A TERM ESZEIRŐL TIZENÉVESEKNEK FIZIKA. munkafüzet. Elektromosságtan, fénytan 9., VÁLTOZATLAN KIADAS MOZAIK KIADÓ - SZEGED, 2012

A TERM ESZEIRŐL TIZENÉVESEKNEK

’S'

FIZIKA munkafüzet

Elektromosságtan, fénytan

9., VÁLTOZATLAN KIADAS MOZAIK KIADÓ - SZEGED, 2012

S ze rző k:

BÜNIFERT DOMONKOSNÉ DR. főiskolai docens

DR. HALÁSZ TIBOR c. fóiskolai tanár

DR. KÖVESDI KATALIN fő isko la i docens

DR. MISKOLCZI JÓZSEFNÉ gyakorló iskolai szakvezető tanár

M OLNÁR GYÖRGYNÉ DR. főiskolai docens

DR. SÓS KATALIN PhD főiskolai adjunktus B írá ló :

HORVÁTHNÉ FAZEKAS ERIKA gyakorló iskolai vezetőtanár

K irendelt szakértők: Ahrahám Jtdianna, dr. R adnóti Katalin, Szokolai Tibor *

Borítóterv: Deák Ferenc • Ahrák: Szentinuai Péter KERETTANTERV: MOZAIK Kerettiintervrendszer 17/2004 (V. 20.)OM rendelet OM Keicíumterv 17/2004 (V. 20.) OM rendelet Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, n inű bővített. Illetve rö v id íte tt v á lto z a ta k iad á sá n ak jo g á t is. A k ia d ó írásbeli e n g e d é ly e nélk ü l se m a te lje s m ű . sem annak rész e se m m ifé le fo n n á b a n nem s o k sz o ro síth a tó .

imagyar ENGEDÉLYSZÁM: KHF/3608-13/2009 ISBN 978 963 697 446 6 © MOZAIK KIADÓ - SZEGED, 2004

KEDVES NYOLCADIKOSOK! Az elektrom osságtan a fizika egyik legérdekesebb és legfontosabb fejezete. M a mái' nem nélkülözheti senki az elektrom osságtan alapism ereteinek tudását és azok elemi szintű alkalm azását. Ez a m unkafüzei hozzásegít benneteket ahhoz is, hogy észrevegyétek, az az igazán hasznos tudás, amit alkalm azni tudtok. A m unkafüzet KÍSÉRLETEZZÜ NK! cím ű része az iskolai m unkát segíti, haszná­ latával m egtanulhattok csoportban dolgozni, ami döntő fontosságú szem élyiségetek kialakulása és így a felnőttkori m unkakapcsolatok szempontjából is. A csoportm unka lehetőségére azzal hívjuk fel a figyelm eteket, hogy a feladatok elvégzé.sére többes számban szólítunk fel benneteket. Fontos, hogy a közösen végzendő m unkát előre ter­ vezzétek meg: döntsctek el a m unkavégzés egym ást követő lépeseit (pl. az eszközök összekapcsolása, a m érőműszerek leolvasása, a mérési eredm ények feljegyzése, a szá­ molás elvégzése, a végeredm ény értékelése stb.), állapodjatok meg, m elyiket ki végzi. Figyeljetek a n a is, hogy a munka különböző típusú lépéseinek elvégzése ne mindig ugyanannak legyen a feladata. Amit lehet (pl. számolás, rajzolás), mindenki külön, önál­ lóan végezze el és a közös munkából ne m aradjon ki senki. A m unkafüzet m ásodik fejezete a M ÉRJ, SZÁM OLJ. G YAKO RO LJ! az otthoni munkát segíti. Ezekkel ellenőrizheted, hogy tudod-e, értec-e, begyakoroltad-e, tudod€ alkalmazni az aktuális tananyagot és ezzel is felkészülhetsz a tém azáró dolgozat sike­ res m egírására. A kötelező tananyagot m eghaladó ism ereteket igénylő feladatokat '•-gal jeleltük. A N É Z Z U TÁNA! cím ű harmadik fejezettel iu ra szerelnénk felhívni a figyelmedet, hogy a mai korszem lehetőségek az iskolán kívüli ism eretszerzésnek .sokféle módját biztosítják szám odra. Ilyen például az internet és a könyvtár használata is. Ezek segítségével m egerősítheted, kibővítheted az iskolában tanultakat és kielégítheted kíváncsiságodat nagyon széles teióiletről. Reméljük, hogy ez a munkafüzet is jól szolgálja majd alkalmazni képes tudásod bő­ vülését. a Szerzők

3

X

A

A) KÍSÉRLETEZZÜNK! I. ELEKTROM OS A LA PJELEN SEG EK , ÁRAM ERŐSSÉG, FESZÜLTSÉG 1. Egyszerű áramköri kapcsolások Tervezzétek meg a következő feladat végiehajtásának lépéseit, majd végezzétek el a kísérletet! 1.1. Á llítsatok össze záil áramköröket: - zsebtelepből, zsebizzóból és két vezetékből; - zsebtelepből, zsebizzóból, kapcsolóból és három vezetékből.

1.2. Tanulm ányozd önállóan a leggyakrabban használt kapcsolási jeleket, és készítsd el az 1.1. pontban összeállított áram körök kapcsolási rajzál! izzólámpa:

izzólám pa viiágít:

kapcsoló nyitva:

kapcsoló zárva:

elem:

- ^ \

t

-

elektrom os csengő: elektrom otor:

— c(M)3—

telep:

—0 h

i i

0— It

hálózati áiarr.forrás:

— O o—

tetszés szerinti fogyasztó:

H

Jelöld az áram körökben az elektronok m ozgásának irányát!

