A kísérlet célkitűzései: Az elektromos áram hatásainak kísérleti vizsgálata, az elektromos áram felhasználási lehetőségeinek áttekintése. Eszközszükséglet: tanulói tápegység vezetékek, krokodil csipeszek Bunsen állvány kémcső fogókkal (2 db) Elektrokémiai tanulói készlet ampermérő 1600 menetes tekercs, vasmag iránytű mágnes Balesetvédelmi figyelmeztetés Az elektromos eszközök szakszerűtlen használata életveszélyes! Otthon csak törpefeszültséggel (pl. zsebteleppel) kísérletezz! Az áramütések elleni legjobb védekezés a megelőzés! 1. feladat Hőhatás, fényhatás 1. ábra Hőhatás vizsgálata Mielőtt összeállítanád az 1. ábrán látható kísérletet el kell készítened vékony rézvezetékből egy spirált. A hurkapálcára szorosan egymás mellé tekercseld fel a vezetéket (2. ábra), majd óvatosan told le a pálcáról (3. ábra). 1. oldal
A vezeték két végéről a smirgli papír segítségével távolítsd el a festék, ill. lakkréteget! Ha ezt nem teszed meg, akkor nem tudsz zárt áramkört létrehozni. 2. ábra Vezetőspirál készítése 3. ábra Kész a spirál A vezetéked végeit csavard rá az állványra befogott banándugóra (a banándugó műanyag részét fogasd meg a szorítóval)! Az ampermérőt a 10 A-es méréshatárra kösd be! Kísérletezés közben ne érintsd meg a vezetéket, mert égési sérülést okozhat! Kapcsold be a tanulói tápegységet, majd fokozatosan növeld a feszültséget 7 V-ig. Mi történik? Azért fejlődik hő, mert az áramló elektronok kölcsönhatásba lépnek a vezető helyhez kötött részecskéivel, energiájuk egy részét átadják nekik. Ezért növekszik a vezeték belső energiája, fel fog melegedni. Hogyan változott a vezeték belógása a kísérlet közben? Mi okozta ezt?... Mekkora volt az áramerősség a kísérlet alatt?... Sorolj fel olyan elektromos eszközöket, ahol az elektromos áram hőhatását használjuk ki! 2. oldal
2. feladat Kémiai hatás 4. ábra Víz vezetőképessége Egy anyag csak akkor vezeti az elektromos áramot, ha van benne könnyen elmozdítható töltéssel rendelkező részecske. Az elektrokémiai készlet eszközeivel állítsd össze a 4. ábrán látható kísérleti elrendezést. Az ampermérőt 200 ma-es méréshatárra állítsd be. Az üveg edénybe tölts kb. 2 cm magasságig desztillált vizet. Mit mutat a mérőműszer?... A műanyag mérőpohárba tegyél egy kanál nátrium kloridot (konyhasó), majd töltsél hozzá kb. 50 ml desztillált vizet! Öntsd a szénelektródák közé az oldatod negyedét! Hogyan változik az áramerősség? Mi a magyarázata ennek?... Fokozatosan öntsd a többi oldatod is az elektródák közé! Mit tapasztalsz? Figyeld meg az elektródák környezetét is!... Rajzold be az 5. ábrára azt, hogy a Cl - és a Na + ionok melyik elektróda felé fognak mozogni! Milyen kémiai változások történnek az elektródákon?.... 5. ábra 3. oldal
Az elektrolízis közben az elektródákon az ionok semlegesítődnek és kiválnak. Ezt használják fel különböző tárgyak fémmel történő bevonására. Ha rézgálic vizes oldatába elektródákat helyezünk, majd elektromos áramot vezetünk az elektroliton keresztül, akkor a katódon réz fog kiválni. Állítsd össze az 5. ábrán látható áramkört. A rézgálic vizes oldatába vas elektródákat helyezve nézd meg, milyen változás történik az elektródákon! A 6. ábrán melyik a negatív elektróda (katód)?... 6. ábra Elektrolízis 3. feladat Mágneses hatás Az 1600 menetes tekercset kösd rá a tanulói tápegység egyenáramú kivezetéseire! Helyezd el az iránytűt a tekercs előtt, majd kapcsold be a tápegységet 2 V-ra! Mit tapasztalsz?..... Fordítsd meg az áram irányát (a tápegység kivezetéseinél cseréld fel a két vezetéket egymással)! 7. ábra Tekercs mágneses tere Mit tapasztalsz ebben az esetben?..... 4. oldal
Helyezd bele a vasmagot a tekercsbe, majd az iránytű segítségével térképezd fel a mágneses mezőt! Vidd körbe az iránytűt az elektromágnes körül és rajzold be a 9. ábrán, hogy merre mutat! Végezd el ezt a kis állandó mágnes esetén is! Mit tapasztalsz?... 8. ábra Vasmagos tekercs mágneses tere 9. ábra Áramjárta tekercs mágneses tere 10. ábra Mágnes rúd mágneses tere Sorolj fel olyan eszközöket, ahol az elektromos áram mágneses hatását használjuk ki!... 4. feladat Élettani hatás Az elektromos áram szerepe létfontosságú az ember idegrendszerének működésében. Az idegi jelek terjedése alapvetően elektromos folyamat, azonban az áramvezetés sokkal bonyolultabb módon történik, mint például a fémekben. Már 0,01 A erősségű, testünkön átfolyó áram is végzetes következményű lehet, pedig ez olyan gyenge áram, hogy jelentős hőhatása nincs is. Ennek oka az, hogy a kívülről jövő áram testünkben kölcsönhatásba kerülhet létfontosságú folyamatokkal, például 5. oldal
a szívveréssel. Az emberi test elektromos ellenállása nagymértékben változó. A testfolyadékok általában jó vezetők, a bőr ellenállása ehhez képest nagy. Mérd meg a digitális multiméter segítségével, hogy mekkora az ellenállásod! Mit mutat a műszer? Végezd el a kísérletet nedves kézzel is! Az ismeretek ellenőrzése: 1. Hogyan értelmezzük az áram hőhatását? 2. Mit nevezünk elektrolitnak? 3. Mi az elektrolízis? 4. Miért nem szabad hálózati feszültséggel kísérletezni? 5. Mi az elektromágnes? Felhasznált szakirodalom: Fizika 8., Alkotószerkesztő: Dr. Halász Tibor, Mozaik Kiadó, Szeged 2012 6. oldal