fölé. Ha ugyanilyen távolságban és ideig a lángtól oldalirányban tartod, sokkal kevesebb meleget érzel. A kezeidet elérő meleg nagy része a konvekció útján jött a lángtól. A meleg levegő kevésbé sűrű, vagyis könnyebb, mint a hideg: ez szállítja a meleget a kezedhez. 19. KÍSÉRLET - A HIDEG LEVEGŐ LESÜLLYED Tartsd a kezedet először egy jégkocka fölé, majd alája. Megfigyelted, hogy a levegő a jégkocka alatt hidegebbnek tűnik? A jégkocka által lehűtött levegő lesüllyed, mert nehezebb, mint a környezet levegője. 20. KÍSÉRLET - IDŐJÁRÁS A FAZÉKBAN** Ha a napenergiáról van szó, tudni kell, hogy a Nap hat a levegőre körülöttünk. A nap felmelegíti a levegőt, amely ennek hatására felszáll; a lehűlő levegő ismét lesüllyed, ezekből a folyamatokból áll össze az időjárás. A következő kísérletnél ezt láthatjuk kicsiben. Egy edényben láthatóvá tehetjük az atmoszféra modelljét. Szükséges hozzá egy fehér kerámiaedény vagy tűzálló tál, amit a tűzhelyre lehet tenni. Szerezz egy kiszáradt filctollat. Vedd ki belőle a festékpatront. Vágj le belőle ollóval kis darabokat. Próbáld ki, úsznak-e a vízen. Ha nem, nyomd őket víz alá, rövid idő múlva lesüllyednek. Töltsd meg az edényt vízzel és állítsd a hideg tűzhelyre. Végy egy darab festékpatront és tedd a fazék közepébe. Várj egy kicsit, és látni fogod, hogy a tinta csíkokban előjön a patronból. A tinta nem keveredik a vízzel, hanem a víz felszíne alatt kis szines tavak keletkeznek. Melegítsd az edényt kis lángon és figyeld a kifejlődő időjárást. A színcsíkok elkezdenek mozogni. Éppen úgy viselkednek, mint az atmoszféra levegőtömegei. Ez a szél és az alacsony légnyomású területek modellje. A világ legszelesebb területe az Antarktisz, bár más helyeken is erősen fújhat. Mértek már 350 km/óra sebességű szelet is. A szél nagyon sok kárt okozhat, de ugyanúgy hasznos is lehet. A szél sok helyen, pl. Hollandiában, szélmalmokat hajt. A szélerő által gerjesztett áram tudományos vizsgálatok tárgya. A szélerőből nyert energia sokkal tisztább és megfelelőbb lenne, mint a jelenlegi légszennyező erőművek által előállított. Kaliforniában úgynevezett szélfarmokon kísérleteket végeznek erre vonatkozóan. Ventilátorok mesterséges szelet állítanak elő, és hűtést tesznek lehetővé. FARBSEEN színes tavak GLAS/KERAMIKKASSEROLLE üveg/kerámia edény 21. KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ A HÁZBAN Mint mindenütt, a házban is felfelé száll a meleg levegő. Mérd meg egy meleg napon a hőmérsékletet a ház különböző szintjein, emeletein. Ugye, nagy különbség van a felső és az alsó szint hőfoka között? 22. KÍSÉRLET - BERNOULLI TÖRVÉNYE A svájci matematikus, Daniel Bernoulli felfedezte, hogy áramló gázban vagy folyadékban a gyorsabb mozgás helyén alacsonyabb nyomás uralkodik. A repülőgépek ezt az elvet hasznosítják: ennek megfelelően van a szárnyuk kialakítva. A levegő a szárny felső oldalán hosszabb utat tesz meg, mint az alsó oldalon. Hogy az áramlás ne szakadjon meg, a levegőnek a hosszabb utat gyorsabban kell megtenni, vagyis a felső oldalon kisebb nyomás van, mint az alsón. Ez a túlnyomás az, ami a repülést lehetővé teszi. Tarts egy darab vékony papírt az egyik szélénél fogva a szádhoz, és fújj erősen a felületre. A gyorsan áramló levegő vákuumot hoz létre, míg a túlnyomás a lapot alulról felfelé nyomja. 23. KÍSÉRLET - KI TARTJA ERŐSEBBEN? Az ábrán látható formát kartonból vágd ki és hajtsd be a kép szerint. Fújj a híd alatt olyan erősen keresztül, ahogy csak bírsz. Próbáld meg elfújni! Hiába erőlködsz, minél erősebben fújsz, annál jobban nyomódik a híd az asztalhoz. HIER FALTEN itt hajtsd be KRAFTIG BLASEN fújd erősen BLASEN fújni 24. KÍSÉRLET - HOGY LEHET EZ?** Állíts égő gyertyát egy vékony karton vagy más akadály mögé. Fújj az akadályra a gyertya irányába! A láng az akadály felé hajlik. Ezt levegőáramlatok okozzák, amik az akadály mögött keletkeznek. Vigyázz, hogy az akadály ne fogjon lángot! Talán egy fém vagy üvegtárgy alkalmasabb. 25. KÍSÉRLET - ÁRAMVONALAS SEPRŰNYÉL** Ismételd az előbbi kísérletet, de az akadály egy seprűnyél vagy egy kartonhenger legyen. Fújj az akadályra! Ezúttal az akadály nem befolyásolja különösebben a levegőáramlást, a láng a fújás irányába hajlik el. 26. KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE Tégy különböző anyagú (rozsdamentes acél, ezüst, műanyag, fa) kanalakat egy lábasba, amiben forró, de nem forrásban lévő víz van. Egy perc múlva vedd ki és fogd meg őket: az ezüstkanál tűnik a leginkább, a fakanál a legkevésbé melegnek. Ennek oka: a legjobb hővezetésű anyag melegszik fel leggyorsabban. 27. KÍSÉRLET - A RÉZ JÓ HŐVEZETŐ** Fogd a korábban már használt rézdrótot egyik végénél, és tartsd a másik végét lángba. Másodpercek alatt érezni fogod, hogy a láng melege a dróton keresztül a kezedig terjedt. A hőátvitelnek ezt a formáját hővezetésnek nevezzük. A rézdrót tehát a hőt a kezedhez vezette. Ügyelj, hogy ne égesd meg a kezedet! 7

8 28. KÍSÉRLET - LÁTHATÓ HŐVEZETÉS** Csöppents viaszt 1 cm-es távolságokban a rézdrótra. Tartsd a drót egyik végét a gyertyafénybe. Amilyen mértékben melegszik a drót, a terjedő hőt láthatod, azáltal, hogy a viaszcseppek sorban megolvadnak. 29. KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE** Ismételd meg az előbbi kísérletet egy kötőtűvel vagy hosszú szöggel, majd végezd el a kémcsővel. Láthatod, milyen rossz hővezető az üveg - annyira, hogy a szigetelőanyagok közé számítják. 30. KÍSÉRLET - HŐSUGÁRZÁS A Nap és a Föld közötti távolság kb km, és a köztük lévő óriási, üres térség hőmérséklete igen alacsony. Amikor annyira függünk a Naptól, hogyan tudunk élni? Láthatólag a Nap melege sem hővezetéssel, sem konvekció útján nem jut hozzánk. A hő a Nap és a Föld közötti légüres teret tehát a harmadik módon, SUGÁRZÁSSAL hidalja át. A hő a térben a fényhez hasonlóan sugárzással terjed. A hősugárzást infravörös sugárzásként is jellemzik. A téren keresztül nagyszámú, különböző típusú elektromágneses sugárzás terjed: ilyenek a rádióhullámok, röntgensugarak, fényhullámok és az infravörös sugárzás. 31. KÍSÉRLET - SUGÁRZÁS** Tartsd a kezedet egy gyertya lángja mellé: meleget érzel. Ezt a hőt hullámok szállítják a lángtól a kezedhez, amelyek a fényhullámokhoz hasonlóak, és minden irányban szétterjednek. A hőszállítást hullámok útján SUGÁRZÁS-nak nevezzük. A házatokban lévő fűtőtest sugárzással terjeszti a hőt. 32. KÍSÉRLET - VASTAG ÜVEGEN KERESZTÜL Biztosan ültél már hideg, napos téli napon az ablaknál és érezted a nap melegét. Tehát a napsugarak tulajdonságai közé tartozik, hogy átlátszó anyagon áthatoljanak, legyen az akár ablaküveg, akár átlátszó jégkocka, akár a világegyetem vákuumja. Egy ilyen napon, mint amit említettünk, mérd meg a hőmérsékletet az üveg mindkét oldalán. Az üveg gyakorlatilag a teljes napsugárzást átengedi, egy kicsit visszaver, és nagyon keveset elnyel. Másrészt az üveg megakadályozza, hogy a belső térből jövő hosszúhullámú infravörös sugárzásból nagyobb rész kijusson. A hőátvitelnek ez az elve számos napelemes berendezés tervezéséhez alapul szolgál. Ezáltal lehetővé válik, hogy hideg napokon a napsugárzást hőfejlesztéshez és hőtároláshoz használjuk fel. 33. KÍSÉRLET - EGY FORRÓ AUTÓ Ha két hasonló, de különböző színű autót találsz, és módod van rá, hogy kísérletezz velük, végezd el a következő kísérletet. Kérd meg az autók tulajdonosait, parkoljanak zárt ajtókkal és ablakokkal napsütésben egymás mellett. Mérd meg a kocsik belső hőmérsékletét: közel egyenlőnek kell lenniük. Mérd és jegyezd fel a hőmérsékletet 10 percenként mindkét kocsiban. A karosszéria fémanyaga nagymennyiségű hőt nyel el. A felvett hőmennyiség erősen függ a karosszéria színétől és a felület tulajdonságaitól. Fekete, durvább felület több meleget vesz fel, mint egy csillogó, síma fehér. Az üvegablakokon keresztül (sugárzással) a kocsi belsejébe jutó sugarakat a kocsi belső berendezése elnyeli. Azok a részek, amik nem kapnak közvetlenül napsugarat, felmelegednek a közvetlenül sütött részektől hővezetés, konvekció és sugárzás által. Az elnyelt hőtől a kocsi belsejének hőmérséklete emelkedik. A belső hőmérséklet emelkedése következtében a kifelé leadott hőrész is nagyobb lesz. Ez a hőfok növekedés addig tart, amíg a felvett és leadott meleg kiegyenlítődik. 