MAGYAR NUKLEÁRIS TÁRSASÁG ÖVEGES JÓZSEF DÍJA 2013. Zátonyi Sándor DÍJAZOTT KÍSÉRLETEIM Budapest 2013. december 5. Zátonyi Sándor: DÍJAZOTT KÍSÉRLETEIM Három pályázatot adtam be: Mérések lézeres távmérővel (Fényméter, 2011.) Elmozdulások összegzése (Vektor, 2012.) Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (Franklin, 2013.) 1
Zátonyi Sándor: Mérések lézeres távmérővel (2011.) Mérések lézeres távmérővel 2011. Zátonyi Sándor: Mérések lézeres távmérővel (2011.) Hosszúságmérés Az SI szerint a hosszúság mértékegysége a méter.(bay Z., 1983.) Az egy méter az a távolság, amelyet a fény vákuumban 1/299 792 458 másodperc alatt megtesz. Ez a méterdefiníció a vákuumbeli fénysebesség értékét is rögzíti. Hosszúságmérésnél tehát megmérjük, hogy a fény a mérendő távolságot vákuumban ( levegőben) mennyi idő alatt teszi meg, majd az l = c t képlet alapján meghatározzuk a távolságot. 2
Zátonyi Sándor: Mérések lézeres távmérővel (2011.) A fénysebesség különféle anyagokban Ha a távmérő fénye ugyanazt az utat teszi meg levegőben és a vizsgált anyagban, akkor t t anyag A távmérő azonban továbbra is a levegőben mérhető fénysebességgel számol, ezért mindezt az előzőleg levegőben mért s útnál nagyobb s anyag útként érzékeli (és jelzi): s s anyag Igazolható, hogy c anyag s s anyag c levegő és n anyag,levegő s anyag s Zátonyi Sándor: Mérések lézeres távmérővel (2011.) A fénysebesség mérése üveghasábban A rajz alapján: s 2 x s anyag 2 x anyag Ebből a fénysebesség üvegben: s x canyag clevegő c s x anyag A törésmutató: n anyag,levegő x anyag x anyag levegő x x anyag PLR 25 PLR 25 3
Zátonyi Sándor: Mérések lézeres távmérővel (2011.) A fénysebesség mérése optikai szálban A rajz alapján: s l s anyag 2 x anyag Ebből a fénysebesség a szál magjában: s l canyag clevegő c x 2 x anyag anyag levegő Az optikai szál magjának törésmutatója: n anyag,levegő 2 x l anyag l/2 x anyag PLR 25 PLR 25 Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Elmozdulások összegzése 2012. 4
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Az eszköz egy kábelcsatornából készült Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) csúszka sín tartómágnes gombostű fonál golyó 5
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Merőleges elmozdulások összegzése A fonál elrendezése y = x Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 6
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 7
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 8
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 9
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 10
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Merőleges elmozdulások összegzése A fonál elrendezése y = 2 x 11
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 12
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 13
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 14
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Az eszköz tantermi használata Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 15
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 16
Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) Zátonyi Sándor: Elmozdulások összegzése (2012.) 17
Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában 2012. Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) A digitális multiméterek legfontosabb előnyei: Üzembiztosak. Kereskedelmi forgalomban kaphatóak. Olcsók (1000 forinttól) tanulókísérleti eszköz. Olyan eszköz kezelését, használatát ismerik meg a tanulók, amelyet később, a munkájukban is használhatnak. Nagy a belső ellenállásuk. 18
Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Az elektromos töltés előjelének kimutatása A nagy belső ellenállás miatt képesek a sztatikus töltés előjelét jelezni. Sajnos a műszeren keresztül a töltött test kisül, így a töltés nagyságára csak hozzávetőlegesen lehet következtetni. Motivációs hatása miatt érdekes lehet megmutatni, hogy a szőrmével dörzsölt borostyán negatív. Egyetlen elektron töltését is ki lehet vele mutatni. Elektron (görög): borostyánkő Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) 19
Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) A trimmerkondenzátor kapacitásának mérése Egyes digitális multiméterek képesek közvetlen kapacitásmérésre. A 2 nf méréshatáron a felbontás 1 pf. Megmérhető a trimmerkondenzátor kapacitása. A kondenzátorból 1 1 centiméteres darabokat levágva meghatározható a kapacitás hosszúságtól való függése. A mért értékek az EXCEL programmal kapacitás hosszúság grafikonon is megjeleníthetők. Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) 20
Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) 21
C (pf) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) A trimmerkondenzátor kapacitásának mérése C (l ) 250 200 y = 21,2x - 0,3 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 l (cm) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) A forgókondenzátor kapacitásának mérése 22
Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) 23
Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) A kondenzátor kisülése ellenálláson keresztül Egy 6,8 mf (= 6800 F) kapacitású kondenzátort egy 10 k -os ellenálláson át kisütöttünk, miközben 5 másodpercenként mértük a kondenzátor feszültségét. A mért adatokat feszültség idő grafikonon ábrázoltuk. A Q = C U alapján megrajzoltuk a töltés idő grafikont. Az N = Q/e alapján megrajzoltuk az elektronszám idő grafikont. 24
Q (mc) U (V) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) U (t) 5 4 y = 4,294e -0,0143x 3 2 1 0 0 50 100 150 200 250 300 t (s) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Q (t) 30 25 y = 29,199e -0,0143x 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 t (s) 25
N (10 20 ) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) N (t) 2,0 y = 1,8227e -0,0143x 1,0 0,0 0 50 100 150 200 250 300 t (s) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Analógia a radioaktív bomlás és a kondenzátor kisülése között Részecskék: atommagok elektronok (!) Folyamat: atommagok bomlása elektronok távozása a fegyverzetről Vizsgált mennyiség: megmaradt atommagok száma megmaradt elektronok száma Törvény: t t R C N N0 e N N0 e ELTÉRÉS: 1 a a részecske jellemzője az az RC-kör jellemzője R C 26
N (10 20 ) Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) Az analógia elemzése Az N(t) grafikonról leolvasható a felezési idő (T). Az N(t) grafikon (EXCEL segítségével kiszámított) egyenletéből meghatározható a bomlási állandó ( ) az közepes élettartam ( ) a felezési idő (T) A fogalmak és a köztük fennálló kapcsolatok jobb megértése egy ténylegesen elvégezhető (tanulói) mérés alapján. Zátonyi Sándor: Digitális multiméter az elektrosztatika tanításában (2013.) N (t) 2,0 N 0 = 1,8227 10 20 y = 1,8227e -0,0143x 1,0 ½ N 0 = 0,0143 s 1 = 69,9 s T = ln2 = 48,5 s 0,0 0 50 100 150 200 250 300 T = 48 s t (s) 27
Zátonyi Sándor: DÍJAZOTT KÍSÉRLETEIM www.fizkapu.hu Köszönöm a figyelmet. 28