Elektromosságtan
2022.10.A3/B A Lenz-törvény bemutatására szolgáló eszköz két darab, állványra függesztett, könnyű alumínium gyűrűből áll. Az egyik gyűrű zárt, a másik nyitott. A gyűrűpár könnyen elfordul az eszköz tengelye körül. A kísérlet során egy rúdmágnest szeretnénk áttolni a gyűrűkön. Azt tapasztaljuk, hogyha a zárt gyűrűn akarjuk áttolni a rúdmágnest, az eszköz a mágnes mozgatásának irányába elfordul. Ha a rúdmágnest a nyitott gyűrűn próbáljuk eltolni, elfordulást nem tapasztalunk.
3/B feladat A rúdmágnes zárt gyűrűn való áttolásának elemzése: 14 pont (bontható) A rúdmágnes tere inhomogén (2 pont), így az alumíniumgyűrű változó mágneses térbe kerül a mágnes közelítése során (2 pont). A változó mágneses tér hatására a gyűrűben feszültség indukálódik (2 pont). Mivel az alumínium jó vezető, ezért a zárt gyűrűben az indukált feszültség hatására áram fog folyni (2 pont). A zárt gyűrűben indukálódott áram kölcsönhatásba lép a mágnesrúd mágneses terével (2 pont) oly módon, hogy azt a hatást, ami az indukcióra vezetett (azaz a mágnesrúd közeledését), Lenz törvényének megfelelően (2 pont) akadályozza (2 pont). A mágnesrúd fordított pólussal való közelítésének elemzése: 3 pont (bontható) A jelenséget nem befolyásolja a mágneses tér iránya, hiszen annak oka a mágneses tér változása (2 pont), az eszköz ugyanúgy fog elfordulni (1 pont). A nyitott gyűrű esetének vizsgálata: 3 pont (bontható) Mivel a gyűrű nyitott, abban nem indul meg számottevő áram (2 pont) az indukált feszültség hatására, így nem ébred forgató erő a rúdmágnes és az indukált áram mágneses terének kölcsönhatása miatt (1 pont). Összesen: 20 pont 2022.10.B
3/B Egy vékony, mágnesezett tűt ügyesen úgy függesztünk fel, hogy szabadon tud forogni vízszintes síkban és függőlegesen (vízszintes tengely körül) is. A tűt minden más mágneses vagy mágnesezhető tárgytól távolt tartva azt tapasztaljuk, hogy magától nyugalomba jutva a hegye észak felé mutat, de nem vízszintesen áll meg, hanem ferdén. Ha a Föld több helyén megismételjük a kísérletet, azt tapasztaljuk, hogy míg az Egyenlítő közelében a tű közel vízszintesen áll be az északi irányba, Magyarországon kb. 60 fokot zár be a vízszintessel, míg északi országokban akár közel függőleges is lehet az egyensúlyi pozíció.
a) Hogyan áll be egy mágnesezett (és szabadon elfordulni képes) tű mágneses térben? Magyarázza meg, miért fordul a tű hegye észak felé, amikor minden más mágneses tulajdonságú és mágnesezhető tárgytól távol vagyunk!
b) Milyen a Föld mágneses terének szerkezete? Készítsen vázlatos ábrát róla, jelölje be rajta a Föld mágneses pólusait, az indukcióvonalak irányát!
c) A rajz segítségével magyarázza el, miért billen ki a tű a vízszintes síkból, ha nem az Egyenlítő környékén vagyunk! Hol lesz a tű egyensúlyi helyzete függőleges?
d) Mi határozza meg a földrajzi Északi-sark helyzetét, és ez hogyan viszonyul a mágneses északi sarokhoz, azaz az északi pólushoz?
3/B feladat a) A mágnesezett tű egyensúlyi helyzetének ismertetése: 4 pont (bontható) A mágneses tér indukcióvonalaival párhuzamosan (2 pont) áll be a tű. Mivel a Földnek mágneses tere van, a tű iránytűként viselkedik (2 pont), észak-déli irányba mutat. b) A Föld mágneses terének rajza és a mágneses tér tulajdonságainak leírása vagy egyértelmű jelölése a rajzon: 4 pont (bontható) A rajzon vagy a csatolt magyarázaton legyen nyilvánvaló, hogy: A Föld mágneses tere dipólustérhez hasonló (2 pont), olyan, mint egy rúdmágnes tere. Az indukcióvonalak a Föld északi mágneses pólusából indulnak és a déli mágneses pólusban végződnek (2 pont). c) A tű vízszintestől eltérő helyzetének magyarázata a rajz alapján: 8 pont (bontható) Az indukcióvonalak többnyire nem párhuzamosak a Föld felszínével (2 pont). Az Egyenlítő környékén közelítőleg igen, de minél távolabb vagyunk az Egyenlítőtől, annál jobban eltérnek a vízszintestől (2 pont). A mágneses pólusok környékén az indukcióvonalak közel függőlegesek (2 pont). Így a tű, amely a mágneses inducióvonalakkal párhuzamosan áll be, a mágneses pólusokon függőlegesen fog állni (2 pont). d) A földrajzi észak meghatározása, a földrajzi és mágneses észak viszonyának megadása: 4 pont (bontható) A földrajzi Északi-sark az a pont, ahol a Föld forgástengelye metszi a Föld felszínét az északi félgömbön (2 pont). Ez nem esik egybe a mágneses pólussal (1 pont), A déli mágneses pólus közelében van (1 pont). Összesen: 20 pont 2022.05.A
3/B Egy légritkított csőben nagy feszültség segítségével elektronokat gyorsítunk, amelyek a cső végén lévő ernyőre érkeznek az ábrán látható módon. Ha a cső köré nagy méretű patkómágnest helyezünk, akkor az elektronok eltérülnek, és a középponthoz képest y távolsággal lejjebb érnek az ernyőre, közvetlenül a középpont alatt. Az ernyő anyaga a becsapódó elektronok hatására világít, így látszik, mennyire térültek el az elektronok az egyenes iránytól. A mágnespatkó pólusai között a mágneses mező jó közelítéssel homogén. (A gravitációs tér hatása elhanyagolható.)
b) Milyen pályán mozognak az elektronok a mágneses mező homogénnek tekinthető részén, és milyenen a mágneses mezőt elhagyva?
c) Határozza meg, hogy az ábrán látható mágnesnek melyik az északi pólusa!
d) Hogyan változik a mágneses mezőn áthaladó elektronok sebessége?
e) Hogyan változna az eltérítés y távolsága, ha erősebb mágnest használnánk? Válaszát indokolja!
f) Hogyan változna az eltérítés y távolsága, ha a gyorsítófeszültséget növelnénk? Válaszát indokolja!
3/B feladat a) Az eltérülés magyarázata: 2 pont Mágneses térben mozgó töltésre a mozgás irányára merőleges erő hat. (Képlet felírása nem szükséges. Amennyiben a vizsgázó csak képletet ír, csak abban az esetben jár a pont, ha jelöli, hogy az erő nem párhuzamos a sebességgel.) b) Az elektronpálya alakjának leírása a két szakaszon: 4 pont (bontható) A mágneses térben: körpálya (2 pont) A mágneses téren kívül: egyenes vonalú mozgás (2 pont) c) Az északi pólus egyértelmű megjelölése: 2 pont Az elülső része az északi pólus. d) Az elektronok sebességváltozásának megadása: 4 pont (bontható) Az elektronok sebességének nagysága nem változik (2 pont), iránya megváltozik (2 pont). e) Az eltérítés változásának megadása nagyobb mágneses tér esetén: 4 pont (bontható) Az elektronok eltérítése nőne (2 pont), mivel nagyobb mágneses térben nagyobb a mozgásirányra merőleges erő (2 pont). f) Az eltérítés változásának megadása nagyobb gyorsítótér esetén: 4 pont (bontható) Az elektronok eltérítése csökkenne (2 pont), mivel nagyobb sebességű részecskék nagyobb sugarú körpályán haladnak (2 pont) a mágneses térben. Összesen: 20 pont 2021.10.