34. KÍSÉRLET - FEHÉR TÁRGYAK A NAPSÜTÉSBEN Állíts két hideg vízzel megtöltött poharat egy elektromos hősugárzó közelébe. Vedd körül az egyik poharat fehér, a másikat fekete papírral. Mérd meg a kezdő hőmérsékletet, majd mérd minden fél órában. A fekete papírral burkolt pohár több sugárzó hőt nyel el, mint a fehér papírral burkolt. Most már könnyebben megértheted, miért hordanak az emberek nyáron világos ruhákat, és hőelnyelő tárgyakat miért festenek be fekete matt lakkal. FÉNYSUGÁRZÁS Fény keletkezik, ha a magas hőmérsékletű anyag atomjai energianyalábokat bocsátanak ki, amelyeket fotonoknak nevezünk. Egy fénysugár tehát fotonok áramlása. A fénysugár csoport fénynyalábot képez. A teljes fénynyalábot emberi szem nem tudja érzékelni. A sugaraknak vöröstől liláig terjedő látható részét érzékeljük, de a sugarak bizonyos része ezeken túl van: az úgynevezett ultraibolya és infravörös. A napsugárzás illetve a napenergia sugarakkal érkezik hozzánk. A fénysugarak a vákuumban méter/másodperc sebességgel terjednek. 35. KÍSÉRLET - KONDENZORLENCSE** Válaszd le a három, A I, A II és A III jelű kártyát a megfelelő ívről. A kártyák közepén lévő pontot bökd át egy tűvel. Hajtsd be a kártyákat a pontozott vonalnál és súlyozd le őket, hogy állva maradjanak. Állítsd fel őket egymás mögött, az ábra szerint. Gyújtsd meg a gyertyát. Ha a lyukakon egyszerre keresztülnézel, látod a lángot. Ha bármelyik kártyát eltolod valamilyen irányba, a láng nem látható, mert az egyenes vonal megtört. A fény egyenes vonalban terjed. SICHTLINIE ZUR KERZE látási vonal a gyertyához 36. KÍSÉRLET - VISSZAVERT FÉNY** Állíts egy gyertyát és egy tükröt egymástól kb. 30 cm távolságban az asztalra. Tarts egy könyvet a gyertya és a szemed közé, úgy, hogy a gyertyát közvetlenül ne lássad. Nézz a tükörbe: ott látható a gyertya! A gyertyalángból sugárzó fény nem jut közvetlenül a szemedhez; a tükör veri vissza, de a fénysugarak a lángtól a tükörig és a tükörtől a szemedig mindig egyenes vonalban terjednek. 8

9 37. KÍSÉRLET - A FÉNY DIFFÚZIÓJA (SZÓRÁS) Sötét helyiségben gyújts gyertyát, állítsd a fal közelébe és tarts egy könyvet a láng és a szemed közé. A falon kis világos foltot fogsz látni. A síma tükörrel összehasonlítva a fal felülete durvának tűnik. A falra eső fény a felület durvasága miatt több irányba verődik vissza. A visszaverésnek ez a formája a szórás. A mi látásunk szempontjából a fényszórás nagy jelentőségű. Tárgyakat azért látunk, mert fényt vernek vissza és szórnak szét. Ha ez a szórás nem lenne, egyes felületeket nehezen ismernénk fel, mert a visszavert fényforráson kívül mást nem vennénk észre. Ha a felület minden fényt elnyelne, akkor feketének tűnne. 38. KÍSÉRLET - A FÉNY DISZPERZIÓJA (SZÓRÓDÁS)** Vágd ki a B csíkot a kivágókartonból. A csík két végét egy gemkapoccsal kösd össze, így egy gyűrű keletkezik. A nyílásokkal lefelé tedd az asztalra. Kicsi égő gyertyát helyezz a közepébe, ne túl közel a papírhoz. A nyílásokból fénynyalábok lépnek ki. Mindegyik a gyertya és a nyílás között egyenes irányban terjed. A fény minden irányban terjed. A sugarak annál inkább széttartanak, minél messzebb vannak a fényforrástól. 39. KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK PÁRHUZAMOSAK Vágd ki az előbbi kísérletnél használt csíkból a satírozott részt. Tartsd egyenesen, úgy, hogy a napsugarak átsüssenek rajta. Figyeld meg, a napsugarak egymással párhuzamosan, nem széttartva terjednek. A Nap hatalmas mérete és távolsága miatt a napsugarak a Földet közel párhuzamosan érik el. Széttartásuk csak akkor jelentős, ha a világűrt tekintjük mértéknek. 40. KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK MEGTÖRHETŐK Tégy egy pénzdarabot egy üres pohár fenekére. Fordítsd a fejedet lassan oldalra, és nézz kitartóan a pénzre. Távolítsd el annyira, hogy csak kis darabot láss a pénzből. Lassan, a fej mozgatása nélkül önts vizet a pohárba. Ha a pohár teljesen megtelt, ismét látod az egész pénzdarabot! Hogy lehet ez? Ha a fény egyik közegből a másikba lép át, pl. a levegőből a vízbe, a fény megtörik. A tudomány ezt a jelenséget fénytörésnek (fényrefrakciónak) nevezi. Az üres pohárban a pénznek egy részét láttad. A fénytörés következtében az egész pénzdarab láthatóvá válik. LEERES GLAS üres pohár VOLLES GLAS tele pohár 41. KÍSÉRLET - FÉNYTÖRÉS Állíts egy ceruzát egy vízzel félig töltött pohárba. Nézd a ceruzát oldalról. A víz felszínén megtörtnek látszik. Ezt a látszólagos változást a törés jelensége okozza, mikor a fénysugarak a vízből a levegőbe átlépnek. 42. KÍSÉRLET - A KILÉPÉSI ÉS BELÉPÉSI SZÖG EGYENLŐ Tartsd egy fésű fogainak hegyét lefelé egy fehér papírlapra, úgy, hogy a napsütésben hosszú árnyékot vessenek. Állítsd a tükröt a fésűfogak között beeső napsugarakra ferdén. A tükör által visszavert fénysugarak és a tükör között ugyanolyan szög van, mint a beeső sugarak és a tükör között. Forgasd lassan a tükröt: ezzel megváltoztatod a beesési szöget. Eközben bizonyítva látod azt a tételt, hogy a beesési szög mindig azonos a visszaverési vagy kilépési szöggel EINFALLSWINKEL beesési szög REFLEXIONSWINKEL. visszaverési szög A FÉNY SZÍNE 43. KÍSÉRLET - PRIZMA ELŐÁLLÍTÁSA A szokványos fehér fény sok szín keveréke. Az egyes színek a fehér fényről leválaszthatók. Erre szolgál a saját készítésű prizma (hasáb). Tedd a tükröt ferdén egy vízzel töltött tepsi vagy tálca szélére. A vízrész a tükör és a víz színe között háromszögalakú. Ez a háromszögalakú forma tulajdonképpen egy prizma. A saját prizma kipróbálásához egy vékony fénycsík szükséges, tehát napos idő kell. A prizmák akkor működnek legjobban, ha a fénynyaláb keskeny, ezért az ablakot úgy kell elsötétíteni, hogy csak keskeny csíkban jöjjön be fény. Most a "vízprizmát úgy kell eltolni, hogy a fénycsíkot a tükör verje vissza. Nézz fel a mennyezetre! Ott színes fénysávot, fényspektrumot láthatsz. A prizma a fehér fényt felbontotta színes alkotóelemeire. Egy zseblámpa fényével sokkal gyengébb spektrumot tudsz előállítani. LICHTSTRAHL fénysugár SPEKTRUM spektrum 44. KÍSÉRLET - A SZIVÁRVÁNY Az atmoszférában lévő vízcseppecskék kicsi prizmákhoz hasonlítanak, mivel a szivárvány színeit láthatjuk rajtuk keresztül. Te is előállíthatsz szivárványt! Korán reggel, vagy késő délután állj háttal a napnak és a kerti öntözőtömlőből permet formájában locsolj vizet egy sötét háttérre, pl. egy sövényre vagy fasorra. 45. KÍSÉRLET - A SPEKTRUM (SZÍNKÉP) A spektrum előállítása egyszerű. Napfényes időben egy vízzel telt poharat tégy az ablakpárkányra, úgy, hogy a szélén legyen, sőt, egy kicsit kijjebb álljon. Nagyobb fehér papírdarabot tégy a földre a pohár előtt. Milyen szép spektrum született! Megjegyzés: ez a kísérlet akkor sikerül, ha a napfény bizonyos szögben esik be, tehát több napszakban kell kísérletezni. 46. KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK SZÍNTELENEK Nézd meg a sugár útját a prizma előtt, majd nézd meg a fényösvényt a prizmán való átlépés után. A prizmán átment fénysugaraknak nincs színük. A fénysugaraknak maguknak tehát nincs színük, csak ha egy felületről visszaverődnek a szembe, 9

