kísérle, labor Izzíva, h ve... Láványos kísérleek vashuzallal és graficeruza béllel Az elekromos, valamin az elekronikus áramköröknél is, az áfolyó elekromos áram h"haása mia az egyes áramköri alkoóelemek az áram er"sségé"l függ"en öbbé-kevésbé felmelegednek. Bekapcsolás uán, bizonyos id" elelével, az alkarészek h"mérséklee megállapodik, ovább nem válozik. Vizsgáljuk meg mi örénik ha egy ilyen, ermikusan megállapodo áramkör egyik alkoóelemé kívülril er"eljesen melegíeni vagy éppenséggel heni kezdjük! Nyilvánvaló, hogy ez, az ille" alkarész (fémes veze", félveze",...) ellenállásának jelen"s megválozásá idézhei el", mivel min ismerees a veze" ellenállása függ annak h"mérsékleé"l. Az így el"idéze ellenállásválozás kihaással lesz az áramkör öbbi alkoóelemén áhaladó áramok er"sségére, ami pedig maga uán fogja vonni azok h"mérsékleének a megválozásá. Hogy a fele kérdésre ennél a megállapíásnál ponosabban válaszolhassunk, elvégzünk egy sor kísérlee. Csak a legegyszerbb eseekre szoríkozunk, fogyaszókén mindössze ké, eljesen egyforma veze" kapcsolunk áramkörünkbe, el"bb sorosan, majd párhuzamosan. Az egyike fjük-hjük és a másiknál a bekövekez" h"mérsékleválozás figyelemmel kísérjük. Hogy a láványosságo fokozzuk, a h"mérsékleválozás elúlozzuk, egyszer er"sen izzíva, máskor vízzel hve a veze" (jel"lje a magasabb, az alacsonyabb h"mérséklee). Tudjuk viszon, hogy egy veze" ellenállására anyagi min"sége is kihaással van. Ezér a kísérleeke ké különböz" anyaggal, vassal és szénnel is, elvégezzük. ) Kísérleek vashuzallal Készísünk vékony lágyvashuzalból legalább négy, kis, hengeres ekercse (a huzal hossza l=75 cm, ámér"je d=0,50 mm, a ekercs ámér"je D=5 mm, meneszáma N=5). Ke" a ekercsek közül sorba, ke" pedig párhuzamosan köünk. a) Soros kapcsolás A sorba kapcsol vashuzal ekercseke kisebb hegesz"ranszformáor * szekunder ekercsére kapcsoljuk. Fokozaosan növeljük a feszülsége (6,, 8, 4 V) mindaddig, amíg a ekercsek enyhe vörösizzásba nem kerülnek (. kép). * Az I.M.D. gyármányú Tanári Kísérleez" Készleben alálhaó meg. 005-006/6 45
Izzíás: Egy szesz-, vagy gázég" lángjával az egyik ekercse hevísük a vörös izzásból közel fehér izzásig! Közben észrevesszük, hogy a másik eljesen elsöéedik, ovább nem izzik, vagyis a h"mérséklee lecsökken (. kép). HIés: Viszon, ha az egyformán vörösen izzó ekercsek egyiké hidegvízzel önözve szobahimérséklere hjük, megfigyelhejük, hogy a vele sorba kapcsol ekercs ezala er"sen felizzik, megn" a h"- mérséklee (3. kép).. kép. kép 3. kép Magyaráza: Mivel a ranszformáor kapocsfeszülsége gyakorlailag állandó, és az els" ekercs melegíésekor a második ekercs lehlése az áhaladó áram er"sségének csökkenésé jelzi, adódik, hogy megn" a soros ered" ellenállás. Ez azonban csak a melegíe vashuzal ellenállásának a megnövekedése idézhee el". Tehá a vas elekromos ellenállása a melegíés haására növekszik! Err"l közvelen méréssel meggy"z"dheünk. Mérés: Az egyik ekercsre kezdeben adjunk 0,5 V, majd V feszülsége! Az áengede áram er"ssége 0,5 A, valamin 4,5 A. El"bb a ekercs alig langyos, uóbb pedig majdnem fehéren izzik. Ezekb"l kiszámíhajuk mindké h"mérsékleen a ekercs R = U I ellenállásá, valamin a vashuzal = R. S l = R d 4l fajlagos ellenállásá: R = 0,5, R, 6,6,3 0 m, 7 0 m. b) Párhuzamos kapcsolás A párhuzamosan kapcsol vashuzal ekercseke sorba köjük egy nagyobb eljesímény, állíhaó áramfelvéel f"z"lappal, majd a ~0 V-os hálózara kapcsoljuk **. Hozzuk a ekercseke vörös izzásba az áram lépcs"zees növelésével (4. kép)! Észrevéel: A párhuzamosan kapcsol ekercsek ellenállása lényegesen kisebb a f"- z"lap ellenállásánál, ezér az ezeken áfolyó áramok er"sségének összege a f"áram gyakorlailag állandó marad, ez nem fogja befolyásolni a ekercsek ellenállásának kisebb-nagyobb megválozása. 7 7 ** Áramüés veszély! Kizárólag min anári kísérle végezhe" el, az érinésvédelmi szabályok szigorú bearása melle! 46 005-006/6