3/A A vas olvasztásának egy lehetséges módja az indukciós kemence. A kemence felépítését az ábra mutatja. Egy magas hőmérsékleten is hőálló tartályt egyenes tekercs vesz körül. A tekercsbe váltóáramot vezetnek. Ha a tartályba vasdarabokat helyeznek, azok vasmagként viselkedve felerősítik a tekercs mágneses terét, és egy idő után a bennük fellépő erős örvényáramok hőhatása miatt megolvadnak. Más fémek nem erősítik fel a mágneses teret úgy, mint a vas, az örvényáramok sokkal gyengébbek lesznek. Ezért a kemence csak vas olvasztására használható.
c) Magyarázza el részletesen, hogy miért lépnek fel örvényáramok a kemencébe helyezett vasdarabokban!
d) Mitől olvadnak meg a vasdarabok a kemencében?
e) Lehet-e üveget olvasztani az indukciós kemencében?
f) Miért nem olvad meg a réz és az alumínium a gyengébb örvényáramok hatására?
g) Működne-e a kemence, ha egyenáramot vezetnénk a tekercsbe? Válaszát indokolja!
h) Miért nem lehet a kemence tartálya vasból?
3/A feladat a) A váltóárammal táplált egyenes tekercs terének bemutatása: 2 pont (bontható) A tekercs belsejében a tekercs tengelyével párhuzamos tér alakul ki (1 pont), mely időben változik (1 pont). b) A vasmag szerepének ismertetése: 2 pont A vasmag felerősíti a mágneses teret. c) Az örvényáramok keletkezésének magyarázata: 4 pont (bontható) Mivel a vasban változik a mágneses tér erőssége (1 pont), ez elektromos teret kelt (1 pont), mely a vasban, ami vezető (1 pont), örvényáramokat indít (1 pont). d) A vas megolvadásának magyarázata: 2 pont A vasban folyó áram hőhatása (elektromos teljesítménye) (2 pont) az, ami a vasat felmelegíti, e) Az üveg esetének diszkussziója: 3pont (bontható) Mivel az üveg szigetelő (nem vezeti az áramot) (2 pont), nem indulnak benne örvényáramok, tehát nem olvad meg (1 pont). f) A réz és alumínium esetének elemzése: 3pont (bontható) A gyengébb áramok hőhatása kisebb (2 pont), ezért ezen fémek hőmérséklete nem éri el az olvadáspontjukat (1 pont). g) Az egyenáram esetének diszkussziója 3pont (bontható) Egyenáram hatására állandó mágneses tér keletkezik, tehát nem jön létre elektromos tér (2 pont), a kemencébe helyezett vasban nem indulnak örvényáramok, tehát a kemence nem működik (1 pont). h) Annak indoklása, miért nem lehet a tartály vasból: 1pont Ha a tartály vasból lenne, maga is megolvadna. Összesen: 20 pont 2021.05.
3/B Sokszor előfordul, hogy miközben levesszük a pulóverünket, sercegést hallunk, sötétben esetleg kis szikrákat látunk. Máskor pl. az ajtókilincshez vagy a lépcsőház fémkorlátjához közelítve pattannak ki kis szikrák rólunk, amik a rajtunk felgyülemlett sztatikus töltést elvezetik. Ilyenkor 2-3 mC töltés is távozik a testünkről, 1-2 századmásodperc alatt. Feltöltődhetünk például úgy is, hogy csoszogva haladunk a padlószőnyegen. Az anyagok dörzselektromos viselkedését az alábbi táblázat mutatja. Ha két különböző anyagot összedörzsölünk, akkor az, amelyik a táblázatban a másiktól jobbra áll, negatív töltésre tesz szert, míg a másik ugyanakkora pozitív töltésre.
váló,
elektront
leadó
anyagok
levegő nyúlszőr üveg emberi
haj gyapjú alumínium papír gyapot
(pamut) borostyánkő
poliészterek
(műszál
alapanyaga)
teflon
Negatívvá
váló,
elektront
felvevő
anyagok
a) Miért pattog, szikrázik a műszálas (poliészter) pulóver a levétele során, ha alatta pamut pólót hordunk, és mért nem fog szikrázni, ha a pulóver is pamutból van?
b) Pozitív vagy negatív többlettöltésre tesz szert a műszálas pulóver a levétele során, ha alatta pamut pólót hordunk? A pamut pólóról a műszálas pulóverre, vagy a műszálas pulóverről a pamut pólóra lépnek át elektronok?
c) Mivel dörzsöljük meg a hajunkat, ha azt akarjuk, hogy negatív töltések halmozódjanak fel rajta?
d) A jelenség elkerülése érdekében egyes laboratóriumokban fémszálas talpú cipő viselését írják elő a gumitalpú cipők helyett. Miért akadályozza a feltöltődést a gumitalpú cipő fémszálasra cserélése?
e) Vajon hegyes vagy tompa fém tárgyak megközelítésekor valószínűbb az elektromos kisülés létrejötte? Válaszát indokolja!
3/B feladat a) A pulóver és póló kölcsönhatásának értelmezése: 4 pont (bontható) Műszálas pulóver és pamutpóló összedörzsölésekor két különböző anyag súrlódik, így sztatikus elektromossággal töltődnek fel (2 pont), ez vezet szikrázáshoz, sercegéshez. Ha mindkét ruhadarab pamutból van, nem jön létre feltöltődés (2 pont). b) A töltésviszonyok meghatározása: 4 pont (bontható) A műszálas pulóver negatív töltésű lesz (2 pont). A pamut polóról lépnek át elektronok a műszálas pulóverre (2 pont). c) Dörzsöléshez választott anyag: 2 pont (nem bontható) A hajunkat például nyúlszőrrel (2 pont) dörzsölhetjük meg, ha negatív töltést szeretnénk felhalmozni rajta. (Az üveg is elfogadható.) d) A fémszálas cipőtalp szerepének elemzése: 4 pont (bontható) Mivel a fém vezeti az áramot (2 pont), a töltések nem halmozódnak föl és keltenek szikrát, hanem folyamatosan távoznak, elvezetődnek (2 pont) a testünkből a föld felé. e) A megérintett fémtárgyak alakjának szerepe: 6 pont (bontható) A csúcshatás (3 pont) miatt hegyes fémtárgyakhoz közelítve könnyebben (3 pont) keletkezik elektromos kisülés. Összesen: 20 pont 2020.06.
3/A
Mindkét típusnál a sínekhez közel elhelyezkedő, függőleges tengelyű elektromágnesek sorozatát rejti egy burkolat az ábrákon látható módon. Az egyik esetben (1.) a fékezéskor a vezető nagy egyenáramot indít a tekercsekben. A tekercsek ilyenkor egy rugó ellenében odavonzódnak az acélsínekhez, az aljukra szerelt csúszófelület pedig hozzátapad a sínhez, és lefékezi a szerelvényt.
A másik esetben (2.) a fék bekapcsolásakor áram indul a tekercsben, de nem tapad a sínhez a tekercs, hanem a tekercsek mágneses tere a szerelvény mozgása miatt a fémsínekben örvényáramokat hoz létre. Ez fékezi le a szerelvényt.
a) Magyarázza el az 1. típusú fék működését a sín és a fékberendezés között ható erők elemzésével!
b) Miért növeli meg a fékhatást, ha a tekercsekben folyó áram értékét megnöveljük?
c) Mutassa be a 2. típusú fék működését! Milyen fizikai jelenség áll a fék működésének hátterében?
d) Működne-e rézsínen, illetve kőből készült sínen az 1., illetve a 2. típusú fékberendezés?
3/A feladat a) Az 1. típusú fékberendezés működésének részletes leírása: 6 pont (bontható) Az elektromágnes (1 pont) odavonzza magát a vassínhez (1 pont). Ezáltal megnő a fékfelület és a sín közötti nyomóerő (2 pont), amivel megnövekszik a súrlódási erő is (2 pont). b) Az áramnövelés hatásának magyarázata: 4 pont (bontható) Ha a tekercs áramát megnöveljük, a vonzóerő is nő (2 pont), így a nyomóerő (1 pont), valamint a súrlódási erő is megnövekszik (1 pont). c) A 2. típusú fékberendezés működésének részletes leírása: 6 pont (bontható) A sín közvetlen környezetében változik a mágneses tér (2 pont), ez örvényáramokat indukál (2 pont). Lenz törvénye értelmében ezek az örvényáramok fékezik a szerelvényt (2 pont). d) A kő- és rézsín vizsgálata: 4 pont (bontható) Kőből készült sínen egyik fék sem működne, hiszen a követ nem vonzza a mágnes (1 pont), és nem keletkeznek benne örvényáramok (1 pont). A rézsínen csak a második típusú fék működne, mert a rézben keletkeznek örvényáramok (1 pont), ám a mágnes nem vonzza a rezet (1 pont), ezért az első típusú fék nem működne rajta. Összesen: 20 pont 2018.05.