10 akkor lesz a szín az érzékelő szem számára látható. Tarts egy fehér papírlapot a sugárnyalábba a prizma mögött és figyeld meg a nap-spektrumot. 47. KÍSÉRLET - MI JÖN A VÖRÖS UTÁN? A fényről szóló fejezetben megtanultuk, milyen prizmákat tudunk előállítani. A következő kísérlethez használd azt, amivel a legnagyobb sikert érted el. Mérd meg a hőmérsékletet a fényspektrumban gondosan, majd mérd a vörös széllel határos tartományt. A prizma ugyanis oda töri a fény láthatatlan infravörös részét. Magasabb hőmérsékletet fogsz mérni. INFRAVÖRÖS SUGARAK GYŰJTÉSE/NYALÁBOLÁSA Az infravörös sugarak úgy viselkednek, mint a fénysugarak, ezért éppúgy, mint azok, egy nagyítóval összegyűjthetők. Tartsd a nagyítót a spektrum infravörös részébe és fókuszálj a hőmérő gömbjére. Bár nem látsz nyalábolt fényfoltot, mint a normál fénysugarak fókuszálásánál, a hőmérséklet emelkedni fog. 48. KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TUDOMÁNYOS VIZSGÁLATA A kísérleti készletban egy nagyítót találsz, amelynek dupla konvex, 20 mm átmérőjű gyűjtőlencséje van 50 mm gyújtótávolsággal. Irányítsd a nagyítót egy E betűre a szövegünkben. Minél jobban emeled a nagyítót a betű fölött, annál nagyobbnak látod, végül elmosódott lesz. Ekkor érkeztél el a gyújtótávolsághoz. Vizsgáld meg a megadott gyújtótávolságot: valóban 50 mm? A fénysugarak, amelyek párhuzamosan esnek a nagyítóra, annak átlépése után a nagyító másik oldalán a 50 mm távolságra lévő pontban találkoznak. Irányítsd az iróasztallámpa fényét a nagyítóra és egy fehér papírlapra. Mozgasd a nagyítót addig fel és le, míg a fény egy pontban koncentrálódik. Ez a távolság a lencse és a fénypont között a gyújtótávolság. 49. KÍSÉRLET - ENERGIA-NYALÁBOLÁS A gyűjtőlencse a felszínére eső energiát egy olyan felületre nyalábolja, amely sokkal kisebb, mint a fényforrásé. Ezt a viszonyt egy egyszerű kísérlettel lehet igazolni. Vetítsd egy fénycső fényét a nagyítón keresztül egy papírdarabra. A fénycső tiszta, kisebbített képe jelenik meg a gyújtópontban. Ez a redukció az energia nyalábolást/gyűjtést egy kis területre végzi el. A nagyítónk 300 mm 2 felületű. Ha a nagyítót 1 mm 2 -re fókuszáljuk, erre a területre a nagyítóra eredetileg jutott energia 300- szorosa esik. Ha a nagyítónk 1 kalória sugárzási energiát kapt mm 2 -enként, akkor a gyújtópontban 300 kalória áll rendelkezésre. Ez az energia-nyalábolás növeli a tárgy hőmérsékletét a gyújtópontban. Míg az összesen jelenlévő energia mennyisége azonos marad, az energiakoncentráció a gyújtópontban való hőmérséklet emelkedésben nyilvánul meg. 50. KISÉRLET - HŐNYALÁBOLÁS** Irányítsd egy normálisan megvilágított helyiségben a nagyító gyújtópontját a hőmérő gömbjére. Jegyezd fel a hőmérsékletet kezdetben és 5 perc mulva. Van különbség? Vidd a nagyítót és a hőmérőt a szabadba, és végezd el mégegyszer a kísérletet. Jegyezd fel a kezdő hőmérsékletet. Mennyi idő szükséges, hogy az 50 o C-t elérje? Ha ezt elérte, vedd el a nagyítót. 51. KÍSÉRLET - MAXIMÁLIS HŐMÉRSÉKLET** Megkíséreljük, hogy a nagyítóval a lehető legmagasabb hőmérsékletet érjük el. Sugárzó napsütésben rögzítsd a nagyítót úgy, hogy a gyújtópontja az alátét síkjában legyen. Erre a helyre tégy különböző anyagú tárgyakat, annak megállapítására, melyik a legmagasabb elérhető hőfok. Kezdd viasszal, amelyről tudjuk, hogy 54 o C-on olvad. A kémiakönyvből megtudhatod, hogy a különböző anyagoknak mennyi az olvadáspontja. 52. KÍSÉRLET - A NAGYÍTÓ ÁRNYÉKA Keress egy üvegkupakot, amely a nagyítóval kb. egyenlő nagyságú. Töltsd meg vízzel, és állítsd mintegy 10 percre a napsütésbe. Mérd a víz hőmérsékletét a 10 perc elején és végén. Kezdd el mégegyszer. Tölts ugyanannyi, ugyanolyan hőfokú vizet, de állítsd a nagyító alá, úgy, hogy a gyújtópont a vízfelületre essen. Hasonlítsd össze a 10 perc után mért hőmérsékletet az előző kísérletben mérttel. Valószínűleg alig találsz különbséget. Azáltal, hogy a nagyítót a kupak elé tetted, a napsugarak a vízfelület igen kis részére gyűltek össze. A vízfelület többi része a nagyító árnyékában volt, és nem kapott napfényt. Ezért nincs különbség a hőmérsékletben. Ha viszont a vízfelület a kupakban sokkal kisebb, mint a nagyító felülete, a víz több energiát kap: a nagyító ebben az esetben gyűjtőlencseként szerepel. DECKEL kupak 53. KÍSÉRLET - PÖRKÖLJÜK MEG A PAPÍRT** Irányítsd sugárzó napsütésben a nagyító gyújtópontját egy fehér papírlapra. Meg tudod pörkölni? Ha a napsütés elég erős, esetleg sikerülhet, legkönnyebben a papír szélén. A fehér papír a ráirányított napfény és napmeleg legnagyobb részét visszaveri. Annak ellenére, hogy a napmeleg a gyújtópontban összpontosul, a papír gyúláspontja ritkán érhető el. 54. KÍSÉRLET - SÖTÉT PAPÍR KÖNNYEBBEN GYULLAD** Végezd ez az előbbi kísérletet, de sötét, matt felületű papírral. Így valószínűleg jobban fog sikerülni, mert a fekete papír elnyeli az összpontosított napmeleg nagyobb részét: a papír könnyebben lobban lángra. Tükör Ha a napenergiát hasznosítani akarjuk, a legnagyobb nehézséget az okozza, hogy a nap mozog, állandóan utána kell menni. Ez az utánafordulás legkönnyebben tükrökkel oldható meg, ezért majdnem minden napelemes tervezésben nagy szerepet játszanak a tükrök. 55. KÍSÉRLET - BALRA - JOBBRA Állj a tükör elé, és vakard meg a jobb kezeddel a jobb füledet. Észrevetted, hogy a tükörben látszólag a bal kezeddel vakarod a bal füledet? A tükörképek elcserélik a bal és jobb oldalt. 10

11 56. KÍSÉRLET - A FEHÉR SZÍN SZÓR A LEGJOBBAN** Tégy egy gyertyát az asztalra. Egy üveg mögé (ablaküveg, üveglap, üvegpolc) helyezz egy ív ehér papírt. Az üveg és a gyertya között legalább 30 cm távolság legyen. Tégy egy ceruzát az üveg és az égő gyertya közé. A ceruza képe az üvegen elmosódottan látszik. Ismételd meg a kísérletet, de fekete papírral. Mivel a fekete papír sokkal kevésbé szórja a fényt, mint a fehér, a kép ezúttal tisztább. Ez a kísérlet arra emlékeztet, amikor egy kirakat előtt elmész, és a tükörképedet látod. 57. KÍSÉRLET - DOMBORÚ TÜKÖR (KONVEX) Nézz egy leveseskanál kifelé görbülő aljára. A kifelé ívelő felületet konvex tükörnek nevezzük. Látod, hogy a képed kicsinyítve jelenik meg? A domború felületek mindig kicsinyített képet adnak vissza. 58. KÍSÉRLET - HOMORÚ TÜKÖR (KONKÁV) Most nézz a leveseskanál befelé görbülő oldalára. A befelé domborodó, tükröző felületet konkáv tükörnek nevezzük. A képed a homorú oldalon kicsinyítve és fordítva jelenik meg. A homorú felületek fordított állású kicsinyített képet vernek vissza. 59. KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TÜKÖR Tartsd egy ceruza hegyét a kanál homorú oldalához. A tükrözött kép egyenes állású, nagyított. Ha egy tárgy a homorú felülethez közelebb van, mint annak a gyújtáspontja, akkor a képét a tükör felnagyítja. A homorú tükör gyújtópontja a visszavert sugarak metszéspontjában van. Nézz körül a házban. Ha borotválkozó-, vagy sminkeléshez használt tükröt találsz, állapitsd meg, homorú vagy domború-e. Meg tudod-e találni a gyújtópontját? 60. KÍSÉRLET - NÉZD MEG MAGAD ALAPOSAN: SZÉP VAGY! Nézd meg az arcodat a szolár reflektorban. Nézd közelebbről, majd távolabbról. Ugye, hogy olyan szépnek látszol, mintha szépségversenyre készülnél? SZOLÁR KEMENCE (NAPKEMENCE) A napenergiával fűtött kemence alapelve, hogy a napsugarakat kis felületre koncentráljuk, és a meleget a számunkra megfelelő mértékben hasznosítjuk. Schaefer-féle napelemes fűtés Az izraeli Rehovoban a Weizmann Kutatóintézet intenzíven kutatja a napenergia felhasználásának lehetőségeit. Az ott kifejlesztett Schaefer-féle napkemence 20 kw napenergiát termel; a napenergia koncentrációja szeres. 7 m hosszú utánfordítható naptükröket és 600 hajlított tükörfazettát tartalmaz. Ezekkel az elemekkel a napenergia kis felületre koncentrálható. A nagy, 100 m 2 felületű, lapos tükör komputervezérlésel követi a nap mozgását az egész nap folyamán. A kutatás előnye, hogy nem laboratóriumi körülmények között végzik, hanem a tényleges napsütést használják fel. A napkemence magja egy parabolatükör. Ez a párhuzamos fénysugarakat egy pontba vagy egy vonalba veri vissza. Egy hengeres parabolatükör gyújtóvonalat, egy gömbalakú pedig egy gyújtópontot képez. Matematikailag a parabola egyenlete a következő: y = +/- Ax A - gyújtótávolság x és y - a tengelyek koordinátái. A parabolatükör felszíne mintegy 72 cm 2. Ha cm 2 -enként és percenként 1 kalória áll rendelkezésre, akkor a gyújtópontban 72 kalória/perc koncentrálódik. Elméletileg tehát lehetséges volna 1 cm 3 víz (1 ml) 72 o C-re való melegítése 1 perc alatt. Mivel kemencénk ettől az elméleti kapacitástól távol van, a valóságban kevésbé kedvezőek az eredmények. Elméletileg ennek a kemencének 21 Watt (0,286 BTU= British Thermal Unit) a teljesítménye. 