1-

2. Az áramerősség mérése Teivezzélek meg a következő feladatok végiehajlásának lépéseit,és végezzétek el a kísérletet! 2.1. Állítsátok össze az ábra szerinti kapcsolást! K apcsoljátok az am pem iérőt az áram kör­ ben három különböző helyre! Hatáiozzátok meg az áiamerősséget mindhárom esetben! Hasonh'tsátok össze a mért áiam erosségeket!
/l =

.... A ;

/l ...

h ......../3.

I2 —

A;

/i —

A.

h

2.2. Készítsetek sorosan kapcsolt zsebizzóval és kaiácsonyfaizzóval áram kört! M érjétek meg az áram kör több pontján az áram erősséget! Hasonlítsátok össze a mérési eredm é­ nyeket! k

/\

/ | = ........A ;

I2 = ..........A ;

= ........A,'

I4 = .......... A.

/-> ■ö—ö-

111

/ | ....... h ......... h ......... U-

2.3. Kapcsoljatok zsebizzót és karácsonyfaizzót párhuzam osan zsebtelepre! M érjétek meg az ábrán feltüntetett helyeken az áram erősségeket, és hasonlítsátok össze a mérési eredményeket!

/ = ...... A ;

A;

I2 —

A.

/ /

... I2 ,

f

... /,

+ 12.

5

3. A feszültség mérése Tervezzétek meg a következő feladatok végiehajtásának lépéseit, és végezzétek el a kísérletet 3.1. Kapcsoljatok zsebtelepre egy zsebizzót, majd egy karácNonyfaizzót, és m érjétek meg m indkét izzó kivezetései közötti feszültséget!

1I I

I II

3.2. Kapcsoljatok zsebtelepre sorosan zsebizzót és karácsonyfaizzót! U,

r® -

- M érjétek meg a két izzó kivezetésein a feszültséget! V;

Uy =

t/,=

V.

TH-

ri^zs

- M érjétek meg az áram forrás kivezeté­ sei közötti feszültséget!

III

í/ = V


V.

— Hasonlítsátok össze a mérési eredm é­ nyeket! V

í;,;

V

Ui\

V

(/, + t/2.

3.3. Kapcsoljatok zsebtelepre párhuzam osan zsebizzót és kaiácsonyfaizzót! M érjétek meg az ábrán feltüntetett helyeken a feszültségeket! Végezzetek összehasonlítást! .U. L/

r-(y A

^1 =

V;

Ü2 =

V;

V =

V;

V

— tH I ll-

U

........C/2.

II. AZ ELEKTROMOS ELLENÁLLÁS. AZ EGYENÁRAM HATÁSAI 1. Az elektromos ellenállás. Ohm törvénye. Az egyenáram hatásai Tei'vezzétek meg a következő feladatok végiehajtásának lépéseit,és végezzétek el a kísérletet! 1.1. K apcsoljatok ugyanazon zsebtelepre egym ást követően két különböző fogya.sztót! Az áram erősség mérése alapján döntsélek el. melyik fogyasztó akadályozza nagyobb m értékben az elektronok áramlását!

Ó ZD -

í/, = í / 2;

2.

/ 1 —.......... A; h —.......... A; -ö— D-

111

f i .......... h-

U,I

! I>

-O— D-

'^2

Tehát a .........................................................jobban akadályozza az elektronok áram lását. mint a ............................................................. 1.2. M érjétek m eg, hogy különböző feszültségű áramforrá>;ok esetén az áram körben mekkora erősségű áram folyik át ugyanazon a fogyasztón! 1.

2.

3.

t/( V ) /( A ) U í\' /U , C seréljétek ki a fogyasztót egy, az előbbitől különbözőre! Ism ételjétek m eg ezzel is a mérést! 1. U { \) /( A ) c /rv ' /U ,

2.

3.

Válaszoljatok önállóan a következő kérdésekre: - M elyik fogyasztónál kisebb az áram erősség ugyanakkora feszültség esetén?

~ M elyik fogyasztó akadályozza nagyobb m éilékben az elektronok áram lását?

U - M elyik fogyasztónál nagyobb az — h á n y a d o s? .................................................... - M elyik fogyasztónak nagyobb az elektrom os ellenállása? / ? j ......../?2-

2. E lek tro m o s m u n k a és teljesítm ény (M érési g y ak o rlat) Tervezzétek meg a következő feladatok végrehajtásának lépéseit, és végezzétek el a kísérletet! 2.1. M érjétek m eg egy fogyasztó kivezetésein a feszültséget és a fogyasztón áthaladó áram erősségét! A mérési eredményekből állcipítsd meg önállóan a fogyasztó ellenállását, a teljesítményi és az elektrom os munkát! A fogyasztó üzem eltetésének időtartam át tekintsük úgy. m intha /j = 5 min = 300 s lenne.

Ui (V) /i (A)

Ri (ö) Pl (W) w, (J)

2.2. Kapcsoljátok az előbbi fogyasztót kisebb feszültségű áiam fonáshoz! Ism ét mérjelek és szám oljatok a 2.1. feladatnak m egfelelően! ( h = 5 min) - Hasonlítsd össze a két táblázat m egfelelő adatait!

Ü2 (V) h

(A)

Ri (íi) Pl (W ) - Mi az eltérés oka? W2 (.F)

III. AZ ELEKTROM ÁGNESES INDUKCIÓ. A VÁLTAKOZÓ ÁRAM 1. o) Kapcsoljatok egy tekercs kivezetéséhez ampeiinéről! (Minden részfeladat elvégzése után rajzold be az am perm érő m utatóját a m egfelelő helyre!) H elyezzünk a tekercsbe egy rúdm ágnest, m ajd hagyjuk benne nyugalom ban! Mindenki végezze el ezt -a kísérletet és figyelje meg az eredm ényt! - Jelez-e áiam ot az am perm érő m utatója, am ikor rákapcsoltuk a tekercsre? ........ M

i é i t ? .....................................................................................................................................................................................................................................................................................................