3/B A röntgenvizsgálat során a röntgenkészülék röntgencsövében keletkező sugarakat használják a test átvilágítására. A röntgensugarak úgy keletkeznek a csőben, hogy az izzó katódból kilépő elektronokat elektromos tér segítségével felgyorsítják, így azok nagy sebességgel becsapódnak az anódba. A becsapódó elektronok az erős fékezés során röntgensugarakat bocsátanak ki. A sugarakat nem fókuszálják, hanem segítségükkel egyszerű árnyékképet készítenek. Ahol a filmre több sugár érkezik, ott a film megfeketedik, ahol kevesebb, ott világos marad. A mellékelt ábrákon egy röntgencső vázlatos szerkezetét, illetve egy halakról készített röntgenfelvételt láthatunk.
Válasz
b) Hová kell helyezni a röntgencsőhöz képest a tárgyat, amelyről a felvételt kell
készíteni, és hová a fotólemezt (ernyőt)?Válasz
c) Miért kell a röntgencső anódját hűteni? Mitől melegedhet fel?Válasz
d) Vizsgálja meg a halakról készített röntgenfelvételt! Magyarázza meg, hogy miért vált
láthatóvá a halak vázszerkezete!Válasz
e) A halak testében levegővel teli hólyagok, úgynevezett úszóhólyagok vannak. Jelölje
be a középső hal testében a hólyagok helyét, ha tudjuk, hogy a levegő átengedi
a sugarakat!Válasz
f) Hogyan változik a halra ható felhajtóerő, ha úszóhólyagjai méretét csökkenti?Válasz
3/B feladat a) A röntgensugarak jellemzése: 4 pont (bontható) A röntgensugarak elektromágneses hullámok (2 pont), akárcsak a látható fény (1 pont), csak hullámhosszuk rövidebb, illetve a frekvenciájuk nagyobb (1 pont). (Bármilyen más elektromágneses hullám említése elfogadható. Elegendő csak a hullámhossz vagy csak a frekvencia összehasonlítása.) b) A tárgy és az ernyő helyének meghatározása: 4 pont (bontható) A tárgyat valahová az ablak elé, a röntgensugarak útjába (2 pont) kell tenni, az ernyőt pedig a tárgy mögé (2 pont), hogy árnyék keletkezzen rajta. c) Az anód melegedésének indoklása: 2 pont Az anódba becsapódó nagy sebességű elektronok mozgási energiájának egy része alakul az anódon hővé. d) A vázszerkezet láthatóvá válásának magyarázata: 6 pont (bontható) A testrészek közül a vázszerkezet jobban elnyeli (2 pont) a röntgensugarakat, mint a környező lágy testrészek, ezért a fotólemezt a vázszerkezet mögött kevesebb röntgensugárzás éri (2 pont), tehát a lemez a vázszerkezet árnyékában kevésbé feketedik el (2 pont). e) A középső hal úszóhólyagjainak bejelölése: 1 + 1 pont A hal törzsének közepe táján lévő két sötét folt egyértelmű jelölése (vagy leírása) egyenként 1 pontot ér. A hal fejénél lévő szemgödör esetleges bejelölése nem számít hibának. f) Annak megadása, hogy hogyan hat a felhajtóerőre az úszóhólyag összehúzódása: 2 pont Összesen 20 pont 2017.06.
3/B Ha egy elemből és egy zseblámpaizzóból álló áramkör vezetékét megszakítjuk, és a sza- kadt vezetéket desztillált vízbe merítjük, az izzó nem világít. Ha viszont a vízbe közönséges konyhasót (NaCl) szórunk, az izzó – a megszokott fényénél esetleg halványabban – világítani kezd.
a) Magyarázza meg, miért nem világít a desztillált vízbe merített vezetékek esetén az izzó!
b) Magyarázza meg, hogy miért világít az izzó, ha a vízbe konyhasót szórunk!
c) A sóoldat esetén milyen részecskék vándorolnak az elem pozitív, illetve negatív sarkára kötött vezetékvéghez?
d) Hogyan hat a sóoldat töményebbé válása az oldat elektromos ellenállására, illetve a lámpa fényerejére?
3/B feladat
a) Annak magyarázata, hogy desztillált víz esetén miért nem világít az izzó:
6 pont
(bontható)
Mivel a teljesen tiszta vízben nincsenek szabad töltéshordozók (2 pont), a desztillált víz
szigetelő (2 pont), tehát az áramkör megszakad (2 pont), ezért nem világít az izzó.
(Bármilyen hasonló megfogalmazás elfogadható, a szabad töltéshordozók helyett pl. az
ionok, a szigetelő helyett rossz vezető, stb.)
b) Annak magyarázata, hogy a sós víz esetén miért világít az izzó:
8 pont
(bontható)
Mivel a sós vízben már vannak szabad töltéshordozók (2 pont), és ezek a folyadékban az
elektromos tér hatására elmozdulnak, áramlanak (2 pont), a sós víz már vezetőként
(2 pont) viselkedik, tehát záródik az áramkör (2 pont).
(Bármilyen hasonló megfogalmazás elfogadható. A töltéshordozó ionokat nem szükséges
explicite megnevezni.)
c) Annak felismerése, hogy a pozitív sarok felé a negatív ionok áramlanak, a negatív felé
pedig az oldatban levő pozitív töltésű ionok:
2 pont
Az ionok megnevezése nem szükséges, a negatív és pozitív töltéshordozók kifejezés is
elegendő.
d) A nagyobb sótartalmú oldat viselkedésének magyarázata:
4 pont
(bontható)
A nagyobb sótartalmú oldatban több a szabad töltéshordozó (1 pont), így annak
vezetőképessége jobb, azaz az ellenállása kisebb (2 pont).
Az izzó tehát jobban világít (1 pont).
Összesen 20 pont
2016.10.
3/B Egy megdörzsölt ebonitrudat egy iránytűhöz közelítve azt tapasztaljuk, hogy az az iránytűt elfordíthatja, kitérítheti. Ha az iránytűt üvegfalú mérőhengerrel fedjük le, az eltérítés ugyanúgy jelentkezik. Azonban ha alumíniumpalástot helyezünk az iránytű köré, és az ebonitrudat ezután közelítjük a palást felé, az iránytű nem tér ki.
3/B feladat
Az iránytű elfordulásának részletes magyarázata:
8 pont
(bontható)
Az ebonitrúd a dörzsölés hatására elektromosan feltöltődik (2 pont).
Az iránytűhöz közelítő rúd elektromos tere az iránytűben töltésmegosztást hoz létre.
(2 pont)
Az iránytű ellentétes töltésű végeire (2 pont) az elektromos térben ellentétes erők (2 pont)
hatnak, amitől az iránytű elfordul.
Az alumíniumpalást hatásának magyarázata:
4 pont
(bontható)
Az alumíniumpalástban létrejövő töltésmegosztás (2 pont) az iránytű környezetében
leárnyékolja (vagy kioltja) (2 pont) az elektromos teret.
Vagy: Az alumíniumpalást Faraday-kalitkaként viselkedik, a belsejében az elektromos
térerősség 0, így az iránytűre az ebonitrúd nem fejt ki semmilyen hatást.
(Ha a vizsgázó utal a töltések átrendeződésére valamilyen értelmes módon, akkor az első
két pont megadandó, ha ennek következményeként értelmezi a belső tér nulla voltát, akkor
a második két pont is megadandó.)
Annak magyarázata, hogy miért nem szünteti meg a hatást az üveghenger:
2 pont
Az üveghenger szigetelő, így benne nem jön létre töltésmegosztás, így nem is árnyékolja
le az elektromos teret, azaz/vagy benne nem nulla a térerősség, mint a fémek belsejében.
A Faraday-kalitka ismertetése:
4 pont
(bontható)
A Faraday-kalitka egy (tömör vagy hálós falú) zárt fémkalitka (2 pont). Mivel fémből van,
a belsejében az elektromos térerősség nulla, így a benne tartózkodó személyeket megóvja
a villámcsapástól (2 pont).
Egy tetszőleges példa megadása az árnyékolás jelenségére
2 pont
Bármely, az előbbitől eltérő példa elfogadható, pl. érzékeny műszerek leárnyékolása fémházzal
a külső elektromágneses sugárzás ellen, vagy a gázpalackok villámvédelme
fémráccsal stb.
