Fizika kísérletek: elektrosztatika és elektromos áram

Nyomtatás

vissza

Kísérletek elektroszkóppal

(Horváth Petra - 8. évfolyam)

Eszközök:

2 db elektroszkóp, ebonit rúd, szőrme, üvegrúd, foncsorozott bőr, szigetelő nyéllel ellátott fémpálca, fa hurkapálca.

A kísérlet leírása:

Töltésszétválasztás: dörzsöljük meg az ebonit rudat a szőrmével, majd az ebonit rudat érintsük az elektroszkóp fémgömbjéhez. Az elektroszkóp jelzi a töltéseket, ha a fémgömbhöz érintjük a szőrmét, az elektroszkóp lamellái visszaállnak eredeti helyzetükbe.

Kétféle töltés kimutatása: dörzsöljük meg az ebonit rudat szőrmével és a rudat érintsük az elektroszkóp fémgömbjéhez. A mutató kitér. Ezt követően dörzsöljük meg az üveg rudat a foncsorozott bőrrel és érintsük az üveg rudat az elektroszkóp gömbjéhez. A mutató visszaáll eredeti helyzetébe.

Szigetelők és vezetők megkülönböztetése: a két elektroszkópot kössük össze a szigetelő nyéllel ellátott fémpálcával és az egyiket töltsük fel.  A másik elektroszkóp is ugyanolyan mértékben kitér. Ismételjük meg a kísérletet, de a fémpálcát cseréljük ki a fa hurkapálcára. A töltetlen elektroszkóp lamellái nyugalomban maradnak.

Megosztás jelensége: Az elektroszkóp fémgömbjéhez csak közelítjük a feltöltött ebonit rudat, de nem érintjük hozzá, mégis jelez az elektroszkóp lamellája.

 


 


 

Elektromos harang

(Horváth Petra - 8. évfolyam)

Eszközök:

Síkkondenzátor, röpzsinór, ebonitrúd/üvegrúd, szőrme/bőr, szigetelő fonálon fémgolyó.

A kísérlet leírása:

A kondenzátor egyik fegyverzetét leföldeljük, majd a kondenzátort egy megdörzsölt ebonit/üvegrúd segítségével feltöltjük. A feltöltött kondenzátor lemezei közé függesztett fémgolyó pattogni kezd. Rövid idő után lassul, majd megáll.

 


 


 

Vezetőre vitt többlet töltés

(Horváth Petra - emelt szintű érettségi felkészítés)

Eszközök:

Fémháló selyemszalagokkal, ebonit rúd, szőrme, fémedény szigetelőtalppal,
Van de Graaff-generátor, vezeték, szigetelő nyéllel ellátott fémgömb, elektroszkóp

A kísérlet leírása:

  1. Dörzsöljük meg az ebonit rudat és érintsük hozzá a kiegyenesített fémhálóhoz. Ismételjük meg többször a kísérletet. A hálóra vitt többlettöltést a háló mindkét oldalán felemelkedő selyemszalagok jelzik Ha hengert formálunk a hálóból és megismételjük az előbbi kísérletet, csak a külső, domború felületen emelkednek fel a szalagok.
  2. A fémedényt Van de Graaff generátorral feltöltjük. Először az edény külső felületéről „kanalazzuk” át a töltéseket az elektroszkópra. Ekkor az elektroszkóp lamellái kilendülve jelzik a többlettöltést. A feltöltött fémedény belső felületéről kanalazva viszont nem tapasztalunk változást.

A kísérletekkel azt szemléltetjük, hogy a vezetőre vitt többlettöltés mindig a vezető külső, domború felületén helyezkedik el.

 

 


 

A Van de Graaf generátor működése

(Bognár Gergely - 8. évfolyam)

Eszközök:

Van de Graaf generátor kisütő gömbbel, elektroszkóp és vezetékek

A kísérlet leírása:

A Van de Graaf generátor dörzsölés segítségével választja szét a töltéseket, hasonlóan az ebonitrúd vagy a vonalzó dörzsöléséhez, csak mindezt jóval hatékonyabban teszi. Egy gumiszalagot két műanyag henger forgat, közben ezek egymáshoz dörzsölődnek, és a töltések szétválnak. A generátor tetején elhelyezett fém gömb felszínén gyűlnek össze a pozitív töltések, míg a generátor alját leföldeljük. A szalagot kézi meghajtással is mozgathatjuk, a hatékonyság növelésének érdekében érdemes elektromotort használni.

