Conrad Szaküzlet 1067 Budapest, Teréz krt. 23. Tel: (061) 302-3588 Conrad Vevőszolgálat 1124 Budapest, Jagelló út 30. Tel: (061) 319-0250
Napenergia 150 kísérlet Figyelem: éles, hegyes tárgyakkal óvatosan kell bánni. A kísérletektől a három éven aluli gyerkeket távol kell tartani. A közvetlen napfényben végzett kísérletekhez napszemüveget kell viselni. A csillagokkal (**) jelzett kísérletek csak felnőtt felügyelete mellett végezhetők. A készlet tartalma Abszorbeáló (elnyelő) edény Meghajtó tárcsa Felragasztó Lábak a parabolatükörhöz Kötözőfonal/spárga Kivágós papírívek Celofán (piros, zöld, kék, sárga) - fekete karton Dióda Drót (19 cm) Elektródok Repülők (kivágós ívek) Galvanométer - a következő alkatrészekkel: tengely, alaplap, rézdrót, mágnes, mágnestartó, skála, mutató Használati útmutató Gumiszalag Gumikorong Emelő/darukar Világítódióda (LED) Léggömb Lupe (nagyítóüveg) Motor Parabolatükör pH-papír Műanyag kar Műanyag edény fedővel Műanyag tartó Propeller Kémcső Fém kémcsőfogó Védőszemüveg Napelem Tükör Csap/tű Rögzítő dugasz a parabolatükörhöz Stroboszkóp tárcsa Hőmérő Hőmérő skála Alátét tárcsa Ellenállás
1
Tartalom HŐ..............................................................................................................................................................................................................4 HŐMÉRSÉKLET - HŐ ..........................................................................................................................................................................4 1. KÍSÉRLET - FORRÓ - MELEG - HIDEG .....................................................................................................................................5 2. KÍSÉRLET - CSAK HIDEGEBBNEK TŰNIK ..............................................................................................................................5 3. KÍSÉRLET - MIÉRT MELEGEBB AZ UTCA? .............................................................................................................................5 4. KÍSÉRLET - PAPÍRFAZÉK**..........................................................................................................................................................5 5. KÍSÉRLET - HŐMENNYISÉG........................................................................................................................................................5 6. KÍSÉRLET - A JÉG RAGAD ............................................................................................................................................................5 7. KÍSÉRLET - A HŐMÉRŐ ................................................................................................................................................................5 8. KÍSÉRLET - A NAP MELEGE VISSZAVERHETŐ ....................................................................................................................5 9. KISÉRLET - KÉMCSÖVES HŐMÉRŐ ..........................................................................................................................................5 KITERJEDÉS - ÖSSZEHÚZÓDÁS ......................................................................................................................................................6 10. KÍSÉRLET - A GÁZOK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** ............................................................................................6 11. KÍSÉRLET - A GÁZOK LEHŰLÉSKOR ÖSSZEHÚZÓDNAK** ...........................................................................................6 12. KÍSÉRLET - A SZILÁRD TESTEK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** .........................................................................6 13. KÍSÉRLET - HŐTÁGULÁSI TÉNYEZŐ**.................................................................................................................................6 14. KÍSÉRLET - A GUMI MELEG HATÁSÁRA ÖSSZEHÚZÓDIK** ........................................................................................6 15. KÍSÉRLET - A LEVEGŐ KONVEKCIÓJA ................................................................................................................................6 16. KÍSÉRLET - HŐÁTVITEL ............................................................................................................................................................6 17. KÍSÉRLET - A MELEG LEVEGŐ FELSZÁLL**.......................................................................................................................6 18. KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ** .......................................................................................................................................................6 19. KÍSÉRLET - A HIDEG LEVEGŐ LESÜLLYED........................................................................................................................6 20. KÍSÉRLET - IDŐJÁRÁS A FAZÉKBAN** .................................................................................................................................6 21. KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ A HÁZBAN ......................................................................................................................................7 22. KÍSÉRLET - BERNOULLI TÖRVÉNYE......................................................................................................................................7 23. KÍSÉRLET - KI TARTJA ERŐSEBBEN? ....................................................................................................................................7 24. KÍSÉRLET - HOGY LEHET EZ?** ..............................................................................................................................................7 25. KÍSÉRLET - ÁRAMVONALAS SEPRŰNYÉL** ........................................................................................................................7 26. KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE.................................................................................................................................7 27. KÍSÉRLET - A RÉZ JÓ HŐVEZETŐ** .......................................................................................................................................7 28. KÍSÉRLET - „LÁTHATÓ” HŐVEZETÉS**................................................................................................................................7 29. KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE**.............................................................................................................................7 30. KÍSÉRLET - HŐSUGÁRZÁS..........................................................................................................................................................7 31. KÍSÉRLET - SUGÁRZÁS** ............................................................................................................................................................7 32. KÍSÉRLET - VASTAG ÜVEGEN KERESZTÜL .........................................................................................................................7 33. KÍSÉRLET - EGY FORRÓ AUTÓ .................................................................................................................................................8 34. KÍSÉRLET - FEHÉR TÁRGYAK A NAPSÜTÉSBEN ................................................................................................................8 FÉNYSUGÁRZÁS ...................................................................................................................................................................................8 35. KÍSÉRLET - KONDENZORLENCSE** .......................................................................................................................................8 36. KÍSÉRLET - VISSZAVERT FÉNY** ............................................................................................................................................8 37. KÍSÉRLET - A FÉNY DIFFÚZIÓJA (SZÓRÁS)..........................................................................................................................8 38. KÍSÉRLET - A FÉNY DISZPERZIÓJA (SZÓRÓDÁS)** ..........................................................................................................8 39. KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK PÁRHUZAMOSAK .................................................................................................................8 40. KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK MEGTÖRHETŐK.................................................................................................................8 41. KÍSÉRLET - FÉNYTÖRÉS .............................................................................................................................................................9 42. KÍSÉRLET - A KILÉPÉSI ÉS BELÉPÉSI SZÖG EGYENLŐ...................................................................................................9 A FÉNY SZÍNE ........................................................................................................................................................................................9 43. KÍSÉRLET - PRIZMA ELŐÁLLÍTÁSA ......................................................................................................................................9 44. KÍSÉRLET - A SZIVÁRVÁNY .......................................................................................................................................................9 45. KÍSÉRLET - A SPEKTRUM (SZÍNKÉP)......................................................................................................................................9 46. KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK SZÍNTELENEK .....................................................................................................................9 47. KÍSÉRLET - MI JÖN A VÖRÖS UTÁN?.....................................................................................................................................9 INFRAVÖRÖS SUGARAK GYŰJTÉSE/NYALÁBOLÁSA .............................................................................................................9 48. KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TUDOMÁNYOS VIZSGÁLATA ........................................................................................................9 49. KÍSÉRLET - ENERGIA-NYALÁBOLÁS......................................................................................................................................9 50. KISÉRLET - HŐNYALÁBOLÁS**................................................................................................................................................9 51. KÍSÉRLET - MAXIMÁLIS HŐMÉRSÉKLET**.......................................................................................................................10 52. KÍSÉRLET - A NAGYÍTÓ ÁRNYÉKA .......................................................................................................................................10 53. KÍSÉRLET - PÖRKÖLJÜK MEG A PAPÍRT**........................................................................................................................10 54. KÍSÉRLET - SÖTÉT PAPÍR KÖNNYEBBEN GYULLAD** ..................................................................................................10 55. KÍSÉRLET - BALRA - JOBBRA ..................................................................................................................................................10 56. KÍSÉRLET - A FEHÉR SZÍN SZÓR A LEGJOBBAN** ..........................................................................................................10 57. KÍSÉRLET - DOMBORÚ TÜKÖR (KONVEX) .........................................................................................................................10 58. KÍSÉRLET - HOMORÚ TÜKÖR (KONKÁV) ...........................................................................................................................10 59. KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TÜKÖR.................................................................................................................................................10 60. KÍSÉRLET - NÉZD MEG MAGAD ALAPOSAN: SZÉP VAGY!............................................................................................10 SZOLÁR KEMENCE (NAPKEMENCE)...........................................................................................................................................10 61. KÍSÉRLET NAPKEMENCE ÉPÍTÉSE** ...................................................................................................................................11 62. KÍSÉRLET - HASZNÁLJUK A NAPKEMENCÉT....................................................................................................................11 63. KÍSÉRLET - KERESSÜK A GYÚJTÓPONTOT .......................................................................................................................11 64. KÍSÉRLET - GYÚJTSUNK MEG EGY TOLLAT**.................................................................................................................11 65. KÍSÉRLET - FORRALJUNK VIZET!