- M it tapasztalunk a mágnesrúd tekercsbe helyezése k ö z b e n ? ...................................

- Jelez-e áram ot az ampermérő m utatója, am ikor a iíjdm ágnes nyugalom ban van a te k e rc sb e n ? .......................................................................................................................

<=« h) Húzzuk ki a tekercsből a lúdmágnest! Ezt is végezze el mindenki! - Mit tapasztalunk a rúdmágnes kihúzása k ö z b e n ? ...........................

- Mi változott a tekercs belsejében a inídmágnes m ozgatása közben?

- Az (i) és h) feladatnál mikor jelzett áram ot az ampermérő?

m

m

c) Helyezzünk egy tekercsbe áram fonásra kapcsolt hengeres elektrom ágnest!

3L

í

< í = í> - M it tapasztalunk a mágnes m ozgása közben?

—Jelez-e áram ot az am perm érő, am ikor az elektrom ágnes nyugalom ban van?

Mit tapasztalunk, ha a tekercsben nyugvó elektromágnes áramkörét megszakítjuk, majd ism ét zárjuk?

- Mi változott a tekercs belsejében a v) feladatnak 1. és 3. részében?

Az a), h) és c) kísérletek alapján fogalm azzuk meg, hogy m ikor jelzett elektro­ mos áiam ot a tekercsre kapcsolt am perm érő! Mi volt a közös ezekben a kísérle­ tekben?

d) A rúdm ágnest a tekercsbs helyezésekor és kihúzásakor m ozgassuk gyorsabban! - A lassúbb mozgatáshoz képest m it jelez a tekercs kivezetéseire kapcsolt ampermerő?

Mit jelez az ampermérő akkor, ha nem egy. hanem kát m ágnesm dat (azonos pólu­ saikkal egy irányban összefogva) ugyanúgy mozgatva helyezünk a tekercsbe?

Hogyan változik a tekercs belsejében a m ágneses mezó. ha a nádmágnest gyor­ sabban m ozgatjuk, vagy erősebb m ágnest ugyanúgy m ozgatunk a tekercsben?

e) K ap cso lju n k so rb a különböző m enetszám ú tekercseket és egy am perm érőt! M ozgassuk ugyanazt a mágnest ugyanakkora sebességgel egym ás után mindegyik tekercsben. Közben figyeljük az am perm érőt. M it tapasztalunk? —A d ) és e) kísérlet alapján fogalm azzuk meg, hogy mitől függ a tekercsben folyó elektrom os áram e rő ssé g e !.............................................................................................. - Mitől függ az indukált feszültség n a g y sá g a ? ..............................................................

10

IV. FÉNYTAN 1. A domború lencse képalkotása 1.1. Vizsgáljuk meg a dom boní lencse képalkotását optikai pádon! A tárgy helyét a rajz m u­ tatja. - Keressük m eg a táigy éles képét az ernyő helyének változtatásával! - Rajzold le a tárgy képét a tulajdonságok figyelembevételével! (Nagyság, állás, képtávolság.) ít)

A

y

--------H---- í ---- H-----

b)

-M-

j-

±

-N -

V

C)

T

A

i

F.

1.2. Helyezzünk egy tárgyat a dom boni lencsétől különböző távolságokra! - Szerkeszd m eg egy adott A pontjának A ' képét! Rajzold meg a képet! A 4 1 --------- .. M------

b)

M-------

A

li

-M-

-M-

C) 1

II

A

A

B) MERJ, SZÁMOLJ, GYAKOROLJ! I. ELEKTROM OS A LAPJELENSÉG EK . ÁRAMERŐSSÉG, FESZÜLTSÉG 1. Az elektromos alapjelenségek 1.1. Nevezd m eg az anyag elektrom os tulajdonságú alkotóelemeit!

1.2. Mi az oka a testek elektrom os állapotának?

1.3. Mi jellem ző az elektrom osan sem leges testre?

1.4. Egy elektroszkóp negatív töltésű. a) M it jeleni ez?

b) Ezt az elektroszkópot m egérintjük egy fém pálcával. Mi történik?

Mi a m agyaiázata?

v) Elveszíti-e töltését ez az elektroszkóp, ha m űanyag rúddal érintjük meg? Indokold! ........................ ................................................... ...........................

12

2. Elektromos áram, áramkör. Az áramerősség és mérése. Fogyasztók kapcsolása 2.1. Készítsd el annak az áram körnek a kapcsolási rajzát, melynek részei: zsebizzó. zsebtelep, kapcsoló és áram erósség-m éró! Jelöld az elektronok áiamlásának irányát! 2.2. Végezd el az alábbi átváltásokat! 1 A = ......................mA;

I mA = .......................A;

2.5 A = ......................mA;

4255 mA = .......................A;

0.17 A = ......................mA;

18 mA = .......................A.

2 3 . írd be a táblázat hiányzó adatait! <0

A mennyiség neve

jele

mértékegysége

kiszám ítása

átáram lott töltés áram erősség áram lási idő

h)

Q iO

/( s )

/( A )

c)

Q iC )

1

1

20

10

1

10

0.6

1

/( s )

/( A )

2 5 10

5

2.4. Állapítsd meg a rajzok alapján a m űszerek m éréshatárát, s a m éit áram erősségeket! (A fekete pontok jelzik a „banándugók” helyét, vagy a m éréshatár kapcsoló állását.)

méréshatár: .................A;

méréshatár: .................. A;

m éréshatár: .................. A;

^1 = ............................... A;

I 2 = .................................A;

ly - ................................. A.

13

R ajzold be az am perm érők m utatójának állását az alábbi adatoknak m egfelelően! (Ügyelj a m éréshatárokra!)

2.5. Válaszolj az alábbi kérdésekre! — M it m utat meg az áram erősség?

- Mit jelent az, hogy I A az áram erősség?