Bekapcsolás után a kisütő gömböt, amit előzőleg leföldeltünk, a generátor felső gömbjéhez közelítve kisebb-nagyobb szikrákat tapasztalunk. A gömb felszínén kialakuló potenciál (a gömb és a föld közötti feszültség) elegendő ahhoz, hogy a levegőben kisebb „villámokat” hozzon létre.

A „villámok” előállításához nagy feszültségre van szükség. Ha a Van de Graaf generátort összekötjük egy elektroszkóppal, akkor megmérhetjük, hogy mekkora potenciált (a gömb és a föld közötti feszültséget) állítottunk elő. Az elektroszkópról meglepő értékeket olvashatunk le. A feszültség kb. 4000-7000 V között helyezkedik el. (Értékét a levegő páratartalma, a generátor minősége és egyéb tényezők is befolyásolják.) A tankönyveinkben azt olvashatjuk, hogy 42 V feletti feszültség már veszélyes az emberi szervezet számára. Ennek ellenére a készülék közel százszoros feszültsége egyáltalán nem veszélyes. A generátor fémgömbje ugyanis csekély mennyiségű töltést tárol, így nem jöhet létre jelentős áramerősség. A gömböt megérintve apróbb csípést tapasztalunk, olyasmit, mint kosarazás közben vagy a pulóverünk levétele után.

 

 


 

Kísérletek Faraday-kalitkával

(Bognár Gergely - 8. évfolyam)

Eszközök:

Van de Graaf generátor kisütő gömbbel, fémháló
papírból készült karácsonyfa modell, elektroszkóp és vezetékek

A kísérlet leírása:

Vezetőkben a töltések a lehető legmesszebb helyezkednek el egymástól, ezért a vezető széleire vándorolnak ki, a belsejükben az elektromos térerősség és potenciál nulla. Ha nem így lenne, a töltések a vezetők belsejében folyamatosan mozognának mindenféle külső hatás nélkül, ami több ok miatt is elképzelhetetlen, például sértené az energia megmaradás törvényét. Ezen az elven működik az ún. Faraday-kalitka, amely alkalmas az elektromos tér árnyékolására.

A Faraday-kalitkával nemcsak a külső elektromos tér árnyékolható le, hanem a belső is. Ha egy üreges fém belsejében töltéseket helyezünk el, akkor az elhelyezett töltésekkel ellentétes töltések a vezető belső felületén gyűlnek össze, míg az azonosak a felszínén.(1. ábra) A felszíni töltéseket földelés segítségével elvezetve, a kialakult elektromos teret leárnyékolhatjuk. (2.ábra) Magyarázatként gondoljunk a Gauss-tételre, amely kimondja, hogy egy zárt felületen áthaladó térerősség vonalak száma arányos a felület által határolt térfogatban található töltések előjeles összegével.

         

Több hétköznapi eszközünk működik Faraday-kalitkaként, pl: mikrohullámú sütő, személygépkocsik alváza, vezető hálóval bevont csomagolás az elektromos készülékek védelmében, nagyfeszültségű vezetékek javításánál a szerelő védelmében fém hálót használnak, stb.

 

 


 

Kísérletek a csúcshatásra

(Bognár Gergely - 8. évfolyam)

Eszközök:

Van de Graaf generátor, elektromos Segner-kerék, tüske, gyertya, gyufa, vezetékek

A kísérlet leírása:

Vezetőkben a töltések szabadon elmozdulhatnak, és mivel taszítják egymást, a lehető legtávolabb helyezkednek el egymástól. Mindennek következtében a vezetők csúcsaiban a töltéssűrűség megnő. A nagyobb töltés sűrűség nagyobb elektromos teret is eredményez. Az elektromos tér magához vonzza a levegőben lévő apró porszemeket és páracseppeket, ezek felveszik a fém töltését, és az elektromos taszítás miatt nagy sebességgel távoznak a csúcstól.