61. KÍSÉRLET NAPKEMENCE ÉPÍTÉSE** Ajánlás: Ehhez a kísérlethez felnőtt segítő szükséges. Vedd elő a polisztirolból készült háttámaszt a kísérleti készletból. Egy parabolatükör szereléséhez lesz rá szükséged. Ceruza hegyével nyomj négy kis lyukat a háttámaszba, az ábra szerint. Helyezd a parabolatükröt a háttámasz mélyedésébe; forgasd addig, amíg annak négy hornya az előbb készített lyukakba beletalál. A parabolatükörnek a háttámaszban való rögzítésére dugaszold le a lyukakat (l. ábra). Told rá a parabolatükör lábait a támasz kiálló tengelyeire az ábra szerint. Győződj meg róla, hogy a lábak ütközésig vannak betolva. Az egyik tengely négyszögletes nyílással rendelkezik. A tengely betolása után ennek kívül kell lenni. A tengely-felerősítőt told be annyira a négyszögletes nyílásba, hogy a félköralakú fej a polisztirol anyagú tengelyen felfeküdjön. A kémcső-tartó mindkét végét helyezd a felerősítő két nyílásába, az ábra szerint. Ha a napkemence tengelyei és szélei a használatban kissé meggyengülnek, ragasztószalaggal ismét stabilizálható. SCHALE RÜCKEN AUS POLYSTYROL PARABOLSPIEGEL STÖPSEL FÜR REFLEKTOR RECHTECKIGES LOCH LOCHVERSTÂRKUNG héj háttámasz polisztirolból parabolatükör dugasz a reflektorhoz négyszögletű nyílás nyíláserősítés 11

12 62. KÍSÉRLET - HASZNÁLJUK A NAPKEMENCÉT Ahhoz, hogy a napkemence hőt tudjon összegyűjteni, nyalábolni, a Nap felé kell fordítani. A konstrukció könnyen billenthető, úgy, hogy a parabolatükör a támasszal együtt a Nap felé tud fordulni. A legjobb eredményeket akkor érheted el vele, ha a Nap közvetlenül fölötted süt, vagyis délben. Ennek a magyarázata, hogy a napsugaraknak függőleges beeséskor kevesebbet kell a földi atmoszférából átszelni. Ha a Nap 90 o -ban áll fölötted, a legrövidebb utat kell megtenniük. A sugarak útközben a föld felé az atmoszférában hőt adnak le. Ha ez az út hosszabb, több hőt vesztenek, amellett a ferdén eső napsugarak nagyobb felületet fednek le, tehát kisebb hő áll rendelkezésre. Figyelem! A szél befolyásolja az eredményeket. Bármilyen kis szellő is hűtheti a melegítendő tárgyakat. Természetesen ezeket a kísérleteket borús időben nem lehet elvégezni. 63. KÍSÉRLET - KERESSÜK A GYÚJTÓPONTOT Ajánlás: Ehhez a kísérlethez okvetlenül napszemüveget kell viselni. A parabolatükrünk gyújtópontja 6 cm-rel a legmélyebb pontja fölött van. Állítsd fel a napenergia fűtőtestet a napon. Mozgass egy fehér papírlapot a visszaverő felület felé. Ha a lap a gyújtóponthoz közeledik, fehér kör látható a lapon. Minél jobban közelíted a gyújtóponthoz, annál kisebb lesz a pont. Közvetlenül a gyújtópontnál nagyon kicsi az átmérője. Itt van a napenergia fűtőtest leghatékonyabb pontja. A parabolatükör gyújtópontja a felszíne fölött van abban a pontban, ahol a visszavert sugarak metszik egymást. Mi történik, ha a lapot a gyújtópont fölött a reflektor felé mozgatod? 64. KÍSÉRLET - GYÚJTSUNK MEG EGY TOLLAT** Ehhez a kísérlethez egy kis, sötét madártoll kell, ilyet általában fák alatt találhatsz. Tartsd a tollat 5-7 cm-re a napra irányított fényvisszaverő felülettől. Mozgasd egy kissé függőlegesen és vízszintesen, míg füstölni nem kezd. Most megtaláltad a gyújtópontot! Ezen a ponton a nyalábba gyűjtött napsugárzás elég erős ahhoz, hogy a tollat meggyújtsa. BRENNPUNKT gyújtópont SONNENREFLEKTOR napreflektor DUNKLE FEDER sötét toll 65. KÍSÉRLET - FORRALJUNK VIZET!** Tölts egy csepp vizet a kémcsőbe és csíptesd a napfűtőtest kémcsőtartójába. Állítsd a fűtőtestet a napra és figyeld meg, mennyi idő alatt forr fel a víz. Figyelj arra, hogy a gyújtópont a víz magasságában legyen. Ismételd meg a kísérletet ugyanannyi vízzel, de szinezd festékkel vagy tintával. Hamarabb forr fel? Tudod, hogy miért? 66. KISÉRLET - FŐZZÜNK TEÁT!** Tégy 1/4 teáskanálnyi tealevelet a kémcsőbe, és töltsd meg félig vízzel. Tedd be a kemencébe, és figyeld meg, mennyi idő alatt forr fel a csésze teád. Ne idd meg soha közvetlenül a kémcsőből! 67. KÍSÉRLET - OLVASSZUNK MEG EGY GYERTYÁT!** Tolj be egy gyertyát a kémcsőbe és tartsd a gyújtópontba. A gyertya elolvad. Ajánlás: Ebben a kísérletben a kémcsőre viasz ragad: ezt nehéz tisztítani. Kell hozzá szappan, forró víz és kémcsőtisztító, amit úgy készíthetsz, hogy egy pálcát vagy ceruzát körültekersz acélgyapottal. Óvatosan végezd a tisztítást, a kémcső törékeny! 68. KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A FEHÉRJÉT) Egy nyers tojás sárgáját és fehérjéjét válaszd szét. A fehérje egy részét öntsd a kémcsőbe, és tartsd a napkemence gyújtópontjába. Vajon megfő a tojásfehérje? Mennyi idő alatt keményedik meg? 69. KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A SÁRGÁJÁT) Most a tojássárgáját kell megfőzni. Hosszabb, vagy rövidebb időt igényel, mint a fehérje főzése? 70. KÍSÉRLET - TOJÁS SÜTÉSE** Aluminiumfóliából formálj egy kistányért és tedd a napkemence kémcsőtartójára. Törj fel egy tojást, és öntsd a tányérra, majd tedd a kemencét a napra. Figyelj arra, hogy a reflektor gyújtópontja a tányér felszíne fölött legyen. Kíséreld meg a tojás megsütését: kellő türelemmel és napsütéssel esetleg sikerül. Ha nincs sok türelmed, az aluminium tányér külső oldalát gyertyalánggal kormozd be. Próbáld meg egy kockacukor sütését. Fehér színe a ráeső sugarakat csaknem teljesen visszaveri, így alig melegszik fel. A világ egyes tájain a napenergiát főzésre is használják. Ha a napkemencétől nem is várható el nagy energiatakarékosság, mégis fontos, hogy az alapelvet megértsük. Ideális körülmények között meg tudsz perzselni egy fekete anyagot. Csak akaszd a parabolatükör gyújtópontjába a kémcsőtartó fölött. 71. KÍSÉRLET - SEGÍTSÉG KÍVÜLRŐL A szolár-reflektor (napfény-visszaverő felület) a Napra van irányítva. Összegyűjti a ráeső napsugarakat, és a gyújtópontba nyalábolja őket. Mi történik, ha egy vagy több normál tükörrel még további fényt irányítasz a reflektorra? Fokozható ezzel jelentősen a hő a gyújtópontban? 12

13 SPIEGEL tükör 72. KÍSÉRLET - CSODA A TEÁSPOHÁRBAN A kísérleti készletben egy nagyítót találsz, aminek kettős konvex, 20 mm átmérőjű gyűjtőlencséje van, 50 mm gyújtótávolsággal... stb.... Ez mind szép, de mit tudunk biztosan? Ezeket a megállapításokat a következő érdekes kísérletben közvetlenül láthatod. Végy egy teáspoharat, töltsd meg vízzel és tégy hozzá három csepp tejet. Keverés után a víz tejszerű lesz, de még átlátszó. Vidd a poharat napra. Az ábra szerint tartsd a nagyítót a pohár széléhez közel. Nézz oldalról a pohárba. Ugye, érdekes? 73. KÍSÉRLET - A KÍNAI VARÁZSLÓ TRÜKK Vágj ki kemény papírból vagy könnyű kartonpapírból 30 cm átmérőjű lemezt. Ragassz rá aluminiumfóliát. 1.Húzz egy vonalat a kör középpontján keresztül 2.Húzz egy második vonalat ugyanígy, a másikra merőlegesen. 