2.6. Rajzold le annak az áramköi nek a kapcsolási rajzát, melynek részei két fogyasztó, egy zsebtelep, egy kapcsoló, kél áram erősség-m érő. ha: a) a fogyasztókat sorosan kapcsolod! b) a fogyasztókat párhuzam osan kapcsolod!

2.7. Hasonlítsd össze az áiam erósség-m érők által jelzett áramerősségeket! _ /T \_

14

------------ 0—ly.

2.8. Állapítsd m eg a kapcsolási rajzról, hogy hogyan kapcsoltuk a fogyasztókat!

Melyik fogyasztó működik a kapcsoló zá­ rásakor?

Hasonlítsd össze a három m ém m űszer ál­ tal jelzett áram erősséget!

h. 2.9. Állapítsd meg a kapcsolási rdjz alapján, hogyan vannak kapcsolva a fogyasztók, ha m indkét kapcsoló zárva van!

B

M elyik fogyasztó m űködik 1.

- az „A” kapcsoló z á iá sa k o r? .................. - a „B” kapcsoló zárásak o r?.................... - m indkét kapcsoló z á rá sa k o r? ...............

2.

A három közül melyik áram erősség-m érő jelzi a legnagyobb áram eiosséget (ha m indkét kapcsoló zárva van)? 1 11

- 6 ^ oA

Mi a m agyarázata?

Ha / | = 0,1 A és / j = 0,5 A. akkor Í 2 = 2.10. Tervezd meg az áidiiiköit! (i) Az izzókat kapcsold sorosan!

HM-

<Á)------

-

------(A >

/5

b) Az izzókat párhuzam osan kapcsold!

Hlllr

2.11. Párhuzam os kapcsolásnál miért mutat a főágba kapcsolt am perm érő nagyobb erőssé­ gű áram ot, m int bárm elyik m ellékágban lévő?

2.12. Két párhuzam osan kapcsolt fogyasztó közül az egyikben 0,2 A, a m ásikban 0,5 A az áram erőssége. Hány mA a főágban folyó áram erőssége?

3. Az elektromos feszültség, a feszültség mérése 3.1. írd le a feszültségről, hogy a) mire je lle m z ő ? ............... ..... h) m it m utat m eg? ................... c) mi a j e l e ? ............................... (l) mi a m értékegysége?.... ..... e) pl. m ikor 1 V a feszültség? f ) hogy szám ítható k i ? ............ 3.2. írd le az áram erősségről, hogy a) m ire je lle m z ő ? ............... ..... h) mit mutat m eg? ............. ..... c) mi a j e l e ? ...............................

16

d) ini a m értékegysége?................ p l m ik o r I A

a7

;ír /jm e r o s s é g ?

f) hogy szám ítható k i ? ................. 3.3. Rajzold le annak az ái amkömek a kapcso­ lási rajzát, m elynek részei: egy fogyasztó, egy zsebtelep, egy kap­ csoló és két feszültségmérő!

3.4. Állapítsd m eg a rajzok alapján a m űszerek m éréshatárát és a mért feszültségeket! (A fekete pontok jelzik a „banándugók” helyét, vagy a méréshatái’ kapcsoló állását.)

í/. =

t/2 =

Rajzold be a voltm érők m utatójának állását az alábbi esetekre vonatkoztatva! (Ügyelj a m éréshatárokra!)

3.5. Az áram körök kapcsolási rajza között hibás is van. Keresd m eg a hibákat, és javítsd k i!

h)

I\



AI I 17

»/

c)

d)

■ 111

111

3.6. M elyik izzó világít a következő áram körökben, ha a kapcsoló nyitott (ny), illetve zárt (z) állásban van?

o)

h) B

B

I I I

1 11

n\.

/ ív;

c) A

B

A

B

1I I

I I I

/ ív;

ny:

z:

z:

e)

f) B

H I I / ív;

IH

C

H I I /iv;

✓

^

II. AZ ELEKTROM OS ELLENÁLLÁS. AZ EGYENÁRAM HATÁSAI L Az elektromos ellenállás. Ohm törvénye. Vezetékek ellenállása 1.1. M it jelent az, hogy a fogyasztónak ellenállása van?

Állapítsd meg a grafikonok alapján, hogy melyik fogyasztónak nagyobb az ellenállása!

M ilyen aiányosság van í / és / között, ha R állandó? Mit jelen t e z ? .................................................................... Ki fedezte fel ezt az ö sszefü g g ést?..............................

1.2. Töltsd ki a táblázatot! A mennyiscg neve

jele

mcrlékegyscgc

kiszániítá.sa

ellenállás feszültség áram erősség

19

1.3. vSzámítsd ki a táblázutok hiányzó adatait!

o)

C/(V)

/( A )

1

1

10

1 10

h)

/f(n )

0(\) 2

1

10 16

8

6

2

16

A lum ínium

1

2

2

Vörösréz

A (m m^)

1

2

20

0.5

^ (m )

/f (H)

4 8

2

c)

/( A )

i (m) 0,027

A (m m^)

1

1

1

3

1

1

5

1

10

10

10

4

4

R(^) 0,017

1.4. o) Két áram körbe egyenlő ellenáUású fogyasztókat kapcsoltunk. A m ásodik áram kör­ ben az áram fonás feszültsége kétszer nagyobb. Hasonlítsd össze a kél áramkörben folyó áram erősségét!

-------

------- 1 /i

--------- o

o--------V

------- 1

^

1------- 1 /i

---------O 0---------2U

M ilyen arányosság van a í / és / között, ha az R állandó?

Mit jelent ez?

20

h) Két áram körbe egyenlő feszültségű áram fonásra különböző ellenállású fogyasztót kapcsoltunk. A m ásodik áram körben a fogyasztó ellenállása fele az elsőhöz képest. M i e n n e k a k ö v e tk e z m é n y e ? I n d o k o ld a v á la s z o d !

