Elméleti kérdések és válaszok (folyamatosan bővül) 10. évfolyam Tartalom 1. Egy gyakorlati példán mutasd be mit nevezünk hőérzetnek!... 4 2. Hasonlítsd össze a Celsius és a Kelvin skálát!... 4 3. Hogyan készítenél hőmérőt?... 4 4. Mit nevezünk hőtágulásnak? Sorolj fel néhány gyakorlati vonatkozást!... 5 5. Mi az a bimetall?... 6 6. Ismertesd a Gravesande-készülékkel végzett kísérletet! Milyen hőtágulás szemléltetésére alkalmazható?... 6 7. Hogyan működik a hőmérő és a lázmérő?... 7 8. Ismertesd miben áll a víz rendellenes viselkedése és mi ennek a gyakorlati jelentősége!... 7 9. A gázok tulajdonságai.... 7 10. Az ideális gáz állapotjelzői.... 7 11. Ismertesd a Tyndall jelenséget! Mit igazol?... 7 12. Mit nevezünk diffúziónak?... 8 13. Hogyan csoportosítjuk az állapotjelzőket?... 8 14. Mit nevezünk nyomásnak?... 8 15. Mikor beszélünk izobár állapotváltozásról?... 8 16. Gay-Lussac I. törvénye.... 8 17. Mikor beszélünk izochor állapotváltozásról?... 8 18. Mikor beszélünk izotermikus állapotváltozásról?... 8 19. Gay-Lussac II. törvénye.... 9 20. Boyle-Mariotte törvénye.... 9 21. Egyesített gáztörvény.... 9 22. Az ideális gáz állapotegyenlete.... 9 23. Miből származik az ideális gáz belső energiája?... 10 24. Mit nevezünk szabadsági foknak? Mekkora ez az érték a gázok esetében?... 10 25. Hogyan határozzuk meg a gáz belső energiáját?... 10
26. Mit nevezünk térfogati munkának a gáz esetén?... 10 27. Mikor beszélünk termikus kölcsönhatásról?... 10 28. A hőelmélet I. főtétele.... 11 29. A hőelmélet II. főtétele.... 11 30. A hőelmélet III. főtétele.... 11 31. Hőkapacitás és fajhő... 11 32. Izotermikus állapotváltozás az I. főtétel alapján... 11 33. Izobár állapotváltozás az I. főtétel alapján... 12 34. Izochor állapotváltozás az I. főtétel alapján... 12 35. Adiabatikus állapotváltozás... 12 36. Milyen halmazállapotokat ismerünk?... 12 37. Mikor beszélünk halmazállapot-változásról?... 12 38. Ismertesd a halmazállapot-változások fajtáit!... 12 39. Az olvadás és fagyás leírása.... 12 40. Mi a fagyáspont és mitől függ az értéke?... 13 41. Párolgás, forrás, lecsapódás leírása.... 13 42. Mitől függ a párolgás sebessége?... 13 43. Mi a forráspont és mitől függ az értéke?... 13 44. Az elektromos állapot, elektromos töltés... 14 45. Vezetők és szigetelők... 14 46. Elektromos alapjelenségek... 14 47. Az elektromos állapot anyagszerkezeti magyarázata... 14 48. Az elektromos töltés mérése... 14 49. Az elektromos megosztás és polarizáció jelensége... 15 50. Coulomb-törvény... 15 51. A töltésmegmaradás törvénye... 15 52. Az elektromos mező és jellemzése a térerősséggel... 15 53. Az elektromos mező szemléltetése erővonalakkal... 15 54. Mit nevezünk homogén elektromos mezőnek?... 16 55. Az elektromos fluxus... 16
56. Az elektromos feszültség... 16 57. Az elektromos potenciál... 16 58. Az elektromos mező tulajdonságai... 16 59. A többlettöltés elhelyezkedése a vezetőn... 17 60. Kondenzátor és kapacitás... 17 61. Mitől függ a síkkondenzátor kapacitása?... 17
1. Egy gyakorlati példán mutasd be mit nevezünk hőérzetnek! A műszerekkel mérhető léghőmérséklet és a szervezetünk által érzékelt hőmérséklet akár több fokkal is eltérhet egymástól. Hőérzetünket elsősorban a környezetünk tulajdonságai határozzák meg: a levegő hőmérséklete, nedvességtartalma, a szélsebesség és a sugárzási hőmérséklet. Kísérlet: (Nem kell szó szerint tudni, hanem a lényegét leírni saját szavaiddal!) Három pohár van egymás mellett. A két szélső pohárban hideg- és meleg-, a középsőben pedig langyos víz található. A jobb- és a balkezünk egy-egy ujját beletesszük a két szélső pohárban található