** .....................................................................................................................................11 66. KISÉRLET - FŐZZÜNK TEÁT!**...............................................................................................................................................11 67. KÍSÉRLET - OLVASSZUNK MEG EGY GYERTYÁT!**.......................................................................................................12 68. KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A FEHÉRJÉT) .............................................................................................12 69. KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A SÁRGÁJÁT).............................................................................................12 70. KÍSÉRLET - TOJÁS SÜTÉSE** ..................................................................................................................................................12 71. KÍSÉRLET - SEGÍTSÉG KÍVÜLRŐL.........................................................................................................................................12 72. KÍSÉRLET - CSODA A TEÁSPOHÁRBAN ...............................................................................................................................12 2
73. KÍSÉRLET - A KÍNAI VARÁZSLÓ TRÜKK.............................................................................................................................12 74-76. KÍSÉRLET - VÁLTOZÁSOK ÉS VÁLTOZTATÁSOK .....................................................................................................12 77. KÍSÉRLET - A SZOLÁRHŐ KONCENTRÁLHATÓ ...............................................................................................................12 PÁROLGÁS - KONDENZÁCIÓ .........................................................................................................................................................13 78. KÍSÉRLET - FOLYADÉK ÁTALAKULÁSA GÁZZÁ**.........................................................................................................13 79. KÍSÉRLET - GÁZ ÁTALAKULÁSA FOLYADÉKKÁ** ........................................................................................................13 80. KÍSÉRLET - A NAGY PÁROLOGTATÓ ...................................................................................................................................13 81. KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS SEBESSÉGE A FELÜLETTŐL FÜGG ....................................................................................13 A NAP MOZGÁSA ................................................................................................................................................................................13 82. KÍSÉRLET - A NAP LÁTSZÓLAGOS MOZGÁSA...................................................................................................................13 83. KÍSÉRLET - NAPÓRÁT KÉSZÍTÜNK .......................................................................................................................................14 84. KÍSÉRLET - MEGKERESSÜK A SARKCSILLAGOT ............................................................................................................14 85. KÍSÉRLET - A NAPÓRA FELÁLLÍTÁSA .................................................................................................................................14 86. KÍSÉRLET - HÁNY ÓRA VAN? ..................................................................................................................................................14 87. KÍSÉRLET - A NAPÓRÁT AZ ÉVSZAKHOZ IGAZÍTJUK....................................................................................................14 88. KÍSÉRLET - AZ ÓRÁD NEM JÁR JÓL! ....................................................................................................................................14 89. KÍSÉRLET - NAPFOLTOK** ......................................................................................................................................................14 NAPKITÖRÉSEK .................................................................................................................................................................................15 90. KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK BEESÉSI SZÖGE...................................................................................................................15 91. KÍSÉRLET - KINYÚLÓ ELEM A TETŐN.................................................................................................................................15 MELEGVÍZ ELŐÁLLÍTÁSA..............................................................................................................................................................16 92. KÍSÉRLET - A NAP FELMELEGÍTI A VIZET.........................................................................................................................16 93. KÍSÉRLET - A HÁTTÉR HŐELNYELÉSE (ABSZORPCIÓJA) ............................................................................................17 94. KÍSÉRLET - MELEGÍTÉS TÜKÖR FÖLÖTT ..........................................................................................................................17 95. KÍSÉRLET - MIT GONDOLSZ? ..................................................................................................................................................17 96. KÍSÉRLET - FESTETT VÍZ ÉS SAJÁT KÉSZÍTÉSŰ TINTA ................................................................................................17 97. KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS HŰT................................................................................................................................................17 98. KÍSÉRLET - ÚSZÓMEDENCE ....................................................................................................................................................17 99. KÍSÉRLET - MELEG VÍZ ELŐÁLLÍTÓ** ...............................................................................................................................17 100. KÍSÉRLET -ÜVEGGEL FEDETT HŐELNYELŐ...................................................................................................................18 101. KÍSÉRLET - MENNYI HŐT NYEL EL A FÜRDŐVÍZ A KÁDBAN?..................................................................................18 102. KÍSÉRLET - MENNYIBE KERÜL EGY KÁDFÜRDŐ? ........................................................................................................18 103. SZ. KÍSÉRLET A NAPI FŰTÉS-FOK ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA....................................................................................18 104. SZ. KÍSÉRLET A NAPI HŰTÉSI-INDEX ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA .............................................................................18 105. SZ. KÍSÉRLET FŰTÉSI INDEX ÁBRÁZOLÁSA..................................................................................................................18 SZILÍCIUM NAPELEMEK .................................................................................................................................................................19 A NAPELEMEK MŰKÖDÉSI ELVE.................................................................................................................................................19 106. SZ. KÍSÉRLET NAPENERGIÁVAL HAJTOTT ELEKTROMOTOR...............................................................................19 107. SZ. KÍSÉRLET EGY NAPSÜTÉS NÉLKÜLI NAP................................................................................................................19 108 KÍSÉRLET: FLUORESZKÁLÓ FÉNY ......................................................................................................................................19 109. KÍSÉRLET: A PROPELLER ......................................................................................................................................................19 110. KÍSÉRLET: A FÉNYFORRÁS TESZTELÉSE ........................................................................................................................20 111. KÍSÉRLET: A POLARITÁS MEGFORDÍTÁSA .....................................................................................................................20 112. KÍSÉRLET: A MEGFELELŐ PROPELLERFORMA KIALAKÍTÁSA ..............................................................................20 113. KÍSÉRLET: A VENTILÁTOR....................................................................................................................................................20 114. KÍSÉRLET: AZ ELSZÍVÓ ..........................................................................................................................................................20 115. KÍSÉRLET: VÁLTOZTATÁSOK A PROPELLERREL ÉS A PROPELLEREN ...............................................................20 116. KÍSÉRLET: NAPCSAPDA ..........................................................................................................................................................20 117. KÍSÉRLET: SZÉLCSATORNA ..................................................................................................................................................20 118. KÍSÉRLET: SZÉLZÁSZLÓ ........................................................................................................................................................20 GALVANOMÉTER ÉPÍTÉSE ............................................................................................................................................................20 119. KÍSÉRLET: KVANTITATÍV KÍSÉRLET ................................................................................................................................21 120. KÍSÉRLET: MILYEN SZEREPET JÁTSZIK A TÁVOLSÁG? ............................................................................................21 121. KÍSÉRLET: DIAGRAM RAJZOLÁSA .....................................................................................................................................22 122. KÍSÉRLET: A KIEGÉSZÍTŐ FÉNY BEFOLYÁSOLJA-E AZ EREDMÉNYT? ................................................................22 123. KÍSÉRLET: FORGÓTÁRCSA....................................................................................................................................................22 124. KÍSÉRLET: SÁRGA, KÉK ÉS EGYÉB SZÍNEK.....................................................................................................................22 125. KÍSÉRLET: SÁRGA ÉS VÖRÖS ...............................................................................................................................................22 