-------

2/?

-------1

------- 1

^

1------- 1

h o

f}

/ , .... ....h o

o-----------

o— U

c) Két áram körbe különbözőellenállású fogyasztót kapcsoltunk. A második áiam körben a fogyasztó ellenállása kétszer nagyobb. A két áiam körben az áiam erősség egyenlő. H asonlítsd össze az áram források feszültségét!

R

2R Ut

-o

o-

-o

t/|

o-

1.5. Egyenlő ellenállá.sú fogyasztókból 0 ) először egyet;

h) majd sorosan kettőt: c) végül párhuzam osan kettői kapcsolunk egyenlő feszültségű áram forrásokhoz. 0)

h)

R

R

R

/, -o

-o

o-

oV

U

H asonlítsd össze az ái /,.... .... h '

h =....

/ ,. .. . .... h l

/i

h =....

A .... ..../ 3;

h

/ , =....

21

őrizd szám ítással, ha /? = 20 fí és í / = 60 V! /? = 2 o n í / = 60 V o) /, = ?

h) h = ? c)

A= ?

1.6. vSzámítsd ki a hiányzó adatokat!

o)

/?i =20S2

t/, =?

í/2 = ?

( A ) /=? ■o oí / = 160 V

/>)

/?, = 2 0 í í

í/| = ?

/ l

=

?

/■>=? /?,=? —o

o—

í / - 160 V

22

® / = ?

/?, =? / l

=

?

/?. = 5 0 íi /2 = ?

@ / =5A

/?, =? o

o

>

i / = 200 V

1.7. Az alábbi állítások közül melyik az igaz (i) és m elyik a hamis (h)? írd az állítások mellé a megfelelő betűt! <() A sorba kapcsolt fogyasztok ellenállása összeadódik. h) A párhuzam osan kapcsolt fogyasztók eredő ellenállása kisebb bái melyik bekapcsolt fogyasztó ellenállásánál. c) Sorosan kapcsolt fogyasztók egyikén 0,2 A, m ásikán 0.5 A erősségű áram halad át. d) Párhuzam osan kapcsolt fogyasztók szám át növelve a főágban az áram erősség nő.

1.8. a) Két különböző ellenállású fogyasztót sorosan kapcsoltunk. Növeljük a sorosan kapcsolt fogyasztók számát még egy fogyasztó beiktatásával. Az áram fon ás feszült­ sége változatlan.

u;

U

"H 0

U

0

^1 H

H

^ í l-*(A) /’

1 '

u

4

Állapítsd meg a következő m ennyiségekről, hogy a fogyasztók szám ának növelé­ sével változnak-e, és ha igen, akkor hogyan!

í/2

í/í; í^i;

/ R.

/•;

Indokold a változást!

2.?

b) M egállapításaidat számítúsokkul is ellenőrizd! /?, = 4 o n /?2 = 20 n / ? 3 = t ;

=

1 2 0 6 0

/ ? , = ?

V

/?*

=

*’

/ •

=

? ?

/

=

?

í / l

=

?

t / , ’ =

í / 2

=

?

t / i =

?

í / 3 =

?

1.9. A rajz alapján készíts szabályos kapcsolási rajzot!

M elyik változatban világít leggyengébben, illetve legerősebben az izzó?

1.10. Hogyan lehet a 20 V-ra hitelesített kaiácsonyfaizzókat 230 V-os hálózati áiamfonás* ról üzem eltetni?

24

2. Az elektromos munka és teljesítmény 4

2.1. Húzd alá a teljesítm ény m értékegységeket! Á llapítsd meg a többiről, hogy m inek a m értékegysége! ) Ws

1 W ..

W h ..

I J ...

1 kW

kWh

2.2. Egészítsd ki a táblázatokat! A m ennyiség neve

jele

m crtckcgyscgc

kiszám ítása

V W Q p h) M elyik m ennyiséget számítjuk ki a következőképpen? U / P

U I f = P_ _ u

~ .......

Ö (C )

»V(J)


Í/(V )

V{\)

7(A)

tis)

0.1

10

1

1

I

0.2

20

2

1

1

0,2

2

1

2

I

1

I

1

1

2

y v Q)

2.3. Olvasd le néhány, a lakásotokban található fogyasztó teljesítményét! Értelmezd, hogy m it jelentenek ezek a teljesítm ények! Pl.: vasaló

W;

porszívó

W;

izzólámpa

W;

Pa =

W; W;

Pe.=

W.

25

2.4. vSzámítsd ki, hogy mennyibe kerül a csillárotokban lévő izzók két órán keresztül tör­ ténő felesleges üzemeltetése! (1 kW h elektrom os energia árát a villanyszám láról álla­ pítsd meg!) P-6 = / = 2h W=? Fizetendő = ? (Ft) 2.5. Figyeld meg a villanyóra táicsájának forgását először egy, majd több fogyasztó m ű­ ködése közben! O lvasd le a villanyóra állását pl. két egymást követő vasárnap reg­ gel! Szám ítsd ki a heti fogyasztást!

2.6. Hasonlítsd össze két különböző ellenállású fogyasztó teljesítményét! ü) R i

/i

<

^ 2»

=

U 2.

h)

< í / | .......... O r.

......... ^2;

=

h ’.

......... P i^

P l •......... P 2^

M elyik kapcsolásm ódban alakul a fogyasztók teljesítménye az í/>-hoz h a so n ló a n ? ... ................................................................. a /?^-hez h a so n ló a n ? ......................................................... -............

3. Az egyenáram hatásai 3.1. M ilyen kölcsönhatás eredménye az áram hőhatása?

3.2. M ilyen folyam atot nevezünk elektrolízisnek?

3.3. M in alapszik a galvánelem ek m űködése?

3.4. Mi jellem ző az áram jáita vezető körüli m ágneses mezőre?

26

IIL AZ ELEKTROM ÁGNESES INDUKCIÓ. A VÁLTAKOZÓ ÁRAM 1. Indukció 1.1. Egészítsd ki! Az elektrom ágneses indukció akkor jön létre, ha ...........................................