vízbe és egy ideig bent tartjuk őket. Majd mindkettőt a középső pohárban lévő langyos vízbe helyezzük. Tapasztalat: A langyos vizet melegebbnek érezzük azzal a kezünkkel, amely előtte a hidegebb vízben volt. 2. Hasonlítsd össze a Celsius és a Kelvin skálát! A hőmérsékletnek létezik minimum értéke, ezt nevezzük abszolút nulla foknak, ez az SI mértékegységrendszerben elfogadott Kelvin skála nulla pontja. Ezen úgynevezett abszolút hőmérsékleti skála jele a T. Egységének ugyanakkorát választottak, mint a Celsius-skála egy foka. Mértékegysége: K (kelvin) 0 K 273 K -273 C 0 C Kapcsolat a két skála között: T = t + 273 Megjegyzés: A hőmérsékletváltozás nagyságának mérőszáma mindkét egységben ugyanakkora. 3. Hogyan készítenél hőmérőt? Kelvin féle hőmérsékleti skála (T) Celsius féle hőmérsékleti skála (t) A hőmérő a hőmérséklet mértékének jelzésére alkalmas eszköz, adott mérési tartományon belül, valamely hőmérsékleti skála beosztása alapján. A testek hőtágulásának legfontosabb gyakorlati felhasználása a hőmérőkészítés. Ezen belül is a folyadékok hőtágulásán alapuló hőmérők a leggyakoribbak. A folyadékot vékony falú üvegtartályba helyezik, ami hosszú, vékony csőben folytatódik. Így a kis térfogatváltozás is jelentős hosszváltozással jár.
A Celsius-féle hőmérő az üvegcsőben lévő higanyoszlop hosszának hőmérséklet hatására történő megváltozását használja fel. Az alappontok: normál légnyomáson az olvadó, tiszta jég (0 C) és a forrásban lévő víz (100 C) hőmérséklete. A két alappontnak megfelelő jelek közti szakaszt 100 egyenlő részre osztjuk, és így megkapjuk a skálát. A fok beosztást az alappontokon túl felfelé és lefelé is folytathatjuk. 4. Mit nevezünk hőtágulásnak? Sorolj fel néhány gyakorlati vonatkozást! Hőtágulásnak nevezzük azt a fizikai jelenséget, amikor valamely anyag a hőmérsékletének változásával megváltoztatja a méretét. Gyakorlati vonatkozások: (Nem kell szó szerint tudni, hanem a lényegét leírni saját szavaiddal!) Hőmérők: A testek hőtágulásának legfontosabb gyakorlati felhasználása a hőmérőkészítés. Ezen belül is a folyadékok hőtágulásán alapuló hőmérők a leggyakoribbak. A folyadékot vékony falú üvegtartályba helyezik, ami hosszú, vékony csőben folytatódik. Így a kis térfogatváltozás is jelentős hosszváltozással jár. Távvezetékek belógása az oszlopok között télen és nyáron: Nyáron a távvezetékek megnyúlnak, télen csökken a hosszuk. A tartóoszlopokat úgy kell tervezni, hogy a nyári belógás ne akadályozza pl. a közlekedést, vagy ne okozzon balesetveszélyt, télen a méret csökkenése miatt fellépő feszítőerő ne okozza az oszlopok kidőlését. Üveg hőtágulása: A vastag falú üvegpohár gyakran eltörik, ha forró vizet öntünk bele. Az üveg rossz hővezető. A forró víz hatására a belseje felmelegszik, tágulna, de a külső része hideg, és nem engedi a méretváltozást. A fellépő feszültség miatt a pohár elreped. Sínek hőtágulása: A síneket régen nem illesztették szorosan egymáshoz. Így védekeztek az- ellen, hogy nyáron a nagy melegben kitáguló sínek eldeformálódjanak. Ma már készítenek olyan síneket, ahol nincs hézag az egyes síndarabok között. Itt olyan alapzathoz rögzítik szorosan a sínt, ami a sínnel együtt tágul. Hidak hőtágulása: A hidak egyik végét rögzítik, a másik vége gyakran görgőkön nyugszik. Így a híd a hőtágulás következtében nem deformálódik. Ingaóra hőtágulása: Az ingaóra periódusidejét az inga hossza befolyásolja. A hőmérséklet emelkedésekor a vasrúd kitágul, nő a lengésidő, és így késik az óra. Ha csökken a hőmérséklet, akkor csökken a hossz, és az óra siet. Ahhoz, hogy egy ingaóra pontosan járjon szükség van egy ellensúlyra is.
