Kinematika, dinamika II. Emelt szintű kísérletek Fizika Szaktanári segédlet

Hasonló dokumentumok
Kinematika, dinamika II. Emelt szintű kísérletek Fizika

Szekszárdi I Béla Gimnázium Emelt szintű szóbeli vizsgaközpont. Eltérések az OH honlapján közzétettektől

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Az emelt szintű fizika szóbeli vizsga méréseihez használható eszközök

EGYSZERŰ GÉPEK. Azok az eszközök, amelyekkel kedvezőbbé lehet tenni az erőhatás nagyságát, irányát, támadáspontjának helyét.

Termodinamika (Hőtan)

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

1. Súlymérés. Eszközjegyzék: Mikola-cső mm beosztással digitális mérleg ékek A/4 lapok ismeretlen súlyú test (kő) Mikola-cső.

1. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás kísérleti vizsgálata és jellemzői. 2. A gyorsulás

Érettségi témakörök fizikából őszi vizsgaidőszak

FIZIKA. Ma igazán belemelegszünk! (hőtan) Dr. Seres István

Feladatlap X. osztály

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Emelt szintű fizika érettségi kísérletei

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Galilei lejtő golyóval (golyó, ejtő-csatorna) stopperóra, mérőszalag vagy vonalzó (abban az esetben, ha a lejtő nincsen centiméterskálával ellátva),

Egyenes vonalú egyenletes mozgás vizsgálata

Concursul Preolimpic de Fizică România - Ungaria - Moldova Ediţia a XVI-a, Zalău Proba experimentală, 3 iunie 2013

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Felvételi, 2018 szeptember - Alapképzés, fizika vizsga -

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

28. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február 28. március osztály

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

Hőtan I. főtétele tesztek

Légköri termodinamika

EMELT SZINTŰ FIZIKA ÉRETTSÉGI SZÓBELI MÉRÉSEK DOKUMENTÁCIÓJA 2017.

Egy nyíllövéses feladat

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

Komplex természettudomány 3.

TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása

Termodinamika. Belső energia

A fizika középszintű érettségi mérési feladatai és a hozzá tartózó eszközlisták május

SZÁMÍTÁSOS FELADATOK

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

Folyadékok és gázok mechanikája

(2006. október) Megoldás:

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

A 2010/2011. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának. feladatai fizikából. I. kategória

58. ročník Fyzikálnej olympiády v školskom roku 2016/2017 Okresné kolo kategórie F Texty úloh v maďarskom jazyku

Hang terjedési sebességének meghatározása állóhullámok vizsgálata Kundt csőben

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Az emelők működés közbeni megfigyelésének célja: Arkhimédész görög fizikust és matematikust az ókor egyik legnagyobb tudósa volt.

A középszintű fizika érettségi kísérleteinek képei 2017.

Középszintű fizika érettségi (2018. május-június) Nyilvánosságra hozható adatok

Fázisátalakulások vizsgálata

FIZIKA SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI ÉS MÉRÉSEI

Bor Pál Fizikaverseny, középdöntő 2016/2017. tanév, 8. osztály

A kísérlet célkitűzései: A súrlódási erőtípusok és a közegellenállási erő kísérleti vizsgálata.

Digitális tananyag a fizika tanításához

Fizika minta feladatsor

Osztályozó, javító vizsga 9. évfolyam gimnázium. Írásbeli vizsgarész ELSŐ RÉSZ

FIZIKA ZÁRÓVIZSGA 2015

A FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI június

Mechanika - Versenyfeladatok

TestLine - 7. Fizika Témazáró Erő, munka, forgatónyomaték Minta feladatsor

TestLine - 7. Fizika Témazáró Erő, munka, forgatónyomaték Minta feladatsor

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Hőtágulás - szilárd és folyékony anyagoknál

Fizika példák a döntőben

Mechanika 1. Az egyenes vonalú mozgások

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Newton törvények, lendület, sűrűség

Elvégzendő mérések, kísérletek: Egyenes vonalú mozgások. A dinamika alaptörvényei. A körmozgás

Gépészmérnöki alapszak Mérnöki fizika ZH NÉV: október 18. Neptun kód:...