1.2. M ilyen m ágneses pólus alakul ki a tekercs má.snesrúd felé eső végén, ha a tekercshez a m ágnesrúd E-i pólusú vége

É

L 0 J

D

a) közeledik? h) távolodik?

Mit tudsz az a), illetve h) esetben az indukált áram egym áshoz viszonyított irányáiól?

1.3. M ilyen áram ot nevezünk váltakozó áram nak?

1.4. M ilyen berendezéseket ismersz, am elyek az elektrom ágneses indukció alapján mű­ ködnek?

1.5. Egy tekercs eirtn nídm ágnes: forgatunk. M ilyen mágneses pólus alakul ki a tekercs rúdm ágnes felé eső végén, ha (\) az D ‘i m ágneses pólus k ö zeled ik ?..................................................................................... h) az D-i m ágneses pólus táv o lo d ik ?...................................................................................... c) Milyen erő ellenében kell m unkát végezni az a) e s e tb e n ? .......................................................................................................................... a h) e se tb e n ? ............................................................................................................................

27

2. Transzformátor 2.1. Egy álam fonásként használt transzform átor szekunder tekercsének m enetszám a két­ szer nagyobb, mint a primer tekercs menetszám a. Állapítsd meg a m egfelelő feszültségek, áiam erősségek és teljesítm ények arányát!

1 : 2;

: /« =

u , , : (/„ =

• ^sz ~

2.2. A generátor által előállított váltakozó áramot feltranszforraáljuk. Erre vonatkozóan egé­ szítsd ki a feladatot! N f,......... /V,, V ,,......... Vsz ^/>......... ^sz P P ‘ f>......... *sz M iéil célszena az elektrom os energia „szállításakor” a feltranszform álás?

2.3. A hálózati áram forrás feszültségét (230 V) ötödrészére akarjuk letranszform álni. a) Tervezd m eg a transzform átort! 1.

í//, = 230 V ^sz

Usz = 4 6 V

2.

3.

1200

12000

600

4.

2400

h) Szám ítsd ki a prim er áram erősséget, a prim er és a szekunder teljesítm ényt, ha a prim er feszültség í/p = 230 V és a szekunder áiam erősség 7,^ = 5 A! A m enetszá­ mok aránya a táblázat szerint változik. : Nsz

P pm l*sz (W)

2S

1 :1

1 :2

1 : 1(H>

1 :500

2.4. Számítsd ki a hiányzó adatokat! Vpi\)

Ppi'W )

l^sz (V)

fsz (A)

Psz(^)

600

200

300

1000

1200

200

600

1000

50

1200

10

2000

*2.5. Számítsd ki a hiányzó mennyiségeket! N ,,= 100 Nsz = 500 R = lo o n U,, = 2 4 W

r

S o

L <2)—

R

HEH

Ip - .

P =

/ -= ■ ^sz •>

29

IV. FÉNYTAN 1. A fény terjedése 1.1. Sokáig azt hitték, hogy a fény terjedéséhez nem kell idő. Sok jel azonban arra utalt, hogy ez nem így van. A z 1600-as évek óta többen kísérletet tettek a fény nagyon nagy sebességének meghatározásáia. O laf R öm er dán csillagász 1676-ban úgy mérte meg a Jupiter egyik holdjának keringési idejét, hogy m eghatározta azt az időtartam ot, am ely a holdnak a Jupiter ár­ nyékából történő két egymást követő kilé­ pése közölt telt el. Ezt közel 2 napnak ta­ lálta. A m érés pontosabbá tétele éidekében azt is kiszán'.ította, hogy m ikor kell m eg­ jelennie a holdnak fél év múlva. A hold azonban 22 percet késett az előre kiszámított időponthoz képest. Röm er tudta, hogy az első mérése nem lehetett ilyen pontatlan, ezért más m agyarázatot keresett. M iközben a Jupiter holdja sokszor járt körül a pályáján, a Föld a Nap kőiül kering­ ve a Jupitertől mért legközelebbi pontjától pályája legtávo.abbi pontjába jutott (eközben a Jupiter pályájának csupán 1/24 részét tette meg). így a Jupiter holdjáiól érkező fény­ nek annyival hosszabb utat kellett m egtennie, m int a Föld pályájának átm érője (kb. 300 000 000 km). M ekkorának adódik a fény sebessége Röm er mérése alapján? .s'2 - .V, = .V= t r=?

Mi lehetett a pontatlanság oka?

30

1.2. A fény vákuum ban r = 300 OOO km /s sebességgel terjed M ekkora távolság az egy fényév, ha az évet 365,25 napnak vesszük? (A fényév a csillagászatban használt hoszszúság mcitékcgy.scg, az a távolság, amennyi utat a fény egy év alatt m egtesz.)

1 ^ . A mérések pontos elvégzésének alapvető feltétele, hogy az alapm ennyiségek mértékegységét pontosan ismerjük. A hosszúság m értékegységének, a m éternek a fogalm át először a nagy francia fonadalom alatt határozták meg. A m odern tudom ányok igé­ nyének m egfelelő pontosságú métert 1983-ban ~ Bay Zoltán m agyar fizikus javasla­ tára - a fény terjedési sebességének felhasználásával adta meg a Nem zetközi M érték­ ügyi Bizottság. M eghatározták azt az időtartam ot, amely alatt a fény vákuum ban egy méter utat tesz meg. A másodperc hányad része ez az időtartam? (Legalább 9 szám ­ jegy pontossággal add meg!)