Bimetallszalag: Kettős fémet jelent. Két különböző hőtágulási együtthatóval rendelkező fémet szegecselnek össze (alumínium és réz). Ilyenkor azonos hőmérsékletváltozás hatására a két fém különböző mértékben tágul. Ezért a bimetallszalag elhajlik. Ilyet használnak tűzjelzésre, gázmelegítő készülékekben, hőmérőkben, elektromos kapcsolókban. Lyukak hőtágulása: A gyűrű környílása pontosan akkora, hogy a golyó éppen átfér rajta szobahőmérsékleten. Ha a golyót felmelegítjük, kitágul, amit szemléletesen bizonyít, hogy így már nem fér át a gyűrűn. Melegítsük meg a gyűrűt is a lángban. A felmelegített gyűrű nyílásán a meleg rézgolyó ismét átfér, bizonyítva ezzel, hogy a szilárd testek belső üregei melegítés hatására ugyanúgy tágulnak, mintha az üreget is anyag töltené ki. Vasbeton: A betonba csak együtt táguló, vagyis azonos hőtágulási együtthatójú fémek ágyazhatók. Egyébként a különböző hőtágulás miatt a beton szétrepedhet. 5. Mi az a bimetall? (bimetál, ikerfém, kettősfém) Kétrétegű, különböző hőtágulási együtthatójú fémből egymásra hengerelt, "szendvicsszerű" lemezanyag. Az ikerfémet melegítve vagy hűtve (a hőtágulások különbsége miatt) a lemezcsík meggörbül, alakját változtatja. Így alkalmas hőmérőnek, kapcsolónak (villamos érintkezőket vagy szelepeket nyithat, zárhat). 6. Ismertesd a Gravesande-készülékkel végzett kísérletet! Milyen hőtágulás szemléltetésére alkalmazható? Nézzük meg egy olyan vasgolyó hőtágulását, amely szobahőmérsékleten éppen átfér egy szintén vasból készült gyűrűn. Ha a golyót felmelegítjük, akkor a hőtágulás következtében már nem fér át a gyűrűn. A térfogati hőtágulást mutatja be. Melegítsük meg ezután a gyűrűt is. Talán vannak, akik meglepődnek, hogy a forró golyó átfér a forró gyűrűn, amit úgy is megfogalmazhatunk, hogy a gyűrűn lévő lyuk ugyanúgy kitágul, mintha anyaggal lenne kitöltve. A felületi hőtágulást mutatja be.
7. Hogyan működik a hőmérő és a lázmérő? A hagyományos lázmérő olyan higanytöltésű hőmérő, amelynél a kapillárison lévő szűkület megakadályozza a higany tágulás utáni visszaáramlását. Így tartósan jelzi a mért maximumot. Erős rázással tudjuk a higanyt a tartályba visszajuttatni. A higany mérgező tulajdonsága miatt ma már nem gyártanak higanyos lázmérőt. 8. Ismertesd miben áll a víz rendellenes viselkedése és mi ennek a gyakorlati jelentősége! A víz nem követi a folyadékokra általában érvényes térfogati hőtágulási törvényt. Térfogata +4 C-on a legkisebb, sűrűsége pedig a legnagyobb. Ennek igen nagy jelentősége van a természetben. Az őszi lehűlés során, +4 C-ig a tavak felszínének sűrűsége növekszik, és a vízréteg lesüllyed. Ez mindaddig tart, amíg a teljes vízmennyiség el nem éri a +4 C-os hőmérsékletet, illetve a maximális sűrűséget. A további lehűlés során, 0 C-ig csak a felszíni vízréteg sűrűsége csökken, nem süllyed le, majd megfagy. A keletkező jég rossz hővezető lévén-megakadályozza a nagyobb tavak és folyók teljes befagyását, s így a vízi élőlények nem pusztulnak el. 9. A gázok tulajdonságai. Nincs állandó alakjuk és állandó térfogatuk, kitöltik a rendelkezésre álló teret. Részecskéik viszonylag távol vannak egymástól, ezért összenyomhatók. A részecskék állandó rendezetlen hőmozgást végeznek. 10. Az ideális gáz állapotjelzői. Azokat a mérhető mennyiségeket, amelyek a gázok állapotát egyértelműen meghatározzák állapotjelzőknek nevezzük. Ezek a következők: megnevezés jelölés mértékegység nyomás p Pa (pascal) térfogat V m 3 abszolút hőmérséklet T K (kelvin) tömeg m kg mólszám n mol (vagy mól) 11. Ismertesd a Tyndall jelenséget! Mit igazol? A levegőben a por és füst részecskéi állandó rendezetlen mozgást végeznek. Erős fénynyalábban ez a mozgás láthatóvá válik, mert a részecskék visszaverik a fényt.