Összesen 20 pont.
2016.05.3/B A sarki fény nálunk csak rendkívül ritkán, ám Észak-Európában annál gyakrabban megfigyelhető jelenség.
A sarki fény általában jellegzetes, zöldes vagy vöröses fénylő függöny- ként jelenik meg.
Válaszoljon az alábbi, az északi fény kialakulására vonatkozó kérdésekre!
a) Hogy mozog egy töltött részecske homogén mágneses térben, amennyiben a részecske sebességvektora a mágneses indukció vektorára merőleges, illetve párhuzamos vele! Hogyan befolyásolja a Föld mágneses tere a Napból érkező töltött részecskék mozgását?
b) A légkörbe érkező nagy energiájú részecskék világításra (foton leadására) késztetik a levegő molekuláit. Mi a jelenség magyarázata? Milyen kapcsolatban van a sarki fény színe a légköri elektronok energiaszintjeivel?
c) Miért erősödik fel a sarki fény a napkitörések idején?
d) Létrejön-e sarki fény a Déli-sark közelében is?
3/B feladat
a) Töltött részecskék mágneses térben történő mozgásának ismertetése, valamint a Földet
körülvevő mágneses tér szerepének meghatározása:
8 pont
(bontható)
Töltött részecskék mágneses térben haladó mozgást végezhetnek az indukcióvonalak
mentén (2 pont), vagy körmozgást az indukcióvonalakra merőleges síkban (2 pont).
A Föld mágneses tere megakadályozza, hogy a töltött részecskék az Egyenlítő környékén,
az indukcióvonalakra merőlegesen haladva elérjék a légkört (2 pont).
Ugyanakkor megengedi, hogy a sarkok környékén, az indukcióvonalakkal párhuzamosan
haladva elérjék a légkört (2 pont).
(A mágneses tér és a Lorentz-erő fogalmának felhasználásával bármilyen helyes
értelmezés elfogadható.)
b) A sarki fény létrejöttének ismertetése:
8 pont
(bontható)
A légkört elérve a nagy energiájú részecskék ütközéssel gerjesztik a légkör atomjait és
molekuláit (2 pont). Ezek azután fény formájában sugározzák ki a kapott energiát
(2 pont).
Az atomok és molekulák elektronjainak lehetséges állapotai közötti energiakülönbség
(2 pont) határozza meg a kibocsátott fény színét (2 pont).
c) A sarki fény és a napkitörések kapcsolatának ismertetése:
2 pont
Napkitörések idején sokkal több töltött részecske hagyja el a Napot és éri el a Földet.
d) A sarki fény előfordulási helyének meghatározása:
2 pont
Sarki fényt a Déli-sark környékén is lehet látni.
Összesen 20 pont.
2015.05.
3/A Az automata biztosíték segítségével megvédhetjük lakásunk elektromos hálózatát a vezetékeket túlterhelő nagy áramoktól. Az ábrán látható automata biztosíték 15 A (effektív) áramerősség esetén szakítja meg az áramkört.
a) Hogyan befolyásolja a hálózat terhelése (az egyszerre használt elektromos háztartási eszközök száma) a benne folyó áramot?
Válaszát indokolja!
b) Rövidzárnak nevezzük a hálózatban azt az eseményt, amikor (többnyire egy készülék hibája miatt) a hálózat két különböző potenciálú drótja (pl. a fázis és a nulla, vagy a fázis és a földvezeték) közvetlen összeköttetésbe kerül. Miért okoz egy rövidzár nagy áramot? Milyen veszéllyel jár, ha túl nagy áram folyik a hálózatban?
c) Az ábra segítségével magyarázza el, hogyan működik az automata biztosíték!
3/A feladat
a) A hálózatban folyó áram terheléstől való függésének megadása:
4 pont
(bontható)
Az elektromos hálózatra kötött készülékek egymással párhuzamosan (2 pont) vannak
kapcsolva, azaz minden újabb készülék növeli a hálózatban folyó áram erősségét (2 pont).
b) A rövidzár hatásának tárgyalása:
6 pont
(bontható)
Rövidzár esetén a két különböző potenciálú pont között az ellenállás nagyon kicsi
lesz (2 pont).
Ohm törvénye szerint a kis eredő ellenállás nagy áramerősséget eredményez (2 pont).
A nagy áramerősség a vezetékekben jóval több hőt fejleszt, mint amennyi az üzemszerű
működés során fejlődik (2 pont), ami a vezetékek túlmelegedését, megolvadását
okozhatja, végső esetben akár tüzet is eredményezhet.
c) Az automata biztosíték működésének leírása:
10 pont
(bontható)
A vezetékben folyó áram egy tekercsen keresztül (2 pont) folyik, amely mágneses teret
hoz létre (2 pont). A mágneses tér vonzóerőt gyakorol egy reteszre (2 pont), és egy
bizonyos mágneses térerősség elérése esetén, ami egy meghatározott áramerősség
elérésekor (2 pont) jön létre, elmozdítja a reteszt. Ezzel megszakítja az áramkört (2 pont).
Összesen 20 pont
2014.06.3/A Egy korong alakú, erős mágnest egy hosszú acélcsavar közbeiktatásával egy elem pozitív pólusára függesztünk fel.
(A csavar a mágneshez annak közepénél tapad. A csavar és az elem átmágneseződésük miatt tapad egymáshoz.) Az elem negatív pólusához rézdrótot erősítünk, melynek másik végét finoman hozzáérintjük a mágnes széléhez. Azt tapasztaljuk, hogy a mágnes a csavarral együtt gyorsan forogni kezd.
a) Értelmezze a jelenséget! Mi a forgás magyarázata?
b) Milyen változás következik be, ha az elem pólusait felcseréljük?
3 / A feladat
a) Annak felismerése, hogy a vezeték, a mágnes, a csavar és az elem együtt egy áramkört
alkot:
1 pont
Annak megállapítása, hogy az áram a mágnesben sugárirányban folyik, ezért iránya
merőleges az indukció irányára:
3 pont
Annak megállapítása, hogy az áram a csavarban párhuzamos az indukció irányával :
2 pont
Annak megfogalmazása, hogy a mágneses mezőben az áramjárta vezetőre (áramra) az
áram iránytól függően erő hat:
1 pont
Annak megállapítása, hogy a mágnesben folyó áramra hat erő, mert merőleges (nem
párhuzamos) az indukció irányára:
2 pont
Annak megállapítása, hogy a csavarban folyó áramra nem hat erő, mert iránya
párhuzamos az indukció irányával:
2 pont
A mágnesben folyó áramra ható erő irányának megfogalmazása:
2 pont
Az áramra ható erő iránya merőleges az áram irányára is és az indukció irányára is.
(Tehát a sugárra merőleges irányban, a vízszintes síkban hat.)
(A jobbkéz-szabály fentieknél pontosabb ismertetésére nincs szükség.)
Annak felismerése, hogy a Lorenz-erő így a mágnes tengelyére vonatkozó
forgatónyomatékot fejt ki:
3 pont
(Nem tekintendő hibának, ha a vizsgázó nem tér ki arra a kérdésre, hogy a mágnesre az
ellenerő hat.)
Annak megfogalmazása, hogy a forgató hatás folyamatos, míg az áram folyik:
1 pont
b) Az elem pólusainak felcserélésével az áramirány megfordul, s ezért a forgásirány
ellentétes lesz – gondolat megfogalmazásáért:
3 pont
(bontható)
Összesen 20 pont
2014.10.3/A Az ún. „zuhanó tornyok” a vidámparkok kedvelt szórakoztatóeszközei. Egy ilyen tornyon egy biztonságos üléssor zuhan közel szabadeséssel nagy magasságból, majd amikor a földhöz közeledik, időben lefékeződik. Így az utasok biztonságosan élvezhetik a szabadesés „örömeit”. A fékezésről az üléssorba épített mágnesek és a torony alsó részét csőszerűen körülölelő réz lemezek gondoskodnak.
A mágnesek a réz lemezekhez nagyon közel mozognak.
b) Miért nem tudják a mágnesek a teljes leállásig lefékezni az üléssort?
c) A zuhanó tömeg mozgási energiája lecsökken. Hová tűnik ez az energia?
d) Miért jobbak a fékezés céljára a réz lemezek, mint az alumínium lemezek?