126. KÍSÉRLET: FEHÉR FÉNY .........................................................................................................................................................22 127. KÍSÉRLET: A GUMIALÁTÉT KORONG................................................................................................................................22 128. KÍSÉRLET: A FORGÓKORONG ÁTALAKÍTÁSA ...............................................................................................................22 129. KÍSÉRLET: A STROBOSZKÓP.................................................................................................................................................23 130. KÍSÉRLET: MI KÖZE A STROBOSZKÓPNAK A TV-HEZ? .............................................................................................23 131. KÍSÉRLET: FORGÓ MINTA .....................................................................................................................................................23 132. KÍSÉRLET - TÖBB MINTÁT ....................................................................................................................................................23 133. KÍSÉRLET - A MOIRÉ MINTA................................................................................................................................................23 134. KÍSÉRLET - TOVÁBBI MOIRÉ MINTA .................................................................................................................................23 135. KÍSÉRLET - TOVÁBBI MENNYISÉGI KÍSÉRLETEK ........................................................................................................23 136. KÍSÉRLET - A SÖNT NEVŰ HÍD.............................................................................................................................................23 137. KÍSÉRLET - NAPFÉNY FELHASZNÁLÁSA KIEGÉSZÍTÉSKÉNT...................................................................................24 138. KÍSÉRLET - HELYISÉGVILÁGÍTÁS MÉRÉSE ...................................................................................................................24 139. KÍSÉRLET - ELEKTRONIKUS HŐMÉRŐ ............................................................................................................................24 140. KISÉRLET - DIÓDA HŰTÉSE ÉS MELEGÍTÉSE ................................................................................................................24 ELEKTROKÉMIA A NAP SEGÍTSÉGÉVEL ..................................................................................................................................24 141. KÍSÉRLET - ELEKTROLITOK...............................................................................................................................................25 142. KÍSÉRLET - pH-PAPÍR..............................................................................................................................................................25 143. KÍSÉRLET - RÉZBEVONAT KÉSZÍTÉS................................................................................................................................25 144. KÍSÉRLET - EZÜSTÖZÉS .........................................................................................................................................................25 A TERMÉSZETES NAPENERGIA HASZNOSÍTÁSA ...................................................................................................................25 145. KÍSÉRLET - FOTOSZINTÉZIS ................................................................................................................................................25 3
146. KÍSÉRLET - ROTHADÁSI GÁZ...............................................................................................................................................26 147. KÍSÉRLET - A NAPTÓ...............................................................................................................................................................26 148. KÍSÉRLET - A DARU ..................................................................................................................................................................27 149. KÍSÉRLET - HELYZETI ENERGIA ........................................................................................................................................27 150. KÍSÉRLET - FÉNYKIBOCSÁTÓ DIÓDA ...............................................................................................................................27 151 - 153. KÍSÉRLET - NAPENERGIÁVAL HAJTOTT MOBILOK ..........................................................................................27 Bevezetés A kísérletező készlet gyerekek számára készült, a napenergia hasznosítással való közeli, személyes megismerkedés céljára. Ismerkedj meg a készlet tartalmával, próbáld ki az útmutatóban leírt kísérleteket, majd ezek alapján gondolj ki saját tervezésűeket is! Javasoljuk, hogy haladjál sorban a kísérletekkel. A Nap Az emberiség régi hite szerinti istenséget ma közepes nagyságú csillagnak tekintjük. Benne másodpercenként 4 millió tonnányi tömeg alakul át 380 000 000 000 000 000 milliárd watt energiává. Tudósok kiszámolták, hogy a Nap által 43 perc alatt kisugárzott energia egyenlő a Föld által egy év alatt felvett energiával. Pesszimista becslés szerint is a Nap még 10000000000 (10 milliárd) évig élhet. o Mivel a Nap felszíni hőmérséklete folyamatosan emelkedik, becslések szerint ez 1000000000 év után 538 C-os felszíni hőmérsékletet fog létrehozni a Földön. Ez az emberiség pusztulását okozhatja, hacsak nem készül fel rá megfelelő árnyékolással. Napenergia Ma a nap- és a nukleáris energia ismeretes, mint nemfosszilis forrás. Az energiát alapvetően a fosszilis anyagok égetésével, vízi- vagy szélerőművekkel, valamint nukleáris erőművekkel állítjuk elő. A villamos energiát is részben a fosszilis anyagok égetésével nyerik. Ezek a források nem kimeríthetetlenek, ezért létkérdés a napenergia hasznosítása. Számos probléma is van ezzel kapcsolatban, pl. a megfelelő földfelületek biztosítása az energia befogására, az energia tárolása, valamint az ellátatlan területek ellátása napenergiával. Becslések szerint egy átlagos városi háztetőre elegendő napfény [Izraelben] esik ahhoz, hogy a ház áramellátásának jelentős részét fedezni lehessen belőle. Új technológiákra van szükség: világszerte kutatások folynak napenergia/mechanikai energia átalakítók, elektromos energia tárolás, napsugár/lézersugár átalakítás területén. A korábbi századokban is folytak ilyen kísérletek, pl. egy francia nap-kemence, angol építésű öntözőrendszer a Nílusnál, melegvíz előállítás Arizona, Kalifornia és Florida területén századunk elején. A kísérletek során Te is kedvet kaphatsz ötletek kitalálására. A méter-rendszer Az útmutatóban az SI mértékegység rendszert használjuk. Ez a világszerte leginkább (95%-ban) használt, a korábbi metrikus rendszerből továbbfejlesztett, zárt rendszer. Alapegységei a hoszúság egysége, a méter és a tömeg egysége, a kilogramm. Méretek és súlyok Hossz Felület Súly Térfogat [ld.eredeti útm. 10.o.] Hőmérséklet Az útmutatóban levő táblázat (11. o.) használható a Fahrenheit/Celsius átszámolásra. Hosszmérés Az útmutatóban levő két vonalzó (11. o.) használható a cm/inch (hüvelyk) átszámolásra. Kémcsövek felmelegítése és lehűtése Melegítéskor nem szabad a kémcsövet kézzel fogni. Használd a mellékelt kémcsőfogót. A meleg kémcső száját ne tartsd az arcod vagy kezed irányába. Ha üresen melegítik a kémcsövet, az elpattan. Az üveg nagyon lassan hűl. A melegforrástól való elvétel után még 15 percet várni kell, mielőtt hozzányúlnál. Az elpattanás megelőzésére az üveget lassan kell lehűteni. Hideg vízbe mártani nem szabad! Ne rakd a forró kémcsövet védőborítás nélküli felületre, mert ez megéghet. HŐ Energiánk legnagyobb részét hőből nyerjük. Az ember megtanulta, hogy a hőt erre a célra kinyerje és szabályozza. Így a házakat télen fűtjük, nyáron, forró napokon hűtjük. Az élelmiszereinket főzzük és fagyasztjuk. Felhasználjuk a hőt vezérlésre és fémek előállítására. A hő felhasználási területe szinte korlátlan. A jelen embere egyre nagyobb hőmennyiségeket igényel. A meleg iránti igényt először fa, majd szén, olaj és gáz elégetésével elégítettük és elégítjük ki. Lassan azonban rájövünk, hogy ezeknek az energiahordozóknak az elégetését nem folytathatjuk végtelen ideig, tekintettel kell lennünk utódaink energiaigényeire is. Mivel a források nem korlátlanok, további hőenergia források után kezdtünk kutatni. A nap korlátlan mennyiségű tiszta hőt kínál nekünk. o o Tudjuk, hogy a nap felszínén a hőmérséklet 10 000 C, a belsejében pedig 15000000 C. Még a 140000000 km-es távolságáról is elláthat bennünket a szükséges hővel, feltéve, hogy képesek vagyunk azt hasznosítani. Ha a napenergia felhasználására kísérleteket végzünk, fontos, hogy megértsük, mit jelent a hő, milyen hatásokat vált ki és milyen tulajdonságokkal rendelkezik. HŐMÉRSÉKLET - HŐ Minden anyag kis részecskékből, molekulákból épül fel, amelyek állandóan mozgásban vannak. Minél jobban felmelegítünk egy tárgyat, annál inkább mozognak a molekulái. Ennek megfelelően lehűtéskor a molekulák mozgása lassúbb. Hő és hőmérséklet két különböző fogalom: nem szabad őket összecserélni. A meleg- vagy hidegszintet hőmérővel mérjük, az értékeket fokban adjuk meg. Az egyes tárgyak által felvett vagy leadott hőmennyiséget kalóriában mérjük. A kalória a hő mértékegysége. 1 gramm víznek 1 Celsius fokkal való felmelegítéséhez 1 kalória szükséges. Ebből következik, hogy 15 o o g víznek 1 C-kal való felmelegítéséhez ugyanannyi hő szükséges, mint 1 g víz felmelegítéséhez 0-ról 15 C-ra. 4
Fogalmazhatunk úgy, hogy hideg alatt a hő hiányát értjük. Meleg és hideg relatív fogalmak, nincs fizikai jelentőségük. Az emberi bőr igen érzékeny hőmérsékletváltozásokra, és kevésbé érzékeny egyenletes hőmérséklet esetén. Másképpen kifejezve: a hőmérséklet a melegszintet fejezi ki, és a hőmérő fokaiban adjuk meg. Különböző hőmérsékleti skálák o o o ismeretesek, Celsius-skála, ( C), Fahrenheit skála ( F) és Kelvin-skála (abszolut fok, K). o o A leggyakrabban használt skála a Celsius-skála, itt a tiszta víz fagypontja 0 C, forráspontja pedig 100 C. A fagy- ill. forráspont közötti távolság 1/100 része 1 Celsius fok. 1. KÍSÉRLET - FORRÓ - MELEG - HIDEG Szerezz be három egyforma méretű poharat. Egyiket töltsd meg olyan forró vízzel, hogy éppen elbírja az ujjad, a másikba meleg, a harmadikba hideg vizet tölts. A jobb mutatóujjat tartsd a forró, a balt egyidejűleg a hideg vízbe. Mintegy három perc múlva mindkét ujjat tedd be a meleg vizes pohárba. Mindegyik ujjnak saját külön melegérzete lesz. Az ujj, amelyik először a forró vízben volt, a meleg vizet „hideg”-nek fogja érezni, a másik pedig ellenkezőleg, „forró”-nak. A változásokat a bőr érzékeli. o A hőérzetünk nemcsak a hőmérséklet szinttől függ, legyen az akár 10, 100 vagy 1000 C, hanem függ a hőmennyiségtől is. Pl. a szikra nagyon forró, de a hőmennyisége csekély. A hópelyheknél a helyzet ugyanaz: csekély súlyuk kis hőmennyiséggel jár. A hópehely hidegebb, mint egy pohár víz, de ha a vizet a karodra öntöd, nagyobb hideget érzel, mint ha egy hópehely esik rá. Ábra: HEISS forró WARM hő KALT hideg 2. KÍSÉRLET - CSAK HIDEGEBBNEK TŰNIK Egy hideg reggelen tedd egyik meztelen lábadat a szőnyegre, a másikat csempés padlóra. Az utóbbi hidegebbnek fog tűnni. A szőnyeg és a csempe hőfoka egyforma, de a csempe hidegebbnek tűnik, mert a testedből gyorsabban vonja el a hőt. 3. KÍSÉRLET - MIÉRT MELEGEBB AZ UTCA? Forró nyári napon érintsd meg az utca betonburkolatát, majd az aszfaltot. Az aszfalt sokkal forróbbnak tűnik, mint pl. a beton, annak ellenére, hogy a nap egyformán sütötte mindkettőt. A sötét színek a napenergiát jobban elnyelik, mint a világosak. Az aszfalt sötétebb, mint a beton, ezért van a hőmérsékletkülönbség. 