3.Vágd be a lemezt a vonalak mentén, de a középponttól 2 cm-re állj le a vágással. A lemez az ábra szerint fog kinézni. MARKIERUNG 2 CM VOM RADIUS jel a sugártól 2 cm-re LOCH 2 CM DURCHMESSER 2 cm átmérőjű lyuk 13 CM SCHNITT ENTLANG DEM RADIUS 13 cm bevágás a sugár mentén Csinálj egy 2 mm átmérőjű lyukat a középpontba. Minden bevágástól 2 cmre jelölj be egy pontot. Lapold át a bevágás két oldalát a megjelölt pontig, és rögzítsd ebben a helyzetben ragasztóval, ragasztószalaggal, vagy fűzőkapoccsal. Végezd el az átlapolást minden bevágásnál. Amit így kapsz, az egy kínai kalaphoz hasonlít, de ez egy szolár-reflektor (napvisszaverő felület) lesz. Az aluminiumfóliának természetesen a belsejében kell lennie. Hasonlítsd össze a kísérleti dobozban lévő reflektorral! KÍSÉRLET - VÁLTOZÁSOK ÉS VÁLTOZTATÁSOK Az utóbb leírt kísérlet nem egy, hanem több kísérletből áll. Attól függ, mennyire érdeklődsz a napenergia felhasználása iránt. Például építhetsz még két napcsapdát : az egyik feleakkora, mint amit leírtunk, a másik kétszerakkora. Hasonlóképpen készíthetsz egy nagyobb és egy kisebb reflektort (kínai kalapot). Világos, hogy minél nagyobb a visszaverő felület, annál több energiát lehet összegyűjteni, és nyalábolni. De nemcsak a felület lehet mértékadó. Mi történik, ha a hegyén a szöget megváltoztatod? Csinálhatod egyszer hegyesre, (A), egyszer tompára (B). Mi történik, ha az oldalak átlapolásakor 2 cm-nél kevesebbet, vagy többet lapolsz át? A kínai kalapban hol van a legnagyobb hő? 77. KÍSÉRLET - A SZOLÁRHŐ KONCENTRÁLHATÓ Tedd ki a hőmérődet közvetlen napsugárzásnak, és olvasd le a hőmérsékletet. Tartsd a hőmérő gömbjét a parabolatükör gyújtópontjába. Látod, hogyan emelkedik a hőmérő oszlopa? Hagyd abba, mielőtt eléri az 55 o C-t. Ajánlás: Itt is napszemüveget kell hordani. Ebben a kísérletben a reflektorra beeső naphő teljes mennyisége a hőmérőre koncentrálódik: a hő hatása a gömbre nagyon erős. Ezelőtt 2200 évvel Archimedes olyan tükör-rendszert tervezett, aminek a segítségével az összegyűjtött napsugár-nyalábokat az ellenséges hajók vitorláira irányították; az egész flotta leégett. A napenergiával kapcsolatos fejlesztési lehetőségek A termikus naperőmű elektromosságot állít elő a világűrben, és az energiát mikrohullámú sugárzással továbbítja a Földre. Egy ilyen berendezés mintegy 15 megawatt energiát tudna előállítani, amiből 8000 megawatt állna rendelkezésre a Földön. Kép: termikus naperőmű műhold négy BRAYTON-CYCLE erőművének egyike Kémiai hőcsövek Az elv a reaktoroknál keletkezett hő elszállítására távoli ipari központokhoz Németországból származik. Azon alapul, hogy szintetikus gázokat állítanak elő napenergia segítségével, kieső régiókban. A csövekkel az energia gáz alakjában jut el a célhoz, ahol fűtésre használják. A folyamatot meg is fordítják, vagyis a kimeneti anyagot csöveken át visszavezetik a külső helyszínre. A tudósok szerint a zárt körben hasznosított napenergiával kiküszöbölhetők a tárolási és szállítási problémák. A Luz Solar elektromos rendszer A Luz International cég működteti a világ legnagyobb naperőművét. A dél-kaliforniai hét Luz erőmű áramot táplál a helyi hálózatba, összteljesítményük 194 MW. Nagy parabolatükrökkel gyűjtőelemre gyűjtik a napfényt. A gyűjtőben keringő olajkb. 350 o C-ra melegszik. Az egész rendszer egy négysoros hálóba kötött elemeket tartalmazó napmezőből áll. Elektromos érzékelők segítségével a reflektorokat a nap mozgása nyomában vezetik. A felmelegített olajat hőcserélőn szivattyúzzák át, és segítségével vízgőzt nyernek, amelyet végül turbinák alakítanak át elektromos energiává. A cég a fejlődő országoknak is kíván ilyen erőműveket szállítani. A naptorony A kanadai Energiaintézet (CIEAR) Izraelben (Weizmann Intézet) állított ilyet üzembe. A jövőbeni naptechnológia további kutatásokat igényel. 13

14 A kutatás központjában 64 speciális heliosztát (számítógépes vezérlésű tükör) áll, melyek o C hőmérsékletet állítanak elő. Az energia a tükrökről a toronyba jut. A berendezés max kw napsugárzást tudott nyalábba gyűjteni, ami a nap intenzitás több ezerszeresének felel meg. A kísérleti berendezések közt szerepel egy magashőmérsékletű lézerlabor, magashőmérsékletű kísérletek, szolár hővel működtetett gőzgenerátor és kémiai kísérletek magas hőmérsékleten. A kutatás központjában az olajnak napenergiával való kiváltása áll. PÁROLGÁS - KONDENZÁCIÓ 78. KÍSÉRLET - FOLYADÉK ÁTALAKULÁSA GÁZZÁ** A Nap a Földre szer annyi energiát juttat, mint amennyit fosszilis (kövült) anyagokból elő tudunk állítani. Ebbl a szinte felfoghatatlanul hatalmas mennyiségből mintegy negyedrész - tehát többezer milliárd kilowattóra - arra használódik fel, hogy elpárologtassa a vizet a tengerekből, tavakból, stb., amelyből azután esőt, harmatot, havat stb. kapunk. A mi kis laboratóriumunkban ezt akarjuk kikísérletezni. Fogd meg óvatosan a kémcsövet és forralj benne vizet. Eközben a víz gőzzé alakul. A vízgőz, - vagyis víz gáz alakjában - távozik a kémcső nyílásán. A víz folyamatosan alakul át gőzzé, tehát mennyisége a kémcsőben folyamatosan csökken. Egy anyag folyékony halmazállapotúból légnemű halmazállapotúvá való átalakulását párolgásnak nevezzük. 79. KÍSÉRLET - GÁZ ÁTALAKULÁSA FOLYADÉKKÁ** Miközben a víz forr a kémcsőben, tarts egy üvegtányért ferdén a cső nyílása fölé. Vigyázz, ne égesd megaz ujjaidat! A vízgőz a tányérhoz érkezik. Mivel ez hidegebb, mint a gőz, a gőz egy része annyira lehűl, hogy ismét vízzé változik, és lecsöpög a tányérról. Egy anyag légnemű halmazállapotúból folyékony halmazállapotúvá való átalakulását kondenzációnak (lecsapódás) nevezzük. 80. KÍSÉRLET - A NAGY PÁROLOGTATÓ Csöppents két egyforma vízcseppet a napos ablakpárkányra, egymástól kb. 10 cm-re. Árnyékold le az egyik cseppet úgy, hogy a tükrödet a csepp és a nap közé tartod. Figyeld meg a két vízcseppet! Amelyik napot kap, sokkal gyorsabban elpárolog. A párolgás sebessége a folyadék által felvett hőmennyiségtől függ. A Nap felmelegíti a tengerek és egyéb vizek felületét, ezáltal óriási vízmennyiségek párolognak el. Vízgőzként szállnak a magasba, és felhőket képeznek. A felhők kondenzációja alkotja az esőt. Az ember ősidők óta használja a napenergiát élelmiszerek szárítással való tartósítására; párolgás által nyer sót és más kémiai anyagokat; a kimosott ruhát a napon szárítja. A táplálkozásunkhoz használt növények is napfényt igényelnek a növekedéshez. 81. KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS SEBESSÉGE A FELÜLETTŐL FÜGG Önts a kémcsőbe vizet, és önts ugyanannyit egy csészébe. Hagyd mindkettőt egy éjszakán át állni, és mérd meg, mennyi víz maradt az edényekben. A folyadékok csak a felületükön át párolognak, ezért a vízből a csészében - a nagyobb felület következtében - több párolog el. Minél nagyobb a folyadék felülete, annál gyorsabban párolog. A NAP MOZGÁSA 82. KÍSÉRLET - A NAP LÁTSZÓLAGOS MOZGÁSA A következő kísérlet egy egész napot vesz igénybe. Keress egy lehetőleg szabadon álló cölöpöt vagy telefonpóznát. Napfelkeltekor jelöld meg a tetejének az árnyékát a földön, és ismételd ezt meg minden fél órában. Jegyezd fel az időt minden jelölésnél. Naplementekor gondolatban kösd össze a földön megjelölt pontokat a pózna hegyével, és hosszabbítsd meg ezt a vonalat az égen addig a helyig, ahol a nap állt az égen. Így követheted a Nap látszólagos mozgását a Föld körül. Nem is olyan régen az emberek még azt hitték, a Nap mozog a Föld körül, mivel a szemünk ezt mutatja. Galileo Galilei olasz csillagász ( ) először mondta ki, hogy a Föld mozog egy meghatározott pályán a Nap körül. Egy teljes kör a Föld körül 365 napot vesz igénybe. A napenergiával végzett kísérletekben és a gyakorlati alkalmazásokban csak a Nap látszólagos mozgásával foglalkoznak. Napóra Mintegy 4000 évvel ezelőtt az emberek a látszólagos napmozgás segítségével kezdték mérni az időt. Olyan szerkezetet készítettek, aminek mutatója árnyékot vet az alatta lévő felületre: ez volt a napóra. Az alátéten az árnyék segítségével leolvasták az időt. Az előbbi kísérletben minden jelölt ponthoz feljegyezted az időt. A jelek a talajon tehát visszaadják fordítva a mindenkori óraidőt. Ha a következő napon visszatérsz a napórádhoz, és nem tudod, mennyi az idő, az árnyékról leolvashatod. Ne gondold, hogy a te napórád különösen nagy! 1724-ben Indiában olyan napórát készítettek, amely egyholdas területet vett igénybe: mutatója 30 m magas volt. 83. KÍSÉRLET - NAPÓRÁT KÉSZÍTÜNK Vágd ki a kerek skálát gondosan a kivágóívből és erősítsd egy deszkára, vagy vastag kartonpapírra. Keresd ki lakóhelyed, városod körülbelüli szélességét az alábbi táblázatból, vagy nézz utána egy atlaszban. (Táblázat a 44. oldalon) 14

