A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban Munkafüzet FIZIKA 10. évfolyam Horváth Petra TÁMOP-3.1.3-11/2-2012-0031
TARTALOMJEGYZÉK Előszó... 3 A laboratórium munka és balesetvédelmi szabályzata... 4 1. Szilárd testek hőtágulása... 6 2. Folyadékok hőtágulása... 10 3. A légnyomás kimutatása, mérése... 13 4. A Boyle-Mariotte törvény... 15 5. Boltzmann állandó értékének közelítő meghatározása... 18 6. halmazállapot-változások... 20 7. Az elektromos mező szemléltetése... 24 8. Kísérletek elektroszkóppal... 27 9. Vezetőre vitt többlettöltés elhelyezkedése és eloszlása a felületen 31 10. Kondenzátor energiája... 34 11. Elektolízis, Az elektromos ellenállás... 37 12. Fajlagos ellenállás mérése... 39 13. Fogyasztók kapcsolása... 41 14. Digitális mérőműszer belső ellenállása... 44 15. Az elektromos áram mágneses hatása... 47 16. Lorentz-erő... 51 17. Töltött részecske mozgása homogén mágneses mezőben... 54 18. Az indukált feszültség, Lenz-törvénye.... 58 19. Nyugalmi indukció... 60 20. A transzformátor... 62 Fogalomtár... 65 Források... 73
ELŐSZÓ Kedves Diákok! A kezetekben tartott munkafüzet az Öveges program keretében kiírt pályázat terméke. A természettudományok szerepe az utóbbi tíz évben felértékelődött, hiszen a rohamosan fejlődő technikai világban, de már szinte a mindennapokban sem tudnánk eligazodni természettudományos ismeretek nélkül. A fogyasztói társadalom bőségzavarában szükség van a józan ítélőképességre, a logikus gondolkodásra, az innovatív megoldásokra. Ehhez szeretnék nektek segítséget adni olyan egyszerű, tantermi körülmények között elvégezhető kísérletekkel, amelyek néha csak modelljei a valóságnak, mégis jól megérthető velük az adott természeti jelenség vagy fizikai fogalom. A munkafüzet ismétlő feladattal vagy bevezető kísérlettel kezdődik. Előbbi célja az, hogy ismereteiteket rendszerben foglalva, egy egység részeként tudjátok kezelni. Utóbbi pedig a motivációt, érdeklődés felkeltését szolgálja. A kísérletek többségét magatok önállóan, vagy egy csoport tagjaként diáktársaitokkal együtt végezhetitek el. A mellékelt kérdések az adott jelenség alaposabb megfigyelését, könnyebb megértését támogatják. A mérési feladatok során megtanulhatjátok a jegyzőkönyvkészítés lépéseit, a hibaszámítás alapjait. Az eszközlista és a kísérletek leírása segít benneteket azok összeállításában és az esetlegesen felmerülő problémák megoldásában. A leírások után hagyott helyek az általatok készített rajzok, ábrák helyei, ezzel szeretném segíteni az adott tananyag könnyebb és gyorsabb feldolgozását. Az évfolyamonkénti munkafüzetekben húsz foglalkozást találtok. Ezek nem fedik le a teljes éves anyagot, viszont igyekeztem minden témakört érinteni, és a fontosabb, illetve érdekesebb problémákat kiemelni. Közületek többen érettségizni is fognak fizikából, ezért a kétszintű vizsgarendszer követelményeinek megfelelő feladatokat is beillesztettem a munkafüzetbe. Az összetettebb, mérési feladatok többnyire emelt szintű példák. Örömteli, felfedező tanulást kívánok! A szerző 3
A LABORATÓRIUM MUNKA ÉS BALESETVÉDELMI SZABÁLYZATA 1. A laboratóriumban a tanuló csak tanári felügyelet mellett tartózkodhat és dolgozhat. Annak területére csak engedéllyel léphet be és azt csak engedéllyel hagyhatja el. 2. A kabátokat, táskákat és egyéb felszerelési tárgyakat a ruhatári részben (az előtérben) kell elhelyezni, a laboratóriumba csak a munkához szükséges eszközöket szabad bevinni. 3. A laboratóriumi munka során köpeny használata kötelező! Szükség esetén, ha a gyakorlat előírja, védőszemüveget és védőkesztyűt kell viselni. 4. A kísérletek megvalósítása előtt győződjünk meg róla, hogy az alkalmazott eszközök, demonstrációs anyagok nem sérültek, rongálódtake. Hiba esetén értesítsük a laboratórium személyzetét. 5. A kísérleti eszközöket, anyagokat, csak és kizárólag rendeltetésszerűen, kellő körültekintéssel használjuk! 6. A kísérlet megkezdése előtt, a foglalkozást vezető tanár, ismerteti a végrehajtandó feladatot, és a végrehajtás főbb mozzanatait. Továbbá külön felhívja a tanulók figyelmét az esetleges veszélyforrásokra! 7. A balesetek és az anyagi kár megelőzése érdekében a kísérleteket gondosan, a leírtaknak megfelelően hajtsuk végre. 8. Munkánk során a laboratóriumban tartózkodók testi épségét, illetve azok munkájának sikerét ne veszélyeztessük! A kísérleti munka elengedhetetlen feltétele a rend és fegyelem. 9. A sérülések, balesetek elkerülése érdekében a foglalkozást vezető tanár folyamatosan nyomon követi a kísérletek előkészítését és végrehajtásának menetét. Bármilyen gond, probléma esetén, azonnal jelezzünk neki! 10. Az érdemi munka befejeztével gondoskodjuk róla, hogy az eszközöket a kiindulási állapotnak megfelelően tisztán és rendben hagyjuk hátra. A szabálytalanul tárolt eszközök balesetet okozhatnak, illetve károsodhatnak. 11. A laboratóriumból történő távozást megelőzően győződjünk meg róla, hogy a helyiségben tűz-, balesetveszélyes helyzetet nem hagyunk hátra. A laboratórium működési rendjének megfelelően hajtsuk végre az áramtalanítást. 12. Baleset esetén a lehető leggyorsabban mérjük fel a sérülés, illetve sérülések mértékét, kezdjük meg a sérültek ellátását. Amennyiben úgy ítéljük meg, kérjük az iskola egészségügyi személyzetének segítségét, 4
vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyértelmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók tevékenységét illetően, elkerülve ezzel a további balesetek bekövetkezését, illetve az esetleges anyagi károk gyarapodását. 13. A fizikai kísérletek leggyakoribb veszélyforrása az elektromos áram. Baleset esetén meg kell bizonyosodni arról, hogy a sérült nincs már feszültség alatt. A baleset helyén elsődleges feladat a kapcsolótáblán lévő főkapcsoló lekapcsolása! 14. Az elektromos balesetek elkerülhetők, ha betartjuk és betartatjuk az érintésvédelmi szabályokat! A hallgatói áramkörök minden esetben feszültségmentes állapotban kerüljenek összeállításra, azt követően csak ellenőrzés után, és engedéllyel kössék rá a tápfeszültséget. Üzemzavar esetén kérjük a labor dolgozóinak segítségét. 15. Tűz esetén, vagy tűzveszélyes helyzetben, azonnal értesítsük a labor személyzetét! Határozottan utasítsuk a tanulókat a labor elhagyására! A laboratóriumban elhelyezett tűzoltó készülékeket csak akkor kezdjük el használni, ha jártasnak érezzük magunkat a készülék működtetésében. Tűzoltó készülékkel embert oltani nem szabad! A laboratóriumi fizika eszközökön és berendezéseken található jelzések, ábrák jelentései: Vigyázz! Forró felület! Vigyázz! Alacsony hőmérséklet! Vigyázz! Tűzveszély! Vigyázz! Mérgező anyag! Vigyázz! Radioaktív sugárzás! Vigyázz! Áramütés veszélye! Vigyázz! Lézersugár! 5
SZILÁRD TESTEK HŐTÁGULÁSA 1. kísérlet Kötőtű hosszváltozása Bunsen-állvány, fakocka, kötőtű, szívószál Rögzítsük a Bunsen-állvány rúdját vízszintes helyzetben! A rúd másik végét támasszuk fel megfelelő nagyságú fakockára, amelyre előzőleg - a vasrúdra merőlegesen - egy kötőtűt helyeztünk! A vasrúd a kötőtűn mintegy görgőn nyugszik. Tűzzünk a kötőtűre műanyag szívószálat! Melegítsük a vasrudat gázlánggal! Mit tapasztalunk? Magyarázzuk meg a jelenséget! Tapasztalat: 1. ábra 2. kísérlet Kísérletek emeltyűs pirométerrel Emeltyűs pirométer, denaturált szesz, gyufa, különböző anyagú fémrudak, orvosi fecskendő, tű 6
Rögzítsünk egy alumínium rudat a pirométer tartójába! Az orvosi fecskendőre helyezett tű segítségével egyenletesen oszlassuk el a denaturált szeszt a vályúban! Gyújtsuk be a denaturált szeszt! Figyeljük a mutató kitérését! Készíts ábrát! Ismételjük meg a kísérletet rézrúddal is! Azt, hogy mindegyik fémrúd azonos hőmennyiséget kapjon, úgy biztosítjuk, hogy a vályúba azonos térfogatú denaturált szeszt juttatunk. Milyen változást tapasztalunk? Tapasztalat: 3. kísérlet Gumiszál hosszváltozása melegítés hatására Vékonyabb gumicső vagy modellező gumiszál Rézdrót, súly, borszeszégő Erősítsünk vékonyabb gumicső vagy modellező gumiszál egyik végére rézdróttal kb. akkora súlyt, hogy a gumi a súly hatására eredeti hosszának mintegy 2-3-szorosára nyúljon meg! Rögzítsük a gumiszál másik végét olyan magasan, hogy a szál alján lévő súly éppen hogy érintse az asztalt! Melegítsük végig borszeszégővel a szálat! Mit tapasztalunk? Magyarázzuk meg a jelenséget! 7
Tapasztalat: 4. kísérlet Bimetall szalag Bimetál szalag, borszeszégő Melegítsük a bimetál szalagot! Magyarázzuk meg a jelenséget! Tapasztalat: 5. kísérlet Gravesande - készülék Gravesande-készülék, borszeszégő A) A szobahőmérsékletű golyó átfér a gyűrűn. Melegítsük a golyót gázláng fölött! Mit tapasztalunk? B) Melegítsük fel a gyűrűt is! Mit tapasztalunk? 2. ábra 8
Tapasztalat: Feladatok: 1. Mennyivel nő meg a hossza annak a 100 m hosszú alumíniumhuzalnak, amelynek a hőmérséklete 15 C -ról 45 C -ra nő meg? (α=2,4) 9
FOLYADÉKOK HŐTÁGULÁSA Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Miért nem szabad az edényeket, tartályokat alacsony hőmérsékleten teletölteni, ha később magasabb hőmérsékletű helyre viszszük? 2. Hogyan működnek a folyadékos hőmérők? Miért nem használnak általában vizet folyadékos hőmérőkben? 1. kísérlet Folyadékok hőtágulásának bemutatása Gömblombik, festett víz, átfúrt gumidugó, 20-25 cm-es, kis belső átmérőjű üvegcső, edény, alkoholos filctoll, merülőforraló, hőmérő Töltsd meg a gömblombikot vízzel! Zárd le gumidugóval, majd a gumidugó furatába illesztd be az üvegcsövet! A folyadékkal teli 3. ábra 10
lombik bedugaszolásakor a folyadék néhány cm magasan benyomul az üvegcsőbe. Jelöld meg az üvegcsőben a folyadékszint állását! Ezután helyezd a lombikot vízfürdőbe! Mit tapasztalsz? Hogyan határozható meg a lombikban lévő víz térfogatváltozása? Magyarázat: 2. kísérlet A térfogati hőtágulási törvény igazolása Gömblombikok, festett víz, átfúrt gumidugó, 20-25 cm-es, kis belső átmérőjű üvegcső, edény, alkoholos filctoll, merülőforraló, hőmérő Ismételd meg az előző kísérletet! A) Olvasd le a hőmérőn a hőmérséklet változását! Mérd meg az üvegcsövön a kezdeti folyadékszinttől mért magasságváltozást és számold ki ebből a térfogatváltozást! A = V 0 = 1. leolvasás 2. leolvasás 3. leolvasás 4. leolvasás h(cm) V(cm 3 T( 0 C) ) A hőmérsékletváltozás függvényében ábrázold a térfogatváltozást! Milyen kapcsolat van a két fizikai mennyiség között? 11