A jelenség demonstrálásához a Van de Graaf generátor felső gömbjét összekötjük egy szöggel, majd a szög elé egy égő gyertyát helyezünk. A generátor bekapcsolása után látható, hogy a gyertya lángja elmozdul, ha szerencsénk van, el is alszik, mintha fújná valami, ez a valami pedig a fent említett elektromos szél.

A második kísérletünkben a generátort egy ún. Segner-kerékkel kötjük össze. A kerék végei csúcsokban végződnek. A csúcsoknak a levegő fent megnevezett részecskéi neki ütköznek, sőt vissza is pattannak róla, mindez forgásba hozza a kereket.

 

 


 

Hogyan állítsuk „égnek” a diákok haját?

(Bognár Gergely - 8. évfolyam)

Eszközök:

Van de Graaf generátor, önként jelentkező diák

A kísérlet leírása:

Egy diák az asztal tetejére áll, és megfogja a Van de Graaf generátort. Cipőjének talpa szigetelőként biztosítja, hogy a testére kerülő töltések ne áramoljanak a földbe. Miután a generátort bekapcsoltuk, töltések kerülnek a diák testére. Az emberi test vezetőnek számít, ezért a töltések a felszínén helyezkednek el, és a „csúcsokban”, például a hajszálakon megnő a töltéssűrűség, és ennek következében az elektromos tér is. Az azonos töltésű hajszálak elkezdik egymást taszítani, ennek következtében égnek állnak. Ha a kisütő gömb segítségével a töltéseket elvezetjük, a hajszálak eredeti állapotukba kerülnek vissza.

Megjegyzés:

A kísérlet semmiféle veszéllyel nem jár az alanyra nézve, a feszültség ugyan hatalmas, de nagyon parányi áramerősség tartozik hozzá, ezért nem kell félnünk.

 

 


 

Ohm-törvény

(Horváth Petra - közép szintű érettségi felkészítés)

Eszközök:

Izzó, tápegység, vezetékek, 2 db multiméter

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az áramkört. Az ampermérőt az izzóval sorba kössük, a feszültségmérőt pedig az izzóval párhuzamosan. A tápegységen változtassuk a feszültséget és olvassuk le a multimétereken az összetartozó értékeket.  A mért értékeket ábrázoljuk koordináta rendszerben.  A feszültséget az áramerősség függvényében. A mérési pontokra origón átmenő egyenes illeszthető. Tehát megállapítható, hogy egy adott fogyasztón eső feszültség egyenesen arányos a fogyasztón átfolyó áram áramerősségével. Hányadosuk az adott fogyasztóra jellemző érték, az úgynevezett elektromos ellenállás.

 

 


 

Kapcsolat a vezeték hossza és ellenállása között

(Bognár Gergely - 8. évfolyam)

Eszközök:

tápegység, csengő, röpzsinór, acélhuzal, zsebizzó

A kísérlet leírása:

A bemutatott kísérletben a vezetékek hossza és ellenállása közötti kapcsolatot vizsgáljuk. Egy csengő hangerejét és egy izzó fényét figyeljük meg úgy, hogy az áram egyre hosszabb vezetéken jut el a fogyasztókhoz. Az eredmény magáért beszél.

 

 



Termisztor

(Bognár Gergely - emelt szintű érettségi felkészítés)

Eszközök:

termisztor, digitális multiméter, röpzsinór
főzőpohár, folyadékos hőmérő, vasháromláb, Bunsen-égő, gyufa

A kísérlet leírása:

Töltsünk vizet a főzőpohárba, majd helyezzük bele a folyadékos hőmérőt és a termisztort! Utóbbit csatlakoztassuk a multiméterhez, aminek segítségével ellenállást mérhettünk!  Jegyezzük fel, mind a hőmérsékletet, mind az ellenállást! A vizet kezdjük melegíteni! Jó látható, hogy a hőmérséklet növekedésével csökken a termisztor ellenállása. Ha az adatokat feljegyezzük, és grafikonon ábrázoljuk, megkapjuk a termisztor karakterisztikáját, aminek segítségével később akár hőmérsékletet is mérhetünk.