15 Jelöld meg az ábrán (45.old.) látható szögmérőn a megfelelő szélességet. Az A ponttól húzz a szögmérőn bejelölt szélességi ponton keresztül egy egyenest a D D ívig. A metszésponttól húzz egy egyenest a B pontig: így egy háromszög keletkezik. Vidd át ezt a háromszöget egy merev kartonlapra. A háromszög lesz a napóránk mutatója, és gnomon -nak nevezzük. Ezt az előrajzolt helyen a napóra alátétlapján kell elhelyezni (l. 44. old. ábra) KÍSÉRLET - MEGKERESSÜK A SARKCSILLAGOT Mielőtt felállítjuk a napórát, megkeressük a sarkcsillagot, a következőképpen: Egy felhőtlen éjszakán, minél kevesebb zavaró holdfénnyel, keress egy helyet, ahonnan meg tudod figyelni az eget. Várj egy kicsit, amíg a szemed megszokja a sötétet, majd nézz északi irányba. Megtalálod a hét csillagból álló Göncöl-szekeret. Ha ezt a csillagképet megtaláltad, keress ugyanebben az irányban egy másikat: ez is szekér formájú, csak másképp áll. A nagyobbik a nagy Göncöl, a másik a kis Göncöl-szekér. A nagy Göncöl két elülső csillagát kösd össze egy képzelt egyenessel, majd ezt hosszabbítsd meg: a kis Göncöl végén lévő csillagot találod el, ez a sarkcsillag. Az évszakoktól függően változik a Föld helyzete, és a csillagok látszólagos elhelyezkedése is: de a nagy Göncöl két csillagának képzelt meghosszabbítása mindig a sarkcsillag felé vezet. Az égboltnak ezen a részén ez a legjobban világító csillag. Egy kis türelemmel biztosan megtalálod. 85. KÍSÉRLET - A NAPÓRA FELÁLLÍTÁSA Bár különösen hangzik, az éjszaka a legkedvezőbb időpont a napóra felállításához. Ehhez a gnomonnak észak felé kell mutatnia, a sarkcsillag irányába: ezért kerestük meg az égbolton. Persze, iránytűvel is megtalálhatod az északi irányt, de ha sarkcsillag segítségével megtalálod, ez függetlenebbé tesz. A napórát lehetőleg nyugodt helyen állítsd fel, ahol reggeltől estig süt a nap, ezenkívül közel van, és jól megközelíthető leolvasás céljából. Irányozd a gnomon ferde szélét a sarkcsillag felé. Tégy a napórára nehezéket, hogy ne lehessen könnyen elmozdítani. 86. KÍSÉRLET - HÁNY ÓRA VAN? Ha az óraidőt a napóráról akarod leolvasni, jegyezd meg egyszerűen a számot, amelyikre a gnomon árnyéka esik. Végezz leolvasásokat egész nap, írd fel őket és hasonlítsd össze az óraidővel. A napóra pontossága mindenesetre függ a dátumtól, amikor a kísérletet végzed - ugye, különös? Ha az óra felállítására az április 20, június 15, szeptember 5 vagy december 27 körüli napokat választod, a napóra elég pontos lesz. Február közepén vagy november elején viszont pontatlan adatokat fogsz kapni. 87. KÍSÉRLET - A NAPÓRÁT AZ ÉVSZAKHOZ IGAZÍTJUK Ahhoz, hogy a napóra egész évben érvényes adatokat szolgáltasson, korrigálni kell; ehhez a napóra számlapjának alsó felén lévő diagramot használjuk. Tételezzük fel, hogy március 15-e van. Rajzolj a márciusi oszlopba egy képzelt vonalat. Ez a vonal a korrektúragörbét +10-nél metszi a bal oldalon. A pontatlanság kiegyenlítéséhez a leolvasott időhöz 10 percet hozzá kell számítani. A korrektúragörbe az un. nullvonal körül fut le; a nullvonal feletti leolvasásokat hozzáadjuk, az alatta lévőket kivonjuk. 88. KÍSÉRLET - AZ ÓRÁD NEM JÁR JÓL! Elkészítetted a napórádat pontosan, minden utasítást betartottál - mégsem egészen pontos az óra! Nem fogod elhinni, de a világ minden órája pontatlan! Mintegy száz évvel ezelőtt minden városnak megvolt a saját időzónája. Ezen belül a Te napórád is pontos lenne. Mivel azonban a sok különböző időzóna nagy zűrzavart okozott, felosztották a világot - meglehetősen önkényesen - hatalmas időzónákra, amik majdnem mindenütt egy órával térnek el a szomszédos időzónáktól. Egy időzónán belül viszont az órákat mesterségesen egy közös időre állították be. 89. KÍSÉRLET - NAPFOLTOK** Távcsövön keresztül nézve, a napfoltok hatalmas, alaktalan, fekete mélyedések. A tudósok a mai napig nem tudják, hogy a napfoltok tulajdonképpen mik és honnan származnak. Úgy tűnik, hogy a Nap belsejében lévő hatalmas elektromos áramlatok felszíni megjelenési formái, és óriási mágneses tereket hoznak létre. Átmérőjük néhány ezer és huszonötezer km között változik. Általában csoportosan jelennek meg, néhány napig látszanak, majd eltűnnek. A legtöbb napfolt az északi és déli napfélteke középső térségeiben tűnik fel. A napfolt magja, az umbra, kb o C hőmérsékletű. Mivel a foltok hőfoka kb o C-kal alacsonyabb, mint a napfelszín hőfoka, ezek sötétebb színűnek tűnnek. Az umbrákat világosabb, forróbb szélek veszik körül, az úgynevezett penumbrák. Ne nézz közvetlenül a napba! A szemeid tartós károsodást szenvedhetnek. Még ha napszemüveget hordasz, színes vagy füstszínű üveget használsz, akkor is veszélyesen sok fény juthat a szembe. Napkeltekor és napnyugtakor a természet megfelelő szűrőt nyújt, amikor a nap már vörösnek látszik. Ajánlás: Reggel, napkelte előtt: mihelyt a nap narancsszínű lesz, fejezd be a megfigyelést, utána már veszélyes lehet a szemnek. Este, napnyugta előtt: Várd meg, míg a nap vörösnek látszik, akkor kísérletezz. A nagy napfoltok szabad szemmel is láthatók. A kicsiket távcsővel jól felismerheted. 15

16 Ha egy napfoltot biztosan felismertél, jegyezd fel a helyzetét egy naptérképen. Ismételd a feljegyzést egymás után következő napokon, ebből ki tudod mutatni, hogy a nap forog. NAPKITÖRÉSEK A napkitörések a nap óriási energiarobbanásai; - ezekből egyetlen az USA egész energiaszükségletét évszázadokra kielégítené. Valószínűnek látszik, hogy hatást gyakorolnak a Földre, az ionoszférára, a földi atmoszféra magasabban lévő rétegeire, és pl. zavarják a rádióadást. Az időjárásra való hatás kutatás alatt áll. A vizsgálatok szerint a látható napkitörések a kronoszférában, vagyis a Nap felszíne fölötti vékony rétegben kezdődnek. Úgy tartják, hogy a kitörések oka a Nap mágneses terében rejlik. Ugyanakkor a fotoszférában (a Nap felszíne) távcsővel nem sikerült a Földről mérhető változást észlelni. A napfoltok egyrészt magas energiatartalmuknál fogva érdekesek, másrészt a Földre gyakorolt hatásuk, valamint a plazmajelenségek miatt. 90. KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK BEESÉSI SZÖGE Vágj egy fehér papírlapba egy 12 mm átmérőjű lyukat. Ragaszd a lapot ragasztószalaggal egy napsütötte, déli fekvésű ablakra. Fektess egy fehér papírlapot a földre ott, ahol a lyukon keresztül beeső fénysugár éri. Rögzítsd ezt a lapot is. Ceruzával jelöld körbe a napsugár beesési területét. Ird be a dátumot és óraidőt a körbe. Ismételd a jelölést és beírást különböző napokon ugyanebben az időben. A sugarak beesési szöge naponta változik, és látni fogod, hogy a jelölés vándorol. Javasold, hogy az iskolában is végezzétek el a kísérletet! EKLIPTIK ACHSE ekliptikus tengely POL-ACHSE pólustengely MILLION KM millió km DEZ december MÂRZ március JUNI június SEP szeptember TAG nap ERDE-SONNE LINIE Föld-Nap-vonal SENKRECHTE EBENE függőleges sík GENEIGTE EBENE hajlított sík SONNENHÖHE nap magassága HORIZONTALE FLACHE vízszintes felület NEIGUNGSWINKEL hajlásszög A napsugárzás intenzitása a Föld felszínén erősen ingadozik. Ennek oka a Föld pályájának elliptikus alakja, és a Föld forgástengelyének hajlása a pálya síkjához viszonyítva. A Föld dőltforgástengellyel mozog a Nap körüli pályán, eközben napról napra változik a Föld-Nap vonal és a Föld egyenlítője közötti szög. Ez a naponkénti változás okozza azt, hogy a napsugárzás eloszlása a földfelszínen ugyancsak változik. Egy adott hely szélessége meghatározza az évi maximum és minimum hőmérsékleteket és a naponta rendelkezésünkre álló napsugárzást. További fontos tényező a felhasználható napenergia meghatározásánál a szög a közvetlenül beeső napsugarak és a besugárzott felület függőlegese között. Ennek a szögnek az a jelentősége, hogy meghatározza a közvetlenül a felszínre jutó sugárzás sugárzási komponenseinek intenzitását. Ezenkívül ez a szög határozza meg a visszaverődést és az elnyelést a felszínen. A felhasználható napenergia ingadozásaira atmoszférikus tényezők is hatnak. Ezekhez tartozik a felhős időszakok tartama havi és évi százalékban megadva, az összes napsütéses órák száma, a szélviszonyok és az árnyékolási - szigetelési adottságok. Egy szolárberendezés tervezésénél az adott ország meteorológiai intézetének adatai, és a szakirodalom tájékoztatnak a felhasználható napenergiáról. Tipikus napállások 40 o északi szélességen: WINTER tél 47 GRAD 47 fok SOMMER nyár 21.DEZ. SONNENUNTERGANG naplemente dec. 21.-én WINTERSONNE téli napsütés MITTAG dél 21. DEZ. SONNENAUFGANG napkelte dec. 21-én 21. JUNI SONNENUNTERGANG naplemente június21-én SOMMERSONNE nyári napsütés 21. JUNI SONNENAUFGANG napkelte június 21-én 16