4. KÍSÉRLET - PAPÍRFAZÉK** Végy egy 20x20 cm-es jó minőségű papírt és hajtogasd az ábrának megfelelően. Készíts a hajtogatott papírból egy tölcsért, úgy, hogy egyik oldalán három réteg, a másikon egy réteg papír van. Csinálj két lyukat egymással szemben a tölcsér szélére, ezekbe akassz egy zsinórt, amivel fel lehet függeszteni. A tölcsért töltsd meg egyharmadáig vízzel és tartsd egy gyertya fölé. A tölcsér egyszeres papírrétege érjen a lángba, de csak a tölcsér hegye. Csodálkozva fogod látni, hogy a papír nem ég, sőt a vizet a tölcsérben meg is melegítheted. o A láng melegét a papíron keresztül a víz felveszi. A víz, mint tudjuk, csak 100 C-ra melegíthető, azután elgőzölög. Amíg víz van a o tölcsérben, a hőfok nem mehet 100 fölé. Mivel a papír gyulladáspontja ennél magasabb, ezért a tölcsér csak akkor kezd égni, ha az összes víz gőzzé vált. 5. KÍSÉRLET - HŐMENNYISÉG Figyeld meg, mennyi idő kell a víz felmelegítéséhez nagy vagy kis lánggal. A nagy láng gyorsabban felmelegíti a vizet, bár a láng hőfoka mindkét esetben azonos, de a nagy láng nagyobb melegmennyiséget ad le. 6. KÍSÉRLET - A JÉG RAGAD Két jégkockát nyomj össze erősen néhány percig. Engedd el őket. Össze vannak ragadva. A kezed nyomása alatt a jég olvadáspontja lecsökkent, a felső réteg megolvadt. A kockák elengedésekor az olvadáspont visszaállt az eredeti értékre, a felület megfagyott, ezért tűnik úgy, hogy a kockák „összeragadtak”. 7. KÍSÉRLET - A HŐMÉRŐ Sokféle hőmérő van: a leginkább használatos az, amit a kísérleti dobozodban találsz. A hőmérő vékony üvegcsövének alján folyadékkal telt, gömbalakú mérőtest van. Melegítéskor a folyadék kiterjed, és felmegy a vékony csőbe; ha viszont lehűl, a csőben visszahúzódik. A hőmérséklet mérésekor a skáláról leolvassuk a megfelelő adatot. Nézd meg alaposan a hőmérő csövét: kb. a kétharmadában egy jelzés van, ez azt jelenti, hogy hitelesítették, a jel ott van, ahol a o folyadékoszlop 20 C-ot jelez. A hőmérő skáláján az értékek Fahrenheit és Celsius fokokban is meg vannak adva. Tudományos célra általában a Celsiust használják. o o A Fahrenheit fok használatával főként az USA-ban találkozunk. Ezen a skálán a víz fagypontja 32 F-on, a forráspontja 212 F-on van. A két pont közötti távolság itt 180 részre van osztva. A harmadik hőmérsékleti skála, amit speciális tudományos célokra használnak, a Kelvin-skála. Megalkotója, lord Kelvin, aki ezt o kifejlesztette, abból indult ki, hogy a gázok nyomása1 C-al való lehűléskor 1/273-adával csökken. Ebből következtette, hogy egy gáznak o o az abszolút nullponton, vagyis -273 C-on nincs nyomása. Ezt az elméleti pontot abszolút nullpontnak tekinti, ez a 0 K. Az ábrán mindhárom skálát bemutatjuk. o Ha a hőmérővel méréseket végzel, ügyelj arra, hogy az üvegcső vizszintes jelzése egybeessen a skála 20 C jelzésével. Némelykor kényelmesebb a hőmérőt kivenni a skálából a méréshez, de a mérés után gyorsan vissza kell helyezni. Mielőtt a o hőmérsékletet leolvasod, a jelölést a skála 20 C-ára kell igazítani. Gondolj arra, hogy a hőmérő törékeny! o Ha a hőmérőt magad akarod hitelesíteni és feliratozni, jeges vízzel 0 C-ra kell állítani. Jelöld meg vízzel nem oldható filctollal ezt a o helyet. A távot, ami e pont és a vízszintes jel között van, oszd 20 részre, és jelöld az egyes pontokat. Ezzel a hőmérővel a 0-20 C közötti o hőmérsékleteket 1 C-os lépcsőkben mérheted. :UMRECHNUNG DER TEMPERATUR Hőmérsékletek átszámítása SIEDEPUNKT WASSER Víz forráspontja KÖRPERTEMPERATUR DES MENSCHEN Az ember testhőmérséklete RAUMTEMPERATUR A helyiség hőmérséklete GEFRIERPUNKT WASSER A víz fagypontja 8. KÍSÉRLET - A NAP MELEGE VISSZAVERHETŐ Tedd a hőmérőt az ablakpárkányra, úgy, hogy a nap a skála hátoldalára, és ne közvetlenül rá süssön. Olvasd le a hőmérsékletet. A tükröt helyezd el úgy, hogy a napsugár a hőmérő gömbjére essen. Néhány perc mulva a hőmérséklet majdnem olyan magas, mintha a hőmérőt a napfény közvetlenül érné. 9. KISÉRLET - KÉMCSÖVES HŐMÉRŐ Fújd fel a léggömböt, majd engedd ki a levegőt: ezáltal valamivel lágyabb lesz. Húzd rá egy kémcső szájára. Ha a léggömb magától nem rögzül, rögzítsd egy gumigyűrűvel. Figyelj arra, hogy a léggömb a nyílásnál ne eresszen.. Ügyelj arra, hogy melegítéskor a kémcső nyílása ne irányuljon az arcod felé! 5
Állítsd a kémcsövet meleg vízzel telt edénybe. A benne lévő levegő lassan melegszik, közben kiterjed. A ballon anyaga kissé kifelé domborodik. Tedd most a kémcsövet néhány percre jeges vizes edénybe. Ezúttal a ballon anyaga a külső légnyomás hatására befelé húzódik, mert a levegő a kémcsőben összehúzódott. Ez a kísérlet azt a folyamatot modellezi, amely a hőmérőben is lejátszódik. Ábra: WARMES WASSER meleg víz EISWASSER jeges víz KITERJEDÉS - ÖSSZEHÚZÓDÁS A legtöbb anyag, függetlenül attól, hogy szilárd, folyékony vagy légnemű, hő hatására kiterjed, és lehűléskor összehúzódik. Ezt a jelenséget mutatjuk be a következő kísérletekben. 10. KÍSÉRLET - A GÁZOK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** Figyelmeztetés: Ügyelj arra, hogy melegítéskor a kémcső nyílása ne irányuljon az arcod felé! Eressz a kémcső aljába vizet és feszítsd a léggömböt a nyílására. Melegítsd óvatosan a kémcsövet. A kémcsőben lévő levegő melegszik, kiterjed, a léggömb felfúvódik. 11. KÍSÉRLET - A GÁZOK LEHŰLÉSKOR ÖSSZEHÚZÓDNAK** Lehűléskor a levegő összehúzódik, a léggömbből kimegy a levegő. Ha a kémcsőben lévő víz elpárolgott, hagyd abba a melegítést, különben az üveg elpattan. 12. KÍSÉRLET - A SZILÁRD TESTEK MELEGÍTÉSKOR KITERJEDNEK** Szilárd anyagoknak azon tulajdonságát, hogy hőmérsékletváltozásra kiterjednek vagy összehúzódnak, majdnem mindenütt megfigyelhetjük. Például nyáron a telefondrótok lógnak, télen pedig megfeszülnek. Építkezéseknél erre a jelenségre figyelemmel kell lenni. A következő kísérletben olyan mérőműszert építünk, melynek elve az általánosan használt műszerhez, és a mutatós hőmérőhöz is hasonlít. Rakj két könyvcsomagot egymástól kb. 15 cm távolságban az asztalra. A galvanométerhez tartozó rézdrótból vágj le egy 20 cm-es darabot. Egyenesítsd ki és fektesd a csomagok közötti hézag fölé. A baloldali végét ragasztószalaggal erősítsd a könyvre. Szedd ki a „K” jelű papír-mutatót az ívből. Szúrj a közepébe egy gombostűt „tengely”-ként, a feje érintse a papírt. A gombostűt a jobboldali könyvcsomagra a drót alá kell helyezni, a drót nem érintheti a könyv fedelét; a mutató felfelé álljon. Lassan melegítsd a gyertyával a drótot. A drót kiterjedése következtében a gombostű jobbra gördül, a mutató jelzi a kiterjedést. Ebből láthatjuk, hogy a drót a nem rögzített végének irányában nyúlt meg. 13. KÍSÉRLET - HŐTÁGULÁSI TÉNYEZŐ** Az előzőekben leírt kísérletnél a rézdrót helyett alumínium kötőtűt alkalmazz. Melegítsd a kötőtűt. Látni fogod, hogy kevésbé és lassabban terjed ki, mint a réz. Különböző anyagok ugyanazon hőmennyiség hatására különbözőképpen tágulnak. E tulajdonságot a hőtágulási tényező írja le. Fémeknél ez a tényező nagyobb, fánál viszont nagyon csekély. Más anyagok ezek között helyezkednek el. 14. KÍSÉRLET - A GUMI MELEG HATÁSÁRA ÖSSZEHÚZÓDIK** A reflektor lábai között feszíts ki egy gumiszalagot, az ábra szerint. Az előbbi kisérletben szereplő gombostűs mutatót tedd a gumi és a láb közé úgy, hogy a mutató szabadon tudjon mozogni. Melegítsd a gumit óvatosan a gyertyával: ennek hatására a gumi összehúzódik, a mutató az óra járásával ellenkező irányba mozdul el. Bár azt mondtuk, hogy az anyagok nagyrésze meleg hatására kiterjed, mégis vannak kivételek: ezek egyikét láttad most. Ábra: FUSS láb KERBE horony ZEIGER mutató GUMMIBAND gumiszalag NADEL tű 15. KÍSÉRLET - A LEVEGŐ KONVEKCIÓJA A meleg levegő kevésbé sűrű, mint a hideg, ezért felfelé száll. Ezt a levegőmozgást nevezzük a levegő konvekciójának. 16. KÍSÉRLET - HŐÁTVITEL A hő addig megy át a melegebb tárgyról a hidegebbre, míg mindkettő egyenlő hőmérsékletet ér el. A hő sugárzással, konvekcióval vagy hővezetéssel vihető át. 17. KÍSÉRLET - A MELEG LEVEGŐ FELSZÁLL** Füstforrásként használj egy izzó ágat. Tartsd oldalról egy gyertyaláng közelébe. A füst először a gyertya felé húzódik, majd felszáll. A gyertya által felmelegített levegő felszáll, és magával húzza a füstöt. Ábra: RAUCH STEIGT MIT DER LUFT AUF A füst a levegővel együtt felszáll 18. KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ** Tartsd a kezeidet egy pillanatig kb. 30 cm távolságban a gyertyaláng fölé. Ha ugyanilyen távolságban és ideig a lángtól oldalirányban tartod, sokkal kevesebb meleget érzel. A kezeidet elérő meleg nagy része a konvekció útján jött a lángtól. A meleg levegő kevésbé sűrű, vagyis könnyebb, mint a hideg: ez „szállítja” a meleget a kezedhez. 19. KÍSÉRLET - A HIDEG LEVEGŐ LESÜLLYED Tartsd a kezedet először egy jégkocka fölé, majd alája. Megfigyelted, hogy a levegő a jégkocka alatt hidegebbnek tűnik? A jégkocka által lehűtött levegő lesüllyed, mert nehezebb, mint a környezet levegője. 20. KÍSÉRLET - IDŐJÁRÁS A FAZÉKBAN** Ha a napenergiáról van szó, tudni kell, hogy a Nap hat a levegőre körülöttünk. A nap felmelegíti a levegőt, amely ennek hatására felszáll; a lehűlő levegő ismét lesüllyed, ezekből a folyamatokból áll össze az időjárás. A következő kísérletnél ezt láthatjuk kicsiben. Egy edényben láthatóvá tehetjük az atmoszféra modelljét. Szükséges hozzá egy fehér kerámiaedény vagy tűzálló tál, amit a tűzhelyre lehet tenni. Szerezz egy kiszáradt filctollat. Vedd ki belőle a festékpatront. Vágj le belőle ollóval kis darabokat. Próbáld ki, úsznak-e a vízen. Ha nem, nyomd őket víz alá, rövid idő múlva lesüllyednek. Töltsd meg az edényt vízzel és állítsd a hideg tűzhelyre. Végy egy darab festékpatront és tedd a fazék közepébe. Várj egy kicsit, és látni fogod, hogy a tinta csíkokban előjön a patronból. A tinta nem keveredik a vízzel, hanem a víz felszíne alatt kis szines „tavak” keletkeznek. 6
Melegítsd az edényt kis lángon és figyeld a kifejlődő „időjárást”. A színcsíkok elkezdenek mozogni. Éppen úgy viselkednek, mint az atmoszféra levegőtömegei. Ez a szél és az alacsony légnyomású területek modellje. A világ legszelesebb területe az Antarktisz, bár más helyeken is erősen fújhat. Mértek már 350 km/óra sebességű szelet is. A szél nagyon sok kárt okozhat, de ugyanúgy hasznos is lehet. A szél sok helyen, pl. Hollandiában, szélmalmokat hajt. A szélerő által gerjesztett áram tudományos vizsgálatok tárgya. A szélerőből nyert energia sokkal tisztább és megfelelőbb lenne, mint a jelenlegi légszennyező erőművek által előállított. Kaliforniában úgynevezett „szélfarmokon” kísérleteket végeznek erre vonatkozóan. Ventilátorok mesterséges szelet állítanak elő, és hűtést tesznek lehetővé. Ábra: FARBSEEN
színes „tavak”
GLAS/KERAMIKKASSEROLLE üveg/kerámia edény 21. KÍSÉRLET - KONVEKCIÓ A HÁZBAN Mint mindenütt, a házban is felfelé száll a meleg levegő. Mérd meg egy meleg napon a hőmérsékletet a ház különböző szintjein, emeletein. Ugye, nagy különbség van a felső és az alsó szint hőfoka között? 22. KÍSÉRLET - BERNOULLI TÖRVÉNYE A svájci matematikus, Daniel Bernoulli felfedezte, hogy áramló gázban vagy folyadékban a gyorsabb mozgás helyén alacsonyabb nyomás uralkodik. A repülőgépek ezt az elvet hasznosítják: ennek megfelelően van a szárnyuk kialakítva. A levegő a szárny felső oldalán hosszabb utat tesz meg, mint az alsó oldalon. Hogy az áramlás ne szakadjon meg, a levegőnek a hosszabb utat gyorsabban kell megtenni, vagyis a felső oldalon kisebb nyomás van, mint az alsón. Ez a túlnyomás az, ami a repülést lehetővé teszi. Tarts egy darab vékony papírt az egyik szélénél fogva a szádhoz, és fújj erősen a felületre. A gyorsan áramló levegő vákuumot hoz létre, míg a túlnyomás a lapot alulról felfelé nyomja. 23. KÍSÉRLET - KI TARTJA ERŐSEBBEN? Az ábrán látható formát kartonból vágd ki és hajtsd be a kép szerint. Fújj a „híd” alatt olyan erősen keresztül, ahogy csak bírsz. Próbáld meg elfújni! Hiába erőlködsz, minél erősebben fújsz, annál jobban nyomódik a híd az asztalhoz. Ábra: HIER FALTEN itt hajtsd be KRAFTIG BLASEN fújd erősen BLASEN fújni 24. KÍSÉRLET - HOGY LEHET EZ?** Állíts égő gyertyát egy vékony karton vagy más akadály mögé. Fújj az akadályra a gyertya irányába! A láng az akadály felé hajlik. Ezt levegőáramlatok okozzák, amik az akadály mögött keletkeznek. Vigyázz, hogy az akadály ne fogjon lángot! Talán egy fém vagy üvegtárgy alkalmasabb. 