FIZIKA VIZSGATEMATIKA

A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ. Pohár rezonanciája

A nagyobb tömegű Peti 1,5 m-re ült a forgástengelytől. Összesen: 9p

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória

11. Egy Y alakú gumikötél egyik ága 20 cm, másik ága 50 cm. A két ág végeit azonos, f = 4 Hz

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Fajhő mérése. (Mérési jegyzőkönyv) Hagymási Imre február 26. (hétfő délelőtti csoport)

Newton törvények, erők

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

I. tétel Egyenes vonalú mozgások. Kísérlet: Egyenes vonalú mozgások

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

a) Valódi tekercs b) Kondenzátor c) Ohmos ellenállás d) RLC vegyes kapcsolása

Haladó mozgások A hely és a mozgás viszonylagos. A testek helyét, mozgását valamilyen vonatkoztatási ponthoz, vonatkoztatási rendszerhez képest adjuk

NULLADIK MATEMATIKA szeptember 13.

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

Mérnöki alapok 2. előadás

2. A rugóra függesztett test rezgésidejének vizsgálata

Forgatónyomaték, egyensúlyi állapotok Az erőnek forgató hatása van. Nagyobb a forgatóhatás, ha nagyobb az erő, vagy nagyobb az erő és a forgástengely

Elektronikus fekete doboz vizsgálata

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Jedlik Ányos Fizikaverseny 3. (országos) forduló 8. o A feladatlap

Mechanika. Kinematika

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Átírás:

Emelt szintű kísérletek Fizika 11 12. Szaktanári segédlet Készítette: Rapavi Róbert Lektorálta: Gavlikné Kis Anita Kiskunhalas, 2014. december 31.

2 Tartalomjegyzék 1. óra 3. oldal Súlymérés 3. oldal Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések 4. oldal Házi feladat 5. oldal 2. óra 6. oldal Palack oldalán kifolyó vízsugár vizsgálata 6. oldal Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések 8. oldal Házi feladat 9. oldal 3. óra 9. oldal A hang sebességének mérése állóhullámokkal 9. oldal Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések 10. oldal Házi feladat 11. oldal 4. óra Ellenállások váltakozó áramú áramkörben 12. oldal Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések 14. oldal Házi feladat 15. oldal Felhasznált irodalom 16. oldal

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 3 1. óra Súlymérés Tantárgyközi kapcsolódás; elmélet Fizika 7. o.; Biológia: végtagok működése. Sorolj fel olyan egyszerű gépeket, amelyek működése a forgatónyomatékon alapul! Melyek az egykarú és melyek kétkarú emelők? Egykarú: talicska, fokhagymaprés, sörnyitó, lapát, diótörő. Kétkarú: fogók, mérleg, gémeskút, mérleghinta. Egy-egy ilyen eszköznek írd le a működését! Az egykarú emelőknél a forgáspont azonos oldalán a két ellentétes irányú erő különböző távolságra van a forgásponttól, de a forgatónyomatékuk megegyezik. A forgáspont azonos oldalán lévő teher (F2) balra forgató forgatónyomatéka egyenlő a tartóerő (F1) jobbra forgató forgatónyomatékával. F1 k1 = F2 k2 F1 k1 F2 k2 A kétkarú emelőnél a forgáspont nem az emelő végén van, az erők a forgáspont két ellentétes oldalán hatnak, azonos irányban és forgatónyomatékuk megegyezik. A gémeskútnál az egyik oldalon lévő ellensúly forgatónyomatéka egyenlő a másik oldalon lévő vödör forgatónyomatékával, ha a gémeskút egyensúlyban van. k1 k2 F1 F1 k1 = F2 F2 k2 Eszköz és anyaglista 1 m-nél valamivel hosszabb farúd cm beosztású skálával mérleg (digitális asztali vagy rugós erőmérő) a mérleg méréshatárát meghaladó ismeretlen tömegű test akasztóval ellátva