1.4. Sötét szobában néhány m illim éter átm érőjű nyíláson engedj be fényt! Figyeld meg ^ fény útját! Porm entes szobában alig látszik a fénysugár, de port vagy füstöt juttatva fcz útjába, sokkal jobban látható a fény útja. M iért?

1.5. Készítsd el a fényképezőgép ősét, az ún. lyukkam erát (camera obscurát)! Ez lehet pél­ dául egy kb. 25-30 cm oldalélű doboz, am elynek az egyik oldala áttetsző vékony se­ lyempapír. Az ezzel szemben lévő oldallap közepén egy kicsi, 2-3 mm átmérőjű lyuk van. Ha a szoba belsejéből a doboz lyukas oldalát az ablak felé fordítod, akkor nem egy fény­ foltot látsz, h a n e m ........................................................................................................................ Ha elkészítetted a cam era ob>curát, m egtudod, hogy mit! Mi a jelenség m agyarázata?

3/

2. A fény visszaverődése. A tükrök képalkotása 2.1. M it jelent az a megállapítás, hogy a síktükör képe látszólagos?

2.2. Le lehet-e fényképezni a síktüköi ben keletkező látszólagos képet? Indokold is állításod!

2.3. Irányíts egy keskeny fénysugarat síktükörre! Kísérlettel és (vagy) számolással határozd m eg. hogy m ekkora szöggel fordul el a visszavert fénysugár az eredeti irányától, ha a tükröt ü sz ö g g e l ( « < 180*)elforgatod!

2.4. Szerkeszd meg a tükör előtt lévő tárgy egy adott A pontjának /4‘ tükörképét! - Rajzold m eg a tükörben látott képet és írd le tulajdonságait! S íktükör A kép n a g y sá g a :................ A k

természete: .............. á llá s a :....................... távolsága a tükörtől:

h)

D om ború tü k ö r A ii F

T

A kép n a g y sá g a :................ természete: .............. á llá s a :....................... távolsága a tükörtől:

32

c) Ilo m o rú tük(>r (a tárgy a fókuszon belül) A kép nagysága: ................ te rm észe te :............. állása: ...................... . \

távolsága a tükörtől: (a tárgy F és C között) A kép nagysága: ................ te rm észe te :.............. - b ^ .............

I— X-------T C

á llá s a :....................... távolsága a tükörtől:

3. A fénytörés. A lencsék képalkotása 3.1. M ilyen kapcsolata van a fénytörésnek a fény terjedési sebességével?

3.2. Készíts házilag fénykábelt! Horgászzsinórból vágj le 10-15 darab. 30-40 cm (azonos) hosszúságú részt! Fogd azo­ kat egyetlen kötegbe úgy, hogy végeik m indkét oldalon egy-egy síkban legyenek! Cérnával tekerd körül a szálakat, hogy a köteg együtt maiadjon! Fogd hüvelyk- és muta­ tóujjad közé a köteg egyik végét, és taitsd világító zseblám pa elé! Mit tapasztalsz? Mi történik, ha a kábelt hajh'tgatod? Mi a jelenség magyarázata?

33

3.3. Egy üres befottesüveget tölts meg három negyed részig vízzel! Tedd az asztal szélére, és az üveg túlsó oldalához támaszd hozzá a fizikatankönyvedet úgy, hogy a FIZIKA 8 felirat legyen alul! Mit látsz, ha leguggolva, az üveg oldalán át, a vízfelületre alulról nézel? Mi a látottak magyarázata?

3.4. M érd meg, hogy egy lencse (pl. nagyító, szem üveglencse) m ekkora távolságra gyűjti össze legkisebb területű foltra a rajta m erőlegesen áthaladó fénysugaiakat! Számítsd ki, hogy hány dioptríás a lencse! (A dioptria a lencse „gyűjtoképességére” jellem zó m ennyiség, am it a látszerészek használnak. A dioptria kiszám ítható úgy, mint a lencse méterben m egadott fókusztá­ volságának reciproka. Pl. h a / = 25 cm = 0,25 m, akkor D = 4 dioptria.)

3.5. S zerkeszd m eg a gyűjtőlencse által alkotott képeket öt különböző tárgytávolság esetében!

A

í

1/

+

2/

h)

Á

-X-

l

V 34

1 A

d) í

e)

-X-

-M-

A

1

-HF.

3.6. A gyűjtőlencse képalkotása. írd be a kép m egfelelő jellem zőit! A kép

T árgj'távolság

nagysága: nagyított, kicsinyített, term észetes nagyságú

term észete: vahklí, látszólagos

állása: egyező, fordított

távolsága a gyűj­ tőlencsétől (A:): k > 2 l k = 2f, 2f>k>f

r
2f>r>f

f = 2f

r>2f

35

C) NEZZ UTANA! I. M IÉR T HASZNÁLJUNK ELEM HELYETT AKKUMULÁTORT? Hogy hol? ... pl. az internetei} o könyvtárban. Ötlet: www.google.hu (kulcsszó: elem, akkum ulátor) A m obiltelefonok, szám ítógépek, hordozható eszközök rohamos és töm eges elterjedésével nag>on m egnövekedett az ezek m űködtetéséhez szükséges elemek száma. A galvánelem ek miután újra nem hasznosíthatók -je le n té s m énékben szennyezhetik környezetünket. GyÖjtsd össze, m ilyen veszélyforrásokat hordoznak ezek az elhasznált és a háztartási szemétbe kidobott elemek!

A környezetszennyezés nagymértékben csökkenthető lenne, ha az elemek helyett ugyanolyan méretű akkum ulátorokat használnánk, am elyek kb. 1000 alkalommal újratölthetóek. Ezek persze jóval drágábbak az elemeknél, és tartalék akkum ulátona, valamint akkumulátortöltőre is szükség van. Végezz szám ítást, hogy hányadik elem vásárlásánál térül meg a befektetés (az aktuális áraknak nézz utána valam elyik szaküzletben!) 1 db tartós ceruzaelem ára:

......................

