Ember és energia XVIII. Országos Technikaverseny 2016-2017 Döntő Kőszeg, 2017. május 12-13.
1. XVIII. Országos Technikaverseny 2016/17 országos döntő Töltsd ki a keresztrejtvényt! A rejtvény megoldásával, (az ott megkapott két szó segítségével) fogalmazd meg a fizika egyik energiával kapcsolatos alaptörvényét! 2. V I L L A N Y 1. E D I S O N 3. G E O T E R M I K U S 4. R O B O T 5. T G V 6. P E N D R I V E 7. N E G A W A T T 8. H Ő E N E R G I Á V Á 9. G E N E R Á T O R 10. K A P C S O L Ó 11. S Z É L 12. V O N A L K Ó D 13. K Ő O L A J 14. M E G Ú J U L Ó 15. N A P E L E M 1. A fonográf feltalálójának vezetékneve. 2. Ilyen mozdonyok közlekedtek 1896-ban a budapesti földalatti vasúti síneken. 3. A Föld belső hőjéből származó energia. 4. Önműködő szerkezet, amelyet programozni lehet feladatok elvégzésére. 5. Áramvonalas forma - a francia szuper expressz rövidítése. 6. Kisméretű adathordozó 2000-ben jelent meg. 7. Így nevezzük a fel nem használt, megtakarított energiát. 8. A kenyérpirító az elektromos energiát ilyen energiává alakítja át. 9. Az erőmű ezen berendezésén hozza létre a villamos energiát. 10. Az áramkör nyitását és zárását végzi ez a szerelvény. 11. Megújuló energiaforrás. 12. Géppel könnyedén leolvasható azonosító a bolti árukon. 13. A belsőégésű motor feltalálása óta használjuk üzemanyagok alapanyagaként. 14. Olyan energia, melynek forrása a hasznosítás során nem csökken. 15. Napenergiát közvetlenül elektromos árammá átalakító berendezés. Megfejtés: Az energia nem vész el, csak átalakul megoldás (megfogalmazva) 1,5 pont. Helyes válaszonként 0,5 pont, 9 2
2. XVIII. Országos Technikaverseny 2016/17 országos döntő Egészítsd ki a szöveget! A klímaberendezés. Ha egyszerűen szeretnénk megfogalmazni a klíma működésének elvét, akkor csak arra az egyszerű fizikai folyamatra kell gondolnunk, hogy a párolgó folyadék hűti a környezetét. A klímában lejátszódó folyamat teljesen hasonló ahhoz a folyamathoz, mint amikor valaki egy nyári napon kiizzad egy kis folyadékot a bőrére, ami elpárolog, melynek következtében hőt von el a testétől. Ezen elv alapján már az ókorban is Egyiptomban - hűtötték az ivóvizet. Egy agyag edénybe vizet töltöttek, melyet nem vontak be mázzal, ezáltal lehetővé tették azt, hogy egy kis mennyiség mindig ki tudjon szivárogni az oldalfalán. Ez, az előbb már említett párolgása révén, csökkentette a víz hőmérsékletét. A klíma ezt az elvet használja ki, csak itt egy körfolyamat eredményeként jön létre a kívánt hűtés. Azaz egyszer már elpárolgott folyadékot lecsapatjuk, és újra felhasználjuk. Egy klíma 4 fontos elemből áll: 1. Kompresszor - ez felel a körfolyamat fenntartásáért. 2. Elpárologtató - itt párolog el a folyadék (beltéri egység) 3. Kondenzátor - itt csapódik le az elpárolgott folyadék (kültéri egységben) 4. Fojtás - ez felel a nagy nyomású kondenzátor és a kis nyomású elpárologtató elválasztásáért. Tehát van egy rendszerünk, amiben olyan folyadék van, aminek a forráspontja légköri nyomáson -30 C fok körül van - ezt hívjuk hűtőközegnek. Mindaddig, amíg a kompresszor el nem indul, addig azonos nyomás van a rendszerben. Ha beindítjuk a kompresszort, az elpárologtatóban elkezd csökkenni a nyomás, a kondenzátorban pedig emelkedni fog. Ennek oka abban keresendő, hogy a rendszerben van egy fojtás, amin keresztül a gőz nagyon kis