A jelenség azt igazolja, hogy a gázrészecskék állandó rendezetlen hőmozgást végeznek. A gáz részecskéi (pl. levegő) ütköznek a por ill. füst részecskéivel. 12. Mit nevezünk diffúziónak? A folyadékok és gázok külső hatás nélküli keveredését nevezzük diffúziónak. Pl. a szoba egyik sarkában kinyitott kölni illatát hamarosan érezni lehet a szoba minden helyén. 13. Hogyan csoportosítjuk az állapotjelzőket? extenzív állapotjelzők (összeadódó): Olyan állapotjelzők, amelyek a folyamat során összeadódnak. Ilyen a tömeg, az anyagmennység, a térfogat. intenzív állapotjelzők (kiegyenlítődők): amelyek a folyamat során kiegyenlítődnek. Ilyenek a nyomás és a hőmérséklet. 14. Mit nevezünk nyomásnak? Nyomás A felületre merőleges nyomóerő és a felület nagyságának a hányadosa. Jele: p kiszámítási mód: Mértékegysége: = Pa (pascal) 15. Mikor beszélünk izobár állapotváltozásról? Az olyan állapotváltozást, amelynek során adott tömegű gáz nyomása állandó, izobár állapotváltozásnak nevezzük. 16. Gay-Lussac I. törvénye. Állandó mennyiségű ideális gáz izobár állapotváltozásakor a térfogata és a kelvinben kifejezett hőmérséklete egyenesen arányos. ha p = áll, akkor 17. Mikor beszélünk izochor állapotváltozásról? Az olyan állapotváltozást, amelynek során adott tömegű gáz térfogata állandó, izochor állapotváltozásnak nevezzük. 18. Mikor beszélünk izotermikus állapotváltozásról? Az olyan állapotváltozást, amelynek során adott tömegű gáz hőmérséklete állandó, izotermikus (izoterm) állapotváltozásnak nevezzük
19. Gay-Lussac II. törvénye. Állandó mennyiségű ideális gáz izochor állapotváltozásakor a nyomása és a kelvinben kifejezett hőmérséklete egyenesen arányos. ha V = áll, akkor 20. Boyle-Mariotte törvénye. Állandó mennyiségű ideális gáz izotermikus állapotváltozásakor a térfogata és nyomása fordítottan arányos. ha T = áll, akkor = 21. Egyesített gáztörvény. Állandó tömegű gáz nyomásának és térfogatának szorzata egyenesen arányos a kelvinben mért hőmérsékletével. p V T állandó 22. Az ideális gáz állapotegyenlete. Az ideális gázok bármely állapotára felírható, melyben az állapotjelzők SI egységeikkel szerepelnek: p V= n R T R = 8,31 J általános gázállandó mol K k = 1,3810-23 J Boltzman-állandó pv = m K M RT Az anyagmennyiség kiszámolása: p V = N k T
m n = M n = N N A m:tömeg M : a gáz moláris tömege - SI mértékegysége a kg/mol, de a kémiában megszokott számértékek g/mol-ban megadott értékek! N: részecskék száma N A : Avogadro-féle állandó N A = 6 10 23 1 mol 23. Miből származik az ideális gáz belső energiája? Az ideális gáz belső energiája a részecskék mozgási energiájának összegével egyenlő. (A részecskék közötti kölcsönhatástól eltekintünk.) A belső energia változásáról csak közvetve, a hőmérséklet változása révén szerezhetünk tudomást. Jele: Eb (szokás U-val is jelölni) 24. Mit nevezünk szabadsági foknak? Mekkora ez az érték a gázok esetében? Egy test szabadsági fokainak száma azonos azon független koordináták minimális számával, melyekkel a test helyzete egy vonatkoztatási rendszerhez képest bármely pillanatban leírható. Egyatomos gázok (nemesgázok) esetén f=3, amely a haladó mozgásból származik. Kétatomos gázoknál (pl. O2) f=5, amelyből 3 a haladó mozgásból, 2 pedig a forgómozgásból következik. Három vagy többatomos gázok esetén f=6, amelyből 3 a haladó mozgásból, 3 pedig a forgómozgásból származik. 25. Hogyan határozzuk meg a gáz belső energiáját? Ha az adott részecskének f szabadsági foka van, akkor energiája átlagosan a rendszer azonos részecskékből áll, akkor ezt N-nel (a részecskék számával) szorozva kapjuk a rendszer belső energiáját: 26. Mit nevezünk térfogati munkának a gáz esetén? Egy hengeres edényben (keresztmetszete A) p nyomású gáz van, és a gáz kitágul, a gázt határoló dugattyú utat tesz meg. A végzett munka: Ha a gáz tágul, és a (külső) nyomás nem nulla, akkor a gáz végez pozitív munkát a belső energiájának rovására. Ha viszont a gázt a környezete összenyomja, akkor a gázon végzett a környezete pozitív munkát, a belső energia nő, ekkor a gáz által végzett munka negatív. Ennek megfelelően a térfogati munka képletében megjelenik egy negatív előjel. A hőelmélet I. főtételének egy másik alakja tehát: E b = Q p V s 27. Mikor beszélünk termikus kölcsönhatásról?