17 91. KÍSÉRLET - KINYÚLÓ ELEM A TETŐN A házban az energiafelhasználás csökkentésére egyedülállóan egyszerű és hatásos módszer: kiálló, túlnyúló elemeket kell szerelni a tető illetve az ablakok fölé. Nyáron a napsugarak sokkal magasabbról jönnek, mint télen. Így a helyesen tervezett és kivitelezett ilyen elemek a tetőn vagy az ablakok fölött nyáron árnyékukkal védenek a napsütéstől, télen viszont a nap akadálytalanul besüthet a házba ill. lakásba. Válaszd ki az egyik ablakot a lakásotokban Számítsd ki a télen és nyáron napot kapó felületet. Lehetséges egy kinyúló elemet úgy kialakítani, hogy a két érték között kedvezőbb arány legyen? MELEGVÍZ ELŐÁLLÍTÁSA Háztartási készülékek: Több országban, így pl. Izraelben, Spanyolországban és Japánban már sok napenergiával működő vízmelegítő berendezést szereltek fel. A Thermo-Syphon rendszer jelenleg a leginkább használatos. Egy napkollektor (kollektor = gyűjtő) fölött egy szigetelt tartály van felszerelve, olymódon, hogy a hideg víz alul a kollektornál lép be. A kollektor által felmelegített víz annyi ideig folyik a tartályba, amíg a nap süt. HOHE ABSORPTION / GERINGE EMISSION GEÂTZTES GLAS ZWEITE BESCHICHTUNG GEHÄUSE KOLLEKTOR MIT SPEZIAL-BESCHICHTUNG WASSERLEITUNGEN ISOLATION KOLLEKTOR VON OBEN GESEHEN HEISSES WASSER STEIGLEITUNG TANK KALTWASSER ZUSATZHEIZUNG SCHNITT DURCH DEN KOLLEKTOR nagy abszorpció (elnyelés), csekély kibocsátás matt üveg második réteggel való borítás ház kollektor speciális borítással vízvezetékek szigetelés kollektor felülnézetben meleg víz felszálló vezeték tartály hideg víz pótlólagos fűtés a kollektor metszete A melegvíz előállítás iparszerű rendszere Nagyobb létesítményeknél, épületeknél a napenergia rendszer általában a következő alapvető elemekből áll: 1.Lapos lemezkollektorok (nem fókuszálók) 2.Szigetelt tartály 3.Tisztító egység Két rendszertípus ismert: egy- és kétkörös rendszerek. EINKREISSYSTEM egykörös rendszer KOLLEKTOREN kollektorok REINIGUNG tisztítás TANK tartály PUMPE szivattyú VERBRAUCHER felhasználó Nevüknek megfelelően az egykörös rendszerekben minden elemben ugyanazt a folyadékot alkalmazzák. A legtöbb éghajlati zónában, mindenekelőtt ott, ahol fagypont alatti hőmérsékletek előfordulnak, etilénglikol és víz keverékét használják, mint fagyálló folyadékot. Ha a rendszer nagyon nagy, tehát nagy folyadékmennyiség áramlik benne, kétkörös rendszert alkalmaznak: ezáltal csökken az etilénglikol mennyisége. Erre a célra a kollektorok és a tartály között hőcserélőt szerelnek fel. Energiatakarékosság - fűtés napenergiával Lapos kollektorok A melegvíznek napenergiával való előállítása mindinkább elterjed, a megoldás energiatakarékossága miatt. A szolárrendszerek általában 55 o C-ra fűtik fel a vizet, különlegesen kezelt rendszerekben esetleg még melegebbre. A lapos kollektorokat általában a háztetőkön szerelik fel. Általában jól beváltak privát házakban, apartmanházakban, kórházakban, egyetemeken, uszodákban, stb. A normál háztartásokban az elektromos energia felhasználást 8 %-kal csökkentik. 17

18 Fókuszáló kollektorok Ezeket gőz és villamosság előállításánál használják, azonkívül folyadékoknak magasabb hőfokra való melegítésére. Ennél a konstrukciónál a napsugarakat egy a gyújtópontban lévő kollektor elemre fókuszálják. 92. KÍSÉRLET - A NAP FELMELEGÍTI A VIZET Állíts két, egyenlő mennyiségű vízzel telt, átlátszó üvegtányért a napra. Mérd meg a víz hőmérsékletét és jegyezd fel. Takard be az egyik tányért egy másik átlátszó tányérral. Egy óra múlva ismét mérd meg a vízhőmérsékleteket. Tapasztalni fogod, hogy a hőmérséklet mindkét tányérban emelkedett, de a letakartban jobban. Ezt nevezik üvegházhatás -nak. TELLER MIT WASSER vízzel töltött tányér 93. KÍSÉRLET - A HÁTTÉR HŐELNYELÉSE (ABSZORPCIÓJA) Ismét állíts két, egyenlő mennyiségű vízzel telt átlátszó üvegtányért a napra. Ennél a kísérletnél betakarhatod mind a kettőt egy üvegtányérral, vagy szabadon hagyod mindkettőt. A különbség az lesz, hogy az egyik tányért fekete, a másikat fehér papírra teszed. Egy óra múlva tapasztalni fogod a vízhőfokok különbségét: a fekete háttér több meleget nyel el, mint a fehér, tehát a víz a fekete papír fölött melegebb lesz. 94. KÍSÉRLET - MELEGÍTÉS TÜKÖR FÖLÖTT Ismételd meg a kísérletet, de az egyik tányért állítsd egy tükörre. Mi történik? Vedd tekintetbe, hogy a tükör a fényt és a hőt visszaveri. 95. KÍSÉRLET - MIT GONDOLSZ? Ismételd meg a 92. kísérletet, ezúttal napos helyiségben, csukott ablaknál egy asztalon, tehát olyan napsugarakkal kísérletezel, amelyek az ablaküvegen keresztül hatolnak be. Gondold át, milyen eredményeket kaphatsz, mielőtt hozzákezdenél! Nem gond, még a tudós, aki először végzett ilyen kísérleteket, sem volt biztos benne, amíg ki nem próbálta. Az ablaküvegek egészen biztosan elnyelnek valamennyi hőt; tehát az gondolhatnánk, hogy a víz kevésbé melegszik fel. Másrészt említettük az üvegházhatást. Ennek alapján a víznek melegebbnek kellene lennie. Nos, mi a helyzet valójában? 96. KÍSÉRLET - FESTETT VÍZ ÉS SAJÁT KÉSZÍTÉSŰ TINTA Ha a vizet a tányérokban sötétre festenéd, mit gondolsz, magasabb lenne a hőmérséklet? Át lehet-e vinni ezt az ötletet a gyakorlatba? Talán végzel egy kísérletet ennek felderítésére. Ehhez tintára lenne szükség. Régen minden házban volt, most viszont el is felejtettük, milyen a tinta. Ha nincs a háznál, csinálhatsz! Biztosan találsz régi filctollakat a háznál, vegyél elő néhányat. HIER ÖFFNEN EINGETROCKNETER FARBFILZ-SCHREIBER OBERTEIL DES SCHREIBERS DIESES TEIL AUF DEN TISCH KLOPFEN PIPETTE MIT WASSER TINTENPATRONE TINTE itt nyisd ki beszáradt filctoll a toll felső része ezt a részt kell az asztalhoz ütögetni csepegtető vízzel tintapatron tinta Az ábra mutatja a tintakészítés lépéseit. Nyisd ki a toll felső végét és fordítsd meg a tollat. Tartsd a nyitott végét a markodban úgy, hogy ne látszódjon ki. Az öklöddel üss az asztalra, de ne érintsd a tollat. A festékpatron kijön. Tartsd most a festékpatront egyik kezeddel egy kanál fölé, a másikkal egy cseppentő segítségével cseppents vizet a patronba. Rövidesen tinta lesz a patronban. Ezután dugd vissza a tollba, és csodák csodája, a filctoll újra ír! 97. KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS HŰT Ha a víz vagy más folyadékok párolognak, energiát használnak fel. Ezt az energiát valahonnan megszerzik. Nedvesítsd meg a karodat és fújj rá! Ugye, hűvöset érzel? A karodról elpárolgott víz a bőröd felületéről vette a szükséges energiát, ettől van a hűvösség érzet. Ha hőség van, izzadunk. A nedvesség elpárologtatásával a test természetes hűtést szerez magának; különben nagyon forró napokon a túlhevüléstől szenvedne. Nyáron tehát a jó közérzeted attól függ, milyen hamar tud az izzadságod elpárologni. Erre befolyással van a levegő hőmérséklete, a szélsebesség és a levegő nedvességtartalma. Leggyorsabb a párolgás forró, száraz és szeles napon. 18

