Szóbeli IV. Elektromosság

IV. Elektromosság

10. Testek elektromos állapota

Témakör
Elektrosztatika
Elmélet:
Dörzselektromosság, vezetők-szigetelők, atom, elektron, Coulomb törvény, ponttöltés tere ill. homogén tér erővonalakkal jellemzése, vezető elektromos térben, megosztás jelensége, csúcshatás gyakorlati alkalmazásai, villám.

Feladat:
Sztatikus elektromos töltés és a töltésmegosztás elvének tanulmányozása különböző anyagok segítségével – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
Két elektroszkóp; ebonit- vagy műanyag rúd; ezek dörzsölésére szőrme vagy műszálas textil; üvegrúd; ennek dörzsölésére bőr vagy száraz újságpapír.

A kísérlet leírása:
a) Dörzsölje meg az ebonitrudat a szőrmével (vagy műszálas textillel), és közelítse az egyik elektroszkóphoz úgy, hogy ne érjen hozzá az elektroszkóp fegyverzetéhez! Mit tapasztal? Mi történik akkor, ha a töltött rudat eltávolítja az elektroszkóptól? Ismételje meg a kísérletet papírral dörzsölt üvegrúddal! Mit tapasztal?
b) Ismételje meg a kísérletet úgy, hogy a megdörzsölt ebonitrudat érintse hozzá az egyik elektroszkóphoz! Mi történik az elektroszkóp lemezkéivel? Dörzsölje meg az üvegrudat a bőrrel (vagy újságpapírral), és érintse hozzá a másik elektroszkóphoz! Mi történik az elektroszkóp lemezkéivel? Érintse össze vagy kösse össze vezetővel a két elektroszkópot! Mi történik?

b)
• Ismertesse a testek elektromos feltöltődését, adjon erre anyagszerkezeti magyarázatot!
• Kísérlet: Állapítsa meg különböző összedörzsölt testekről, hogy milyen előjelű elektromos töltésük van! A rendelkezésre álló eszközökön kívül felhasználhatja, hogy a papírral megdörzsölt üvegrúd pozitív töltésű. Adjon magyarázatot az eljárásra!
• Értelmezze a töltésmennyiség mértékegységét!
• Mit ért elektromos mezőn? Ki és mikor használta először ezt a fogalmat?
• Milyen mennyiségekkel jellemezhetjük az elektromos mezőt? Adja meg ezek definícióját és mértékegységét!
• Milyen szemléletes jellemzési módját ismeri az elektromos mezőnek?
• Mit tud mondani a fenti jellemzési módok segítségével a homogén elektromos mezőről?
• Milyen balesetveszélyt jelent a testek elektromos feltöltődése, és hogyan védekezhetünk a balesetek ellen?
Eszközök: üvegrúd, száraz papír, elektroszkóp, szőrme, bőr, műanyag test.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
Különböző anyagok szoros érintkezése, elektronleadás ill. -felvétel.	2 + 3
Pozitív töltésű elektroszkóphoz más elektromos test közelítése.	4
Elektromos megosztással indokolt helyes válasz.	5
A töltésmennyiség mértékegységének értelmezése (Coulomb törvénye vagy az áramerősség mértékegysége vagy az elektronok száma segítségével).	4
Az elektromos mező fogalma; Faraday angol fizikus; XIX. sz.	3 + 3 x 2
Az elektromos térerősség definíciója (nagyság, irány, mértékegység).	3 x 2
Feszültség (nagyság, előjel, mértékegység).	3 x 2
Erővonalak (sűrűség, irány).	4
Homogén mezőben a térerősség, a feszültség és az erővonalak sajátossága.	3 x 2
Szikrakisülés (robbanás, tűz); töltések elvezetése (pl. földelés), árnyékolás.	2 x 3
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

11. Soros és párhuzamos kapcsolás

Témakör
Elektromos áram, vezetők ellenállása
Elmélet:
Áram fogalma, típusai, jellemzői, egyszerű áramkörök felépítése - kapcsolási rajz, összefüggések soros és párhuzamos kapcsolásra, ellenállás, Ohm törvény, mérőműszerek, áram hatásai, alkalmazásuk, elektromos eszközök teljesítménye, fogyasztása.

Feladat:
Soros és párhuzamos kapcsolás tanulmányozása áramforrás és két zseblámpaizzó segítségével – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
4,5V-os zsebtelep (vagy helyettesítő áramforrás); két egyforma zsebizzó foglalatban; kapcsoló; vezetékek; feszültségmérő műszer, áramerősség-mérő műszer (digitális multiméter).