mennyiségben tud csak átáramlani. Ekkor feltorlódik a hűtőközeg a fojtó előtt a kondenzátorban, ahol a nyomás növekedése miatt elkezd cseppfolyósodni. Ez a folyamat mindaddig tart, amíg annyi folyadék nem keletkezik, ami elér a fojtáshoz, amelyen túljutva éppen a kisnyomású elpárologtatóba kerül. Ott a kis nyomás miatt az előzőekkel ellentétes folyamat megy végbe, s a hűtőközeg gyors párolgásnak indul. A párolgó folyadék, mint már tudjuk, hőt von el a környezetétől. Az itt keletkezett gőzt a kompresszor elszívja - fenntartva a továbbiakban is a kis nyomást - és a kondenzátorba pumpálja azt. Ott a nagy nyomás miatt felmelegszik. Itt lehűtjük ezt a felmelegedett gázt, s újra cseppfolyós lesz a hűtőközeg. Így a folyamat kezdődhet elölről, azaz kialakult egy körforgás. Hűtőközegként sokféle anyagot használtak, használnak. Azonban a kutatásokat továbbra is folytatni kell, ugyanis az eddig használt gázok közül valamelyik az ózonréteget károsítja, valamelyik az üvegházhatást erősíti, avagy olyan is akad, amelyik mérgező. Helyes válaszonként 1 pont. 7 3
3. Nevezd meg az alábbi fényforrásokat! Hagyományos izzó LED fényforrás Kompakt fénycső hagyományos fénycső halogénizzó neoncső Helyes válaszonként 0,5 pont. 3 4
4. Barátunknak segítünk mosógépet választani, melynél lényeges szempont a környezetvédelem. Az energiacímke alapján mind az éves víz- és energiafogyasztást figyelembe vesszük. Határozd meg a tanúsítvány alapján az alábbi két mosógép éves összfogyasztását (víz, energia), számold ki mennyibe kerül az egy éves (annum) üzemeltetésük, és ezek alapján segíts barátodnak a döntésben! 1. 2. ár 239 900 Ft 149 900 Ft Elektromos áram Vízfogyasztás fogyasztás összesen Mértékegység nettó egységár (Ft/kWh) Nettó érték (Ft) fogyasztás összesen Mértékegység nettó egységár (Ft/ m 3 ) Nettó érték (Ft) Áfa (%) Bruttó érték összesen (Ft) 1. 256 kwh 40 10240 12 m 3 470 5640 27 20168 2. 176 kwh 40 7040 9,9 m 3 470 4653 27 14850 Az 1. mosógép 20168/11=1833,45 Ft/kg a 2. mosógép 14850/8= 1856,25 Ft/kg Vegye észre, hogy két különböző mennyiséget tudok betenni a mosógépbe. Így mindent figyelembe véve (és feltételezve, hogy nincs nagyon nagy családunk) a 2. mosógépet érdemes megvenni. Táblázatban cellánként 0,5 pont; kiszámolta az 1 kg ruhára vonatkozó költséget válaszonként 1 pont; helyesen döntött, hogy melyik mosógépet veszi 1 pont. 8 5
5. XVIII. Országos Technikaverseny 2016/17 országos döntő A felsorolt főbb erőművi részegységekből állíts össze - a részegységek felsorolásával a megadott energiatermelő rendszereket, amely megújuló energiát alakít át villamos energiává. (csak hiánytalan és felesleges részegységek nélküli esetben jár a pont). a, duzzasztómű b, generátor c, hőcserélő d, hűtőtorony e, hűtővíz f, inverter g, kinyerő kút h, kondenzátor i, napelem j, reaktor k, töltésszabályozó l, turbina m, visszasajtoló kút geotermikus erőmű: b,d,g,h,l,m napelemes rendszer: f,i,k vízerőmű: a,b,l 1-1 pont a helyes betűsorért. 6. Ismerjük az autók azon kényelmi berendezését, mely a bekapcsolva felejtett lámpára figyelmeztet bennünket egy hangjelzéssel, ha kinyitjuk az autó ajtaját. Ennek kapcsolását szeretnénk modellezni úgy, hogy az autó lámpáit egy-egy fogyasztóval (L1, L2) jelöljük. Készítsd el az igazságtáblázatát! 3 ahol L1 az autó belső világítása L2 az autó tompított világításának lámpája K1 az autó ajtónyitás érzékelője K2 az autó tompított világításának kapcsolója R1 relé R2 relé H a hangjelzést adó hangszóró A kapcsolás igazságtáblája Kapcsolók, relék Fogyasztók Jelölések K1 K2 R1 R2 L1 L2 H 0 nyitva, nem világít, nincs 0 0 0 0 0 0 0 hang 1 0 1 0 1 0 0 1 zárva, világít, hangot ad 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Helyes válaszonként 0,5-05 pont. 10 6