3/A feladat
a) A mágnesek és a rézlemezek között ébredő erő mechanizmusának ismertetése:
9 pont
(bontható)
Amikor a mágnesek közel kerülnek a rézlemezekhez, a rézben a változó mágneses tér
(2 pont) miatt áram indukálódik (2 pont). Az áramjárta vezető mágneses teret gerjeszt
(2 pont). A zuhanó üléssorba beépített mágnesekre ez a mágneses mező fejti ki
a szükséges fékezőerőt (2 pont). A Lenz-törvény (1 pont) értelmében az erő akadályozza
az indukált áramokat eredményező mozgást, azaz ellentétes a mozgás irányával.
b)
6 pont
(bontható)
Ha a mozgás leállna, a fékezőerő is megszűnne (1 pont), mert nem lenne fluxusváltozás
(1 pont), ezért az üléssor szabadesésbe kezdene (1 pont). A mágnesek csak addig képesek
lassítani az üléssort, ameddig az indukált áramokra ható fékezőerő egyenlővé nem válik
az üléssorra ható nehézségi erővel (1 pont). Amikor ez bekövetkezik, az üléssor sebessége
állandóvá válik (1 pont), de nem lesz nulla (1 pont).
c) Az energia átalakulásának elemzése:
2 pont
(bontható)
A zuhanó test mozgási energiája a rézvezetőkben indukálódott áramok révén
az ellenálláson felszabaduló Joule-hővé alakul (1+1 pont).
d) Az alumínium lemezek alkalmazhatóságának elemzése:
3 pont
(bontható)
Mivel az alumínium fajlagos ellenállása nagyobb (1 pont), mint a rézé, alumínium
lemezek esetén kisebb erősségű áram folyik (1 pont), így a fékezőerő is kisebb lesz
(1 pont).
Összesen 20 pont
2013.06.3/B
Az ábrának megfelelően felfüggesztett rézkarikába mágnest tolunk. Amikor a mágnes déli pólusát betoljuk a karikába, a karika a mágnes mozgásának irányában elmozdul. A mágnest mozdulatlanul tartva megvárjuk, amíg a rézkarika mozgása megszűnik. Ekkor kihúzzuk a mágnest, és azt tapasztaljuk, hogy a karika ismét mozgásba lendül.
Mozgásának iránya az előbbivel ellentétes, a mágnes mozgásának irányát követi.
Mi a jelenség magyarázata? Miért mozdul meg a rézkarika?
Mi magyarázza a rézkarika mozgásának irányát?
Amikor a mágnest betoljuk a karikába és megvárjuk, hogy a rézkarika mozgása megszűnjön, milyen helyzetben kerül egyensúlyba a karika?
Mi történik, ha a kísérletet úgy végezzük el, hogy a mágnest megfordítjuk, és az északi pólusát mozgatjuk a karikában?
3/B feladat
Annak felismerése, hogy a jelenség létrejöttének oka az indukció:
4 pont
(bontható)
A mágnesrúd betolásakor a karikában a változó mágneses tér áramot indukál (2 pont).
A karikára, mint áramjárta vezetőre, a mágneses térben erő hat (2 pont), ezért mozdul meg
a karika.
A karika mozgásirányának értelmezése a Lenz-törvény segítségével:
6 pont
(bontható)
Lenz törvényének (2 pont) értelmében a karika mint áramjárta vezetőhurok által gerjesztett
mágneses tér olyan, hogy az a közeledő mágnest taszítja (2 pont). Ezért a karika a közeledő
mágnes mozgásával azonos irányban mozdul ki. Amikor a mágnest kihúzzuk, azaz távolítjuk,
a karikában indukált áram mágneses tere vonzza a mágnest (2 pont), tehát a karika ismét a
mágnes mozgásának irányában mozdul ki.
A karika egyensúlyi helyzetének elemzése a mágnes betolása után:
6 pont
(bontható)
Amikor a mágnes betolása után minden mozgás megszűnt, a karika az eredeti helyzetében
maradt lógva (2 pont), mivel mozgás, változás híján a karikában már nem folyik áram
(2 pont), így nincs kitérítő erő (2 pont).
Annak elemzése, hogy mi történik másképp, ha a mágnes északi pólusát toljuk a karikába:
4 pont
(bontható)
Ha a mágnest fordítva, az északi pólusával toljuk be a karikába, a jelenség szemre pontosan
ugyanúgy zajlik le, ahogy előzőleg (2 pont). Természetesen ilyenkor a karikában indukálódó
áramok iránya ellentétes (2 pont) az előző kísérletben létrejövő áramokéval.
Összesen 20 pont
2012.05.
3/B A mellékelt ábrán egy egyenáramú csengő vázlatos rajza látható. A rajz, illetve az alábbi kérdések segítségével részletesen ismertesse a csengő működését!
a) Mi történik, ha a nyomógombbal zárjuk az áramkört?
b) Mit nevezünk elektromágnesnek?
Milyen részekből áll?
c) Mit jelent a lágyvas kifejezés? Miért nem helyettesíthetnénk a lágyvas lemezt egy acéllappal?
d) Miért üti meg újra és újra a csengőt a lemez végén lévő kalapács, amíg a nyomógomb zárva van?
3/B feladat
a) Az áramkör zárásakor létrejövő folyamat ismertetése és a hang keletkezésének leírása:
6 pont
(bontható)
Amikor a kapcsolóval zárjuk az áramkört, abban áram folyik (1 pont), ennek
következtében pedig az elektromágnes mágneses teret gerjeszt (2 pont). A mágnes
behúzza a lágyvasat, ami a karra van erősítve (2 pont), így a kar végén lévő kis kalapács
ráüt a csengőre (1 pont).
b) Az elektromágnes fogalmának megadása és részeinek felsorolása:
4 pont
(bontható)
Az elektromágnes egy olyan szerkezet, amely áram segítségével mágneses teret gerjeszt
(2 pont). Legfontosabb részei a tekercs és a vasmag (1 + 1 pont).
c) A lágyvas fogalmának ismertetése és annak indoklása, hogy miért nem helyettesíthető
acéllal:
5 pont
(bontható)
A lágyvas olyan anyag, ami mágnesezhető, de mágneses tulajdonságát nem őrzi meg
(2 pont), azaz ha a mágneses tér megszűnik, a lágyvas is elveszíti mágnesességét.
Ha acéllapot tennénk a helyére, az előbb-utóbb mágnesessé válna (2 pont), és
az elektromágnes vasmagjához áram hiányában is tartósan odaragadna (1 pont).
d) A csengő folyamatos működésének ismertetése:
5 pont
(bontható)
Amint a mágnes behúzza a lágyvasat, a csúcsnál megszakad az áramkör ( 1 pont). Mivel
így nem folyik áram, az elektromágnes tekercsében leépül a mágneses tér (1 pont), így
a mágnes elengedi a lágyvasat (1 pont). Amikor a lágyvas visszaugrik a helyére, az ismét
zárja az áramkört (1 pont) és újraindulhat a ciklus (1 pont).
Összesen 20 pont
2012.06.3/B Az elektromos energia szállítása nagyfeszültségű, szigeteletlen távvezetékeken történik. Gyakran láthatunk ezeken a vezetékeken madarakat üldögélni. Semmi bajuk sem lesz. Tudjuk ugyanakkor, hogy Magyarországon évente több mint 40 000 madár pusztul el áramütés következtében. Többnyire az elosztó hálózatok 20 kV-os szabadvezetékeinek oszlopain éri őket baleset. Az ábrákon azt a két helyzetet láthatjuk, melyek leggyakrabban vezetnek a madarak áramütéséhez. 1. ábra
2. ábra 3. ábra
4. ábra 5. ábra
A leírtak, illetve az ábrák alapján válaszoljon a következő kérdésekre!
a) Miért nem szenved áramütést a vezetéken ülő madár? (1. ábra)
b) Miért szenved áramütést az oszlop földelt fém alkatrészén ülő madár, ha a vezetékhez ér? (2. ábra)
c) Miért végzetes, ha egy madár két vezetékhez ér hozzá egyszerre? (3. ábra)
d) Miért ér ritkábban egyszerre két vezetékhez egy madár a magasabb, nagyfeszültségű oszlopokon (4. ábra), mint a kisebb, 20 kV-os oszlopokon (5. ábra)?
e) Javasoljon két olyan megoldást, melyek révén a madarak áramütése elkerülhetővé válik!