A kísérlet leírása:
Készítsen kapcsolási rajzot két olyan áramkörről, amelyben a két izzó sorosan, illetve párhuzamosan van kapcsolva!
A rendelkezésre álló eszközökkel állítsa össze mindkét áramkört! Mérje meg a fogyasztókra eső feszültségeket és a fogyasztókon átfolyó áram erősségét mindkét kapcsolás esetén! Figyelje meg az izzók fényerejét mindkét esetben!

b)
• Készítsen egy-egy kapcsolási rajzot két fogyasztó egyenáramú áramkörbeli soros, illetve párhuzamos kapcsolásáról!
• Ismertesse a soros és a párhuzamos kapcsolásnál a feszültségekre, áramerősségekre és az ellenállásokra vonatkozó összefüggéseket!
• Kísérlet: Kapcsoljon sorosan vagy párhuzamosan egy ismeretlen ellenállású és egy ismert ellenállású fogyasztót! Határozza meg az ismeretlen ellenállást úgy, hogy a két fogyasztón mért feszültségeket vagy áramerősségeket hasonlítja össze!
• Mi okozhatja az elvégzett mérés hibáját?
• Indoklással mondjon egy-egy példát a soros és a párhuzamos kapcsolás gyakorlati alkalmazására!
• Mikor kezdtek az elektromos áramkörök törvényeivel foglalkozni?
• Mondjon két fizikust, akiknek a tevékenysége kapcsolható e témakörhöz! Indokolja a kapcsolatot!
Eszközök: telep; egy ismert és egy ismeretlen ellenállású fogyasztó, feszültség- és árammérő műszer, vezetékek, kapcsoló, szerelőtábla.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
Kapcsolási rajzok készítése.	2 x 3
Soros kapcsolásnál egy-egy összefüggés U-ra, I-re és R-re.	3 x 2
Párhuzamos kapcsolásnál egy-egy összefüggés U-ra, I-re és R-re.	3 x 2
A kapcsolás helyes összeállítása.	5
Az ismeretlen ellenállás meghatározása.	5
Legalább két hibaforrás megnevezése.	2 x 3
Egy-egy gyakorlati példa a soros és párhuzamos kapcsolás előfordulására.	2 x 2
Indoklás a két bemutatott példánál.	2 x 2
A XIX. század első fele.	3
Két fizikus említése (pl. Ohm német, Kirchhoff német, Volta olasz, Ampere francia stb.).	2 x 2
A két fizikushoz kapcsolódó indoklás.	2 x 3
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

12. Citromelem készítése

Témakör

Elmélet:

Feladat:
Galvánelem készítése citrom, acélszög és rézlap segítségével – elvégzendő kísérlet

Készítsen galvánelemet citrom, acélszög és rézdarab segítségével! Vizsgálja az elem működésének jellemzőit soros kapcsolás esetén, illetve fogyasztóra kapcsolva! Mérje meg az elem feszültségét és az áram erősségét az áramkörben!

Szükséges eszközök:
Acél- vagy vasszög; rézpénz vagy rézdarab; krokodilcsipesz; drótok; érzékeny multiméter; két citrom. A vasat alumínium, a rezet nikkel is helyettesítheti.

A kísérlet leírása:
Az ábrának megfelelően készítse el a citromelemet! Mérje meg a kapott feszültséget egy, illetve két sorba kapcsolt elem esetében! Mérje meg a mérőműszeren keresztülfolyó áram erősségét! Működtessen a teleppel valamilyen elektromos eszközt, pl. LED-izzót!

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

13. Rézcsőbe ejtett neodímium mágnes mozgásának vizsgálata

Témakör
Időben változó mágneses mező, mozgási indukció
Elmélet:
Nyugalmi és mozgási indukciós jelenségek, Faraday-féle indukciós törvény, Lenz törvénye és gyakorlati példák (kísérlet, jelenség), váltakozó áram előállítása, generátor, dinamó, motor jellemzése, transzformátor működése, alkalmazása, átváltási képletek.

Feladat:
Rézcsőbe ejtett neodímium mágnes mozgásának vizsgálata – elvégzendő kísérlet
Két egymásba illeszkedő, egyforma hosszú rézcső áll a rendelkezésére. Vizsgálja meg a csőbe ejtett neodímium mágnes mozgását! Mérje meg a csőben az esés idejét úgy, hogy először a kisebb keresztmetszetű csőben ejti a mágnest, majd a nagyobb keresztmetszetű csőben, végül úgy, hogy a két csövet egymásba tolja, és a duplafalú csőben méri az esés idejét!

Szükséges eszközök:
Két, legalább 30 cm hosszú, szorosan egymásba tolható, egyforma hosszú rézcső, melyekbe a mágnes kényelmesen belefér, és elakadás nélkül tud bennük mozogni (a kisebb átmérőjű cső keresztmetszete ne legyen sokkal nagyobb a mágnes esés irányú keresztmetszeténél!); neodímium mágnes; stopperóra, centiméterszalag; puha szivacs vagy párna, amire a mágnes rápottyan.

A kísérlet leírása:
Vizsgálja meg, hogy a rézcső fala nem vonzza a mágnest! Ejtse bele a mágnest a rézcsőbe, figyelje meg a mozgását!
Mérje meg a csövek hosszát! Indítsa el a stopperórát, fogja függőlegesen a kisebb kereszt- metszetű csövet, és amikor az időmérés 30 másodpercnél tart, ejtse bele a csőbe a mágnest! A csövet állandó magasságban tartva állítsa meg a stopperórát akkor, amikor a mágnes kiért a cső alján! (Vigyázzon, hogy a törékeny mágnes ne sérüljön meg!) Állapítsa meg a mágnes esésének idejét, majd jegyezze föl a mért adatokat!
Ismételje meg a mérést a nagyobb keresztmetszetű csővel is, majd úgy, hogy a két csövet egymásba tolja!

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60