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 4 A kísérlet leírása, jelenség, tapasztalat A rudat egyik végén támasszuk alá egy ékkel, a másik végét a digitális mérlegre helyezett ékkel úgy, hogy a két alátámasztás között pontosan 1 m távolság legyen. Ezután akasszuk fel az ismeretlen tömeget a rúdra, négy különböző távolságra a végétől. Olvassuk le a mérleg által mutatott értékeket és a távolságokkal együtt foglaljuk táblázatba. Az adatok alapján határozzuk meg az ismeretlen tömeg nagyságát! A rúd baloldali vége a forgáspont. A forgatónyomatékokat az ismeretlen tömeg súlya (lefelé), a rúd súlya (lefelé), és a mérlegre ható erő ellenereje (fölfelé) adja. Két különböző távolság esetén a forgatónyomatékokat felírva, a rúd forgatónyomatéka kiesik az egyenletrendszerből. (mmérleg,1 mmérleg,2) kmérleg = m (k1 k2) mmérleg (g) k (cm) kmérleg (cm) m (g) mátlag (g) 74 60 54 45 42 35 30 25 75 96 90 93 mmért = 92 g Próbáljuk meg meghatározni, hogy milyen hibák léphetnek fel a mérés során! A hosszúságok és a tömegek mérésénél adódhatnak pontatlanságok. Befolyásolhatja a mérést az is, hogy az alátámasztások nem pontszerűek. A mérleg csak vízszintes rúd esetén mér pontosan.

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 5 Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések Ha n darab álló és n darab mozgócsiga van, akkor az egyensúlyozó erő: F = G 2 n A daruk drótköteleit ilyen összeállításon keresztül vezetik. Arkhimédészi csigasor: Minden újabb mozgócsiga beiktatása felezi az erőt. Ha a mozgócsigák száma n, akkor a tartóerő: Emelt szintű érettségi feladat 2013. május F = G 2 n. Házi feladat Egy m = 10 kg tömegű létrát ferdén a falnak támasztunk. A létra és a talaj közötti súrlódási együttható 0,4. A létra és a fal közötti súrlódás elhanyagolható. (A létra tömegközéppontja hosszának felénél van.) a) Készítsen ábrát, amely a létrára ható erőket ábrázolja! Mekkora szögben lehet az üres létrát a falhoz támasztani anélkül, hogy megcsúszna? b) A létrát úgy támasztjuk a falhoz, hogy a vízszintessel 60 -os szöget zár be. Hosszának hányad részéig mászhat fel rá egy 75 kg-os ember, mielőtt a létra megcsúszna? Megoldások Emelt szintű érettségi feladat 2013. május Az erők és a forgatónyomatékaik eredője is zérus. A forgatónyomatékot célszerű az alsó végpontra felírni. F1 = Gl és F2 = Fs valamint Gl 0,5 l cos = F2 l sin A határszögre: F2 = Fs F1 = Gl tgα 1 2 μ α min = 51, 34 A második esetben a létrára ható erőkre felírható: F 1 = G l + G e G l l 2 cosα + G e l e cosα = F 2 l sinα F 2 = F s μ (G l + G e ) ahol le az a hossz, ameddig az ember felmászhat a létrán. l e l μ (G l + G e ) sinα G l 2 cosα = 0, 72 G e cosα