25. KÍSÉRLET - ÁRAMVONALAS SEPRŰNYÉL** Ismételd az előbbi kísérletet, de az akadály egy seprűnyél vagy egy kartonhenger legyen. Fújj az akadályra! Ezúttal az akadály nem befolyásolja különösebben a levegőáramlást, a láng a fújás irányába hajlik el. 26. KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE Tégy különböző anyagú (rozsdamentes acél, ezüst, műanyag, fa) kanalakat egy lábasba, amiben forró, de nem forrásban lévő víz van. Egy perc múlva vedd ki és fogd meg őket: az ezüstkanál tűnik a leginkább, a fakanál a legkevésbé melegnek. Ennek oka: a legjobb hővezetésű anyag melegszik fel leggyorsabban. 27. KÍSÉRLET - A RÉZ JÓ HŐVEZETŐ** Fogd a korábban már használt rézdrótot egyik végénél, és tartsd a másik végét lángba. Másodpercek alatt érezni fogod, hogy a láng melege a dróton keresztül a kezedig terjedt. A hőátvitelnek ezt a formáját hővezetésnek nevezzük. A rézdrót tehát a hőt a kezedhez vezette. Ügyelj, hogy ne égesd meg a kezedet! 28. KÍSÉRLET - „LÁTHATÓ” HŐVEZETÉS** Csöppents viaszt 1 cm-es távolságokban a rézdrótra. Tartsd a drót egyik végét a gyertyafénybe. Amilyen mértékben melegszik a drót, a terjedő hőt „láthatod”, azáltal, hogy a viaszcseppek sorban megolvadnak. 29. KÍSÉRLET - A HŐVEZETÉS SEBESSÉGE** Ismételd meg az előbbi kísérletet egy kötőtűvel vagy hosszú szöggel, majd végezd el a kémcsővel. Láthatod, milyen rossz hővezető az üveg - annyira, hogy a szigetelőanyagok közé számítják. 30. KÍSÉRLET - HŐSUGÁRZÁS A Nap és a Föld közötti távolság kb. 150000000 km, és a köztük lévő óriási, üres térség hőmérséklete igen alacsony. Amikor annyira függünk a Naptól, hogyan tudunk élni? Láthatólag a Nap melege sem hővezetéssel, sem konvekció útján nem jut hozzánk. A hő a Nap és a Föld közötti légüres teret tehát a harmadik módon, SUGÁRZÁSSAL hidalja át. A hő a térben a fényhez hasonlóan sugárzással terjed. A hősugárzást infravörös sugárzásként is jellemzik. A téren keresztül nagyszámú, különböző típusú elektromágneses sugárzás terjed: ilyenek a rádióhullámok, röntgensugarak, fényhullámok és az infravörös sugárzás. 31. KÍSÉRLET - SUGÁRZÁS** Tartsd a kezedet egy gyertya lángja mellé: meleget érzel. Ezt a hőt hullámok szállítják a lángtól a kezedhez, amelyek a fényhullámokhoz hasonlóak, és minden irányban szétterjednek. A hőszállítást hullámok útján SUGÁRZÁS-nak nevezzük. A házatokban lévő fűtőtest sugárzással terjeszti a hőt. 32. KÍSÉRLET - VASTAG ÜVEGEN KERESZTÜL Biztosan ültél már hideg, napos téli napon az ablaknál és érezted a nap melegét. Tehát a napsugarak tulajdonságai közé tartozik, hogy átlátszó anyagon áthatoljanak, legyen az akár ablaküveg, akár átlátszó jégkocka, akár a világegyetem vákuumja.
7
Egy ilyen napon, mint amit említettünk, mérd meg a hőmérsékletet az üveg mindkét oldalán. Az üveg gyakorlatilag a teljes napsugárzást átengedi, egy kicsit visszaver, és nagyon keveset elnyel. Másrészt az üveg megakadályozza, hogy a belső térből jövő hosszúhullámú infravörös sugárzásból nagyobb rész kijusson. A hőátvitelnek ez az elve számos napelemes berendezés tervezéséhez alapul szolgál. Ezáltal lehetővé válik, hogy hideg napokon a napsugárzást hőfejlesztéshez és hőtároláshoz használjuk fel. 33. KÍSÉRLET - EGY FORRÓ AUTÓ Ha két hasonló, de különböző színű autót találsz, és módod van rá, hogy kísérletezz velük, végezd el a következő kísérletet. Kérd meg az autók tulajdonosait, parkoljanak zárt ajtókkal és ablakokkal napsütésben egymás mellett. Mérd meg a kocsik belső hőmérsékletét: közel egyenlőnek kell lenniük. Mérd és jegyezd fel a hőmérsékletet 10 percenként mindkét kocsiban. A karosszéria fémanyaga nagymennyiségű hőt nyel el. A felvett hőmennyiség erősen függ a karosszéria színétől és a felület tulajdonságaitól. Fekete, durvább felület több meleget vesz fel, mint egy csillogó, síma fehér. Az üvegablakokon keresztül (sugárzással) a kocsi belsejébe jutó sugarakat a kocsi belső berendezése elnyeli. Azok a részek, amik nem kapnak közvetlenül napsugarat, felmelegednek a közvetlenül sütött részektől hővezetés, konvekció és sugárzás által. Az elnyelt hőtől a kocsi belsejének hőmérséklete emelkedik. A belső hőmérséklet emelkedése következtében a kifelé leadott hőrész is nagyobb lesz. Ez a hőfok növekedés addig tart, amíg a felvett és leadott meleg kiegyenlítődik. 34. KÍSÉRLET - FEHÉR TÁRGYAK A NAPSÜTÉSBEN Állíts két hideg vízzel megtöltött poharat egy elektromos hősugárzó közelébe. Vedd körül az egyik poharat fehér, a másikat fekete papírral. Mérd meg a kezdő hőmérsékletet, majd mérd minden fél órában. A fekete papírral burkolt pohár több sugárzó hőt nyel el, mint a fehér papírral burkolt. Most már könnyebben megértheted, miért hordanak az emberek nyáron világos ruhákat, és hőelnyelő tárgyakat miért festenek be fekete matt lakkal. FÉNYSUGÁRZÁS Fény keletkezik, ha a magas hőmérsékletű anyag atomjai energianyalábokat bocsátanak ki, amelyeket fotonoknak nevezünk. Egy fénysugár tehát fotonok áramlása. A fénysugár csoport fénynyalábot képez. A teljes fénynyalábot emberi szem nem tudja érzékelni. A sugaraknak vöröstől liláig terjedő „látható” részét érzékeljük, de a sugarak bizonyos része ezeken túl van: az úgynevezett ultraibolya és infravörös. A napsugárzás illetve a napenergia sugarakkal érkezik hozzánk. A fénysugarak a vákuumban 299 729 500 méter/másodperc sebességgel terjednek. 35. KÍSÉRLET - KONDENZORLENCSE** Válaszd le a három, A I, A II és A III jelű kártyát a megfelelő ívről. A kártyák közepén lévő pontot bökd át egy tűvel. Hajtsd be a kártyákat a pontozott vonalnál és súlyozd le őket, hogy állva maradjanak. Állítsd fel őket egymás mögött, az ábra szerint. Gyújtsd meg a gyertyát. Ha a lyukakon egyszerre keresztülnézel, látod a lángot. Ha bármelyik kártyát eltolod valamilyen irányba, a láng nem látható, mert az egyenes vonal megtört. A fény egyenes vonalban terjed. Ábra: SICHTLINIE ZUR KERZE látási vonal a gyertyához 36. KÍSÉRLET - VISSZAVERT FÉNY** Állíts egy gyertyát és egy tükröt egymástól kb. 30 cm távolságban az asztalra. Tarts egy könyvet a gyertya és a szemed közé, úgy, hogy a gyertyát közvetlenül ne lássad. Nézz a tükörbe: ott látható a gyertya! A gyertyalángból sugárzó fény nem jut közvetlenül a szemedhez; a tükör veri vissza, de a fénysugarak a lángtól a tükörig és a tükörtől a szemedig mindig egyenes vonalban terjednek. 37. KÍSÉRLET - A FÉNY DIFFÚZIÓJA (SZÓRÁS) Sötét helyiségben gyújts gyertyát, állítsd a fal közelébe és tarts egy könyvet a láng és a szemed közé. A falon kis világos foltot fogsz látni. A síma tükörrel összehasonlítva a fal felülete durvának tűnik. A falra eső fény a felület durvasága miatt több irányba verődik vissza. A visszaverésnek ez a formája a szórás. A mi látásunk szempontjából a fényszórás nagy jelentőségű. Tárgyakat azért látunk, mert fényt vernek vissza és szórnak szét. Ha ez a szórás nem lenne, egyes felületeket nehezen ismernénk fel, mert a visszavert fényforráson kívül mást nem vennénk észre. Ha a felület minden fényt elnyelne, akkor feketének tűnne. 38. KÍSÉRLET - A FÉNY DISZPERZIÓJA (SZÓRÓDÁS)** Vágd ki a „B” csíkot a kivágókartonból. A csík két végét egy gemkapoccsal kösd össze, így egy gyűrű keletkezik. A nyílásokkal lefelé tedd az asztalra. Kicsi égő gyertyát helyezz a közepébe, ne túl közel a papírhoz. A nyílásokból fénynyalábok lépnek ki. Mindegyik a gyertya és a nyílás között egyenes irányban terjed. A fény minden irányban terjed. A sugarak annál inkább széttartanak, minél messzebb vannak a fényforrástól. 39. KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK PÁRHUZAMOSAK Vágd ki az előbbi kísérletnél használt csíkból a satírozott részt. Tartsd egyenesen, úgy, hogy a napsugarak átsüssenek rajta. Figyeld meg, a napsugarak egymással párhuzamosan, nem széttartva terjednek. A Nap hatalmas mérete és távolsága miatt a napsugarak a Földet közel párhuzamosan érik el. Széttartásuk csak akkor jelentős, ha a világűrt tekintjük mértéknek. 40. KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK MEGTÖRHETŐK Tégy egy pénzdarabot egy üres pohár fenekére. Fordítsd a fejedet lassan oldalra, és nézz kitartóan a pénzre. Távolítsd el annyira, hogy csak kis darabot láss a pénzből. Lassan, a fej mozgatása nélkül önts vizet a pohárba. Ha a pohár teljesen megtelt, ismét látod az egész pénzdarabot! Hogy lehet ez? Ha a fény egyik közegből a másikba lép át, pl. a levegőből a vízbe, a fény „megtörik”. A tudomány ezt a jelenséget fénytörésnek (fényrefrakciónak) nevezi. Az üres pohárban a pénznek egy részét láttad. A fénytörés következtében az egész pénzdarab láthatóvá válik. Ábra: LEERES GLAS üres pohár VOLLES GLAS
tele pohár
8
41. KÍSÉRLET - FÉNYTÖRÉS Állíts egy ceruzát egy vízzel félig töltött pohárba. Nézd a ceruzát oldalról. A víz felszínén „megtörtnek” látszik. Ezt a látszólagos változást a törés jelensége okozza, mikor a fénysugarak a vízből a levegőbe átlépnek. 42. KÍSÉRLET - A KILÉPÉSI ÉS BELÉPÉSI SZÖG EGYENLŐ Tartsd egy fésű fogainak hegyét lefelé egy fehér papírlapra, úgy, hogy a napsütésben hosszú árnyékot vessenek. Állítsd a tükröt a fésűfogak között beeső napsugarakra ferdén. A tükör által visszavert fénysugarak és a tükör között ugyanolyan szög van, mint a beeső sugarak és a tükör között. Forgasd lassan a tükröt: ezzel megváltoztatod a beesési szöget. Eközben bizonyítva látod azt a tételt, hogy a beesési szög mindig azonos a visszaverési vagy kilépési szöggel Ábra: EINFALLSWINKEL
beesési szög
REFLEXIONSWINKEL. visszaverési szög A FÉNY SZÍNE 43. KÍSÉRLET - PRIZMA ELŐÁLLÍTÁSA A szokványos fehér fény sok szín keveréke. Az egyes színek a fehér fényről leválaszthatók. Erre szolgál a saját készítésű prizma (hasáb). Tedd a tükröt ferdén egy vízzel töltött tepsi vagy tálca szélére. A vízrész a tükör és a víz színe között háromszögalakú. Ez a háromszögalakú forma tulajdonképpen egy prizma. A saját prizma kipróbálásához egy vékony fénycsík szükséges, tehát napos idő kell. A prizmák akkor működnek legjobban, ha a fénynyaláb keskeny, ezért az ablakot úgy kell elsötétíteni, hogy csak keskeny csíkban jöjjön be fény. Most a "vízprizmát” úgy kell eltolni, hogy a fénycsíkot a tükör verje vissza. Nézz fel a mennyezetre! Ott színes fénysávot, fényspektrumot láthatsz. A prizma a fehér fényt felbontotta színes alkotóelemeire. Egy zseblámpa fényével sokkal gyengébb spektrumot tudsz előállítani. Ábra: LICHTSTRAHL fénysugár SPEKTRUM spektrum 44. KÍSÉRLET - A SZIVÁRVÁNY Az atmoszférában lévő vízcseppecskék kicsi prizmákhoz hasonlítanak, mivel a szivárvány színeit láthatjuk rajtuk keresztül. Te is előállíthatsz szivárványt! Korán reggel, vagy késő délután állj háttal a napnak és a kerti öntözőtömlőből permet formájában locsolj vizet egy sötét háttérre, pl. egy sövényre vagy fasorra. 45. KÍSÉRLET - A SPEKTRUM (SZÍNKÉP) A spektrum előállítása egyszerű. Napfényes időben egy vízzel telt poharat tégy az ablakpárkányra, úgy, hogy a szélén legyen, sőt, egy kicsit kijjebb álljon. Nagyobb fehér papírdarabot tégy a földre a pohár előtt. Milyen szép spektrum született! Megjegyzés: ez a kísérlet akkor sikerül, ha a napfény bizonyos szögben esik be, tehát több napszakban kell kísérletezni. 46. KÍSÉRLET - A FÉNYSUGARAK SZÍNTELENEK Nézd meg a sugár útját a prizma előtt, majd nézd meg a fényösvényt a prizmán való átlépés után. A prizmán átment fénysugaraknak nincs színük. A fénysugaraknak maguknak tehát nincs színük, csak ha egy felületről visszaverődnek a szembe, akkor lesz a szín az érzékelő szem számára látható. Tarts egy fehér papírlapot a sugárnyalábba a prizma mögött és figyeld meg a nap-spektrumot. 47. KÍSÉRLET - MI JÖN A VÖRÖS UTÁN? A fényről szóló fejezetben megtanultuk, milyen prizmákat tudunk előállítani. A következő kísérlethez használd azt, amivel a legnagyobb sikert érted el. Mérd meg a hőmérsékletet a fényspektrumban gondosan, majd mérd a vörös széllel határos tartományt. A prizma ugyanis oda töri a fény láthatatlan infravörös részét. Magasabb hőmérsékletet fogsz mérni. INFRAVÖRÖS SUGARAK GYŰJTÉSE/NYALÁBOLÁSA Az infravörös sugarak úgy viselkednek, mint a fénysugarak, ezért éppúgy, mint azok, egy nagyítóval összegyűjthetők. Tartsd a nagyítót a spektrum infravörös részébe és fókuszálj a hőmérő gömbjére. Bár nem látsz nyalábolt fényfoltot, mint a normál fénysugarak fókuszálásánál, a hőmérséklet emelkedni fog. 48. KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TUDOMÁNYOS VIZSGÁLATA A kísérleti készletban egy nagyítót találsz, amelynek dupla konvex, 20 mm átmérőjű gyűjtőlencséje van 50 mm gyújtótávolsággal. Irányítsd a nagyítót egy E betűre a szövegünkben. Minél jobban emeled a nagyítót a betű fölött, annál nagyobbnak látod, végül elmosódott lesz. Ekkor érkeztél el a gyújtótávolsághoz. Vizsgáld meg a megadott gyújtótávolságot: valóban 50 mm? A fénysugarak, amelyek párhuzamosan esnek a nagyítóra, annak átlépése után a nagyító másik oldalán a 50 mm távolságra lévő pontban találkoznak. Irányítsd az iróasztallámpa fényét a nagyítóra és egy fehér papírlapra. Mozgasd a nagyítót addig fel és le, míg a fény egy pontban koncentrálódik. Ez a távolság a lencse és a fénypont között a gyújtótávolság. 49. KÍSÉRLET - ENERGIA-NYALÁBOLÁS A gyűjtőlencse a felszínére eső energiát egy olyan felületre nyalábolja, amely sokkal kisebb, mint a fényforrásé. Ezt a viszonyt egy egyszerű kísérlettel lehet igazolni. Vetítsd egy fénycső fényét a nagyítón keresztül egy papírdarabra. A fénycső tiszta, kisebbített képe jelenik meg a gyújtópontban. Ez a redukció az energia nyalábolást/gyűjtést egy kis területre végzi el. A nagyítónk 300 mm2 felületű. Ha a nagyítót 1 mm2-re fókuszáljuk, erre a területre a nagyítóra eredetileg jutott energia 300-szorosa esik. 2
Ha a nagyítónk 1 kalória sugárzási energiát kapt mm -enként, akkor a gyújtópontban 300 kalória áll rendelkezésre. Ez az energianyalábolás növeli a tárgy hőmérsékletét a gyújtópontban. Míg az összesen jelenlévő energia mennyisége azonos marad, az energiakoncentráció a gyújtópontban való hőmérséklet emelkedésben nyilvánul meg. 50. KISÉRLET - HŐNYALÁBOLÁS** Irányítsd egy normálisan megvilágított helyiségben a nagyító gyújtópontját a hőmérő gömbjére. Jegyezd fel a hőmérsékletet kezdetben és 5 perc mulva. Van különbség? Vidd a nagyítót és a hőmérőt a szabadba, és végezd el mégegyszer a kísérletet. Jegyezd fel a kezdő hőmérsékletet. Mennyi idő o szükséges, hogy az 50 C-t elérje? Ha ezt elérte, vedd el a nagyítót. 9
51. KÍSÉRLET - MAXIMÁLIS HŐMÉRSÉKLET** Megkíséreljük, hogy a nagyítóval a lehető legmagasabb hőmérsékletet érjük el. Sugárzó napsütésben rögzítsd a nagyítót úgy, hogy a gyújtópontja az alátét síkjában legyen. Erre a helyre tégy különböző anyagú tárgyakat, annak megállapítására, melyik a legmagasabb elérhető hőfok. o
Kezdd viasszal, amelyről tudjuk, hogy 54 C-on olvad. A kémiakönyvből megtudhatod, hogy a különböző anyagoknak mennyi az olvadáspontja. 52. KÍSÉRLET - A NAGYÍTÓ ÁRNYÉKA Keress egy üvegkupakot, amely a nagyítóval kb. egyenlő nagyságú. Töltsd meg vízzel, és állítsd mintegy 10 percre a napsütésbe. Mérd a víz hőmérsékletét a 10 perc elején és végén. Kezdd el mégegyszer. Tölts ugyanannyi, ugyanolyan hőfokú vizet, de állítsd a nagyító alá, úgy, hogy a gyújtópont a vízfelületre essen. Hasonlítsd össze a 10 perc után mért hőmérsékletet az előző kísérletben mérttel. Valószínűleg alig találsz különbséget. Azáltal, hogy a nagyítót a kupak elé tetted, a napsugarak a vízfelület igen kis részére gyűltek össze. A vízfelület többi része a nagyító árnyékában volt, és nem kapott napfényt. Ezért nincs különbség a hőmérsékletben. Ha viszont a vízfelület a kupakban sokkal kisebb, mint a nagyító felülete, a víz több energiát kap: a nagyító ebben az esetben gyűjtőlencseként szerepel. Ábra: DECKEL kupak 53. KÍSÉRLET - PÖRKÖLJÜK MEG A PAPÍRT** Irányítsd sugárzó napsütésben a nagyító gyújtópontját egy fehér papírlapra. Meg tudod pörkölni? Ha a napsütés elég erős, esetleg sikerülhet, legkönnyebben a papír szélén. A fehér papír a ráirányított napfény és napmeleg legnagyobb részét visszaveri. Annak ellenére, hogy a napmeleg a gyújtópontban összpontosul, a papír gyúláspontja ritkán érhető el. 54. KÍSÉRLET - SÖTÉT PAPÍR KÖNNYEBBEN GYULLAD** Végezd ez az előbbi kísérletet, de sötét, matt felületű papírral. Így valószínűleg jobban fog sikerülni, mert a fekete papír elnyeli az összpontosított napmeleg nagyobb részét: a papír könnyebben lobban lángra. Tükör Ha a napenergiát hasznosítani akarjuk, a legnagyobb nehézséget az okozza, hogy a nap mozog, állandóan utána kell menni. Ez az utánafordulás legkönnyebben tükrökkel oldható meg, ezért majdnem minden napelemes tervezésben nagy szerepet játszanak a tükrök. 55. KÍSÉRLET - BALRA - JOBBRA Állj a tükör elé, és vakard meg a jobb kezeddel a jobb füledet. Észrevetted, hogy a tükörben látszólag a bal kezeddel vakarod a bal füledet? A tükörképek elcserélik a bal és jobb oldalt. 56. KÍSÉRLET - A FEHÉR SZÍN SZÓR A LEGJOBBAN** Tégy egy gyertyát az asztalra. Egy üveg mögé (ablaküveg, üveglap, üvegpolc) helyezz egy ív ehér papírt. Az üveg és a gyertya között legalább 30 cm távolság legyen. Tégy egy ceruzát az üveg és az égő gyertya közé. A ceruza képe az üvegen elmosódottan látszik. Ismételd meg a kísérletet, de fekete papírral. Mivel a fekete papír sokkal kevésbé szórja a fényt, mint a fehér, a kép ezúttal tisztább. Ez a kísérlet arra emlékeztet, amikor egy kirakat előtt elmész, és a tükörképedet látod. 57. KÍSÉRLET - DOMBORÚ TÜKÖR (KONVEX) Nézz egy leveseskanál kifelé görbülő aljára. A kifelé ívelő felületet konvex tükörnek nevezzük. Látod, hogy a képed kicsinyítve jelenik meg? A domború felületek mindig kicsinyített képet adnak vissza. 58. KÍSÉRLET - HOMORÚ TÜKÖR (KONKÁV) Most nézz a leveseskanál befelé görbülő oldalára. A befelé domborodó, tükröző felületet konkáv tükörnek nevezzük. A képed a homorú oldalon kicsinyítve és fordítva jelenik meg. A homorú felületek fordított állású kicsinyített képet vernek vissza. 59. KÍSÉRLET - NAGYÍTÓ TÜKÖR Tartsd egy ceruza hegyét a kanál homorú oldalához. A tükrözött kép egyenes állású, nagyított. Ha egy tárgy a homorú felülethez közelebb van, mint annak a gyújtáspontja, akkor a képét a tükör felnagyítja. A homorú tükör gyújtópontja a visszavert sugarak metszéspontjában van. Nézz körül a házban. Ha borotválkozó-, vagy sminkeléshez használt tükröt találsz, állapitsd meg, homorú vagy domború-e. Meg tudode találni a gyújtópontját? 60. KÍSÉRLET - NÉZD MEG MAGAD ALAPOSAN: SZÉP VAGY! Nézd meg az arcodat a szolár reflektorban. Nézd közelebbről, majd távolabbról. Ugye, hogy olyan szépnek látszol, mintha szépségversenyre készülnél? SZOLÁR KEMENCE (NAPKEMENCE) A napenergiával fűtött kemence alapelve, hogy a napsugarakat kis felületre koncentráljuk, és a meleget a számunkra megfelelő mértékben hasznosítjuk. Schaefer-féle napelemes fűtés Az izraeli Rehovoban a Weizmann Kutatóintézet intenzíven kutatja a napenergia felhasználásának lehetőségeit. Az ott kifejlesztett Schaefer-féle napkemence 20 kW napenergiát termel; a napenergia koncentrációja 10 000-szeres. 7 m hosszú utánfordítható naptükröket és 600 hajlított tükörfazettát tartalmaz. Ezekkel az elemekkel a napenergia kis felületre koncentrálható. A nagy, 100 m2 felületű, lapos tükör komputervezérlésel követi a nap mozgását az egész nap folyamán. A kutatás előnye, hogy nem laboratóriumi körülmények között végzik, hanem a tényleges napsütést használják fel. A napkemence magja egy parabolatükör. Ez a párhuzamos fénysugarakat egy pontba vagy egy vonalba veri vissza. Egy hengeres parabolatükör gyújtóvonalat, egy gömbalakú pedig egy gyújtópontot képez. Matematikailag a parabola egyenlete a következő: y = +/-√Ax „A” - gyújtótávolság x és y - a tengelyek koordinátái. 10
2
2
A parabolatükör felszíne mintegy 72 cm . Ha cm -enként és percenként 1 kalória áll rendelkezésre, akkor a gyújtópontban 72 3 o kalória/perc koncentrálódik. Elméletileg tehát lehetséges volna 1 cm víz (1 ml) 72 C-re való melegítése 1 perc alatt. Mivel kemencénk ettől az elméleti kapacitástól távol van, a valóságban kevésbé kedvezőek az eredmények. Elméletileg ennek a kemencének 21 Watt (0,286 BTU= British Thermal Unit) a teljesítménye. 61. KÍSÉRLET
NAPKEMENCE ÉPÍTÉSE**
Ajánlás: Ehhez a kísérlethez felnőtt segítő szükséges. Vedd elő a polisztirolból készült háttámaszt a kísérleti készletból. Egy parabolatükör szereléséhez lesz rá szükséged. Ceruza hegyével nyomj négy kis lyukat a háttámaszba, az ábra szerint. Helyezd a parabolatükröt a háttámasz mélyedésébe; forgasd addig, amíg annak négy hornya az előbb készített lyukakba beletalál. A parabolatükörnek a háttámaszban való rögzítésére dugaszold le a lyukakat (l. ábra). Told rá a parabolatükör lábait a támasz kiálló tengelyeire az ábra szerint. Győződj meg róla, hogy a lábak ütközésig vannak betolva. Az egyik tengely négyszögletes nyílással rendelkezik. A tengely betolása után ennek kívül kell lenni. A tengely-felerősítőt told be annyira a négyszögletes nyílásba, hogy a félköralakú fej a polisztirol anyagú tengelyen felfeküdjön. A kémcső-tartó mindkét végét helyezd a felerősítő két nyílásába, az ábra szerint. Ha a napkemence tengelyei és szélei a használatban kissé meggyengülnek, ragasztószalaggal ismét stabilizálható. Ábra: SCHALE
héj
RÜCKEN AUS POLYSTYROL
háttámasz polisztirolból
PARABOLSPIEGEL
parabolatükör
STÖPSEL FÜR REFLEKTOR
dugasz a reflektorhoz
RECHTECKIGES LOCH
négyszögletű nyílás
LOCHVERSTÂRKUNG
nyíláserősítés
62. KÍSÉRLET - HASZNÁLJUK A NAPKEMENCÉT Ahhoz, hogy a napkemence hőt tudjon összegyűjteni, nyalábolni, a Nap felé kell fordítani. A konstrukció könnyen billenthető, úgy, hogy a parabolatükör a támasszal együtt a Nap felé tud fordulni. A legjobb eredményeket akkor érheted el vele, ha a Nap közvetlenül fölötted süt, vagyis délben. Ennek a magyarázata, hogy a napsugaraknak függőleges beeséskor kevesebbet kell a földi atmoszférából átszelni. Ha a Nap 90o-ban áll fölötted, a legrövidebb utat kell megtenniük. A sugarak „útközben” a föld felé az atmoszférában hőt adnak le. Ha ez az út hosszabb, több hőt vesztenek, amellett a ferdén eső napsugarak nagyobb felületet fednek le, tehát kisebb hő áll rendelkezésre. Figyelem! A szél befolyásolja az eredményeket. Bármilyen kis szellő is hűtheti a melegítendő tárgyakat. Természetesen ezeket a kísérleteket borús időben nem lehet elvégezni. 63. KÍSÉRLET - KERESSÜK A GYÚJTÓPONTOT Ajánlás: Ehhez a kísérlethez okvetlenül napszemüveget kell viselni. A parabolatükrünk gyújtópontja 6 cm-rel a legmélyebb pontja fölött van. Állítsd fel a napenergia fűtőtestet a napon. Mozgass egy fehér papírlapot a visszaverő felület felé. Ha a lap a gyújtóponthoz közeledik, fehér kör látható a lapon. Minél jobban közelíted a gyújtóponthoz, annál kisebb lesz a pont. Közvetlenül a gyújtópontnál nagyon kicsi az átmérője. Itt van a napenergia fűtőtest leghatékonyabb pontja. A parabolatükör gyújtópontja a felszíne fölött van abban a pontban, ahol a visszavert sugarak metszik egymást. Mi történik, ha a lapot a gyújtópont fölött a reflektor felé mozgatod? 64. KÍSÉRLET - GYÚJTSUNK MEG EGY TOLLAT** Ehhez a kísérlethez egy kis, sötét madártoll kell, ilyet általában fák alatt találhatsz. Tartsd a tollat 5-7 cm-re a napra irányított fényvisszaverő felülettől. Mozgasd egy kissé függőlegesen és vízszintesen, míg füstölni nem kezd. Most megtaláltad a gyújtópontot! Ezen a ponton a nyalábba gyűjtött napsugárzás elég erős ahhoz, hogy a tollat meggyújtsa. Ábra: BRENNPUNKT
gyújtópont
SONNENREFLEKTOR
napreflektor
DUNKLE FEDER
sötét toll
65. KÍSÉRLET - FORRALJUNK VIZET!** Tölts egy csepp vizet a kémcsőbe és csíptesd a napfűtőtest kémcsőtartójába. Állítsd a fűtőtestet a napra és figyeld meg, mennyi idő alatt forr fel a víz. Figyelj arra, hogy a gyújtópont a víz magasságában legyen. Ismételd meg a kísérletet ugyanannyi vízzel, de szinezd festékkel vagy tintával. Hamarabb forr fel? Tudod, hogy miért? 66. KISÉRLET - FŐZZÜNK TEÁT!** Tégy 1/4 teáskanálnyi tealevelet a kémcsőbe, és töltsd meg félig vízzel. Tedd be a kemencébe, és figyeld meg, mennyi idő alatt forr fel a „csésze teád”. Ne idd meg soha közvetlenül a kémcsőből!
11