7. Adott az alábbi fémlemezből készült tárgy műszaki rajza! Egészítsd ki a vastagon szedett adatokkal majd nevezd meg a beírt/megjelölt műszaki méreteket, rajzi jeleket a megadott táblázatba! adatok: R10 ; 10; 20; 40; x2; 6 érték megnevezés a 20 b 10 c 40 méretszám d R10 sugár e 6 átmérő f x2 lemezvastagság g középvonal h méretnyíl Helyes válaszonként 0,5 pont. 8. Igaz-hamis! Döntsd el, hogy az alábbi állítások közül melyek igazak (I), s melyek hamisak (H)! 6 a) Az ország első áramot termelő geotermikus erőműve Turán épül. A 2,6 MW kapacitású létesítmény 2016-ban kezdte meg működését. b) Az ország két legnagyobb naperőműve Visontán (16 MW) és Pécsett (10 MW) található. c) A kuktában gyorsan, de energia-pazarlóan tudjuk elkészíteni az ételt d) A magyar villamosenergia-rendszer terhelése elérte eddigi csúcsát, 2016. december 8-án 6749 MW volt. e) Éjszakára a TV készüléket áramtalanítani kell. f) Zuhanyozással az energia-megtakarítás mellett a vízfelhasználásunk is csökken. _H I H I I I _ Helyes válaszonként 0,5 pont. 3 7
9. Nevezd meg az alábbi képeken látható érintésvédelmi eljárásokat, rajzold be, hogy zárlat esetén merre halad az elektromos áram, indokolj! Nullázás Földelés Indoklás: A kisebb ellenállású föld, illetve nulla vezeték felé fog haladni. 1-1 pont (megnevezés, berajzolás, indoklás). 10. A fogyasztói társadalomban az egyes munkafolyamatokat elektromos eszközök sokaságával végezzük el. Sokszor ezeket egyszerre, azonos időben szeretnénk használni. Elbírja-e a lakásunk biztosítéka azt, hogy bekapcsolunk egy porszívót, melynek felvett teljesítménye 1150 W, ha már az eddig működő eszközeink 6,2 A használnak fel, s a biztosítékunk 10 A-es. Számolj, indokolj! P porszívó = 1150W U= 230V I bekapcsolt eszközök = 6,2A I bizosíték = 10A I porszívó =? I bekapcsolt eszközök +I porszívó < I bizosíték ha ez fennáll, akkor a porszívó nem oldja le a biztosítékot 5 I porszívó = P porszívó 1150 W = U 230 V = 5 A I bekapcsolt eszközök +I porszívó = 6,2A+ 5A=11,2A > 10A ( I bizosíték ), így leold a biztosíték. Adatok értelmezésért ( P porszívó, U, I bekapcsolt eszközök, I bizosíték ) 0,5-0,5 pont helyes feltétel 1pont I porszívó helyes számításért 2 pont konklúzió 2 pont 7 8
11. Nevezd meg és csoportosítsd az alábbi készülékeket energiahasznosításuk alapján! 1. 2. 3. 4. 5. vasaló mosogép botmixer hajsütővas turmix 6. 7. 8. 9. 10. elektromos kés mosogatógép robotporszívó fogkefe hajszárító hőkészülékek 1,4 motoros készülékek 3,5,6,8,9 motoros hőkészülékek 2,7,10 Felismerésért, helyes elhelyezésért 0,25-0,25 pont. 5 9
12. Nevezd meg mit/kit látsz a képen, majd párosítsd össze a képeket a táblázatban! A B C dinamó gyufa hűtőtorony D E F kripton töltésű izzó Segner-kerék villanymozdony 1 2 3 Bródy Imre Heller László Irinyi János 4 5 6 Jedlik Ányos Kandó Kálmán Segner János 1 2 3 4 5 6 D C B A F E Helyesen leírt nevekre, találmány, helyes összepárosítás 0,5-0,5 pont. 9 10