3/B feladat
(Minden pontszám bontható)
a) Az áramütés elmaradásának indoklása:
5 pont
A madár lábai között a feszültség nagyon kicsi, tehát nem folyik át rajta számottevő áram.
(Más hasonló megfogalmazás is elfogadható.)
b) Az áramütés indoklása:
2 pont
Pl. a madár lába és a szárnya között a feszültség nagyon nagy, vagy a lába és a szárnya két
olyan pontot köt össze, melyek között a feszültség nagy.
(Más hasonló megfogalmazás is elfogadható.)
c) Az áramütés indoklása:
2 pont
Pl. a madár lába és a szárnya között a feszültség ebben az esetben is nagyon nagy, vagy a lába
és a szárnya két olyan pontot köt össze, melyek között a feszültség nagy.
(Más hasonló megfogalmazás is elfogadható, s akkor is meg kell adni a 2 pontot, ha a
vizsgázó a b) kérdésre jól válaszol, s itt utal arra, hogy a magyarázat azonos a b) kérdésben
megfogalmazottakkal. A vizsgázónak nem szükséges tudnia, hogy a vezetékek a háromfázisú
rendszer különböző fázisait hordozzák.)
d) A távvezetékek közötti különbség indoklása:
3 pont
A legnagyobb feszültségű távvezetékeknél a vezetékek távolsága nagyobb, mint a kisebb
feszültségű távvezetékek esetén, így kisebb az esélye annak, hogy a madarak szárnyai
egyszerre érnek a két vezetékhez.
e) Két javaslat megfogalmazása az áramütés megakadályozására:
4 + 4 pont
Bármely ésszerű javaslat elfogadható, akkor is, ha a gyakorlatban nem alkalmazható pl. mert
drága. Példák: a vezetékek szigetelése, az oszlopok szigetelése, földkábelek alkalmazása,
olyan oszlopok alkalmazása, ahol a vezetékek távolabb vannak egymástól, madárkiülők
szerelése az oszlopokra, stb.
Összesen 20 pont
2012.10.3/A Két elektrolizáló kádat a rajzon látható módon egymással sorba kötünk, és áramot vezetünk rajtuk keresztül.
Az egyik kádban ezüstnitrát-oldat (AgNO 3 ), a másikban alumíniumklorid-oldat (AlCl 3 ) található. Bizonyos idő elteltével a negatív elektródákon 108 gramm ezüst, illetve 9 gramm alumínium válik ki. (A katódon kiváló egyéb ionok szerepét elhanyagolhatjuk.)
b) Hogyan magyarázható a kivált fémek tömegének aránya?
c) Változtat-e a kivált fémek tömegének arányán, ha az egyik kádba hígabb vagy sűrűbb oldatot teszünk? Ha igen, hogyan? Ha nem, akkor miért nem?
d) Mennyi idő alatt vált ki az elektródákon a 108 gramm ezüst és 9 gramm alumínium, ha az elektrolizáló áram erőssége 120 A volt?
Az alumínium moláris tömege 27 g/mol , az ezüst moláris tömege 10^8 g/mol .
Az elektron töltése -1,6⋅10^-19 C
3/A feladat
Adatok: MAl = 27 g/mol, MAg = 108 g/mol.
a) Az elektrolízis folyamatának vázlatos ismertetése:
1+1+1 pont
A kádakban a katódból kilépő elektronok semlegesítik (1 pont) a pozitív töltésű
fémionokat (1 pont), ezért a katódon, azaz a negatív elektródán fém válik ki (1 pont).
b) Az elektródákon kiváló fémek tömegarányának értelmezése:
8 pont
(bontható)
Mivel a soros kapcsolás miatt a két kádon azonos idő alatt átfolyó töltésmennyiség azonos
(1 pont), jelen esetben a kiváló fémek tömegarányát egyrészt az ionok tömege (1 pont),
másrészt az ionok töltése (2 pont) határozza meg. A megadott tömegértékekből
következik, hogy ezüstből 1 mólnyi (1 pont) fém vált ki, míg alumíniumból 1/3 mólnyi
(1 pont), azaz minden semlegesített alumíniumionra három semlegesített ezüstion jut. Ez
azért van így, mert az alumíniumionok töltése háromszorosa az ezüstionokénak (2 pont).
c) Az oldatok sűrűségére vonatkozó kérdés megválaszolása és indoklása:
4 pont
(bontható)
Az oldatból kiváló fém mennyiségét közvetlenül nem befolyásolja az oldatok sűrűsége
(2 pont), mivel a semlegesített ionok számát az átáramló töltésmennyiség határozza meg
(2 pont). Hiába volna tehát az egyik kádban pl. kétszer annyi ion.
d) Az elektrolízis idejének meghatározása:
5 pont
(bontható)
A fémionok kiváltásához szükséges töltésmennyiség 1 mól elektron töltése, ami
96 500 Coulomb (2 pont). A megadott áramerősség mellett t = Q/I = 96500 C/120 A ≈ 800 s
(3 pont).
Összesen 20 pont
2009.05.
3/A Egy 10 W-os, hálózati feszültségre méretezett egyszerű izzólámpának lágy és viszonylag hosszú wolframszálból készül az izzószála. Ha működés közben egy erős mágnes egyik pólusát közelítjük az üvegburához, akkor azt tapasztaljuk, hogy az izzószál heves rezgésbe jön.
a) Miért jön rezgésbe az izzószál?
b) Hosszabb idő (néhány perc) elteltével megállapodik-e valahol az izzószál?
c) Mi állítható az izzószálra ható erőről, ha a hálózati feszültség helyett egyenfeszültséggel üzemeltetjük az izzólámpát?
d) Hosszú idő (néhány perc) elteltével ebben az esetben megállapodik-e valahol az izzószál?
Minden válaszát indokolja!
3/A feladat
a) Az áramjárta vezetőre mágneses mezőben ható erő (Lorentz-erő) felismerése:
3 pont
Annak felismerése, hogy a hálózati áram váltóáram:
2 pont
A váltakozó irányú áram miatt a wolframszálra váltakozó irányú erő hat:
3 pont
Ez az erő rezgésbe hozza a szálat:
2 pont
b) Annak felismerése, hogy az izzószálra megszakítás nélkül váltakozó irányú erő hat, s így
az nem állapodik meg:
3 pont
(Indoklás hiányában a b) részre nem adható pont.)
c) Annak felismerése, hogy egyenáram esetén az izzószálra ható erő iránya változatlan:
2 pont
(Nem szükséges leírni, hogy az áram bekapcsolásakor egyenáramú esetben is rezegni
kezd az izzószál.)
d) Annak felismerése, hogy egyenáram esetén van egyensúlyi helyzet, ahol az izzószál végül
megállapodik:
1 pont
Annak felismerése, hogy az állandó erő miatt ez az egyensúly egy kitérített helyzet:
2 pont
(Nem szükséges annak felismerése, hogy az izzószál csillapodó rezgőmozgással éri el az
új egyensúlyi helyzetét.)
Összesen 18 pont
2009.10.3/B Faraday egy nagy lágyvas gyűrűre két helyen hosszú rézdrótot tekercselt. Az egyiket elemhez kötötte, ezt ki-be kapcsolgatta. A másikat mágnestű felett vezette át. Amikor bekapcsolta az elemet, a mágnestű kilendült, majd visszatért eredeti helyzetébe. Kikapcsoláskor az iránytű a másik irányba lendült ki, és onnan tért vissza. E két művelet között azonban az iránytű mozdulatlan maradt.
a) Mit bizonyít az iránytű elfordulása?
b) Miért csak be- és kikapcsoláskor tér ki az iránytű?
c) Miért ellentétes az iránytű kitérése a két esetben?
3/B feladat
a) Annak felismerése, hogy az iránytű elfordulása mágneses mező megjelenését bizonyítja:
2 pont
Valamint, hogy ezt a mágneses mezőt az iránytű felett húzódó vezetőben folyó áram hozza
létre:
2 pont
b) Annak leírása, hogy miért csak be-, illetve kikapcsoláskor tér ki az iránytű:
Bekapcsoláskor az elemhez kötött dróttekercsben áram indul, mely időben változó
mágneses mezőt hoz létre:
3 pont.
Ez a változó mágneses tér a másik dróttekercsben feszültséget indukál,
2 pont
és így abban áram indul.