Két különböző hőmérsékletű test kölcsönhatásba lép. Ez a kölcsönhatás addig tart, míg termikus egyensúlyba nem kerül a két test, azaz hőmérsékletük ki nem egyenlítődik. 28. A hőelmélet I. főtétele. A testek belső energiájának megváltozása egyenlő a testtel közölt hő, és a testen végzett mechanikai munka előjeles összegével. E b = Q+W A hőtan I. főtétele az energia-megmaradásnak egy általánosabb megfogalmazása, mint a mechanikai megmaradás törvénye, mert figyelembe veszi a súrlódás belső energiát növelő szerepét is. 29. A hőelmélet II. főtétele. A hő magától csak a melegebb helyről a hidegebbre mehet át: a természetben a spontán folyamatok iránya olyan, hogy a hőmérséklet-különbségek kiegyenlítődnek. Másodfajú perpetuum mobile nem készíthető, vagyis nincs olyan periodikusan működő hőerőgép, amely hőt von el egy hőtartályból, és azt teljes egészében mechanikai munkává alakítaná. 30. A hőelmélet III. főtétele. Az abszolút nulla hőmérséklet tetszőlegesen megközelíthető, de nem érhető el. 31. Hőkapacitás és fajhő A testek közötti hőcsere nagysága egyenesen arányos a test hőmérsékletének megváltozásával: Q Ez az állandó az adott test hőbefogadó képességére jellemző, és hőkapacitásnak nevezzük. mértékegysége [ ] [ ] [ ] A hőkapacitás számértéke kifejezi, hogy az adott test hőmérsékletének 1 kelvinnel való megváltoztatásához mekkora hőmennyiség szükséges. Egységnyi mennyiségű anyag hőkapacitását fajlagos hőkapacitásnak, másképp fajhőnek nevezzük. Jele: c mértékegysége: A fajhő számértéke kifejezi, hogy 1 kg tömegű test hőmérsékletének 1 kelvinnel való megváltoztatásához mekkora hőmennyiség szükséges. 32. Izotermikus állapotváltozás az I. főtétel alapján Izotermikus állapotváltozás (T=áll.) A gázzal közölt hőmennyiség (Q) teljes egészében a környezetnek adódik át mechanikai munkavégzés (W) formájában, illetve a gázon végzett mechanikai munka számértéke megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amelyet a gáz az állapotváltozás során a környezetének lead. mivel T= állandó T = 0 Q = cmt = 0 ezért E b = W = - pv
33. Izobár állapotváltozás az I. főtétel alapján Izobár állapotváltozás során (p = áll.) a térfogati munka értéke: W = - pv = - p(v 2 - V 1 ) Az első főtétel ezen állapotváltozásra érvényes alakja a következő: Q c p mt U 34. Izochor állapotváltozás az I. főtétel alapján pv c m( T T ) p( V V ) v 2 1 2 1) A folyamat során a gáz térfogati munkát nem végez (V = áll.), a gáz belső energiájának megváltozása éppen egyenlő a gázzal közölt hőmennyiség értékével: Q U c mt v 35. Adiabatikus állapotváltozás A folyamat akkor adiabatikus, ha nincs hőcsere a gáz és környezete között. (Q = 0) Ez kétféle módon valósulhat meg: A gázt elszigeteljük a környezetétől. A folyamat olyan gyorsan zajlik le, hogy nincs idő a hőcserére. Az első főtételben szereplő mennyiségek közül a közölt hőmennyiség (Q) értéke zérus, vagyis a gáz által végzett térfogati munka (W) éppen egyenlő a gáz belső energiájának megváltozásával, vagyis U = W 36. Milyen halmazállapotokat ismerünk? Az anyagnak négy halmazállapota lehet: gáz, folyadék, szilárd és plazma (Az igen magas hőmérsékletű anyagban elektronok és ionok keringenek.) A legtöbb természetben előforduló anyag az első három állapotot akár az ember által befolyásolatlan környezetben is felveheti, azonban csak megfelelő hőmérsékleten és nyomáson tud új halmazállapotba kerülni. 37. Mikor beszélünk halmazállapot-változásról? Az anyagok halmazállapota termikus kölcsönhatások hatására megváltozhat. Az anyagok ilyen belső szerkezeti változással is együtt járó állapotváltozását halmazállapot-változásnak nevezzük. A halmazállapot változás során megváltozik az anyag belső energiája. 38. Ismertesd a halmazállapot-változások fajtáit! Hőmérséklet, vagy nyomás emelkedésekor: szilárd olvadás folyékony párolgás gáz szilárd szublimáció gáz Hőmérséklet, vagy nyomás csökkenésekor: gáz lecsapódás vagy kondenzáció folyadék fagyás szilárd gáz kicsapódás szilárd 39. Az olvadás és fagyás leírása. Olvadáskor az anyag hőt vesz fel a környezetétől. Az m tömegű homogén szilárd anyag megolvasztásához szükséges hő: Q o = L 0. m, ahol L 0 az olvadáshő. Ez a hő nem növeli a test belső energiáját,