B) Ismételd meg a kísérletet az előzőnél kisebb térfogatú gömblombikkal! Töltsd meg a gömblombikot vízzel! Ugyanúgy zárd le az átfúrt gumidugóval, jelöld meg a kezdeti folyadékszintet az üvegcsőben! Helyezd a lombikot vízfürdőbe, ügyelj arra, hogy az előző méréssel megegyező hőmérséklet-változásokhoz tarozó folyadékszint-változásokat olvasd le! Töltsd ki a táblázatot! A térfogatváltozásban milyen eltérést tapasztalsz? A = V 0 = 1. leolvasás 2. leolvasás 3. leolvasás 4. leolvasás h(cm) V(cm 3 T( 0 C) ) C) Tölts meg három egyforma, álló gömblombikot vízzel, denaturált szesszel és glicerinnel, majd zárd le azokat az üvegcsővel ellátott gumidugóval! Figyelj arra, hogy a folyadékszintek magassága az üvegcsövekben azonos legyen! Helyezd a három lombikot egyszerre 60-70 C-os melegvíz fürdőbe! Figyeld a folyadékszintek változását! Mit tapasztalsz? 12
A LÉGNYOMÁS KIMUTATÁSA, MÉRÉSE 1. kísérlet Vizespohár kísérlet Pohár, víz, papírlap Egy poharat töltsünk színültig vízzel és fedjük le papírlappal! Gyors mozdulattal fordítsuk meg a poharat és engedjük el a papírlapot! Nem folyik ki a víz (ha ügyesek vagyunk). Magyarázd meg a jelenséget! Magyarázat: 2. kísérlet - Trükkös palack 2 db PET palack, 2 db lufi Mindegyik műanyagpalack szájára rögzítsük a léggömböt úgy, hogy a léggömb a palackon belül legyen! Rendezzünk versenyt: ki tudja az adott palackban lévő lufit előbb felfújni! Magyarázzuk meg miért sikerül olyan könnyen az egyik léggömböt felfújni! Magyarázat: 13
3. kísérlet A légnyomás mérése 10-12 m hosszú gumicső, csappal ellátott üvegcsövek, Víz, edény, tölcsér A gumicső két végét húzzuk a csappal ellátott üvegcsövekre! Az iskola lépcsőházában engedjük le a cső végét a földszintre! Zárjuk le az alsó üvegcsapot! Tölcsér segítségével töltsük fel a csövet vízzel, ügyelve arra, hogy a csőben ne maradjon légbuborék! Miután a csövet a csap szintjénél valamivel magasabban feltöltöttük, zárjuk le a felső csővéget! Nyissuk ki lassan az alsó csapot! A felső üvegcsőben forrásba jön a víz. Mivel magyarázható ez a jelenség? A víz egy része kifolyik, mérjük le a bent maradó vízoszlop hosszát! Határozzuk meg a normál légköri nyomás értékét! Magyarázat: 14
A BOYLE-MARIOTTE TÖRVÉNY Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Hogyan működik a kerékpárpumpa? Hogyan kell pumpálnod, hogy a pumpa ne melegedjen fel? 4. ábra 1. kísérlet Boyle-Mariotte-törvény igazolása számítógépes szimulációval Aktív tábla/számítógép, projektor, internet http://sulifizika.elte.hu/html/sub_gazgolyok_fixt.html 15
5. ábra A dugattyúval elzárt hengerben adott tömegű gáz van. A csúszka segítségével változtasd a bezárt gáz nyomását! 1. Melyik állapotjelzők változnak, és melyek állandóak a folyamat során? 2. Hogyan kivitelezhető, hogy állandó hőmérséklet mellett változzon a gáz nyomása? 3. Készíts táblázatot! Ábrázold az összetartozó térfogat-nyomás értékpárokat! Milyen görbe illeszthető a mérési pontokra? 4. Milyen kapcsolat van a nyomás és térfogat között? 5. Milyen feltétel esetén igaz a Boyle-Mariotte törvény? 16
6. Hogyan változna a 3. pontbeli görbe, ha magasabb hőmérsékleten végeznénk el a kísérletet? 2. kísérlet Cartesius-búvár Vízzel töltött kisméretű PET-palack, kémcső Vízzel teli PET-palackba vízzel teli kémcsövet helyezünk szájával lefelé. A víz egy része kifolyik és a kémcsőben kis zárt légtér keletkezik. A palack oldalának összenyomásakor a kémcső ( búvár ) lesülylyeszthető, a nyomás megszűntetésekor felemelhető. Magyarázd meg a jelenséget! Magyarázat: Feladatok: 1. Egy kerékpártömlő szelepe 30 kpa túlnyomás hatására nyílik meg. Pumpáláskor a pumpa dugattyúja a levegő összepréselése kezdetén a henger aljától 30 cm-re van. Hol áll a dugattyú, amikor az összenyomott levegő kezd beáramlani a szelepen keresztül a tömlőbe? (A tömlőben lévő levegő nyomása megegyezik a külső légnyomáséval: p k =100 kpa). 2. A tóban, 30 m mélyen egy levegőbuborék térfogata 2 cm 3. Mekkora térfogatú lesz közvetlenül a víz felszínén, ha a hőmérsékletet állandónak tekintjük? 3. A kompresszor 100 m 3 normál nyomású levegőt (100 kpa) 8 m 3 - es tartályba sűrít. Mekkora a nyomás a tartályban, ha a hőmérsékletet állandónak tekintjük? 17
BOLTZMANN ÁLLANDÓ ÉRTÉKÉNEK KÖZELÍTŐ MEGHATÁROZÁSA Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Mekkora tömegű oxigén van abban az 50 l térfogatú hegesztőpalackban, amelyben a gáz nyomása 10 MPa és hőmérséklete 27 C? 1. kísérlet Étergőz parciális nyomásának mérése 10 literes üveg, átfúrt gumidugó, gumicső, U alakú üvegcsőmanométer, manométerfolyadék (megfestett víz), injekciós tű, éter Zárjuk le az üveget az átfúrt gumidugóval! A dugó furatába illesztett üvegcsőre húzzunk manométerhez csatlakozatott gumicsövet! A gumidugót szúrjuk át egy injekciós tűvel! A tűre csatlakoztatott fecskendővel injektáljunk a palackba 1 cm 3 étert (M éter = 74 g/mol, = 0,74 g/cm 3 )! Válaszold meg a kérdéseket! Töltsd ki a táblázatokat! Kérdések: 1. Milyen halmazállapot-változáson megy keresztül az éter? 2. Az edényben lévő levegő melyik állapotjelzőjét befolyásolja az éter? 18