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 6 2. óra Palack oldalán kifolyó vízsugár vizsgálata Emlékeztető Energiák (helyzeti mozgási); Ének-zene: hangszerek fizikája; Matematika: vektorok, függvények. Eszköz és anyaglista min. 2 l-es műanyag palack pontosan a felénél kicsiny lyukkal víz egy magas peremű tálca 10 15 cm magas dobogó szigetelőszalag mérőszalag tölcsér digitális fényképezőgép állvánnyal és számítógéppel összekötve és hozzá egy nyomtató A kísérlet leírása, jelenség, tapasztalat A palackon a szigetelőszalag segítségével készítsünk három jelzést. A háromnegyedénél, a felénél, ahol a lyuk is van, valamint a negyedénél. A tálcát tegyük a lyuk felőli oldalra, és szigetelőszalaggal zárjuk le a lyukat! A digitális fényképezőgépet állítsuk be úgy, hogy az oldalról kifolyó vizet jól fotózhassuk! Töltsük fel vízzel. A lyukat lezáró szigetelőszalagot távolítsuk el, és készítsünk fényképet, amikor a vízszint eléri a felső jelzést! próbáljunk meg több képet készíteni! Figyeljünk arra, hogy a palack és a tálcába érkező vízsugár is teljes egészében látszódjon a fényképen. A legjobban sikerült három képet nyomtassuk ki és fényképek felhasználásával szerkesztéssel igazoljuk, hogy a vízsugár pályája parabola! Az y x 2 függvény lineáris, tehát a görbe parabola. x (mm) 20 30 40 50 60 70 x 2 (mm 2 ) 400 900 1600 2500 3600 4900 y 3 6 10 15 20 28

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 7 A fotók (vízszintes elmozdulás) és a mérés (függőleges elmozdulás) segítségével határozzuk meg, hogy mennyi a kiáramló vízsugár sebessége! m g h = ½ m v 2 h = 0,07 m; v = 1,17 m/s Rajzoljuk be a vízsugár pillanatnyi sebességének irányát a palackon bejelölt alsó negyed magasságában, s a sebességvektor vízszintes és függőleges komponensének aránya alapján igazoljuk, hogy a vízsugár sebességének vízszintes összetevője megegyezik azzal a sebességgel, amit egy szabadon eső test szerezne, ha épp olyan magasságból esne kezdősebesség nélkül, mint amekkora a palackban lévő vízfelszín és a palack oldalán lévő nyílás magasságkülönbsége! Az állítás igazolása során használjuk ki, hogy a szomszédos jelölések közötti távolság azonos!

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 8 Vessük össze a fotók segítségével számított vízszintes sebességkomponens értékét a szerkesztéssel kapott értékkel és keressünk magyarázatot az esetleges eltérésre! Jó közelítéssel a két komponens egyenlő. A fotó alapján nem pontos a leolvasás, eltérést eredményezhet az is, ha a fotó nem pont merőleges irányból ábrázolja a palackot. További eltérést okozhat az is, ha a palackon a jelölések egymástól való távolságát nem pontosan olvassuk/mérjük el. Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések Ferde hajítás A hajítás kezdőpontja a koordináta-rendszer origója, a hajítás síkja az x y sík a kezdősebesség komponensekre bontásával: vízszintesen: egyenes vonalú egyenletes mozgás v = áll. v x = v 0 cos α s = v t x = v 0 cos α t függőlegesen: egyenes vonalú egyenletesen változó (lassuló) mozgás v = v 0 a t v y = v 0 sin α g t s = v 0 t a 2 t2 v y = v 0 sin α t g 2 t2 ahol g = 10 m s 2