tehát a hőmérséklete nem változik. Fagyáskor ugyanennyi hőt ad le a megfagyó folyadék a környezetnek. 40. Mi a fagyáspont és mitől függ az értéke? Olvadáspont (fagyáspont): az a hőmérsékleti pont, amelyen az olvadás és a fagyás folyamata végbemegy. A rendszer hőmérséklete mindaddig állandó marad, amíg az olvadás vagy fagyás folyamata tart. Az olvadáspont függ az anyagi minőségtől és a külső nyomástól. gyakorlati példák: újrafagyás (regeláció) jelensége: Ha egy vékony acélhuzal két végére két egyforma súlyt akasztunk majd azt átvetjük egy jégtömbön, egy idő után az acélhuzal áthalad a jégtömbön. korcsolya: Ugyanezen jelenségre alapoznak a korcsolyázók. A kis élfelületű korcsolya nagy nyomást gyakorol az éppen alatta levő jégre, amely kissé megolvad és a keletkező vékony vízrétegen csúszik a korcsolya. 41. Párolgás, forrás, lecsapódás leírása. Párolgáskor a folyadék szintén hőt vesz fel a környezettől. Az m tömegű (homogén) folyadék esetén az elpárolgáshoz szükséges hő: Q p = L p. m, ahol L p a párolgáshő. Lecsapódáskor ugyanennyi hőt ad le környezetének a gáz. Forráskor a folyadék belsejében is keletkezik gőz, amely buborék formájában a felszínre száll. A forráshoz hő szükséges. Ez a forráshő, amely egyenesen arányos az anyag tömegével és függ az anyagi minőségtől. Q f = L f. m, ahol L f a forráshő. (A forrásponton megegyezik a párolgáshővel.) Ez a hő nem növeli a folyadék belső energiáját, tehát a hőmérsékletét sem. 42. Mitől függ a párolgás sebessége? a párolgás sebessége függ a folyadék anyagi minőségétől (Az alkohollal átitatott szűrőpapír hamarabb megszárad, mint a vízzel átitatott.) a párolgás sebessége függ a párolgó felület nagyságától (A négyrét hajtott papír lassabban szárad meg, mint a kiterített.) a párolgás sebessége függ a folyadék hőmérsékletétől (Előmelegített fémkorongra csöppentett folyadék hamarabb elpárolog, mint az előmelegítés nélkülire csöppentett.) a párolgás sebessége függ a környezet páratartalmától (A lap, amelyik mellett fújással lecsökkentjük a páratartalmat, előbb szárad meg, mint amit nyugodtan hagyunk.) 43. Mi a forráspont és mitől függ az értéke? A forrás egy adott hőmérsékleti ponton, a forrásponton (T f ) indul meg. A folyadék hőmérséklete forrás közben állandó marad. A forráspont értéke függ: a folyadék anyagi minőségétől,
a folyadék felszíne fölötti levegő és gőz keverékének nyomásától. A külső nyomás csökkenésekor a forráspont csökken, növekedésekor pedig növekszik. 44. Az elektromos állapot, elektromos töltés Bármilyen anyagú test elektromos állapotba hozható, ha a sajátjától különböző anyagú testtel megdörzsöljük. A testek elektromos állapotát egy közvetlenül nem észlelhető anyag, az elektromos töltés okozza. Kétféle elektromos állapotot különböztetünk meg: Negatív elektromos állapot: Negatív elektromos állapotban a negatív töltéstöbblettel rendelkező test van. Ilyen például a szőrmével megdörzsölt ebonitrúd, vagy a selyemmel megdörzsölt műanyagrúd. Pozitív elektromos állapot: Az elektronhiánnyal rendelkező test elektromos állapota. Ilyen például a bőrrel megdörzsölt üvegrúd. A semleges test mind a kétféle töltést egyenlő mértékben tartalmazza. 