2 pont
Ha az elemhez kötött tekercsben az áram állandó, nem indukálódik feszültség a második
tekercsben.
3 pont
A részletes magyarázat helyett elfogadható, ha a vizsgázó leírja, hogy az elrendezés
tulajdonképpen egy transzformátornak felel meg, ahol a primer tekercsre egyenáramot
kapcsolunk és a szekunder tekercsben ennek hatására feszültség indukálódik, de csak a
bekapcsolás, illetve a kikapcsolás idején, átmeneti jelleggel.)
c) Annak magyarázata, hogy az áramkör be-, illetve kikapcsolásakor miért ellentétes irányba
fordul el az iránytű:
4 pont
(bontható)
Az indukált áram iránya a mágneses mező változásától függ. (2 pont)
Az áramkör bekapcsolásakor felépül (erősödik) a mágneses mező, kikapcsoláskor
összeomlik (gyengül). (2 pont)
Vagy: a két esetben ellentétes irányú a változás.
Összesen 18 pont
2007.06.
3/B A következő kísérletet végezzük: egy elektroszkóphoz cinklemezt csatlakoztatunk, majd az elektroszkópot és a cinklemezt negatív többlettöltéssel feltöltjük.
(A kísérletet száraz levegőjű teremben végezzük, így a rendszer töltésvesztesége kicsiny, az elektroszkóp gyakorlatilag állandó töltést jelez.)
Ezután a cinklemezt erős, ultraibolya fényt is kibocsátó fényforrással világítjuk meg.
Ekkor az elektroszkóp mutatójának kitérése csökkenni kezd, jelezve a rendszer többlettöltésének csökkenését.
Ha a megvilágító fény erősségét növeljük, akkor a töltésvesztés üteme felgyorsul.
a) Miért jön létre a töltésvesztés?
b) Miért gyorsul fel a töltésvesztés, ha a megvilágító fény erősségét növeljük?
3/B feladat
a) A fényelektromos jelenség (fotoeffektus) megnevezése:
4 pont
A jelenség lényegének megfogalmazása:
4 pont
A megvilágító UV fény fotonjainak hatására a cinklemezből elektronok léptek ki.
Az elektronmennyiség csökkenésének értelmezése:
5 pont
(bontható)
Negatív töltésű fémlemez esetén a kilépő elektronokat a lemez elektromosan eltaszítja, ezért
ezek véglegesen eltávoznak a lemezről. Mivel a távozó elektronok negatív töltést visznek
magukkal, a lemez és az elektroszkóp negatív többlettöltése csökken, az elektroszkóp
csökkenő töltést mutat.
b) A töltésvesztés gyorsulásának magyarázata:
Ha erősebb megvilágító fényt alkalmazunk, akkor azonos idő alatt a lemezre több foton
érkezik. Több foton természetesen több elektront léptet ki a lemezből, ezért a töltésvesztés
felgyorsul.
5 pont
(bontható)
Összesen 18 pont
2007.10.3.A Egy fonál végére egy kicsi, de erős mágnest függesztünk, az inga alá pedig egy vastag alumínium- vagy rézlemezt rögzítünk. A fonálon függő mágnest lengésbe hozzuk. Azt tapasztaljuk, hogy az inga néhány lengés során lelassul, gyakorlatilag megáll, míg lemez nélkül akár száz lengést is végezhet a lecsillapodásig.
Értelmezze a jelenséget, illetve a jelenség közben lejátszódó részfolyamatokat!
Az inga leállását követően kimutathatjuk, hogy a lemez nagyon kis mértékben, de felmelegedett. Mi a jelenség magyarázata?
3/A feladat
A mozgó mágnes → indukció → gerjesztés → Lenz törvénye szerinti visszahatás
gondolatmenetért:
5 pont
(Amennyiben a vizsgázó megoldásában a fenti logikai láncot nyomon követi, ezt az 5 pontot
az útmutató további részpontszámaitól függetlenül megkapja. Ha nem, akkor csak az
útmutató további részpontszámai adhatók. Ha a gondolatmenet első fele logikus, de nem
tartalmazza a visszahatást, erre a részre 3 pont adható. Ez a pontszám másképpen nem
bontható!)
A mozgó mágnes terének jellemzése:
2 pont
A mozgó mágnes változó mágneses mezőt hoz létre.
Az indukció jelenségének megfogalmazása:
3 pont
(bontható)
A változó mágneses mező a lemezben elektromos mezőt/feszültséget indukál.
Az indukált feszültség a lemezben mint vezetőben áramot (örvényáramot) hoz létre.
(Ha az indukció megfogalmazásánál nem szerepel a mágneses mező változása, akkor nem
adható pont.)
A gerjesztés jelenségének megfogalmazása:
2 pont
Az áram maga közül (örvényes) mágneses mezőt gerjeszt.
Lenz törvényének alkalmazása a jelenségre:
3 pont
(bontható)
A gerjesztett mágneses mező olyan, hogy hatásával csökkenti (akadályozza) az őt létrehozó
hatást, azaz a mágneses mező változását, vagyis az inga lengését.
(Ha a visszahatás jelenségét megfogalmazta a jelölt, de hiányzik a „változás csökkentése”
gondolat, akkor legfeljebb 2 pont adható. Ha Lenz törvényét csak általánosságban fogalmazta
meg a vizsgázó, de nincs alkalmazva az adott esetre, akkor 1 pont adandó.)
A lemez felmelegedésének magyarázata:
3 pont
(bontható)
A lemezben folyó áram hőhatása okozza a felmelegedést.
Összesen: 18 pont
2006.02.
3/B Egy szigetelő fonálra függesztett, összességében elektromosan semleges, gömb alakú fémgolyó egy felületén egyenletesen pozitívra töltött szigetelőgömb közelében lóg.
a) Jellemezze vázlatosan a fémgolyón kialakuló töltéseloszlást!
b) Tapasztalat szerint a töltött gömb elektromos erőt fejt ki az összességében semleges fémgolyóra. Ennek hatására a felfüggesztett fémgolyó kitér a függőleges helyzetből. Milyen irányú a kitérés? Magyarázzuk meg, hogy miért!
Megoldás:
a)
Elektromos megosztás:
b)
A fémgolyón a megosztás miatt megjelenő töltések távolsága a szigetelőgömbtől eltérő:
A fémgolyón a megosztás miatt megjelenő negatív töltések átlagosan közelebb vannak a töltött gömbhöz, mint a megosztás miatt megjelenő pozitív töltések.
Annak felismerése, hogy a távolságkülönbség erőkülönbséget eredményez:
Annak felismerése, hogy a szigetelőgömbhöz közelebbi oldalon lévő negatív töltésekre nagyobb erő hat, mint az átellenes oldalon elhelyezkedő pozitívra:
Ezért a fémgolyó negatív töltéseire ható vonzóerő nagyobb, mint a pozitív töltéseire ható taszítóerő...
... így összességében vonzó hatás tapasztalható.
a)
Elektromos megosztás:
A fémgolyón a megosztás miatt megjelenő töltések távolsága a szigetelőgömbtől eltérő:
A fémgolyón a megosztás miatt megjelenő negatív töltések átlagosan közelebb vannak a töltött gömbhöz, mint a megosztás miatt megjelenő pozitív töltések.
Annak felismerése, hogy a távolságkülönbség erőkülönbséget eredményez:
Annak felismerése, hogy a szigetelőgömbhöz közelebbi oldalon lévő negatív töltésekre nagyobb erő hat, mint az átellenes oldalon elhelyezkedő pozitívra:
Ezért a fémgolyó negatív töltéseire ható vonzóerő nagyobb, mint a pozitív töltéseire ható taszítóerő...
... így összességében vonzó hatás tapasztalható.
2006.05.
3/A Egy feltöltött kondenzátor függőleges lapjai közé egy grafittal bevont, szigetelő fonálon felfüggesztett pingponglabdát lógatunk. Kezdetben az ingát annyira kitérítjük, hogy a labda hozzáérjen valamelyik lemezhez. Ezután az ingát elengedjük, és azt tapasztaljuk, hogy a labda az egyik, majd a másik lemeznek ütközve lényegében periodikusan mozog mindaddig, amíg a kondenzátor csaknem teljesen elveszíti a töltését.