3. Mire szolgál az U alakú üvegcső-manométer? Kiindulási állapot: kiindulási állapot V (m 3 ) N 0 p 0 (Pa) Üvegbe juttatott éter: éter V (m 3 ) N m= V k meghatározása: Feladatok: 1. Egy kerékpárbelsőben mért túlnyomás 50 kpa 15 C-on. A napra kitett gumibelső térfogata 5%-kal növekszik, a túlnyomás a tömlő belsejében pedig 60 kpa-ra nő meg. A külső légnyomás 100 kpa. Mennyivel változott meg a tömlőben lévő levegő hőmérséklet? 2. Az 1m átmérőjű meteorológiai léggömböt 94,52 g tömegű ismeretlen gázzal töltöttek meg. A gáz hőmérséklete 20 C, nyomása 110 kpa. Milyen gáz lehet a léggömbben? Használd a négyjegyű függvénytáblázatot! 19
HALMAZÁLLAPOT-VÁLTOZÁSOK Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Miért fő meg a kuktában gyorsabban az étel, mint a hagyományos edényben? 2. Az arcszeszt hidegebbnek érezzük az arcunkon, mint a vizet. Miért? 3. A télen nem használt épületekben a vízvezetékrendszer csöveit vízteleníteni kell. Miért? 1. kísérlet A jég olvadáspontjának nyomásfüggése Jéghasáb, acéldrót, 2 db 10 kg-os súly, műanyag szál Egy nagyobb méretű jéghasábot támassz fel a két végén, vízszintes helyzetben! Vékony acéldrót két végére rögzíts egy-egy 10 kgos súlyt, majd az így megterhelt drótot helyezd az ábrán látható módon a jéghasábra! Mit tapasztalsz? Hogy nevezik a jelenséget? Ismételd meg a kísérletet műanyag szállal is! Mit tapasztalsz? Mi lehet a magyarázat? 6. ábra 20
Magyarázat: Megjegyzés: 2. kísérlet A párolgás sebessége függ az anyagi minőségtől Táramérleg, 2 db óraüveg, éter, víz Helyezzünk egy táramérleg két serpenyőjébe egy-egy azonos méretű óraüveget! Az egyik óraüvegbe töltsünk vizet, a másikba étert, és a mérleget így tárázzuk ki! Kis idő elteltével mit tapasztalsz? Magyarázd meg a jelenséget! Készíts ábrát! Magyarázat: 3. kísérlet- A forráspont nyomásfüggése Gumidugóval zárható, hosszú nyakú gömblombik Víz, tálca, gázláng Injekciós fecskendő, meleg víz 21
a) Forraljunk vizet azbeszthálóra helyezett, hosszú nyakú, álló gömblombikban! A forralást folytassuk néhány percig, hogy az edényben lévő levegőt a képződő vízgőz teljesen kiszorítsa! Vegyük el ezután a lombik alól a gázlángot, és egy gumidugóval zárjuk le légmentesen a lombikot! Öntsünk a lombikra hideg vizet! Mit tapasztalunk? Magyarázd meg a jelenséget! Készíts ábrát! b) Szívjunk fel néhány köbcentiméter meleg vizet egy injekciós fecskendőbe, majd fogjuk be ujjunkkal szorosan a fecskendő nyílását, és hirtelen húzzuk hátra a dugattyút! Mit tapasztalunk? Magyarázzuk meg a jelenséget! Magyarázat: 7. ábra 22
Feladatok: 1. Mekkora hőmennyiség szükséges 2 kg -10 C-os jég 20 C-ra történő felmelegítéséhez? 2. 600 W-os főzőlapra 0,5 kg tömegű alumínium edényben 2 dm 3 15 C-os vizet teszünk fel melegedni. A főzőlap által leadott hő 20%-a a környezetet melegíti. Mennyi idő múlva fogy el az edényből a víz? 3. Mennyi hőt ad le a szobának naponta a gőzfűtés radiátora, ha az óránként beérkező, 2 kg tömegű 100 C hőmérsékletű vízgőz 60 C-os vízként távozik? A víz lecsapódási hője 2250 kj/kg. 23
AZ ELEKTROMOS MEZŐ SZEMLÉLTETÉSE Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Add meg az elektromos mező térerősségének irányát és nagyságát abban a pontban, amelyben a mező a 2*10-7 C töltésű részecskére 3*10-4 N erőt fejt ki függőlegesen lefelé! 1. kísérlet Ponttöltés tere Szalaggenerátor, fémkorong, fémgyűrű, lapos üvegtál (Petricsésze), ricinusolaj, búzadara Öntsünk az üvegtálba ricinusolajat! Helyezzünk a tál közepébe egy fémkorongot, a tál kerülete mentén pedig egy fémgyűrűt! Kapcsoljuk a fémkorongot szalaggenerátorra, a fémgyűrűt pedig földeljük! Szórjunk egyenletesen búzadarát az olaj felületére! Indítsuk el a szalaggenerátort! Mit tapasztalunk? Rajzold le az erővonalképet! Tapasztalat: 24
2. kísérlet Elektromos dipólus tere Szalaggenerátor, fémkorongok, lapos üvegtál (Petri-csésze), ricinusolaj Helyezzük a két fémkorongot az üvegtálba! Az egyik korongot földeljük, a másikat kapcsoljuk szalaggenerátor kivezetéséhez! Szórjunk egyenletesen búzadarát az olaj felületére! Indítsuk el a szalaggenerátort! Figyeljük meg és rajzoljuk le a kirajzolódó erővonalképet! Tapasztalat: 3. kísérlet Egyenlő töltésű és előjelű ponttöltések mezője Szalaggenerátor, fémkorongok, fémgyűrű, lapos üvegtál (Petricsésze), ricinusolaj Helyezzük a két fémkorongot az üvegtálba! A szalaggenerátor kivezetését kössük össze a két fémkoronggal, a fémgyűrűt földeljük le! Szórjunk egyenletesen búzadarát az olaj felületére! Indítsuk el a szalaggenerátort! Figyeljük meg és rajzoljuk le a kirajzolódó erővonalképet! 25
Tapasztalat: 4. kísérlet Homogén elektromos mező Szalaggenerátor, két vastag párhuzamos fémhuzal, lapos üvegtál (Petri-csésze), ricinusolaj Helyezzük a két fémhuzalt az üvegtálba! Az egyik fémhuzalt a szalaggenerátor kivezetéséhez kapcsoljuk, a másikat földeljük! Szórjunk egyenletesen búzadarát az olaj felületére! Indítsuk el a szalaggenerátort! Figyeljük meg és rajzoljuk le a kirajzolódó erővonalképet! Tapasztalat: Feladatok: 1. Miért rajzolják ki a daraszemek az elektromos mező erővonalait? 2. Sorold fel az elektromos erővonalak tulajdonságait! 26
KÍSÉRLETEK ELEKTROSZKÓPPAL 1. kísérlet Kétféle töltés kimutatása Fémgolyó szigetelő nyéllel, üvegrúd, foncsorozott bőr, elektroszkóp, ebonit rúd, szőrme, fémdrót, száraz selyemfonál Érintsd a szigetelő nyéllel ellátott fémgömböt megdörzsölt üvegrúdhoz, majd az elektroszkóp gömbjéhez! Az eljárást ismételd meg! Hogyan változik az elektroszkóp lamellájának kitérése? Magyarázat: A kísérletet folytasd úgy, hogy most a szigetelő nyéllel ellátott fémgömböt megdörzsölt ebonit rúdhoz érintsd és ezután az elektroszkóp gömbjéhez! Hogyan változik ebben az esetben az elektroszkóp lamellájának kitérése? Tapasztalat: 27
2. kísérlet Vezetők, szigetelők megkülönböztetése 2 db elektroszkóp, fémdrót, száraz selyemfonál Töltsd fel dörzselektromossággal az egyik elektroszkópot! A fémdrót segítségével kösd össze a feltöltött és a töltetlen elektroszkópot! Mit tapasztalsz? Tapasztalat: Ismételd meg a kísérletet, a fémdrót helyett a száraz selyemfonalat használd! Mit tapasztalsz? 3. kísérlet- Ellentétes töltések összegzése, közömbösítés 2db elektroszkóp, ebonit rúd, szőrme, üvegrúd, foncsorozott bőr, fémrúd A két egyforma elektroszkóp közül az egyiket a foncsorozott bőrrel megdörzsölt üvegrúd segítségével a másikat a szőrmével megdörzsölt ebonit rúd segítségével töltsd fel úgy, hogy a lamellák kitérése azonos mértékű legyen! Kösd össze a feltöltött elektroszkópokat fémrúddal! Mit tapasztalsz? Tapasztalat: 28
4. kísérlet- Elektromos megosztás 1db elektroszkóp, ebonit rúd, szőrme, üvegrúd, foncsorozott bőr, Az elektroszkóp fémgömbjéhez közelítsd, de ne érintsd hozzá a szőrmével megdörzsölt ebonit rudat! Ismételd meg a kísérletet a bőrrel megdörzsölt üvegrúddal is! Mit tapasztalsz? Tapasztalat: Feladatok: 1. Hogyan tér ki a negatív töltésű elektroszkóp mutatója, ha fegyverzetéhez negatív töltésű testet közelítünk? Válaszd ki a helyes állítást! a) Még jobban kitér b) Összébb záródik c) Meg sem mozdul d) Teljesen összezárul 2. Egy feltöltött elektroszkóp fegyverzetéhez kezünkben tartott hurkapálcát érintve az elektroszkóp lassan elveszíti töltését. Melyik az egyetlen helyes válasz az alábbiak közül? a) Az elektroszkóp egyébként is elveszítette volna töltését. b) A fából készült hurkapálca bár elektromosan szigetelőnek számít, bizonyos fokig mégis vezet. c) A levegő vezette el az elektroszkóp töltését. d) Bármilyen anyagból lenne a hurkapálca, ugyanez történt volna. 29
3. Az alábbi kijelentések közül melyik a helyes? a) Az elektromos állapotban lévő test vonz más testeket. b) Az elektromos állapotban lévő test vagy vonz, vagy taszít más testeket. c) Az elektromos állapotban lévő test csak az elektromos állapotban lévő testet vonzza. d) Az elektromos állapotban lévő test a semleges testet nem vonzza. 4. A töltésmegmaradás törvényét az alábbi kijelentések közül csak az egyik fogalmazza meg jól. Válaszd ki a helyes megoldást! a) A töltésmegmaradás törvénye azt mondja ki, hogy egy testben a pozitív és negatív töltések száma megegyezik. b) A töltésmegmaradás törvénye azt mondja ki, hogy ha megdörzsölünk egy rudat selyemkendővel, a rúd pozitív, a kendő negatív töltésű lesz. c) A töltésmegmaradás törvénye azt mondja ki, hogy ha feltöltünk egy elektroszkópot, akkor az mindenáron megtartja töltését. d) A töltésmegmaradás törvénye azt mondja ki, hogy a töltések algebrai összege zárt rendszerben állandó. 30
VEZETŐRE VITT TÖBBLETTÖLTÉS ELHELYEZKEDÉSE ÉS ELOSZLÁSA A FELÜLETEN Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. A viharfelhők és a föld között a térerősség 104 V/m-nél nagyobb is lehet, 105-106 V/m érték fölött pedig már villámok képződnek a felhők és a föld, de akár két felhő között is. Mit mutatnak meg ezek az értékek? 1. kísérlet Vezetőre vitt többlettöltés elhelyezkedése (a) Fémháló, selyempapír szalag, ebonit rúd, szőrme A fémháló mindkét oldalára erősítsünk selyempapír szalagokat. A szőrmével megdörzsölt ebonitrúd segítségével töltsük fel a fémhálót. A selyempapír szalagok elektroszkópként jelzik a háló töltését. Görbítsd a hálót hengerré! Mit tapasztalsz, hogyan viselkednek a selyemszalagok? Tapasztalat: 31
2. kísérlet- Vezetőre vitt többlettöltés elhelyezkedése (b) Fémedény szigetelő talppal, elektroszkóp, szigetelt nyéllel ellátott fémgömb Egy szigetelő talpra állított, kis nyílással ellátott fémedényt elektromosan feltöltünk. Az edényre vitt többlettöltést vigyük át adagonként egy elektroszkóp gömbjére. Egy szigetelt nyéllel ellátott fémgömböt érints először az edény külső falához, majd az elektroszkóp gömbjéhez. Ismételd meg a kísérletet, de a szigetelt nyelű fémgömböt most az edény belső falához érintsd hozzá, azután az elektroszkóphoz. Írd le a tapasztalatidat! Készíts ábrát is! Tapasztalat: 3. kísérlet Csúcshatás (a) Égő gyertya, szög, Van de Graaff generátor, röpzsinór, Bunsenállvány Rögzítsük a szöget a Van de Graaff generátor üreges fémburkához! Helyezzük az égő gyertyát a kiálló szög közelébe! Indítsuk el a generátort! Mit tapasztalunk? Rajzold le, magyarázd meg a jelenséget! 32
Tapasztalat: 3. kísérlet- Csúcshatás (b) Van de Graaff generátor, röpzsinór, elektromos Segner-kerék Töltsük fel szalaggenerátorral az elektromos Segner-kereket! Magyarázd meg a látottakat! Készíts ábrát is! Tapasztalat: Feladatok: 1. Nevezz meg olyan eszközöket, jelenségeket, amelyek működése a csúcshatáson alapul! 2. Működne-e légüres térben a locsoló-berendezéseken használt vizes Segner-kerék? Működne-e légüres térben az elektromos Segner-kerék? 33
KONDENZÁTOR ENERGIÁJA Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Az alábbi állítások közül jelöld meg a helyes választ! Választásod indokold! Ha egy adott kondenzátorra nagyobb feszültséget kapcsolunk, akkor a) nagyobb lesz a kapacitása. b) kisebb lesz a kapacitása. c) nagyobb lesz a töltésmennyisége. 2. Mit jelent az, hogy a kondenzátor kapacitása 2 F? 1. kísérlet Elektromos harang 2 db azonos felületű fémlap (síkkondenzátor), szigetelő állvány, röpzsinór, ebonit rúd, szőrme, szigetelő fonálon alufólia golyó Az egyik kondenzátor lemezt földeld le, a másikat helyezd szigetelőállványra! A szigetelt fémlemezt a szőrmével megdörzsölt ebonitrúd segítségével töltsd fel! A feltöltött kondenzátor lemezei közé lógass alufóliából gyúrt kisméretű golyót! Mit tapasztalsz? Kezdetben legyen a kondenzátor egyik lemezének töltése Q, a másik lemezé Q, a lemezek közötti fezsültség pedig U. Ábrázold a kondenzátor feszültségét a lemezeken lévő töltésmennyiség függvényében! A grafikon segítségével hogyan határozható meg az elektromos mező munkája? 34
Tapasztalat, magyarázat: 2. kísérlet Mérd meg egy feltöltött kondenzátor munkavégző képességét! Hosszú vonalzó, kondenzátor (néhány mf kapacitású), súlyok (rugóra akasztható tömegek), villanymotor a tengelyén csigával A feltöltött kondenzátort kapcsold rá egy kis egyenáramú játékmotorra! A motor működtetésével emelj fel egy 10 g, illetve 20 g tömegű testet különböző magasságokba! A mérés során 5 V-20 V között változtasd a kondenzátor feszültségét! Mekkora az energiaátalakítás hatásfoka? m (g) U (V) h (cm) E 1 = 10 10 10 20 C U 2 2 E 2 = m g h E (%)= 2 100 E 1 35
Mivel magyarázható a hatásfokra kapott kicsi érték? Mi okozza az energia disszipáció nagy részét? Magyarázat: 36
ELEKTROLÍZIS, AZ ELEKTROMOS ELLENÁLLÁS 1. kísérlet Elektrolízis, folyadékok ellenállása Szénrudak, 2 üvegpohár, tiszta víz, só, röpzsinór, zseblámpaizzó, zsebtelep, papírlap, mérőkanál, ecetsav, tápegység, multiméter A) Üvegpohárba önts tiszta vizet! Tedd a szénrudakat a vízbe! Kösd sorba a zsebtelepet, a szénrudakat és a zseblámpaizzót! Figyeld meg, hogy világít-e az izzó! B) Ismételd meg a kísérletet úgy, hogy kevés konyhasót oldasz fel a vízben! Sózd tovább a vizet (közben keverd meg, hogy jól feloldódjon a só)! Mit tapasztalsz? C) Egy papírlapra önts egy kiskanálnyi sót. Vedd ki a pohárból a két szénrudat, töröld őket szárazra, majd dugd bele őket a papíron lévő sóhalomba! Vezeti a konyhasó az elektromos áramot? D) A másik üvegpohárba önts tiszta vizet és csepegtess a vízbe ecetet! Helyezd bele a szénrudakat és állítsd össze az előbbi áramkört! Világít az izzó? E) Az előző kísérletet ismételd meg úgy, hogy lassan emeld egyre kijjebb a vízbe merülő szénrudakat! Hogyan változik az izzó fényereje? 37
F) Mérd meg az áramkörben folyó áram erősségét a szénrudak különböző helyzetében! Számítsd ki az áramkör ellenállását! Az izzót vedd ki az áramkörből, a zsebtelepet helyettesítsd tápegységgel! 1. helyzet 2. helyzet 3. helyzet U (V) I (A) R ( ) 2. kísérlet Szénmikrofon Szilárd anyagok ellenállásváltozása Zseblámpaizzó, tápegység (6V), ceruzabél, röpzsinór, krokodilcsipeszek, fejhallgató A) Zárd egy izzó áramkörét krokodilcsipeszekre fektetett ceruzabélen keresztül! Nyomd meg óvatosan a ceruzabelet! Hogyan változik az izzó fényereje? B) Cseréld ki az izzót fejhallgatóra és beszélj rá a ceruzabélre! Először hangoztasd az á, ó hangokat! Mit tapasztalsz? C) Ismételd meg a kísérletet, de most az s, sz mássalhangzókat mondd a ceruzabélre! Mit tapasztalsz? 38
FAJLAGOS ELLENÁLLÁS MÉRÉSE Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Az alábbi állítások egyike hamis. Melyik? a) Az ugyanolyan keresztmetszetű alumíniumhuzalok közül a háromszor nagyobb hosszúságú ellenállása háromszor nagyobb. b) Az ugyanolyan hosszúságú rézhuzalok közül a fele akkora keresztmetszetű ellenállása kétszer nagyobb. c) Az ugyanolyan hosszúságú rézhuzalok közül a fele akkora keresztmetszetű ellenállása négyszer nagyobb. d) Ha két, különböző ellenállású fogyasztón azonos erősségű áram folyik át, akkor a kisebb ellenállású fogyasztóra kisebb feszültség jut. 2. Fűtőspirálokban használatos nikkel-króm ötvözetből készült huzal 2 m hosszú, keresztmetszete 0,5 mm 2. A huzalon 12 V feszültség hatására 340 ma áram folyik. Határozd meg a huzal ellenállást kétféleképp! ( 8,5 10 6 m ) 1. kísérlet Különböző keménységű ceruzák grafitjának fajlagos ellenállása. Különböző keménységű grafitceruzák, 2 db multiméter, röpzsinór, krokodil csipeszek, tápegység, tolómérő Kapcsolj egy kb. 10-15 cm hosszú ceruzabelet egy áramkörbe, és mérd meg a rajta átfolyó I áram erősségét és a rajta eső U feszültséget! Mérd meg a ceruzák hosszát és az átmérőjét is! A kapott mérési eredményeket foglald táblázatba, és határozd meg a különböző keménységű ceruzák fajlagos ellenállását! 39
Grafikonon ábrázold a különböző keménységű ceruzákhoz tartozó fajlagos ellenállásértékeket! Ne folyassunk át a grafiton túl nagy áramot, mert ekkor a grafitbél melegedése jelentősen befolyásolja az ellenállás értékét! A grafit jó vezető, egy 15 cm-es ceruzabél ellenállása 10 nagyságrendű. Ilyen kis ellenállások mérésénél célszerű a feszültségmérőt közvetlenül az ellenállás kivezetéseire kötni és az ampermérőt ezzel az egységgel sorba kapcsolni. Az ellenállás mérésénél ügyeljünk a jó kontaktusokra, és arra, hogy a ceruzabél ne legyen megtörve a ceruzában! Grafikon: 3B-s ceruza B-s ceruza H-s ceruza 2H-s ceruza U (V) I (A) R ( ) A(cm 2 ) l (cm) (Ωm) Magyarázat: 40
FOGYASZTÓK KAPCSOLÁSA Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Fejezd be a mondatokat! a) Ha ugyanarra a feszültségforrásra nagyobb ellenállású fogyasztót kapcsolunk, akkor a rajta áthaladó áram erőssége.. lesz. b) Ha ugyanarra a fogyasztóra nagyobb feszültséget kapcsolunk, akkor a rajta áthaladó áram erőssége.. lesz. c) Ha kétszer akkora ellenállású fogyasztóra feleakkora feszültséget kapcsolnak, akkor az áram erőssége a.. lesz. 1. kísérlet Soros kapcsolás Zsebtelep, fogyasztók (ellenállás és izzó), vezetékek, 2 db multiméter Egy ismeretlen ellenállású fogyasztót köss sorba egy ismert ellenállású fogyasztóval! Mérd meg a fogyasztókon eső feszültségeket és a rajtuk átfolyó áramok áramerősségét! Mit tapasztalsz? Készíts kapcsolási rajzot! Határozd meg az ismeretlen ellenállású fogyasztó ellenállását! 41
Mekkora ellenállással helyettesíthetnénk a két ellenállást, hogy a telepre kapcsolva ugyanakkora áramerősségű áram folyjon át rajta, mint az előző esetben? 1. fogyasztó 2. fogyasztó (ismeretlen ellenállású) U (V) I (A) R (Ω) Tapasztalat: 2. kísérlet Párhuzamos kapcsolás Zsebtelep, fogyasztók (ellenállás és izzó), vezetékek, 2 db multiméter Egy ismeretlen ellenállású fogyasztóval kapcsolj párhuzamosan egy ismert ellenállású fogyasztót! Mérd meg a fogyasztókon eső feszültségeket és a rajtuk átfolyó áramok áramerősségét! Mit tapasztalsz? Készíts kapcsolási rajzot! Határozd meg az ismeretlen ellenállású fogyasztó ellenállását! 42
Mekkora ellenállással helyettesíthetnénk a két ellenállást, hogy a telep ugyanakkora terhelést lásson? 1. fogyasztó 2. fogyasztó (ismeretlen ellenállású) U (V) I (A) R (Ω) Tapasztalat: Feladatok: 1. Az ábrán látható kapcsolásban az A és B pontok között a feszültség 120 V. Mekkora feszültség mérhető a C és D pontok között, ha R 1 = 30, R 2 =90 és R 3 =26? 8. ábra 43
DIGITÁLIS MÉRŐMŰSZER BELSŐ ELLENÁLLÁSA Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Egy 12,4 V üresjárási feszültségű, 0,4 ohm belső ellenállású telepre 10 ohm ellenállású fogyasztót kapcsolunk. a) Mennyi lesz a fogyasztón átfolyó áram erőssége? b) Számítsd ki a kapocsfeszültséget és a belső ellenálláson eső feszültséget! Mérőműszerek belső ellenállása Teljes áramkörre vonatkozó Ohm-törvény Egy voltmérő (akár digitális, akár analóg műszer) tulajdonképpen a rajta átfolyó áram erősségét méri, de a kijelzőjén (vagy a skálabeosztásán) az áramerősségnek és a műszer belső ellenállásának a szorzata jelenik meg. Ha U 0 a feszültségforrás feszültsége, R b a műszer belső ellenállása, R pedig a terhelő ellenállás, akkor a műszer által jelzett feszültség U U R 0 b. R R b Átrendezve kapjuk, hogy 1 U 1 U R R 1 0 b U0. 44
1. kísérlet Digitális multiméter belső ellenállása Terhelő ellenállások, digitális multiméter, tápegység Különböző terhelő ellenállások mellett olvasd le a műszer által mutatott feszültségeket! Töltsd ki a táblázatot és ábrázold az 1/U-t az R függvényében! A mérési pontokra illessz egyenest! Az egyenes adataiból (meredekség, tengelymetszet) az 1/U-ra vonatkozó összefüggés alapján számítsd ki az adott méréshatárhoz tartozó R b -t! 200 mv-os méréshatár: R ( ) U 0 (V) U (V) Grafikon: 1 U 1 1 R, R b = U 0 R b U0 45
20 V-os méréshatár: R ( ) U 0 (V) U (V) Grafikon: 1 U 1 U R R 1 0 b U0, R b = 46
AZ ELEKTROMOS ÁRAM MÁGNESES HATÁSA 1. kísérlet Az elektromos áram mágneses hatása Oersted-kísérlet Egyenes vezető, iránytű, telep Az egyenes vezető két végét csatlakoztassuk a zsebtelep két sarkához. Állítsuk a vezetőt É-D-i irányba! Helyezzük a vezető alá az iránytűt! Mit tapasztalunk? Rajzold le a kísérleti összeállítást! Magyarázat: 2. kísérlet Egyenes vezető mágneses mezőjének tulajdonságai Átlátszó, átfúrt műanyag lap; hosszú, egyenes vezető, tápegység, vasreszelék A vízszintes helyzetű műanyag lapon bújtassuk át a függőlegesen állított, hosszú egyenes vezetőt! Bocsássunk a vezetőn keresztül elektromos áramot (csatlakoztassuk a tápegységre)! Szórjunk vasreszeléket a műanyag lapra! Rajzoljuk le a kialakult mágneses mező szerkezetét! 47
Tapasztalat: 3. kísérlet Mágneses indukcióvonalak iránya Átlátszó, átfúrt műanyag lap; hosszú, egyenes vezető, tápegység, vasreszelék A) Ismételjük meg az előző kísérletet úgy, hogy a vasreszelék helyett az árammál átjárt vezető köré a műanyag lapra kicsi iránytűket helyezünk. Figyeljük meg az iránytűk állását! Rajzold le! Tapasztalat: A mágneses indukcióvonalak iránya: 48
B) Cseréljük fel a vezetőn átfolyó áram irányát! Mit tapasztalunk? 4. kísérlet A mágneses indukcióvektor nagysága Kézi magnetométer, patkómágnes, zsebtelep, vezetékek Csatlakoztassuk a magnetométert a zsebtelephez! Helyezzük a magnetométert patkómágnes szárai között kialakuló homogén mágneses mezőbe úgy, hogy a magnetométer vezetőkeretének síkjára merőlegesek legyenek a patkómágnes sarkai között kialakuló mágneses mező indukcióvonalai! Mit tapasztalunk? Magyarázat: 49
Feladatok: 1. Vízszintes irányú homogén mágneses mezőben egy négyzet alakú 3 cm oldalhosszúságú, 50 menetes vezetőkeret rögzített forgástengely körül szabadon elfordulhat. A tengely a keret síkjában van és a keret két szemközti oldalának a felezőpontján halad keresztül. A keretben 2 A áramerősségű áram folyik keresztül. A keretre maximális nagyságú forgatónyomaték hat, amelynek nagysága 1,08 10-4 Nm. a) Mekkora a mező indukcióvektorának nagysága? b) Hogyan helyezkedik el a mezőben a keret? 2. A 25 cm 2 területű, 10 menetes keretben 2,5 A erősségű áram folyik. A tekercs helyén a mágneses indukcióvektor nagysága 2,4 mt. A tekercs normálisa 300-os szöget zár be az indukcióvonalakkal. a) Mekkora nagyságú forgatónyomaték hat a keretre? b) Mekkora szöget zár be a keret az indukcióvonalakkal, ha a keretre nem hat forgatónyomaték? 50
LORENTZ-ERŐ Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Rajzold be az áramjárta vezetők körül kialakuló mágneses mezőt szemléltető indukcióvonalakat és a mező kijelölt pontjaiban az indukcióvektorokat! A, B, 1. kísérlet Áramjárta vezető mágneses mezőben Patkómágnes, vezető keret, tápegység, vezetékek A) A patkómágnes homogén mágneses mezőjében függesszünk fel kengyelszerűen egy vezető keretet, melyre elektromos feszültséget kapcsolunk. A vezetőkeret patkómágnes közötti része legyen merőleges az indukcióvonalakra! Mit tapasztalunk? B) Ismételjük meg a kísérletet úgy, hogy megfordítjuk a keretben folyó áram irányát! Milyen változást tapasztalunk? C) Ismételjük meg az A) kísérletet úgy, hogy növeljük az áram erősségét! Milyen változást tapasztalunk? 51
D) Ismételjük meg az A) kísérletet úgy, hogy a vezetőkeret mágneses térben lévő hosszát csökkentjük (keskenyebb kengyelt függesztünk fel)! Mit tapasztalunk? Tapasztalatok összefoglalása: 2. kísérlet Áramjárta vezetők kölcsönhatása Alufólia csík, tápegység, vezetékek, Bunsen-állvány Bunsen-állványra függesszünk fel egymás mellé, egymással párhuzamosan két hosszú alufólia csíkot! Kapcsoljunk az alufólia csíkokra feszültséget! Mit tapasztalunk? Változtassuk meg az alufólia csíkokban folyó áram irányát! Milyen változást tapasztalunk? Rajzold le a két esetet! Tűntesd fel a rajzodon a mágneses indukcióvektorokat, az áramirányokat és a fellépő Lorentz-erőket! Tapasztalatok: 52
Párhuzamos áramjárta vezetők kölcsönhatásakor fellépő Lorentzerők segítségével add meg az 1 A definícióját! Feladatok: 1. Homogén 0,6 T indukciójú mágneses mező az indukcióra merőleges helyzetű 40 cm hosszú vezetőre 8 N erőt fejt ki. a) Mekkora a vezetőben folyó áram erőssége? b) Mekkora erő hatna vezetőre, ha az 20 0 -os szöget zárna be az indukcióval? 2. Az ábrán látható nagyon hosszú, párhuzamos áramjárta vezetők távolsága 50 cm. Az ábra síkjában hol helyezkednek el azok a pontok, melyekben a mágneses indukció értéke zérus? 9. ábra 53
TÖLTÖTT RÉSZECSKE MOZGÁSA HOMOGÉN MÁGNESES MEZŐBEN Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Mekkora és milyen irányú erő hat a kelet-nyugat irányú trolibusz felső vezeték 10 m hosszú darabjára a Föld mágneses mezője miatt, ha benne 180 A nagyságú egyenáram folyik? A föld mágneses mezője legyen 0,05 mt. 1. kísérlet Katódsugarak eltérítése mágneses mezővel Katódsugárcső, rúdmágnes, feszültségforrás Kapcsoljunk feszültséget a katódsugárcsőre. A katódsugárcső közelébe helyezzük egy rúdmágnes északi pólusát úgy, hogy indukcióvonalai merőlegesek legyenek a katódsugárcsőben megjelenő elektronnyalábra! Mit tapasztalsz? Tapasztalatok: Fordítsuk meg a rúdmágnest úgy, hogy most a déli pólusa legyen a katódsugárcső közelében! Milyen változást tapasztalunk? 54
Irányszabály: 2. kísérlet A rúdmágnes hatása katódsugárcsöves televízióra Katódsugárcsöves televízió, rúdmágnes Közelítsünk rúdmágnessel egy hagyományos (katódsugárcsöves) fekete-fehér televízió képcsöve felé! Figyeljük meg a kép változását! Magyarázzuk meg a jelenséget! (Vigyázat! Színes tévével ne kísérletezzünk, mert a mágnes elrontja a színes képet!) Tapasztalatok: 55
3. kísérlet Lorentz-erő gyakorlati alkalmazásai Értelmezd a jelenségeket és magyarázd meg eszközök működési elvét! Sarki fény 10. ábra Tömegspektroszkóp 56 11. ábra
Ciklotron 12. ábra Feladatok: 1. A fénysebesség tizedével száguldó elektronok a Föld mágneses mezőjébe kerülve körpályára kényszerülnek. Mekkora a körpálya sugara, ha a Föld mágneses mezőjének erőssége 0,01 mt? 57