Izzíás: Lánggal hevíve hozzuk majdnem fehér izzásba az egyik vörösen izzó ekercse! Ekkor az apaszaljuk, hogy a másik ekercs is felizzik, mégjobban felmelegszik (5. kép). HIés: A vörösen izzó ekercsek egyiké vízzel locsolva hsük le! Észlelni fogjuk a vele párhuzamosan kapcsol ekercs izzásának a megsznésé, vagyis lehlésé (6. kép). 4. kép 5. kép 6. kép Magyaráza: A kívülr"l melegíe vashuzal ellenállása növekszik, ezér az állandó f"áramból kevesebbe von el, ami a másik ág áramának, és egyúal h"mérsékleének is, a megnövekedésé idézi el". ) Kísérleek graficeruza béllel Isméeljük meg a vashuzallal elvégze kísérleeke graficeruza béllel is! A soros, majd a párhuzamos áramkörbe krokodil csipeszekkel csalakozajuk az l = 5 cm hoszszúságú, d =,9 mm ámér"j grafi ceruzabél darabkáka. a) Soros kapcsolás A ranszformáor álal leado feszülsége úgy állíjuk be, hogy a sorba köö grafi rudacskák vörösen izzanak (7. kép). Izzíás, majd hiés: Elvégezve a rudak egyikén a lánggal való izzíás, majd kés"bb vízzel a hésé, érdekes dolgo figyelheünk meg. Minden ponosan fordíva örénik min a vashuzalnál! A vele sorba köö másik grafi rúd az izzíásnál szinén felizzik, míg a hésnél kialszik-lehl (8. és 9. képek). 7. kép 005-006/6 47
8. kép 9. kép b) Párhuzamos kapcsolás Kicseréljük a párhuzamosan köö vashuzal ekercseke graficeruza bél darabokkal. Ezuán, a rudacskák vörösizzásának eléréséig a f"áramo fokozaosan növeljük ** (0. kép). Izzíás, hiés: Láni fogjuk, hogy i is az el"bbi kísérlehez hasonlóan az izzíás és a hés haása ellenées a vashuzalnál apaszalal (. és. képek). 0. kép. kép. kép Magyaráza: Hasonló okoskodással min az a vashuzal eseén eük, azonnal megmagyarázhajuk a grafi fordío viselkedésé. Mindössze csak az kell feléeleznünk, hogy a grafi vagyis a szén elekromos ellenállása melegíés haására csökken! Igazoljuk méréssel feléelezésünk helyességé! Mérés: Egyelen graficeruza-bél darabo, a ranszformáorra kapcsolva közel fehér izzásba hozunk, majd ez köve"en lehjük, beleengedve egy vizes edénybe. Mindké h"mérsékleen lemérjük a grafirúdon es" feszülsége és az áeresze áram er"sségé: U 9,5 V, I =,0 A; U 9,5 V, I = 6,0 A. = = Ezekb"l kiszámíjuk a graficeruza-bél ellenállásá és fajlagos ellenállásá: 48 005-006/6
R 4,6, R,54 ;,6.0 m, 0,87.0 m. -4 Összehasonlíás: Kísérleeinkb"l, valamin az ellenállások méréséb"l kinik, hogy a h"mérsékle emelésével a vas ellenállása növekszik, a grafié viszon csökken. Ez jellemezhe" a h"mérséklei együhaóval, amelynek álagos éréke: =. ( ) Mivel mindké mérésnél az alacsonyabb, a hési, és a magasabb, az izzíási, h"mérsékleek nagyjából azonosak leheek ( 50 o C, valamin 800 o C ), az éréke kiszámíhaó a vashuzal és a graficeruza-bél anyagaira. (A graficeruza bél a grafi melle még adalékanyagoka is aralmaz.). -3 - -3-5,8.0 K, 0,9.0 K. lágyvashuzal graficeruza bél Láhajuk, hogy a vas és a grafi h"mérséklei együhaója ellenées el"jel! Kövekezeés: Kísérleeinkkel sikerül kimuani, hogy ha egy elekromos áram álal ájár, ermikusan megállapodo áramkör egyik részé küls" h"haásnak esszük ki, akkor ez el"idézi a öbbi rész h"mérsékleének válozásá. Kiderül még az is, hogy a kiválo h"mérsékleválozás iránya függ az áramkör szerkezeé"l, valamin a kívülr"l melegíe-hö rész anyaga h"mérséklei együhaójának (j) el"jelé"l is. Mivel álalában a fémek h"mérséklei együhaója poziív, a félveze"ké negaív, ezek kísérleeinkben a vashuzalhoz (Fe), illeve a graficeruza bélhez (C) hasonlóan fognak viselkedni. Folyahajuk a kísérleezés az j>0 és az j<0 anyagok vegyesen örén" soros vagy párhuzamos kapcsolásával, az eredmény akár el"re kikövekezehejük. Még elképzelhe" az összeeebb áramkörök ilyenszer vizsgálaa is. -4 Bíró Tibor Kísérleek Náhás, lázas id"szakban gyakran javallja a családi orvos az aszpirin, vagy paraceamol szedésé. Ez a ké gyógyszer viszonylag egyszer összeéel, kémiai ulajdonságai könnyen kövehe" szerves anyag, felépíésükben hasonlóságo is muanak:. A készímények kémhaásának vizsgálaa Ké ableá mozsárban dörzsölve porísaok szé, majd egy pohárkába ölseek fölé 50cm 3 deszillál vize. Üvegboal kavargassáok, majd szrjéek á szr"papíron. Az oldao mér"hengerbe éve, deszillál vízzel a érfogaá egészíséek ki 50cm 3 re. Az üvegbo segíségével cseppenseek univerzális indikáor papírra az oldaból, s a kialakuló szín hasonlísáok össze a ph-skála színeivel. Állapísáok meg az olda phjá és ebb"l a kémhaásá (amennyiben jól dolgozaok, az aszpirin eseében az elmélei,75, a paraceamol eseében a 6,8-hoz közelálló éréke kell kapnook a ph-papír érzékenységének függvényében)! 005-006/6 49