A kísérlet valamely fázisában 0,3 másodpercenként tapasztalunk ütközést, ekkor az ábra szerint kapcsolt ampermérő segítségével megállapítható, hogy a töltésszállítás átlagosan 2·10-10 A áramerősséggel jellemezhető.
a) Magyarázza meg a pingpong labda mozgását!
b) Határozza meg, hogy a kísérlet vizsgált fázisában hány darab többletelektront szállít a golyó egy forduló során a negatív lemezről a pozitívra!
(Az elektron töltésének nagysága e = 1,6 ⋅10−19C.)
3/A feladat
Jelölések: Δt =0,3 s, Iátlag = 2·10-10 A, e = 1,6·10-19 C
a)
A pingpong labda mozgásának értelmezése:
A grafittal bevont pingponglabda felülete vezető.
1 pont
Ha a labdát hozzáérintjük valamelyik lemezhez, akkor a lemez töltésével azonos előjelű
többlettöltésre tesz szert.
2 pont
A feltöltött labdát a feltöltő lemez taszítja, a másik lemez vonzza, ennek megfelelően a másik
lemeznek ütközik.
2 pont
A másik lemeznek ütközve a labda többlettöltését elveszíti.
1 pont
A korábbival ellentétes polaritású többlettöltésre tesz szert.
1 pont
Újra eltaszítódik az őt feltöltő lemeztől, és a másik lemeznek ütközik. Itt újabb áttöltődés,
majd eltaszítás következik. (A folyamat kezdődik elölről.)
2 pont
A folyamat közben a kondenzátorlemezek minden ütközésben veszítenek többlettöltésükből,
ezért egy idő után az elektromos mező annyira gyenge lesz, hogy a labda megáll.
2 pont
(Az a) kérdésben minden 1-nél nagyobb részpontszám bontható.)
b)
Az egy forduló alatt átszállított többlettöltés meghatározása:
I átlag = Q /Δt
2 pont
Q = Iátlag* Δt
Q = 2 ⋅10^−10A⋅ 0,3s = 6 ⋅10^−11C
2 pont
(bontható)
Az átszállított többletelektronok számának meghatározása:
N = Q/e
2 pont
6 10^-11 C/1,6 10^-19 C= 3,75 10^8
1 pont
Összesen 18 pont
2006.10.3/A Ha egy függőlegesen tartott, 80 cm hosszúságú rézcső felső végébe alumínium golyót ejtünk, akkor az ~ 0,4 másodperc alatt kiesik a cső alsó végén. Ha a kísérletet megismételjük oly módon, hogy a csőbe egy kicsiny, de erős mágnest ejtünk, akkor azt tapasztaljuk, hogy a mágnes csak 4 másodperc múlva éri el a cső alsó végét.
Magyarázza meg, hogy miért!
(A cső és a benne eső testek közötti súrlódás mindkét kísérletnél elhanyagolható.)
3/A feladat
(A feladat értékelésekor minden részpontszám bontható.)
Az elektromágneses indukcióra hivatkozás:
6 pont
A lefelé mozgó mágnes miatt a rézcső mágneshez közeli részein változó mágneses mező
jelenik meg. A változó mágneses mező örvényes elektromos mezőt hoz léte.
(Ha a jelölt a mozgási indukcióra hivatkozik, ez csak akkor fogadható el teljes értékű
megoldásként, ha megemlíti a cső relatív mozgását a mágneshez képest.
A indukálódott elektromos mező pontos jellemzése a mágnes alatt és felett nem szükséges,
elég kimondani, hogy létrejött.
A keletkező elektromos tér említése megfelelő indoklás nélkül: 3 pont.)
Az indukált áramra való hivatkozás:
4 pont
Az (örvényes) elektromos mező hatására a rézcsőben (örvény)áramok indukálódnak.
(Az indukált áramok megjelenésére való bármilyen hivatkozás esetén megadható a 4 pont.)
A Lenz-törvényre való hivatkozás:
7 pont
Az (örvény)áramok iránya a Lenz-törvény alapján olyan, hogy hatásukkal akadályozzák az
indukciót kiváltó hatást/változást. Ennek megnyilvánulásaként az örvényáramok olyan irányú
mágneses erővel hatnak a mozgó mágnesre, amely akadályozza annak mozgását.
(Ha a jelölt a jelenséget pontosan értelmezi, de a Lenz-törvényt nem mondja ki, a 7 pont
megadható.)
Az áthaladás idejének értelmezése:
3 pont
A fékező mágneses erő fellépése miatt a rézcsőbe ejtett mágnes nem szabadeséssel mozog,
áthaladása a szabadesés idejénél jóval több időt vehet igénybe.
(Ha a jelölt bármilyen formában kimondja, hogy a fellépő erő miatt a mágnes lassabban esik,
a 3 pont megadható.)
Összesen 20 pont
2004.
3/A Két egyforma töltetlen elektroszkóp rézdróttal van összekötve.
Az első esetben egy dörzsöléssel elektromos állapotba hozott műanyag rúddal közelítünk az egyik elektroszkóphoz, majd a fémes összeköttetést megszakítjuk.
Ezután a rudat eltávolítjuk.
A második esetben a töltött rudat az egyik elektroszkóphoz érintjük, majd a fémes összeköttetést megszakítjuk. Ezután a rudat eltávolítjuk.
a) Egymáshoz képest mekkora és milyen előjelű töltése lesz az elektroszkópoknak a rúd eltávolítása után az első, illetve a második esetben? Miért?
b) Ha valaki nem tudja, hogyan töltöttük fel az elektroszkópokat, hogyan tudná eldönteni, hogy azonos vagy ellentétes előjelű-e a töltésük?
MO:
a) A kialakuló állapot leírása közelítéskor: 3 pont
(rajzban vagy szövegben) (bontható)
(A leírás helyes, ha a töltésviszonyokat jól adja meg, és a két elektroszkóp kitérése
azonos. Elegendő a végállapot megadása, de ha nem derül ki, hogy melyik esetről van
szó, akkor nem adható pont. Ha a töltött rudat pozitívnak tekinti a vizsgázó, de ehhez
viszonyítva jók a töltésviszonyok, akkor elfogadható.)
Magyarázat: 3 pont
(bontható)
– A töltött rúd közelítésekor töltésszétválás (megosztás) történik a fémekben;
– a rúdéval azonos előjelű töltéstöbblet a taszítás miatt a rúdtól távolabb alakul ki, a
rúdétól különböző előjelű töltéstöbblet a vonzás miatt a rúdhoz közelebb alakul ki;
– a két elektroszkóp azért azonos töltésű, mert a töltések előjeles összege 0.
A kialakuló állapot leírása érintéskor: 3 pont
(bontható)
(l. előző megjegyzés)
Magyarázat: 3 pont
(bontható)
– A töltött rúd elektroszkóphoz érintésekor mindkét elektroszkóp töltést szerez a rúdtól;
– ezen egyenlően osztoznak,
– mert a két műszer egyforma.
b) Az eljárás megadása: 1 pont
Pl. az elektroszkópokat vezetővel összekötjük.
Indoklás: 2 pont
(bontható)
Azonos töltés esetén az elektroszkópok töltése megmarad, ellentétes töltés esetén elveszítik
a töltésüket.
Összesen: 15 pont
a töltött rúd közelítésekor az összeköttetés megszüntetésekor
2005.05.
3/B a) Az elektromos vezetékeket általában szigetelik, például műanyag-bevonattal látják el.
Mi a szerepe a szigetelésnek? Mi teszi alkalmassá erre a műanyagot?
Soroljon fel még két szigetelőanyagot!
b) Mi a különbség a szigetelés és az árnyékolás között? Mondjon példát az árnyékolásra!
Megoldás:
a)
A szigetelés a töltések vezetőn kívülre jutását akadályozza meg. (megakadályozza az áramütést)
A műanyag nem vezeti az áramot, mert nincsenek benne szabad töltéshordozók.
Szigetelők: kerámia, fa
b)
Az árnyékolás lényege: elektromos mezőbe helyezett fémek belsejében az elektromos térerősség értéke nulla.
Összehasonlítás
Pl. árnyékolásra
a)
A szigetelés a töltések vezetőn kívülre jutását akadályozza meg. (megakadályozza az áramütést)
A műanyag nem vezeti az áramot, mert nincsenek benne szabad töltéshordozók.
Szigetelők: kerámia, fa
b)
Az árnyékolás lényege: elektromos mezőbe helyezett fémek belsejében az elektromos térerősség értéke nulla.
Összehasonlítás
Pl. árnyékolásra