45. Vezetők és szigetelők A vezetőanyagokban a töltéshordozó részecskék könnyen elmozdulnak, az elektromos állapot a vezető egészére szétterjed. Jó vezetők a fémek, amelyekben az atomok külső elektronjai szabadon mozoghatnak a fém egész terjedelmében. A Föld belseje is nagy kiterjedésű vezető. Földelésről beszélünk, ha egy testet fémes vezető útján összekötünk a Föld nedves, vezető rétegével. A szigetelőanyagok töltéshordozói helyhez kötöttek, ezeknél csak az elektromos testtel való érintkezés helyén jön létre elektrontöbblet vagy elektronhiány. Jó szigetelőanyagok például a porcelán, a műanyagok, az olaj vagy a száraz levegő. 46. Elektromos alapjelenségek Az azonos töltéssel rendelkező testek taszítják egymást. Ellentétes töltéssel rendelkező testek vonzzák egymást. Az elektromosan töltött test a semleges testet mindig vonzza. Amikor a test átvette a töltéseket (vezető esetén), a töltött test eltaszítja magától. Szigetelő esetén a testet mindvégig vonzani fogja. 47. Az elektromos állapot anyagszerkezeti magyarázata Az atomok pozitív protonokból és semleges neutronokból álló atommagot és negatív elektronokból álló elektronfelhőt tartalmaznak. Semleges atomokban a protonok és az elektronok száma megegyezik, ellentétes töltéseik éppen közömbösítik egymás hatását. Különböző anyagok szoros érintkezésénél arról az anyagról, amelynek atomjai, molekulái gyengébben kötik az elektronokat, átjutnak elektronok a másik anyagra. Az elektrontöbblet negatív töltésű, az elektronhiány pozitív töltésű anyagot eredményez. A testek elektromos töltése átvihető más testekre. 48. Az elektromos töltés mérése
Az elektroszkóp elektromos töltések mennyiségi és minőségi vizsgálatára is alkalmas eszköz. Az elektroszkóp belső, álló része és mutatója a környezetétől elszigetelt fémes vezető, amelynél a mutatót a vele azonos töltésű állórész taszító hatása téríti ki eredeti nyugalmi állapotából. 49. Az elektromos megosztás és polarizáció jelensége Az elektromos test a környezetében lévő vezetőanyagokon elektromos megosztást idéz elő. A vele egyező előjelű töltéseket a test távolabbi részébe taszítja, az ellentétes előjelű töltéseket a közelebbi oldalra vonzza. Szigetelőanyagoknál az elektromos test a molekulákon belül a szimmetrikus elhelyezkedésű töltések súlypontját eltolja, más szóval elektromos dipólusokat hoz létre. Az egyes anyagokban eleve meglévő, de rendezetlen dipólusokat pedig rendezett helyzetbe forgatja. A szigetelő elektromosan polarizálódik. 50. Coulomb-törvény Két elektromosan töltött test között fellépő erő egyenesen arányos a két töltésmennyiség szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.,ahol Q 1 és Q 2 a testek töltése, r a távolságuk, k állandó. Ennek alapján meghatározható az elektromos állapot jellemző elektromos töltés mértékegysége: 1 C (coulomb) a töltése annak a testnek, amely a tőle 1m távolságra lévő azonos nagyságú töltésre 9. 10 9 N nagyságú erővel hat. Tehát k = 51. A töltésmegmaradás törvénye Környezetétől elszigetelt (zárt) rendszerben az elektromos töltések előjeles összege állandó. 52. Az elektromos mező és jellemzése a térerősséggel Az elektromosan töltött testek maguk körül létrehozzák az anyagnak egy sajátos formáját, az elektromos mezőt. A mező rendelkezik energiával, tehetetlenséggel. A nyugvó elektromos mező (elektrosztatikus mező) forrásai a töltések. Az elektromos mezőt valamely pontjában a próbatöltésre ható erő ( F ) és a próbatöltés ( q ) hányadosával jellemezzük. Ennek a hányadosnak a neve: elektromos térerősség. Jele: E., mértékegysége: [ ] 53. Az elektromos mező szemléltetése erővonalakkal A térerősségvonalak olyan képzeletbeli és térbeli görbék, amelyeknek bármely pontjába húzott érintő iránya az adott pont térerősségének irányába mutat, és olyan sűrűn rajzoljuk ezeket a görbéket, hogy egységnyi felületre merőlegesen annyi haladjon keresztül, amennyi az adott helyen a térerősség nagysága.