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 9 Az egyes irányokban mért maximális elmozdulások és a hajítás ideje: s x,max = v 0 2 sin(2α) g s y,max = v 0 2 sin 2 α 2g t hajítás = 2 v 0 sin α g Házi feladat Milyen tényezők befolyásolják a ferdén elhajított test mozgását? Nézz utána, hogy a különböző dobószámokban hogyan jelentkeznek ezek a hatások és hogyan próbálják ezeket csökkenteni? Miért volt hibás elképzelés Jules Verne: Utazás a Holdba című regényében az ágyával kilőtt Hold-lövedék? Miért előnyösebb a rakétahajtás, mint az ágyúval történő lövés? Közegellenállás, légáramlás, a test forgása, nagyobb magasságoknál ha minimális mértekben is a gravitációs erő változása. https://arago.elte.hu/sites/default/files/mindennapok-fizikaja-01 25.pdf Ágyúval a megfelelő sebesség eléréséhez az ágyúcsőben kellene felgyorsítani a lövedéket, viszonylag rövid úton, ami óriási (elviselhetetlen) gyorsulást eredményezne. A rakétahajtásnál jóval hosszabb úton, lassabban történik a megfelelő sebességre történő gyorsítás. A rakétával történő gyorsításnál a csökkenő gyorsítandó teher is befolyásolja a mozgást. 3. óra A hang sebességének mérése állóhullámokkal Tantárgyközi kapcsolódás; elmélet Rezgések, hullámok, rezonancia. Ének-zene: a hang tulajdonságai. Elektromágneses rezgések; atomfizika. Eszköz és anyaglista egyik végén zárt, nagyméretű műanyag- vagy üveghenger mindkét végén nyitott, cm-es beosztású, a nagy hengerbe illeszkedő műanyag cső ismert rezgésszámú hangvillák (3 db) mérőszalag víz esetleg Bunsen-állvány

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 10 A kísérlet leírása, jelenség, tapasztalat A hengerbe töltsünk vizet! Az oldalán skálával ellátott műanyag csövet merítsük a vízbe. A csőben lévő levegőoszlopot alulról a víz zárja be, így a légoszlop hossza (a cső teteje és a vízszint közötti távolság) a cső emelésével és süllyesztésével tetszés szerint változtatható. A cső szabad vége fölé tartsunk rezgésbe hozott hangvillát. A teljesen vízbe merített csövet egyre magasabbra emelve figyeljük meg, hogy mikor erősödik fel a hallható hang. A maximális hangerősséghez tartozó levegőoszlop-magasságot (ami tehát a cső felső szélének és a henger vízszintjének különbsége) le kell mérni. Ezután folytassuk a cső emelését egészen a második rezonanciahelyzetig, és mérjük le ismét a belső csőben lévő levegőoszlop hosszát! (A mérést megkönnyíthetjük, ha a csövet nem kézben tartjuk, hanem Bunsen-állványhoz rögzítjük lombikfogóval. A villa hangjának erősödése jelzi, hogy a csőben lévő légoszlop rezonál a hangvillára, azaz a csőben állóhullám alakul ki. Mivel a rezonancia egyik végén zárt csőben alakul ki, így a levegőoszlop hossza a negyed hullámhossz egyszerese, ill. háromszorosa lesz. Méréseinket foglaljuk táblázatba és ezek alapján számítsuk ki a hang terjedési sebességét levegőben! f (Hz) /4 (m) 3 /4 (m) c1 (m/s) c2 (m/s) cátl (m/s) 320 0,265 339,2 440 0,185 0,59 325,6 346,1 332,7 1000 0,24 320 Végezzünk hibaszámítást és keressük meg, hogy mi okozhatta a mérés hibáját! Azért hiányos a táblázat, mert az üveghenger hossza miatt nem lehetett minden esetben rezonancia helyet mérni. A mérési eredmény természetesen nem fog megegyezni a hangsebesség irodalmi értékével. Ennek oka többek között az, hogy a levegőoszlop hosszának leolvasása nem pontos, már csak azért sem, mert a rezonanciahelyeket nem lehet teljes pontossággal meghatározni. Ezen kívül az is pontatlanságot eredményezhet, ha a hangvilla feltüntetett rezgésszáma nem pontosan annyi, amennyi az a valóságban. A kísérleti elrendezés miatt nem lehetett minden esetben első és második rezonanciahelyet kimérni.

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 11 Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések Emelt szintű érettségi feladat 2008. május (módosított) Egyik végén rögzített, másik végén szabad, 7 m hosszú kötélen 10 Hz frekvenciájú állóhullámokat alakítottunk ki. A végponttal együtt 4 csomópont keletkezett. a) Készítsen rajzot! Mekkora a hullámhossz? b) Mekkora sebességgel terjednek a hullámok a kötélben? c) Mekkora egy csomópont és egy ezzel szomszédos duzzadóhely távolsága? Megoldás A kötél egyik végén duzzadóhely, a másik végén csomópont lesz. Mivel ebben az esetben a negyed hullámhossz páratlan többszöröseinek megfelelő állóhullámok alakulhatnak ki, így egy egész és egy háromnegyed hullám, vagyis 7 negyedhullám keletkezik (rajz). 7 m = 4 m c = f = 40 m/s Egy csomópont és egy szomszédos duzzadóhely távolsága d = /4 = 1 m. Házi feladat Nézz utána, hogy mik azok a Chladni-féle porábrák! http://www.appendix.bolyaisok.ro/wp-content/uploads/2011/06/clandi.pdf http://www.atomcsill.elte.hu/cikkek/komal/chladni_cikk.pdf

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 12 4. óra Szilárd anyag (alumínium) fajlagos hőkapacitásának (fajhőjének) meghatározása Tantárgyközi kapcsolódás; elmélet A különböző halmazállapotú anyagok fajhője. Halmazállapot változások energetikai háttere. Biológia: élőlények hőháztartása. Földrajz: felszínt formáló hatások; kőzetek. Fogalmazd meg többféleképpen a termodinamika I. és II. főtételét! I. főtétel: A termodinamika első főtétele a termodinamikai rendszerekre kimondja az energiamegmaradást, vagyis azt, hogy az energia a termodinamikai folyamatok során átalakulhat, de nem keletkezhet és nem veszhet el. Egy rendszer belső energiájának változása egyenlő a rendszerrel közölt hő és a rendszeren végzett munka összegével. ΔEb = Q + W Elszigetelt rendszer energiája állandó, nyílt rendszer energiája annyival nő vagy csökken, amennyivel a környezeté csökken vagy nő. A termodinamika első főtételének egyik következménye, hogy nem létezik elsőfajú örökmozgó. II. főtétel: Egy elszigetelt rendszer állapota időben termikus egyensúly felé halad. Nincs olyan folyamat, amely eredményeképpen a hő az alacsonyabb hőmérsékletű rendszer felől a magasabb hőmérsékletű felé adódik át. Elszigetelt rendszer entrópiája nem csökkenhet, azaz ΔS 0. Maguktól (spontán módon) csak azok a folyamatok mennek végbe, amelyek entrópianövekedéssel járnak. Hogyan szól a termodinamika harmadik főtétele? Az abszolút tiszta kristályos anyagok entrópiája nulla kelvin hőmérsékleten zérus. Az abszolút nulla hőmérséklet elvileg tetszőleges pontossággal aszimptotikusan megközelíthető, de nem érhető el.

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 13 Értelmezd a fenti grafikon egyes szakaszait! t ( C) 100 10 Q (J) A grafikonon valószínűleg a jég-víz-gőz átalakulás hőmérséklet energia viszonyait követhetjük nyomon. 10 C-tól 0 C-ig energiát (hőt) befektetve az anyag hőmérséklete emelkedik. 0 C-on további energia a hőmérsékletet nem emeli, csak a halmazállapot változáshoz szükséges energiát biztosítja. Miután a teljes anyagmennyiség folyékony lesz, a közölt hő újra folyamatosan emeli az anyag hőmérsékletét. 100 C-on újra a halmazállapot változáshoz kell az energia, majd miután elforrt az anyag ismét emelkedik a hőmérséklete. Eszköz és anyaglista ismert hőkapacitású kaloriméter tetővel, keverővel bothőmérő és szobai hőmérő meleg víz mérleg 3 db főzőpohár tálca törlőruha fémdarabok (pl. csavar, szeg) Munkavédelem A mérés során különös munkavédelmi előírások nincsenek. Vigyázzunk, ha túl forró a víz! A kísérlet leírása, jelenség, tapasztalat Mérjük le a szárazra törölt kaloriméter tömegét fedővel, keverővel és a hőmérővel együtt! A kalorimétert kb. háromnegyed részéig forró vízzel megtöltve ismét mérjük meg a tömegét. A két mérési eredmény alapján a kaloriméterbe töltött víz tömege pontosan megállapítható. A szobai hőmérőn leolvassuk a szobahőmérsékletet, majd mérjünk le a szobahőmérsékletű, száraz fémdarabokból kb. kétszer annyit, mint a kaloriméterbe töltött víz tömege. A fém tömegének nem kell pontosan megegyeznie a víz tömegének kétszeresével, de magát a mérést pontosan végezzük el!

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 14 Miután meggyőződtünk róla, hogy a kaloriméter hőmérséklete stabilizálódott, olvassuk le a kaloriméterben lévő meleg víz hőmérsékletét a hőmérőn! Helyezzük a kaloriméterbe a lemért, szobahőmérsékletű száraz fémdarabokat! Néhány percnyi kevergetés után beáll az új hőmérséklet. Olvassuk le ismét a hőmérőt! A mért tömeg valamint hőmérséklet adatok alapján határozzuk meg a fém fajhőjét! A számítást az alábbiak szerint végezhetjük el: C (t v t k ) + c v m v (t v t k ) = c m(t k t). Ahol C a kaloriméter ismert hőkapacitása, cv a víz ismert (4,18 Érdekességek, kiegészítések, gondolkodtató kérdések kj kg C ) fajhője, tv a meleg víz, t a szobahőmérséklet, tk a víz és a fém közös hőmérséklete, mv a víz, m a fém tömege, c a fém meghatározandó fajhője. Ezt átalakítva kapjuk c-re: c = (t v t k ) (C + c v m v ). m (t k t) Az általunk kapott fajhő értéke biztosan el fog térni az irodalmi adattól. Mi okozhatta a mérés pontatlanságát? C = 60 J/ C; mvíz = 200 g; mvas = 300 g; tvíz = 75 C; tvas = 25 C; tk =69 C; c = 407 J/kg C Az irodalmi értéktől mért eltérés: 11,5%. A kaloriméter méretei miatt nem lehetett kétszeres tömegű szilárd anyagot kimérni. A kaloriméter hőkapacitásának meghatározása nem egyszerű művelet, így a megadott érték is lehet pontatlan. Másrészről a kaloriméter teteje nem hőszigetelt, így mindenképpen fellép hőveszteség, még ha ennek értéke nem is feltétlenül jelentős. Emellett pontosan azt sem lehet tudni, hogy mikor állt be a hőmérsékleti egyensúly, így a közös hőmérséklet meghatározása sem lehet kellően pontos. És nem utolsó sorban a tömeg és a hőmérséklet értékeinek meghatározása, leolvasása is eredményezhet pontatlanságot. A táblázatok általában nem tartalmazzák életünk legfontosabb folyadékának, a víznek a térfogati hőtágulási együtthatóját. Ennek oka a víz kivételes hőtágulási viselkedése. Ugyanis melegítés közben a víz 0 C-tól 4 C-ig nemhogy tágulna, hanem még össze is húzódik. A víz hőtágulása magasabb hőmérsékleteken sem lineáris (nem követi az egyenes arányosságot). A víz fagyáskor sem követi a legtöbb folyadékra jellemző viselkedést, vagyis fagyásakor

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 15 nem összehúzódik, hanem kitágul, tehát a jég könnyebb (kisebb sűrűségű), mint a víz. Tiszta víz esetén a fagyáskor fellépő sűrűségcsökkenés 8 %-os, ami igen nagy érték. 1 kg víz térfogata a hőmérséklet függvényében 0 C-tól 10 C-ig A hőmérséklet és a hőmennyiség között először Joseph Black tett különbséget 1760 körül. (Érdekességként említhetjük meg, hogy Black legkiválóbb tanítványa James Watt, a gőzgép tökéletesítője volt.) Black munkásságának köszönhetjük a hőtan olyan alapvető fogalmainak megjelenését, mint a hőmennyiség, fajhő, forráshő, olvadáshő, párolgási hő. Black úgy vélte, hogy a hő valami folyadék, fluidum, szubsztancia, amelyet minden test tartalmaz. Ezt a hőfolyadékot caloricum -nak nevezte el. Black elképzeléseit erről a hőszubsztanciáról így foglalhatjuk össze: A caloricum olyan rugalmas folyadék, fluidum, amelynek egyes részei egymást taszítják, ugyanakkor a közönséges anyag részei vonzzák őket az anyag minőségétől és a halmazállapottól függő módon. Ez a fluidum nem semmisíthető meg és nem is teremthető, tehát rá ugyanaz a megmaradási törvény vonatkozik, mint a közönséges anyagra, melyben a caloricum jelen lehet érzékelhető módon és latens (rejtett) módon is. Ilyenkor a hőszubsztancia mintegy kémiai vegyületet képez a közönséges anyaggal. Elismerésre méltó, hogy a vérbeli kísérleti fizikus Black mennyire tisztán látta, hogy a caloricum-elmélet csupán hipotézis, mert hőfolyadékot önállóan senki sem tudott megfigyelni. Az elmélet olyan jól használhatónak bizonyult, hogy később sokan tényként fogadták el a hőfolyadék létezését. Black határozta meg a caloricum (mai szóhasználattal élve a hőmenynyiség) mértékegységét, a kalóriát.

Fizika 11 12. FAKT Szaktanári segédlet 16 Házi feladat Emelt szintű érettségi feladat 2012. október (módosított) Egy 0,3 kg tömegű vasgolyót 1 méter magasságból 0,2 kg tömegű rézlemezre ejtünk, melyen néhány pattanás után megáll. A golyó indulásakor a két fém hőmérséklete azonos. A rendszer hőszigetelt vákuumtartályban van. Az egyensúly beállta után mennyivel emelkedett a vasgolyó hőmérséklete? (créz = 385 Megoldás: J, kg C cvas = 460 J, g = 10 m kg C s 2) A folyamat során a vasgolyó kezdeti helyzeti energiája teljes egészében hővé alakul a pattogások számától függetlenül. A keletkező hő teljes egészében a két test melegítésére fordítódik. A két fém azonos hőmérsékletre melegszik fel. (Termikus egyensúly) E h = m vas g h = 3 J; E h = (m réz c réz + m vas c vas ) T T = E h m réz c réz + m vas c vas = 1, 4 10 2 K Közönséges hőmérővel ez a változás nem mérhető. Felhasznált irodalom http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizika-10-evfolyam/a-hoenergia-es-afajho/kiegeszites-a-hoenergiahoz http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizika-10-evfolyam/folyadekok-hotagulasa/a-vizkiveteles-hotagulasi-viselkedese http://oktatas.hu Magyar néprajzi lexikon V. (Szé Zs). Főszerk. Ortutay Gyula. Budapest: Akadémiai. 1982. 209. o. http://hu.wikipedia.org/wiki/g%c3%a9mesk%c3%bat#mediaviewer/file:hortobagy-ziehbrunnen.jpg http://ecseri.puskas.hu/oktseged/prezentaciok/mechanika http://fft.szie.hu/fizika/fiz-kerteszmernok/1011/nappali/kerteszea2-10-11.pdf http://www.muszeroldal.hu/measurenotes/hullamtan.pdf http://kiserletek.versenyvizsga.hu/show/159/f-c-c