1 db akkum ulátor ára:

.......................

1 db tartalék akkum ulátor ára:

......................

I db akkum ulátortöltő ára:

......................

1 kWh elektrom os energia ára: ...................... Az íikkum ulátor 1000 újratöltésével kb. 2 5 0 -3 0 0 tartós elem vásárlását válthatjuk ki. A számításaidnál vedd figyelembe az akkum ulátor újratöltésének költségeit is! (A 4 db ceruzaelem feltöltésére alkalmas töltő felvett teljesítménye: 5 W, a töltési idő: 14 h.)

36

II. HOGYAN TAKARÉKOSKODHATUNK AZ ENERGIÁVAL? Örlef: www.google.hu (kulcsszó: energiaoszfóly) A konyhagépeket az EU szabványok alapján ún. energiaosztályokba sorolják. Olvass utána, mit jelent ez! Hányfajta energiaosztályról beszélünk? M elyik energiaosztályba tallóznak a leginkább energiatakarékos háztai^ási gépek?

M enj el v alam elyik háztartási gépeket fo rg alm azó szaküzletbe, és g y ú jts a d ato k at (teljesítmény, ár, hűtótéifogat) különböző energiaosztályba tanozó hűtőgépekről! Az ada­ tok felhasználásával végezz szám ításokat, mennyi idő alatt téiiil meg, ha az energiatakaré­ kosabb gépet választjuk! Beszéljétek meg, hogy milyen szempontok alapján hoztok döntést egy hűtőszekrény megvásárlásakor!

37

III. HOGYAN MŰKÖDNEK A NAPERŐMŰVEK? Örle:: www.google.hu (kuicsszó: naperőmű, naperdmfívek) Hogyan m űködnek a naperőm űvek?

Hol vannak a legnagyobb teljesítm ényű naperőm űvek a világon?

Végezd el az alábbi kísérletet! Borítsd be egy nagyobb tálnak (p l salátástál) a belsejét alufóliával! Alaposan simítsd el, meil a tálnak olyannak kell lennie, mint egy hom oní tükör! A tál aljára ittgzíis egy öntapadós koi onggal rendelkező akasztót! (Ezen a helyen előtte szakítsd fel a fóliát.) Erre az akasztóra erősíts egy almát, m ajd a tálat fordítsd a Nap felé! Várj néhány percet, és figyeld meg. hogy mi történik az almával! M agyarázd meg a tapasztaltakat! Készíts rajzot!

3H

TARTALOM A ) K ÍS É R L E T E Z Z Ü N K ! L ELEKTROMOS ALAPJELENSÉGEK. ÁRAMERŐSSÉG, FESZÜLTSÉG ...................

4

L Egyszeiij áram köri kapcsolások ......................................-.......................................... 2. Az áram erősség mérése .....................................................-.......................................... 3. A feszültség m érése ........................................................... -..........................................

4 5 6

IL AZ ELEKTROMOS ELLENÁLLÁS. AZ EGYENÁRAM HATÁSAI ............................. L Az elektrom os ellenállás. Ohm törvénye. Az egyenáram hatásai ........................ 2. Elektrom os m unka és teljesítmény. (M érési g y a k o rla t).........................................

7 7 8

IIL AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ. A VÁLTAKOZÓ Á R A M ................................

9

IV. FÉNYTAN ............................................................................................................................. I. A dom ború lencse képalk o tása........................................ ...........................................

11 11

B) M ÉR J. S Z Á M O L J. GYAKOROLJ! L ELEKTROMOS ALAPJELENSÉGEK. ÁRAMERŐSSÉG. FESZÜLTSÉG ................... 1. Az elektrom os alapjelenségek..........................................-.......................................... 2. Elektrom os áram, áramköi\ Az áram erősség és mérése. Fogyasztók k a p cso lá sa ...................................................... -.......................................... 3. Az elektrom os feszültség, a feszültség m é ré se ............ -..........................................

12 12 13 16

II. AZ ELEKTROMOS ELLENÁLLÁS. AZ EGYENÁRAM HATÁSAI ............................. 19 1. Az elektrom os ellenállás. Ohm törvénye. Vezetékek ellenállása ........................ 19 2. Az elektrom os m unka és te ljesítm én y ........................... ........................................... 25 3. Az egyenáiam hatásai ....................................................... -.......................................... 26 III. AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ. A VÁLTAKOZÓ Á R A M ................................ 1. Indukció ........................................................................................................................... 2. Transzform átor ...............................................................................................................

27 27 28

IV. FÉNYTAN ............................................................................................................................. 30 1. A fény te rje d é se .............................................................................................................. 30 2. A fény visszaverődése. A tükrök k ép alk o tása.............. ........................................... 32 3. A fénytörés. A lencsék k ép alk o tása................................ ........................................... 33 C ) N ÉZZ U TÁ N A ! I. MIÉRT HASZNÁUUNK ELEM HELYETT AKKUMULÁTORT? ................................

36

II. HOGYAN TAKARÉKOSKODHATUNK AZ ENERGIÁVAL?......................................... 37 III. HOGYAN MŰKÖDNEK A NAPERŐMŰVEK?...............................................................

38

Kiadja a Mozaik Kiadó, 6723 Szeged. Debreceni u. 3/B.; Telefon; (62) 470-101. 554-664 E-maii: kiado@ tnozaik.info.hu • Honlap: www.m 0 Z4iik.inf 0 .hu > Felelős kioldó: Töiök Zoltán Grafikus: Dcitk Ferenc • Felelős szerkesstő: Tóth Katalin • Műsz«iki szerkesztő: Daróczi Edit Készült a Dürer Nyomda Kft.-ben • Felelős vezető: Kovács János Tcíjcdclcm: 3.58 (A/5) ív *2012. fcbruiir • Tömeg: 70 g • Rakt