19 98. KÍSÉRLET - ÚSZÓMEDENCE És egy ilyen forró, száraz és szeles napon az úszómedence lehűl! Hűvösebb, mint egy nedves, hűvösebb és szélcsendes napon. Ezeken a napokon te is úgy jársz, mint a medence. Ellenőrizd ezt a megállapítást a hőmérővel! 99. KÍSÉRLET - MELEG VÍZ ELŐÁLLÍTÓ** Töltsd fel az elnyelő zacskót hideg vízzel, és támaszd egy tárgyhoz, pl. a kísérleti készlethez. A víz betöltése nehézkes lesz, mivel a fekete hátrész és az átlátszó fólia között alig van hely. Egy ceruzához hasonló tárggyal a nyílását megnövelheted. Ez az előkészület fontos a megfelelő használathoz. ABSORBERBEUTEL elnyelő (abszorbeáló) zacskó Most készíts forró vizet, de nem forrásban lévőt. Lógasd a zacskót az A és B pontoknál, anélkül, hogy az ujjadat beledugnád, fél percig a forró vízbe. Húzd ki a vízből, és fújj bele az A pontnál, mintha léggömböt akarnál felfújni, eközben a B -t fogd be az ujjaddal, hogy a levegő ne mehessen ki; várj ebben a helyzetben egy percig. A zacskó lehűl és felfújva marad, használatra készen. Töltsd meg most a széléig hideg vízzel. Támaszd a fekete hátlapjával egy tárgyhoz, és az átlátszó elülső része legyen a nap felé. A zacskóban lévő víz felmelegszik, miközben a sűrűsége csökken. Ezáltal a meleg víz felszáll, a hidegebb víz lesüllyed. Egy szokványos melegvíztárolóban ugyanezek a folyamatok játszódnak le. A fűtőelem felső részén egy víztartály van, és egy cső vezet az A bevezető nyílástól a tartály aljához. A felmelegített víz felszáll a tartály felső részébe. Olyan mértékben, ahogy a víz felszáll, hideg vizet húz a tartály aljáról a fütőelembe, ahol a melegítés történik. Dugd a hőmérőt az elnyelő zacskóba, hogy lásd a hőmérséklet emelkedést. Ehhez a hőmérőt óvatosan ki kell venni a hőmérőskálából KÍSÉRLET -ÜVEGGEL FEDETT HŐELNYELŐ A vízmelegítők általában üveggel vannak lefedve, aminek a célja a naphő bezárása, és az üvegházhatás előállítása. A napsugárzás átmegy az üveglapon és felhevíti a fekete hőelemeket. Az üveglefedés jelentősen csökkenti a fűtőelemről való sugárzás okozta hőveszteséget. Ragaszd a kísérleti készlet fedelét egy ablakra úgy, hogy a benne lévő megtöltött elnyelő zacskó eleje a nap felé forduljon. Itt az ablaküveg helyettesíti az üveg fedőlapot. Figyeld meg, mennyivel gyorsabban melegszik fel a víz. A mellékelt képen egy termikus napkollektor látható, amit fekete krómréteggel vontak be (Cleveland, USA). Ezek a kollektorok vagy egy padlófűtés melegvíz szükségletét biztosítják, vagy egy épület klímaberendezésének hűtő-köréhez csatlakoznak. A lapos kollektorok fémbevonatával a hatásfok növelhető. A fekete krómrétegek a sugárzást egyirányú utcába terelik; a bejövő napfényt elnyelik, de a környezetbe való kisugárzást megakadályozzák. A következő kép sorházként épült családi házak napenergiával való fűtését mutatja (Greenbreit, Maryland, USA). A lakók a lapostetőn napenergia fűtőrendszert szereltetnek fel, hogy télen tapasztalatokat gyűjtsenek. Ettől a kísérlettől mintegy 50 % energiamegtakarítást remélnek KÍSÉRLET - MENNYI HŐT NYEL EL A FÜRDŐVÍZ A KÁDBAN? Eddig a napenergiát kizárólag melegvíz előállítására használták, a privát családi házakban. Az energiamegtakarítás ellenőrzésére számítsuk ki egy kádfürdő energiaszükségletét. Ehhez a számításhoz a kádban lévő vízmennyiség pontos ismerete szükséges. Mérd meg a kádban lévő víz térfogatát. A mennyiség meghatározásához az időt is felhasználhatod: stoppold az időt, ami egy literes üveg megtöltéséhez szükséges. Ha a kád megtöltésének idejét ismered, megtudod a literek számát is. Ha pl. a literes üveg 3 másodperc alatt megtelt, és a kád megtöltéséhez 900 másodperc kell, a kád tartalma 900:3 = 300 liter. Tudjuk, hogy 1 ml víz hőfokának 1 Celsius fokkal való növeléséhez 1 kalória kell: ebből kiszámítható a fürdővíz kalóriaszükséglete. A hőmérséklet emelkedés 35 o C, és 300 liter vízre a következő adódik: 300 liter x 1000 ml/liter x 35 o C = kalória. Ehhez még hozzá kell számítani a hőveszteséget a csövekben, a falban, a tartályban és magában a fűtési rendszerben. Fosszilis anyagoknak erőműben való elégetésénél 33 %-os hatásfokot érnek el, ami azt jelenti, hogy minden, a fürdőhöz szükséges kalóriához 3 fűtőanyagkalóriát kell elégetni KÍSÉRLET - MENNYIBE KERÜL EGY KÁDFÜRDŐ? Tételezzünk fel 30 % összes veszteséget a csövekben, tartályban, stb. 1 kalóriához 1,2 x 10-6 kwh elektromos energia kell, ha egy kwh árát tudjuk, kiszámíthatjuk, mennyibe került a fürdőnk. Fok-nap értékek 103. SZ. KÍSÉRLET A NAPI FŰTÉS-FOK ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA Az úgynevezett fok-nap érték (napi hőösszeg-hiány, fűtési index) egy adott napra úgy számolható, hogy összeadjuk a mért legalacsonyabb és legmagasabb hőmérsékletet, majd az összeget elfelezzük (középérték), és az eredményt levonjuk 18 o C-ból. Pl. január 5-én 7 o C maximum és -9 o C minimumhőmérsékletet mértek, melyek középértéke -1 o C; 18-(-1)=19 o C. A legnagyobb és legkisebb értékek megtalálhatók a napilapokban; gyakorolj ezeken SZ. KÍSÉRLET A NAPI HŰTÉSI-INDEX ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA Ha az iménti számítás negatív eredményt adott, akkor ezt hűtési indexnek nevezzük. Pl. 21 o C középérték esetén 18-21=-3. Ez a hűtőkészülék gyártókat érdekelheti. 19

20 105. SZ. KÍSÉRLET FŰTÉSI INDEX ÁBRÁZOLÁSA Készíts elő egy diagrammot, X-tengelyén a napok dátumával, Y-tengelyén a fűtés-fok értékekkel. Ábrázold hosszabb időn keresztül az értékeket, és figyeld meg a hosszabb- és rövidebb idejű ingadozásokat. A fűtés-fok értékek a háztulajdonosok, tüzelőanyag eladók számára lehetnek fontosak. A hőösszeg-hiány értékek és a fűtőanyag szükséglet összefüggése Képzeld el, hogy a sivatagban élsz, ahol délben 46 o C meleg van, éjjel pedig -9 o C-ig süllyed a hőmérséklet. A belőlük számolható fűtés/hűtés érték nulla. Jelentheti ez azt, hogy itt nem kell sem fűteni, sem hűteni? A tüzelőanyag kereskedők tisztában vannak a helyi klimatikus adottságokkal, és a fűtés/hűtés fok érték megfelelő használatával. A napelemek néhány alkalmazása Figyelmeztető világítás repülőtéren Ivóvíz szivattyú Tűzvédelmi tornyok és hétvégi házak energiaellátása Szükségáram biztosítás Villanypásztor és betörésvédelem Akkumulátorok fenntartó töltése Forgalomirányító táblák Hordozható híradástechnikai berendezések Erdei figyelmeztető táblák Zsebszámológépek Hajó akkumulátor töltés Forgalmi lámpák Megálló világítás Műhold rendszerek Kép: Buszmegálló napelemes világítással SZILÍCIUM NAPELEMEK Becquerel volt az első tudós, aki 1839-ben felállította a fotoelektromos cella elméletét. Ezen az elven működnek a mai napelemek. A piacon először megjelent elemek hatásoka 1% volt, ami azt jelenti, hogy a cellát ért napenergia 1%-a alakult elektromos energiává. A hatásfok még ma is 20% alatt van. Ennek ellenére sokmindenre lehet használni, még egy könnyűrepülőgép is repült napelemből származó árammal! A napelemek megbízhatóak, tiszták és üzembiztosak; nincs bennük mozgó alkatrész, nem igényelnek alkatrészcserét és zajtalanul működnek. Előnyösen használhatók kihelyezett egységekben, pl. telefonfülke, világítótorony, TV ott, ahol nincs áramforrás a közelben. A NAPELEMEK MŰKÖDÉSI ELVE A napsugár fotonoknak nevezett energiarészecskéket tartalmaz. N-SCHICHT n-réteg P-N SPERRSCHICHT p-n záróréteg P-SCHICHT p-réteg Amikor a fotonok egy félvezető réteg felületére beesnek, mint pl. a mi napelemünk, mozgásba hozzák a félvezető elektronjait. Mivel az áram tulajdonképpen elektronok mozgása, ha sikerül az elektronokat egy irányba terelni, áram jön létre. A napelemben pontosan ez történik. A napelem három rétegből áll: n-, p-n átmenet- és p réteg. A pozitív töltésű p rétegben helyhez kötött elektronok és szabad protonok vannak. A negatív töltésű n rétegben éppen fordított a helyzet, a protonok vannak helyhez kötve és az elektronok mozognak szabadon. A p-n átmenet feladata, hogy megakadályozza a két oldal szabadon mozgó részecskéinek az egyesülését, vagyis zárórétegként kell működnie. A cellára eső fotonok elegendő mértékben áthatolnak az igen vékony (kb. 1/200mm-es) n rétegen ahhoz, hogy mindegyik rétegben néhány szabadon mozgatható részecskét megmozgassanak. Mivel a záróréteg megakadályozza ezek közvetlen egyesülését, kénytelenek a csatlakoztatott vezetékeken át megtenni a hosszú utat. Ez az áramlás az eletromos áram. Fotoelektromos technológiák A fotoelektromos rendszerek közvetlenül a napfényből állítanak elő elektromos energiát napelemes panelek segítségével. Az energiát akkumulátorokban tárolják. Napelemekből falvak ellátásra alkalmas kisméretű hálózat is készíthető. A költségek csökkentése további kutatások feladata. Kép: fotoelektromos napelemek látják el ezt a házat és további házakat a faluban SZ. KÍSÉRLET NAPENERGIÁVAL HAJTOTT ELEKTROMOTOR A készletből a következőkre van szükség: napelem, elektromotor, csatlakozó vezetékek és a reflektor lábai. SOLARZELLE ANTRIEBSRAD REFLEKTOR/MOTORBEIN napelem meghajtó kerék reflketor/motor láb 20