(Szemléletesebb kép: a mezőbe helyezett + töltések elmozdulásának pályáját rajzolják ki.) Az erővonalak pozitív töltésből vagy a végtelenből indulnak, negatív töltésben vagy a végtelenben végződnek. 54. Mit nevezünk homogén elektromos mezőnek? A homogén elektromos mező minden pontjában a térerősség nagysága és iránya megegyezik. Az ilyen mezőt egyenlő hosszúságú és sűrűségű térerősségvonalakkal szemléltetjük. 55. Az elektromos fluxus Egy felületen áthaladó összes erővonal száma a felület elektromos fluxusának számértékét adja. A fluxus betűjele: Ψ (ejtsd: pszi). Ha a felület merőleges az erővonalakra, akkor a fluxus és a térerősség kapcsolata: Ψ=E A Az elektromos fluxus mértékegysége: 56. Az elektromos feszültség Az elektromos mező két pontja között elmozduló töltésen a mező által végzett munkának ( W ) és a töltésnek ( Q ) a hányadosa a mezőnek erre a két pontjára jellemző állandó, amely már független a töltéstől, ezért alkalmas a két pont közötti elektromos mező jellemzésére. A hányados neve elektromos feszültség. Jele: U. U = mértékegysége: [ ] 57. Az elektromos potenciál Ha az elektrosztatikus mezőben tetszőlegesen kijelölünk egy nulla szintet és ehhez képest megmérjük a mező bármely pontjának feszültségét, a mező adott pontjának potenciáját kapjuk. Tehát a nulla szinthez képest mért feszültséget potenciálnak nevezzük. Két pont potenciáljának különbsége megegyezik a két pont közötti feszültséggel. [ ] [ ] 58. Az elektromos mező tulajdonságai Az elektrosztatikus mező forrásos mező. Az elektrosztatikus mező forrásai az elektromos töltések. A térerősség vonalak a töltésből indulnak ki és a töltéseken végződnek.
Az elektrosztatikus mező konzervatív mező. A mező által két pont között végzett munka csak a két pont helyzetétől függ. Az elektrosztatikus mező örvénymentes mező. Az elektrosztatikus mezőben egy zárt görbe mentén végzett munka összege nulla. 59. A többlettöltés elhelyezkedése a vezetőn a vezető felületén helyezkednek el, (taszítás miatt egymástól a lehető legtávolabb) a vezető belsejében a térerősség nulla, ( Faraday - kalitka, elektromos árnyékolás) a töltések a vezető felületén az élek, csúcsok környezetében összpontosulnak. (Villámhárító) 60. Kondenzátor és kapacitás Kondenzátor fogalma: A kondenzátort másképpen sűrítőnek nevezzük. Két vezetőlemezből áll, melyeknek ellentétes a töltésük. Ez technikailag úgy is megvalósítható, hogy az egyik lemezt pozitív töltésűre töltjük, a másikat pedig leföldeljük. A kondenzátor vezető lemezeit fegyverzetnek is nevezzük. A sűrítő elnevezés abból adódik, hogy a kondenzátor a fegyverzetek közé sűríti az elektromos mezőt, és így az elektromos térerősség vonalakat is. Kapacitás: A kondenzátor fegyverzetein lévő töltésmennyiség és a fegyverzetek közötti feszültség hányadosa állandót határoz meg. Ez az állandó a kondenzátor töltéstároló képességére jellemző kapacitás. Jele: C mértékegysége: [ ] [ ] Egy farad a kondenzátor kapacitása, ha 1V feszültség mellett 1C töltésmennyiséget képes tárolni. 61. Mitől függ a síkkondenzátor kapacitása? A kondenzátor kapacitása függ: a fegyverzetek nagyságától (A) azok távolságától (d) és a köztük lévő szigetelő anyagtól ( relatív dielektromos állandó A kondenzátor kapacitása nem függ a töltésmennyiségtől és a feszültségtől. Ahol a vákuum dielektromos állandója. 62. A kondenzátor energiája [ ] Az elektromos haranggal bemutatott kísérlet igazolja, hogy a feltöltött kondenzátor elektromos tere energiával rendelkezik, vagyis munkát tud végezni! Az energia kiszámítása a következő képletek valamelyikével történhet:
63. Az elektromos áram Elektromos töltéshordozók meghatározott irányú rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük, és azt az áramerősséggel (I) jellemezzük. Az elektromos áram irányán egy régi megállapodás alapján a pozitív töltéshordozók áramlási irányát (vagy a negatív töltéshordozók áramlásával ellentétes irányt) értjük. Erősebb elektromos áramról beszélünk, ha az áramlási keresztmetszeten ugyanannyi idő alatt több az átáramlott részecskék együttes töltése, vagy ugyanannyi össztöltésű részecske kevesebb idő alatt áramlik át. 64. Az áramerősség Az elektromos áramot az áramerősséggel (I) jellemezzük. Az áramerősség a vezető adott keresztmetszetén átáramlott töltés (Q) és az átáramlás idejének (t) hányadosaként meghatározott fizikai mennyiség. képlettel: mértékegysége: