Multimédia a kísérleti mérések szolgálatában

Hasonló dokumentumok
Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

A gravitációs gyorsulás meghatározására irányuló. célkitűzései:

Gyalogos elütések szimulációs vizsgálata

5. Laboratóriumi gyakorlat

A kísérlet célkitűzései: A súrlódási erőtípusok és a közegellenállási erő kísérleti vizsgálata.

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

Tanulói Módszerek munkaformák. időre. A saját online felületet használják. A tanár A teszt értékelése

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

SCHWARTZ 2012 Emlékverseny

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Érettségi témakörök fizikából őszi vizsgaidőszak

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

7. osztály 2 Hevesy verseny, megyei forduló, 2004.

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Óravázlat- kémia: 4. fejezet 1. óra

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Haladó mozgások A hely és a mozgás viszonylagos. A testek helyét, mozgását valamilyen vonatkoztatási ponthoz, vonatkoztatási rendszerhez képest adjuk

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

T I T M T T. Hevesy György Kémiaverseny

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

TANMENET Fizika 7. évfolyam

(2006. október) Megoldás:

A fizika kétszintű érettségire felkészítés legújabb lépései Összeállította: Bánkuti Zsuzsa, OFI

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó tárgy, test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

Diffúzió 2003 március 28

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VEGYIPAR ISMERETEK EMELT SZINTŰ GYAKORLATI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

Jedlik Ányos Fizikaverseny 3. (országos) forduló 8. o A feladatlap

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

5. A súrlódás. Kísérlet: Mérje meg a kiadott test és az asztal között mennyi a csúszási súrlódási együttható!

Modellkísérlet szivattyús tározós erőmű hatásfokának meghatározására

Fluidizált halmaz jellemzőinek mérése

Gyakorlati Forduló Válaszlap Fizika, Kémia, Biológia

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

MINTAJEGYZŐKÖNYV A VÉRALVADÁS VIZSGÁLATA BIOKÉMIA GYAKORLATHOZ

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

7. gyak. Szilárd minta S tartalmának meghatározása égetést követően jodometriásan

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Nemzeti Akkreditáló Testület. MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2010 számú akkreditált státuszhoz

FIZIKA SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI ÉS MÉRÉSEI

Elektromiográfia (Dinamometria) A motoros egységek toborzása, az izomfáradás vizsgálata A mérési adatok elemzése és értékelése

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

V É R Z K A S A Y E N P

= 4perc40sec időtartamig v 2. = 4perc55sec időtartamig v 3

Tapasztalat: Magyarázat:

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

ROMAVERSITAS 2017/2018. tanév. Kémia. Számítási feladatok (oldatok összetétele) 4. alkalom. Összeállította: Balázs Katalin kémia vezetőtanár

. T É M A K Ö R Ö K É S K Í S É R L E T E K

Feladatlap X. osztály

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

SZERVETLEN ALAPANYAGOK ISMERETE, OLDATKÉSZÍTÉS

VILODENT-98. Mérnöki Szolgáltató Kft. feltöltődés

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011. tanév Kémia I. kategória 2. forduló Megoldások

Curie Kémia Emlékverseny 9. évfolyam III. forduló 2018/2019.

Vas- karbon ötvözetrendszer

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Radioaktív anyag felezési idejének mérése

Középszintű fizika érettségi kísérlet és eszközlista képekkel 2017

A középszintű fizika érettségi kísérleteinek képei 2017.

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Spontaneitás, entrópia

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

AZ ALUMINUM KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA LÚGOS KÖZEGBEN

HŐKEZELÉS FÉMTANI ALAPJAI

Jegyzőkönyv. Konduktometria. Ungvárainé Dr. Nagy Zsuzsanna

Ex Fórum 2009 Konferencia május 26. robbanásbiztonság-technika 1

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

8. osztály 2 Hevesy verseny, megyei forduló, 2004.

I. tétel Egyenes vonalú mozgások. Kísérlet: Egyenes vonalú mozgások

A TERVEZETT M0 ÚTGYŰRŰ ÉSZAKI SZEKTORÁNAK 11. ÉS 10. SZ. FŐUTAK KÖZÖTTI SZAKASZÁN VÁRHATÓ LÉGSZENNYEZETTSÉG

KÉMIAI ALAPISMERETEK (Teszt) Összesen: 150 pont. HCl (1 pont) HCO 3 - (1 pont) Ca 2+ (1 pont) Al 3+ (1 pont) Fe 3+ (1 pont) H 2 O (1 pont)

Kémiai reakciók sebessége

7. osztály 2 Hevesy verseny, megyei forduló, 2002.

TestLine - 7. Fizika Témazáró Erő, munka, forgatónyomaték Minta feladatsor

TestLine - 7. Fizika Témazáró Erő, munka, forgatónyomaték Minta feladatsor

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Hőtan I. főtétele tesztek

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

Kiegészítő tudnivalók a fizikai mérésekhez

Megjegyzések (észrevételek) a szabad energia és a szabad entalpia fogalmához

Az anyagok változásai 7. osztály

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Átírás:

Multimédia a kísérleti mérések szolgálatában A kísérletezés a különböző tudományterületeken hosszú idő óta alkalmazott módszere a megismerésnek és az oktatásnak. Mi más is lehetne az, aminek tanulmányozásával a legtöbbet tudhatunk meg a jelenség lényegéről, mint maga a jelenség? Sok esetben azonban a kísérlet nem végezhető el kellő számban, vagy a kísérleti eszköz nem áll rendelkezésre, esetleg túl költséges vagy időigényes az előkészítés és maga a kísérlet is. Ilyenkor a jelenséget rögzítő mozgóképek azok, amelyek legtöbb vizuális információt képesek visszaadni a változásokról (színváltozás, elmozdulás, gázfejlődés, halmazállapot-változás, stb.). A kísérleti mérések alkalmával azonban a változás tényének, irányának megállapításán túl, célunk annak rögzítése is, hogy a változás milyen mértékű, esetleg időben hogyan játszódik le. Célunk volt annak vizsgálata, hogy milyen lehetőségeket kínál a multimédia a kísérleti mérések terén, és így hogyan választható el időben és térben a kísérletezés és a kísérlet kiértékelése, nem vitatva más módszerek fontosságát és létjogosultságát. A számítógépek elterjedésével egyre gyakrabban alkalmazták azokat különböző kísérleti mérések során. Mechanikai mozgások tanulmányozására készültek olyan kísérleti eszközök, amelyeket fotokapukkal szereltek föl a mozgó tárgy pályája mentén egymástól azonos távolságra. Az érzékelők segítségével egy számítógép mérte és regisztrálta azt az időt, amely alatt a tárgy az egyik kaputól a másikig eljutott. Az eszköz előnyös tulajdonsága, hogy a kísérletet élőben lehet bemutatni, de speciális hardvert igényel, amelyet össze kell kapcsolni a számítógéppel. Bizonyos kísérletek esetében, megfelelően megtervezett és szerkesztett videofelvétel szinte teljesen képes pótolni a kísérlet bemutatását. Ha egy speciálisan kialakított kísérleti eszközzel végzett kísérletet rögzítünk, és fájlban tároljuk, lehetővé válik alkalmas szoftverrel való kiértékelése [1], [2]. Ebben az esetben az időmérő eszköz maga a felvétel, a programnak csak az egymást követő képkockák összehasonlítása, elemzése a feladata. Az előzőhöz képest olyan eszközhöz jutunk, hogy azt megfelelő csatornán bárhová el lehet juttatni és ott a kísérleti mérést, minimális számítógép-kezelői ismeretek birtokában, bárki el tudja végezni ahányszor szükséges. A fenti két példában a számítógép a mérés szempontjából aktív szerepet játszik, mivel egy program végzi az adatgyűjtést és a mérési eredmények kiértékelését, így a felhasználó csak passzív szemlélő.

Megfelelően tervezett kísérlet és kísérleti eszköz lehetővé teszi olyan felvételek készítését, melyeket alkalmas módon szerkesztve, a felvétel szemlélőit a kísérlet aktív részeseivé tehetjük. A videó-fájlok továbbításához csupán hálózati elérésre van szükség. Az alábbiakban néhány, ilyen módon készült felvétel bemutatása következik. Egyúttal a mérés hitelességét is szeretnénk igazolni a leolvasott értékek alapján, a jelenség rövid ismertetésével. A példákat a fizika és a kémia területéről vettük. (Megértésükhöz alapvető fizikai és kémiai ismeretek szükségesek.) Fizika A mechanikai mozgások tanulmányozása kötelező tananyag. Az első példában bemutatott felvételen adott hajlásszögű lejtőről legördülő golyó mozgását figyelhetjük meg, amely aztán felgurul egy másik lejtőre [3]. t (sec) 0,00 0,40 1,16 1,76 2,24 2,44 2,56 s (m) 0,00 0,05 0,40 0,90 1,45 1,75 1,90 t (sec) 2,76 2,96 3,08 3,20 3,36 3,44 3,60 s (m) 2,20 2,40 2,51 2,60 2,70 2,75 2,80 1. ábra Négy fázis a lejtőn legördülő, majd lejtőre felfutó golyó mozgását rögzítő felvételből, valamint a leolvasott értékeket bemutató táblázat.

út (m) 3,00 Gyorsuló majd lassuló mozgás 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 1,00 2,00 3,00 idő (s) 2. ábra A 1. ábra táblázata alapján készült út-idő diagram A 2. ábrán jól látható, hogy a golyó az első szakaszban, a lejtőn lefelé haladva gyorsuló, a második szakaszban, a lejtőn fölfelé haladva lassuló mozgást végzett. Az alábbi 3. ábra a fenti mérési eredmények igazolására készült, számított értékek alapján, azonos lejtőszögek esetén, a közegellenállás, súrlódás elhanyagolása mellett. 3. ábra A szimuláció által megjelenített út-idő diagram. A kísérlet paraméterezése 1. ábra által bemutatott videofelvételen rögzített kísérlet paraméterezésével megegyező. Ezzel magyarázható az ábra és a 2. ábra hasonlósága A következő felvételen szakaszonként egyenletes sebességgel haladó kiskocsi mozgását kísérhetjük figyelemmel. Az 5. ábrán jól látható, hogy a kiskocsi az B és C pontokban bizonyos ideig megállt, illetve a három útszakaszt különböző sebességgel tette mg.

t (sec) 0,00 1,16 4,64 6,68 7,24 10,88 14,24 15,56 s (m) 0,00 0,10 0,45 0,65 0,70 0,70 0,70 0,95 t (sec) 19,24 20,08 22,28 23,48 25,00 26,12 27,52 30,80 s (m) 1,75 1,90 1,90 1,90 1,90 2,05 2,25 2,75 4. ábra Összetett mozgás két fázisa, és a leolvasások alapján készült táblázat 5. ábra A 4. ábra táblázata alapján készült út-idő diagram. Kémia A fenti példák bizonyítják, hogy ez a módszer eredményesen alkalmazható a távolság mérésére. Szeretnénk azonban, ha más jellegű mérések esetében is alkalmazható volna. Ennek érdekében kémiai kísérleteket terveztünk. A kísérletek során a keletkezett anyagok térfogatát kell megmérnünk, de ez könnyen visszavezethető a távolság mérésére. Az első kísérletben hidrogén-peroxidból előállított O 2 -gáz keletkezésének időfüggését vizsgáltuk. A kísérlethez egy speciális gázbürettát kellett készíteni, amelyről folyamatosan nagy pontossággal leolvasható a keletkezett gáz térfogata.

Fe 3+ H 2 O 2 6. ábra A gázfejlesztő készülék a gázbürettával. A gázbürettába alulról bevezetett gáz kiszorítja a folyadékot, ami a gázbüretta alatt elhelyezett edényben gyűlik össze. Az aktuális térfogat a folyadékoszlop magasságának segítségével, a készülék mellett elhelyezett skáláról olvasható le (7. ábra). Gázbüretta Termosztát Reaktor 7. ábra A gázfejlesztő készülék a feltöltött gázbürettával. A skála segítségével 5 cm 3 pontossággal végezhető a leolvasás. A kísérletsorozat különböző kísérletei számára a termosztát biztosított azonos hőmérsékletet

Első esetben a hidrogén-peroxid katalitikus bomlását vizsgáltuk Fe 3+ katalizátor hozzáadásával. A 8. ábra grafikonján jól látható, hogy Cu 2+ (promotor) jelenlétében a reakció gyorsabban játszódik le, de a keletkező gáz mennyisége mindkét esetben azonos értékhez közelít, mert a kísérletek során minden alkalommal 5 cm 3, 15 % (m/m)-os hidrogén-peroxidoldatot mértünk be, ami meghatározza, hogy mennyi O 2 -gáz keletkezhet maximálisan. Mindkét görbén megfigyelhető ez a telítési szakasz, amit a gázfejlődés sebességének csökkenését mutatja. Ez az oldat koncentrációjának csökkenésével magyarázható. t (sec) 0 60 120 180 240 300 360 420 oxigén promotor nélkül 0 18 45 75 102 121 135 146 térfogata (cm 3 ) promotor jelenlétében 0 27 67 104 125 137 145 149 Oxigén-gáz fejlődése hidrogén-peroxidból... V [ml] 150 125 125 137 121 145 135 146 149 100 104 102 75 50 67 45 75 25 0 27 18 0 0 60 120 180 240 300 360 420...promotor nélkül...promotor jelenlétében t [sec] 8. ábra A leolvasott térfogatértékeket tartalmazó táblázat és a táblázat adatai alapján készített grafikon A második kísérletben a nátrium-acetát kristályosodását figyelhetjük meg. Nátrium-acetát túltelített oldatába kristályos Na-actátot helyezünk. Ennek hatására megkezdődik a kristályok keletkezése A mérési eredmények alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy a kristályosodás sebessége az időben nem változik.

A Na-acetát túltelített oldatát úgy nyertük, hogy a só melegítés hatására saját kristályvizében oldódott föl. A kristályosodás sebességét úgy értelmezhetjük, hogy egységnyi idő alatt mennyi oldott anyag megy át a szilárd fázisba. A folyamat kezdeti szakaszától eltekintve a kristály felülete nem változik, mert a kémcső keresztmetszete állandó. A kristályosodás sebessége a felület nagyságán kívül az oldat koncentrációjától is függ. Az oldószer és az oldott anyag aránya azonban nem változik a folyamat során. a b t [s] 0 3 6 9 12 15 18 21 24 a keletkezett kristály térfogata V [cm 3 ] 0,0 1,3 3,1 4,9 6,5 8,3 10,1 11,9 13,5 9. ábra A kristályosodási folyamat beindítása (a), a kristálynövekedés állapotai 3 másodpercenként (b). A leolvasott térfogatértékeket tartalmazó táblázat és a táblázat adatai alapján készített grafikon

Na-acetát kristályosodása V [ml] 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 t [sec] 10. ábra A leolvasott térfogatértékeket tartalmazó táblázat és a táblázat adatai alapján készített grafikon Összegzés A bemutatott kísérletek jól példázzák, hogy megfelelően tervezett és szerkesztett felvételekkel lehetőség nyílik a jelenség bemutatása mellett a mennyiségi változások mérésére is a megfelelő pontossággal. A fenti példák megegyeznek abban, hogy valamely mennyiség időbeli változását kísérhetjük figyelemmel. Az időmérés eszköze maga a felvétel (25 kép másodpercenként), a jelenséget kísérő változás nagyságának mérését távolságmérésre vezettük vissza. A módszertől azt is reméljük, hogy a tanulók körében egyre kevésbé kedvelt tárgyak népszerűsége nőni fog. Irodalom: [1] Geda, G., Vida, J.: Observation of mechanical movements through virtual experiments, ICAI 2004 [2] Geda, G.: How to study the mechanical movements in the future through the Internet, Динаміка наукових досліджень 2004 [3] Geda, G., Vida, J.: Digitális tudásbázis és fizikai mérőkísérletek, AgriaMédia 2004

Geda Gábor Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola gedag@aries.ektf.hu Vida József Fizika Tanszék Eszterházy Károly Főiskola vidajo@ektf.hu Murányi Zoltán Kémia Tanszék Eszterházy Károly Főiskola mzprx@ektf.hu B. Tóth Szabolcs Kémia Tanszék Eszterházy Károly Főiskola szabilevel@freemal.hu