 

 


 

Soros és párhuzamos kapcsolás

(Horváth Petra - 8. évfolyam)

Eszközök:

2 db közel azonos ellenállású izzó, vezetékek, 2 db multiméter, tápegység

A kísérlet leírása:

Először csak az egyik izzót kössük az áramkörbe. Kapcsoljunk feszültséget az izzóra, figyeljük meg mekkora értéknél maximális a fényerő.

Kapcsoljuk sorba a két izzót és az előző feszültség mellett vizsgáljuk az izzók fényerejét!

Ismételjük meg a kísérletet párhuzamos kapcsolás esetén is.

Sorosan kapcsolt izzók esetén mérjük meg az izzókon eső feszültségeket és a rajtuk átfolyó áram áramerősségét.

Ismételjük meg a mérést párhuzamos kapcsolás esetén is.

 

 


 

 Wheatstone-híd

(Juhász Zoltán - emelt szintű érettségi felkészítés)

Eszközök:

Wheastone-híd, ellenálláshuzallal, előkészített áramkör.
Egy ismert R ellenállás, és egy ismeretlen Ri ellenállás (izzó)
Multiméter, vagy galvanométer, lengővezetékek.
Egyenáramú áramforrás

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze és kapcsoljuk feszültség alá a képen látható áramkört. Mozgassuk a csúszóérintkezőt az ellenálláshuzalon addig, amíg a csúszóérintkezőre kötött áramerősségmérő nem mutat áramot. Határozzuk meg az ismeretlen ellenállás nagyságát.

  • Figyeljük meg, hogy milyen irányú áram folyik a lengővezetékben, ahogyan mozgatjuk a csúszóérintkezőt.
  • Értelmezzük a jelenséget.

Tapasztalat, magyarázat:

Ahogyan a csúszóérintkezőt jobbra-balra mozgatjuk az ellenálláshuzalon, az áram iránya változik. Meg tudunk keresni egy pontot, amikor nem folyik áram ezen a vezetéken. Ekkor az ábrán jelölt C és D pontok között a potenciál különbség nulla. Ekkor az ismeretlen ellenállás nagysága meghatározható:

 

 


 

Tápegységek feszültsége

(Juhász Zoltán - emelt szintű érettségi felkészítés)

Eszközök:

digitális adatgyűjtő, feszültségmérő szenzor
3 db különböző törpefeszültségű tápegység (AC/DC)

A kísérlet leírása:

Üzemeljük be a digitális adatgyűjtőt és csatlakoztassuk a szenzort az első tápegység kimenetelére. Állítsunk be rövid, pl. 50ms-os mérési időt gyors, pl. 20ms-os mintavételezéssel. Adjunk feszültséget a tápegység kimeneteleire és indítsuk el az adatgyűjtést. Figyeljük meg a mért feszültségek grafikonját.

  • Fokozottan figyeljünk a szenzor mérési tartományára.
  • Ismételjük meg a mérést/adatgyűjtést a többi tápegységnél is.
  • Jegyezzük le a tapasztalatainkat.

Észrevételek tapasztalatok:

A laboratórium fixen az asztalra telepített gyengeáramú tápegységei szinuszos váltóáramot, illetve kétutas egyenirányított simítatlan egyenáramot adnak le a kimeneteleiken. A kijelzőn a feszültségek effektív értékei jelennek meg. A laboratórium 1-es sorszámú piros tápegysége stacionárius egyenáramot szolgáltat.

Effektív feszültség:

Egy nem stacionárius pl. váltakozó áram feszültségének effektív értékén, annak a stacionárius egyenáramnak a feszültségét értjük, amelynek kémiai egyenértéke megegyezik az egyenirányított áram kémiai egyenértékével.

 


 

 

Eseménynaptár


Akadálymentes változat

Impresszum  |  Oldaltérkép |  Kapcsolat 
©2013 All Right Reserved.
Révai Miklós Gimnázium és Kollégium
9021 Gyõr, Jókai u. 21.