67. KÍSÉRLET - OLVASSZUNK MEG EGY GYERTYÁT!** Tolj be egy gyertyát a kémcsőbe és tartsd a gyújtópontba. A gyertya elolvad. Ajánlás: Ebben a kísérletben a kémcsőre viasz ragad: ezt nehéz tisztítani. Kell hozzá szappan, forró víz és kémcsőtisztító, amit úgy készíthetsz, hogy egy pálcát vagy ceruzát körültekersz acélgyapottal. Óvatosan végezd a tisztítást, a kémcső törékeny! 68. KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A FEHÉRJÉT) Egy nyers tojás sárgáját és fehérjéjét válaszd szét. A fehérje egy részét öntsd a kémcsőbe, és tartsd a napkemence gyújtópontjába. Vajon megfő a tojásfehérje? Mennyi idő alatt keményedik meg? 69. KÍSÉRLET - TUDSZ TOJÁST FŐZNI? (CSAK A SÁRGÁJÁT) Most a tojássárgáját kell megfőzni. Hosszabb, vagy rövidebb időt igényel, mint a fehérje főzése? 70. KÍSÉRLET - TOJÁS SÜTÉSE** Aluminiumfóliából formálj egy kistányért és tedd a napkemence kémcsőtartójára. Törj fel egy tojást, és öntsd a tányérra, majd tedd a kemencét a napra. Figyelj arra, hogy a reflektor gyújtópontja a tányér felszíne fölött legyen. Kíséreld meg a tojás megsütését: kellő türelemmel és napsütéssel esetleg sikerül. Ha nincs sok türelmed, az aluminium „tányér” külső oldalát gyertyalánggal kormozd be. Próbáld meg egy kockacukor sütését. Fehér színe a ráeső sugarakat csaknem teljesen visszaveri, így alig melegszik fel. A világ egyes tájain a napenergiát főzésre is használják. Ha a napkemencétől nem is várható el nagy energiatakarékosság, mégis fontos, hogy az alapelvet megértsük. Ideális körülmények között meg tudsz perzselni egy fekete anyagot. Csak akaszd a parabolatükör gyújtópontjába a kémcsőtartó fölött. 71. KÍSÉRLET - SEGÍTSÉG KÍVÜLRŐL A szolár-reflektor (napfény-visszaverő felület) a Napra van irányítva. Összegyűjti a ráeső napsugarakat, és a gyújtópontba nyalábolja őket. Mi történik, ha egy vagy több normál tükörrel még további fényt irányítasz a reflektorra? Fokozható ezzel jelentősen a hő a gyújtópontban? Ábra: SPIEGEL
tükör
72. KÍSÉRLET - CSODA A TEÁSPOHÁRBAN A kísérleti készletben egy nagyítót találsz, aminek kettős konvex, 20 mm átmérőjű gyűjtőlencséje van, 50 mm gyújtótávolsággal ... stb. ... Ez mind szép, de mit tudunk biztosan? Ezeket a megállapításokat a következő érdekes kísérletben közvetlenül láthatod. Végy egy teáspoharat, töltsd meg vízzel és tégy hozzá három csepp tejet. Keverés után a víz tejszerű lesz, de még átlátszó. Vidd a poharat napra. Az ábra szerint tartsd a nagyítót a pohár széléhez közel. Nézz oldalról a pohárba. Ugye, érdekes? 73. KÍSÉRLET - A KÍNAI VARÁZSLÓ TRÜKK Vágj ki kemény papírból vagy könnyű kartonpapírból 30 cm átmérőjű lemezt. Ragassz rá aluminiumfóliát. Húzz egy vonalat a kör középpontján keresztül Húzz egy második vonalat ugyanígy, a másikra merőlegesen. Vágd be a lemezt a vonalak mentén, de a középponttól 2 cm-re állj le a vágással. A lemez az ábra szerint fog kinézni. Ábra: MARKIERUNG 2 CM VOM RADIUS
jel a sugártól 2 cm-re
LOCH 2 CM DURCHMESSER
2 cm átmérőjű lyuk
13 CM SCHNITT ENTLANG DEM RADIUS
13 cm bevágás a sugár mentén
Csinálj egy 2 mm átmérőjű lyukat a középpontba. Minden bevágástól 2 cmre jelölj be egy pontot. Lapold át a bevágás két oldalát a megjelölt pontig, és rögzítsd ebben a helyzetben ragasztóval, ragasztószalaggal, vagy fűzőkapoccsal. Végezd el az átlapolást minden bevágásnál. Amit így kapsz, az egy kínai kalaphoz hasonlít, de ez egy szolár-reflektor (napvisszaverő felület) lesz. Az aluminiumfóliának természetesen a belsejében kell lennie. Hasonlítsd össze a kísérleti dobozban lévő reflektorral! 74-76. KÍSÉRLET - VÁLTOZÁSOK ÉS VÁLTOZTATÁSOK Az utóbb leírt kísérlet nem egy, hanem több kísérletből áll. Attól függ, mennyire érdeklődsz a napenergia felhasználása iránt. Például építhetsz még két „napcsapdát”: az egyik feleakkora, mint amit leírtunk, a másik kétszerakkora. Hasonlóképpen készíthetsz egy nagyobb és egy kisebb reflektort (kínai kalapot). Világos, hogy minél nagyobb a visszaverő felület, annál több energiát lehet összegyűjteni, és nyalábolni. De nemcsak a felület lehet mértékadó. Mi történik, ha a hegyén a szöget megváltoztatod? Csinálhatod egyszer hegyesre, (A), egyszer tompára (B). Mi történik, ha az oldalak átlapolásakor 2 cm-nél kevesebbet, vagy többet lapolsz át? A kínai kalapban hol van a legnagyobb hő? 77. KÍSÉRLET - A SZOLÁRHŐ KONCENTRÁLHATÓ Tedd ki a hőmérődet közvetlen napsugárzásnak, és olvasd le a hőmérsékletet. Tartsd a hőmérő gömbjét a parabolatükör gyújtópontjába. Látod, hogyan emelkedik a hőmérő oszlopa? Hagyd abba, mielőtt eléri az 55oC-t. Ajánlás: Itt is napszemüveget kell hordani. Ebben a kísérletben a reflektorra beeső naphő teljes mennyisége a hőmérőre koncentrálódik: a hő hatása a gömbre nagyon erős. 12
Ezelőtt 2200 évvel Archimedes olyan tükör-rendszert tervezett, aminek a segítségével az összegyűjtött napsugár-nyalábokat az ellenséges hajók vitorláira irányították; az egész flotta leégett. A napenergiával kapcsolatos fejlesztési lehetőségek A termikus naperőmű elektromosságot állít elő a világűrben, és az energiát mikrohullámú sugárzással továbbítja a Földre. Egy ilyen berendezés mintegy 15 megawatt energiát tudna előállítani, amiből 8000 megawatt állna rendelkezésre a Földön. Kép: termikus naperőmű műhold négy BRAYTON-CYCLE erőművének egyike Kémiai hőcsövek Az elv a reaktoroknál keletkezett hő elszállítására távoli ipari központokhoz Németországból származik. Azon alapul, hogy szintetikus gázokat állítanak elő napenergia segítségével, kieső régiókban. A csövekkel az energia gáz alakjában jut el a célhoz, ahol fűtésre használják. A folyamatot meg is fordítják, vagyis a kimeneti anyagot csöveken át visszavezetik a külső helyszínre. A tudósok szerint a zárt körben hasznosított napenergiával kiküszöbölhetők a tárolási és szállítási problémák. A „Luz Solar” elektromos rendszer A Luz International cég működteti a világ legnagyobb naperőművét. A dél-kaliforniai hét Luz erőmű áramot táplál a helyi hálózatba, o összteljesítményük 194 MW. Nagy parabolatükrökkel gyűjtőelemre gyűjtik a napfényt. A gyűjtőben keringő olajkb. 350 C-ra melegszik. Az egész rendszer egy négysoros hálóba kötött elemeket tartalmazó „napmezőből” áll. Elektromos érzékelők segítségével a reflektorokat a nap mozgása nyomában vezetik. A felmelegített olajat hőcserélőn szivattyúzzák át, és segítségével vízgőzt nyernek, amelyet végül turbinák alakítanak át elektromos energiává. A cég a fejlődő országoknak is kíván ilyen erőműveket szállítani. A naptorony A kanadai Energiaintézet (CIEAR) Izraelben (Weizmann Intézet) állított ilyet üzembe. A jövőbeni naptechnológia további kutatásokat igényel. o A kutatás központjában 64 speciális heliosztát (számítógépes vezérlésű tükör) áll, melyek 600…1000 C hőmérsékletet állítanak elő. Az energia a tükrökről a toronyba jut. A berendezés max. 3000 kW napsugárzást tudott nyalábba gyűjteni, ami a nap intenzitás több ezerszeresének felel meg. A kísérleti berendezések közt szerepel egy magashőmérsékletű lézerlabor, magashőmérsékletű kísérletek, szolár hővel működtetett gőzgenerátor és kémiai kísérletek magas hőmérsékleten. A kutatás központjában az olajnak napenergiával való kiváltása áll. PÁROLGÁS - KONDENZÁCIÓ 78. KÍSÉRLET - FOLYADÉK ÁTALAKULÁSA GÁZZÁ** A Nap a Földre 30 000-szer annyi energiát juttat, mint amennyit fosszilis (kövült) anyagokból elő tudunk állítani. Ebbl a szinte felfoghatatlanul hatalmas mennyiségből mintegy negyedrész - tehát többezer milliárd kilowattóra - arra használódik fel, hogy elpárologtassa a vizet a tengerekből, tavakból, stb., amelyből azután esőt, harmatot, havat stb. kapunk. A mi kis laboratóriumunkban ezt akarjuk kikísérletezni. Fogd meg óvatosan a kémcsövet és forralj benne vizet. Eközben a víz gőzzé alakul. A vízgőz, - vagyis víz gáz alakjában - távozik a kémcső nyílásán. A víz folyamatosan alakul át gőzzé, tehát mennyisége a kémcsőben folyamatosan csökken. Egy anyag folyékony halmazállapotúból légnemű halmazállapotúvá való átalakulását párolgásnak nevezzük. 79. KÍSÉRLET - GÁZ ÁTALAKULÁSA FOLYADÉKKÁ** Miközben a víz forr a kémcsőben, tarts egy üvegtányért ferdén a cső nyílása fölé. Vigyázz, ne égesd megaz ujjaidat! A vízgőz a tányérhoz érkezik. Mivel ez hidegebb, mint a gőz, a gőz egy része annyira lehűl, hogy ismét vízzé változik, és lecsöpög a tányérról. Egy anyag légnemű halmazállapotúból folyékony halmazállapotúvá való átalakulását kondenzációnak (lecsapódás) nevezzük. 80. KÍSÉRLET - A NAGY PÁROLOGTATÓ Csöppents két egyforma vízcseppet a napos ablakpárkányra, egymástól kb. 10 cm-re. Árnyékold le az egyik cseppet úgy, hogy a tükrödet a csepp és a nap közé tartod. Figyeld meg a két vízcseppet! Amelyik napot kap, sokkal gyorsabban elpárolog. A párolgás sebessége a folyadék által felvett hőmennyiségtől függ. A Nap felmelegíti a tengerek és egyéb vizek felületét, ezáltal óriási vízmennyiségek párolognak el. Vízgőzként szállnak a magasba, és felhőket képeznek. A felhők kondenzációja alkotja az esőt. Az ember ősidők óta használja a napenergiát élelmiszerek szárítással való tartósítására; párolgás által nyer sót és más kémiai anyagokat; a kimosott ruhát a napon szárítja. A táplálkozásunkhoz használt növények is napfényt igényelnek a növekedéshez. 81. KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS SEBESSÉGE A FELÜLETTŐL FÜGG Önts a kémcsőbe vizet, és önts ugyanannyit egy csészébe. Hagyd mindkettőt egy éjszakán át állni, és mérd meg, mennyi víz maradt az edényekben. A folyadékok csak a felületükön át párolognak, ezért a vízből a csészében - a nagyobb felület következtében - több párolog el. Minél nagyobb a folyadék felülete, annál gyorsabban párolog. A NAP MOZGÁSA 82. KÍSÉRLET - A NAP LÁTSZÓLAGOS MOZGÁSA A következő kísérlet egy egész napot vesz igénybe. Keress egy lehetőleg szabadon álló cölöpöt vagy telefonpóznát. Napfelkeltekor jelöld meg a tetejének az árnyékát a földön, és ismételd ezt meg minden fél órában. Jegyezd fel az időt minden jelölésnél. Naplementekor gondolatban kösd össze a földön megjelölt pontokat a pózna hegyével, és hosszabbítsd meg ezt a vonalat az égen addig a helyig, ahol a nap állt az égen. Így követheted a Nap látszólagos mozgását a Föld körül. Nem is olyan régen az emberek még azt hitték, a Nap mozog a Föld körül, mivel a szemünk ezt mutatja. Galileo Galilei olasz csillagász (1564-1642) először mondta ki, hogy a Föld mozog egy meghatározott pályán a Nap körül. Egy teljes kör a Föld körül 365 napot vesz igénybe. A napenergiával végzett kísérletekben és a gyakorlati alkalmazásokban csak a Nap látszólagos mozgásával foglalkoznak. 13
Napóra Mintegy 4000 évvel ezelőtt az emberek a látszólagos napmozgás segítségével kezdték mérni az időt. Olyan szerkezetet készítettek, aminek mutatója árnyékot vet az alatta lévő felületre: ez volt a napóra. Az alátéten az árnyék segítségével leolvasták az időt. Az előbbi kísérletben minden jelölt ponthoz feljegyezted az időt. A jelek a talajon tehát visszaadják fordítva a mindenkori óraidőt. Ha a következő napon visszatérsz a „napórádhoz”, és nem tudod, mennyi az idő, az árnyékról leolvashatod. Ne gondold, hogy a te napórád különösen nagy! 1724-ben Indiában olyan napórát készítettek, amely egyholdas területet vett igénybe: mutatója 30 m magas volt. 83. KÍSÉRLET - NAPÓRÁT KÉSZÍTÜNK Vágd ki a kerek skálát gondosan a kivágóívből és erősítsd egy deszkára, vagy vastag kartonpapírra. Keresd ki lakóhelyed, városod körülbelüli szélességét az alábbi táblázatból, vagy nézz utána egy atlaszban. (Táblázat a 44. oldalon) Jelöld meg az ábrán (45.old.) látható szögmérőn a megfelelő szélességet. Az „A” ponttól húzz a szögmérőn bejelölt szélességi ponton keresztül egy egyenest a D’D ívig. A metszésponttól húzz egy egyenest a „B” pontig: így egy háromszög keletkezik. Vidd át ezt a háromszöget egy merev kartonlapra. A háromszög lesz a napóránk mutatója, és „gnomon”-nak nevezzük. Ezt az előrajzolt helyen a napóra alátétlapján kell elhelyezni (l. 44. old. ábra).. 84. KÍSÉRLET - MEGKERESSÜK A SARKCSILLAGOT Mielőtt felállítjuk a napórát, megkeressük a sarkcsillagot, a következőképpen: Egy felhőtlen éjszakán, minél kevesebb zavaró holdfénnyel, keress egy helyet, ahonnan meg tudod figyelni az eget. Várj egy kicsit, amíg a szemed megszokja a sötétet, majd nézz északi irányba. Megtalálod a hét csillagból álló Göncöl-szekeret. Ha ezt a csillagképet megtaláltad, keress ugyanebben az irányban egy másikat: ez is szekér formájú, csak másképp áll. A nagyobbik a nagy Göncöl, a másik a kis Göncöl-szekér. A nagy Göncöl két elülső csillagát kösd össze egy képzelt egyenessel, majd ezt hosszabbítsd meg: a kis Göncöl végén lévő csillagot találod el, ez a sarkcsillag. Az évszakoktól függően változik a Föld helyzete, és a csillagok látszólagos elhelyezkedése is: de a nagy Göncöl két csillagának képzelt meghosszabbítása mindig a sarkcsillag felé vezet. Az égboltnak ezen a részén ez a legjobban világító csillag. Egy kis türelemmel biztosan megtalálod. 85. KÍSÉRLET - A NAPÓRA FELÁLLÍTÁSA Bár különösen hangzik, az éjszaka a legkedvezőbb időpont a napóra felállításához. Ehhez a gnomonnak észak felé kell mutatnia, a sarkcsillag irányába: ezért kerestük meg az égbolton. Persze, iránytűvel is megtalálhatod az északi irányt, de ha sarkcsillag segítségével megtalálod, ez függetlenebbé tesz. A napórát lehetőleg nyugodt helyen állítsd fel, ahol reggeltől estig süt a nap, ezenkívül közel van, és jól megközelíthető leolvasás céljából. Irányozd a gnomon ferde szélét a sarkcsillag felé. Tégy a napórára nehezéket, hogy ne lehessen könnyen elmozdítani. 86. KÍSÉRLET - HÁNY ÓRA VAN? Ha az óraidőt a napóráról akarod leolvasni, jegyezd meg egyszerűen a számot, amelyikre a gnomon árnyéka esik. Végezz leolvasásokat egész nap, írd fel őket és hasonlítsd össze az óraidővel. A napóra pontossága mindenesetre függ a dátumtól, amikor a kísérletet végzed - ugye, különös? Ha az óra felállítására az április 20, június 15, szeptember 5 vagy december 27 körüli napokat választod, a napóra elég pontos lesz. Február közepén vagy november elején viszont pontatlan adatokat fogsz kapni. 87. KÍSÉRLET - A NAPÓRÁT AZ ÉVSZAKHOZ IGAZÍTJUK Ahhoz, hogy a napóra egész évben érvényes adatokat szolgáltasson, korrigálni kell; ehhez a napóra „számlapjának” alsó felén lévő diagramot használjuk. Tételezzük fel, hogy március 15-e van. Rajzolj a márciusi oszlopba egy képzelt vonalat. Ez a vonal a korrektúragörbét +10-nél metszi a bal oldalon. A pontatlanság kiegyenlítéséhez a leolvasott időhöz 10 percet hozzá kell számítani. A korrektúragörbe az un. nullvonal körül fut le; a nullvonal feletti leolvasásokat hozzáadjuk, az alatta lévőket kivonjuk. 88. KÍSÉRLET - AZ ÓRÁD NEM JÁR JÓL! Elkészítetted a napórádat pontosan, minden utasítást betartottál - mégsem egészen pontos az óra! Nem fogod elhinni, de a világ minden órája pontatlan! Mintegy száz évvel ezelőtt minden városnak megvolt a saját időzónája. Ezen belül a Te napórád is pontos lenne. Mivel azonban a sok különböző időzóna nagy zűrzavart okozott, felosztották a világot - meglehetősen önkényesen - hatalmas időzónákra, amik majdnem mindenütt egy órával térnek el a szomszédos időzónáktól. Egy időzónán belül viszont az órákat mesterségesen egy közös időre állították be. 89. KÍSÉRLET - NAPFOLTOK** Távcsövön keresztül nézve, a napfoltok hatalmas, alaktalan, fekete mélyedések. A tudósok a mai napig nem tudják, hogy a napfoltok tulajdonképpen mik és honnan származnak. Úgy tűnik, hogy a Nap belsejében lévő hatalmas elektromos áramlatok felszíni megjelenési formái, és óriási mágneses tereket hoznak létre. Átmérőjük néhány ezer és huszonötezer km között változik. Általában csoportosan jelennek meg, néhány napig látszanak, majd eltűnnek. A legtöbb napfolt az északi és déli napfélteke középső térségeiben tűnik fel. A napfolt magja, az umbra, kb. 4600oC hőmérsékletű. Mivel a foltok hőfoka kb. 1000oC-kal alacsonyabb, mint a napfelszín hőfoka, ezek sötétebb színűnek tűnnek. Az umbrákat világosabb, forróbb szélek veszik körül, az úgynevezett penumbrák. Ne nézz közvetlenül a napba! A szemeid tartós károsodást szenvedhetnek. Még ha napszemüveget hordasz, színes vagy füstszínű üveget használsz, akkor is veszélyesen sok fény juthat a szembe. 14
Napkeltekor és napnyugtakor a természet megfelelő szűrőt nyújt, amikor a nap már vörösnek látszik. Ajánlás: Reggel, napkelte előtt: mihelyt a nap narancsszínű lesz, fejezd be a megfigyelést, utána már veszélyes lehet a szemnek. Este, napnyugta előtt: Várd meg, míg a nap vörösnek látszik, akkor kísérletezz. A nagy napfoltok szabad szemmel is láthatók. A kicsiket távcsővel jól felismerheted. Ha egy napfoltot biztosan felismertél, jegyezd fel a helyzetét egy naptérképen. Ismételd a feljegyzést egymás után következő napokon, ebből ki tudod mutatni, hogy a nap forog. NAPKITÖRÉSEK A napkitörések a nap óriási energiarobbanásai; - ezekből egyetlen az USA egész energiaszükségletét évszázadokra kielégítené. Valószínűnek látszik, hogy hatást gyakorolnak a Földre, az ionoszférára, a földi atmoszféra magasabban lévő rétegeire, és pl. zavarják a rádióadást. Az időjárásra való hatás kutatás alatt áll. A vizsgálatok szerint a látható napkitörések a kronoszférában, vagyis a Nap felszíne fölötti vékony rétegben kezdődnek. Úgy tartják, hogy a kitörések oka a Nap mágneses terében rejlik. Ugyanakkor a fotoszférában (a Nap felszíne) távcsővel nem sikerült a Földről mérhető változást észlelni. A napfoltok egyrészt magas energiatartalmuknál fogva érdekesek, másrészt a Földre gyakorolt hatásuk, valamint a plazmajelenségek miatt. 90. KÍSÉRLET - A NAPSUGARAK BEESÉSI SZÖGE Vágj egy fehér papírlapba egy 12 mm átmérőjű lyukat. Ragaszd a lapot ragasztószalaggal egy napsütötte, déli fekvésű ablakra. Fektess egy fehér papírlapot a földre ott, ahol a lyukon keresztül beeső fénysugár éri. Rögzítsd ezt a lapot is. Ceruzával jelöld körbe a napsugár beesési területét. Ird be a dátumot és óraidőt a körbe. Ismételd a jelölést és beírást különböző napokon ugyanebben az időben. A sugarak beesési szöge naponta változik, és látni fogod, hogy a jelölés vándorol. Javasold, hogy az iskolában is végezzétek el a kísérletet! Ábra: EKLIPTIK ACHSE ekliptikus tengely POL-ACHSE pólustengely MILLION KM millió km DEZ december MÂRZ március JUNI június SEP szeptember TAG nap ERDE-SONNE LINIE Föld-Nap-vonal SENKRECHTE EBENE függőleges sík GENEIGTE EBENE hajlított sík SONNENHÖHE nap magassága HORIZONTALE FLACHE vízszintes felület NEIGUNGSWINKEL hajlásszög A napsugárzás intenzitása a Föld felszínén erősen ingadozik. Ennek oka a Föld pályájának elliptikus alakja, és a Föld forgástengelyének hajlása a pálya síkjához viszonyítva. A Föld dőltforgástengellyel mozog a Nap körüli pályán, eközben napról napra változik a Föld-Nap vonal és a Föld egyenlítője közötti szög. Ez a naponkénti változás okozza azt, hogy a napsugárzás eloszlása a földfelszínen ugyancsak változik. Egy adott hely szélessége meghatározza az évi maximum és minimum hőmérsékleteket és a naponta rendelkezésünkre álló napsugárzást. További fontos tényező a felhasználható napenergia meghatározásánál a szög a közvetlenül beeső napsugarak és a besugárzott felület függőlegese között. Ennek a szögnek az a jelentősége, hogy meghatározza a közvetlenül a felszínre jutó sugárzás sugárzási komponenseinek intenzitását. Ezenkívül ez a szög határozza meg a visszaverődést és az elnyelést a felszínen. A felhasználható napenergia ingadozásaira atmoszférikus tényezők is hatnak. Ezekhez tartozik a felhős időszakok tartama havi és évi százalékban megadva, az összes napsütéses órák száma, a szélviszonyok és az árnyékolási - szigetelési adottságok. Egy szolárberendezés tervezésénél az adott ország meteorológiai intézetének adatai, és a szakirodalom tájékoztatnak a felhasználható napenergiáról. o Tipikus napállások 40 északi szélességen: Ábra: WINTER tél 47 GRAD 47 fok SOMMER nyár 21.DEZ. SONNENUNTERGANG naplemente dec. 21.-én WINTERSONNE téli napsütés MITTAG dél 21. DEZ. SONNENAUFGANG napkelte dec. 21-én 21. JUNI SONNENUNTERGANG naplemente június21-én SOMMERSONNE nyári napsütés 21. JUNI SONNENAUFGANG napkelte június 21-én 91. KÍSÉRLET - KINYÚLÓ ELEM A TETŐN A házban az energiafelhasználás csökkentésére egyedülállóan egyszerű és hatásos módszer: kiálló, túlnyúló elemeket kell szerelni a tető illetve az ablakok fölé. 15
Nyáron a napsugarak sokkal magasabbról jönnek, mint télen. Így a helyesen tervezett és kivitelezett ilyen elemek a tetőn vagy az ablakok fölött nyáron árnyékukkal védenek a napsütéstől, télen viszont a nap akadálytalanul besüthet a házba ill. lakásba. Válaszd ki az egyik ablakot a lakásotokban Számítsd ki a télen és nyáron napot kapó felületet. Lehetséges egy kinyúló elemet úgy kialakítani, hogy a két érték között kedvezőbb arány legyen? MELEGVÍZ ELŐÁLLÍTÁSA Háztartási készülékek: Több országban, így pl. Izraelben, Spanyolországban és Japánban már sok napenergiával működő vízmelegítő berendezést szereltek fel. A „Thermo-Syphon” rendszer jelenleg a leginkább használatos. Egy napkollektor (kollektor = gyűjtő) fölött egy szigetelt tartály van felszerelve, olymódon, hogy a hideg víz alul a kollektornál lép be. A kollektor által felmelegített víz annyi ideig folyik a tartályba, amíg a nap süt. Ábra: HOHE ABSORPTION / GERINGE EMISSION GEÂTZTES GLAS ZWEITE BESCHICHTUNG GEHÄUSE KOLLEKTOR MIT SPEZIAL-BESCHICHTUNG WASSERLEITUNGEN ISOLATION KOLLEKTOR VON OBEN GESEHEN HEISSES WASSER STEIGLEITUNG TANK KALTWASSER ZUSATZHEIZUNG SCHNITT DURCH DEN KOLLEKTOR
nagy abszorpció (elnyelés), csekély kibocsátás matt üveg második réteggel való borítás ház kollektor speciális borítással vízvezetékek szigetelés kollektor felülnézetben meleg víz felszálló vezeték tartály hideg víz pótlólagos fűtés a kollektor metszete
A melegvíz előállítás iparszerű rendszere Nagyobb létesítményeknél, épületeknél a napenergia rendszer általában a következő alapvető elemekből áll: Lapos lemezkollektorok (nem fókuszálók) Szigetelt tartály Tisztító egység Két rendszertípus ismert: egy- és kétkörös rendszerek. Ábra: EINKREISSYSTEM
egykörös rendszer
KOLLEKTOREN
kollektorok
REINIGUNG
tisztítás
TANK
tartály
PUMPE
szivattyú
VERBRAUCHER
felhasználó
Nevüknek megfelelően az egykörös rendszerekben minden elemben ugyanazt a folyadékot alkalmazzák. A legtöbb éghajlati zónában, mindenekelőtt ott, ahol fagypont alatti hőmérsékletek előfordulnak, etilénglikol és víz keverékét használják, mint fagyálló folyadékot. Ha a rendszer nagyon nagy, tehát nagy folyadékmennyiség áramlik benne, kétkörös rendszert alkalmaznak: ezáltal csökken az etilénglikol mennyisége. Erre a célra a kollektorok és a tartály között hőcserélőt szerelnek fel. Energiatakarékosság - fűtés napenergiával Lapos kollektorok A melegvíznek napenergiával való előállítása mindinkább elterjed, a megoldás energiatakarékossága miatt. A szolár-rendszerek o általában 55 C-ra fűtik fel a vizet, különlegesen kezelt rendszerekben esetleg még melegebbre. A lapos kollektorokat általában a háztetőkön szerelik fel. Általában jól beváltak privát házakban, apartmanházakban, kórházakban, egyetemeken, uszodákban, stb. A normál háztartásokban az elektromos energia felhasználást 8 %-kal csökkentik. Fókuszáló kollektorok Ezeket gőz és villamosság előállításánál használják, azonkívül folyadékoknak magasabb hőfokra való melegítésére. Ennél a konstrukciónál a napsugarakat egy a gyújtópontban lévő kollektor elemre fókuszálják. 92. KÍSÉRLET - A NAP FELMELEGÍTI A VIZET Állíts két, egyenlő mennyiségű vízzel telt, átlátszó üvegtányért a napra. Mérd meg a víz hőmérsékletét és jegyezd fel. Takard be az egyik tányért egy másik átlátszó tányérral. Egy óra múlva ismét mérd meg a vízhőmérsékleteket. Tapasztalni fogod, hogy a hőmérséklet mindkét tányérban emelkedett, de a letakartban jobban. Ezt nevezik „üvegházhatás”-nak. Ábra: TELLER MIT WASSER
vízzel töltött tányér 16
93. KÍSÉRLET - A HÁTTÉR HŐELNYELÉSE (ABSZORPCIÓJA) Ismét állíts két, egyenlő mennyiségű vízzel telt átlátszó üvegtányért a napra. Ennél a kísérletnél betakarhatod mind a kettőt egy üvegtányérral, vagy szabadon hagyod mindkettőt. A különbség az lesz, hogy az egyik tányért fekete, a másikat fehér papírra teszed. Egy óra múlva tapasztalni fogod a vízhőfokok különbségét: a fekete háttér több meleget nyel el, mint a fehér, tehát a víz a fekete papír fölött melegebb lesz. 94. KÍSÉRLET - MELEGÍTÉS TÜKÖR FÖLÖTT Ismételd meg a kísérletet, de az egyik tányért állítsd egy tükörre. Mi történik? Vedd tekintetbe, hogy a tükör a fényt és a hőt visszaveri. 95. KÍSÉRLET - MIT GONDOLSZ? Ismételd meg a 92. kísérletet, ezúttal napos helyiségben, csukott ablaknál egy asztalon, tehát olyan napsugarakkal kísérletezel, amelyek az ablaküvegen keresztül hatolnak be. Gondold át, milyen eredményeket kaphatsz, mielőtt hozzákezdenél! Nem gond, még a tudós, aki először végzett ilyen kísérleteket, sem volt biztos benne, amíg ki nem próbálta. Az ablaküvegek egészen biztosan elnyelnek valamennyi hőt; tehát az gondolhatnánk, hogy a víz kevésbé melegszik fel. Másrészt említettük az „üvegházhatást”. Ennek alapján a víznek melegebbnek kellene lennie. Nos, mi a helyzet valójában? 96. KÍSÉRLET - FESTETT VÍZ ÉS SAJÁT KÉSZÍTÉSŰ TINTA Ha a vizet a tányérokban sötétre festenéd, mit gondolsz, magasabb lenne a hőmérséklet? Át lehet-e vinni ezt az ötletet a gyakorlatba? Talán végzel egy kísérletet ennek felderítésére. Ehhez tintára lenne szükség. Régen minden házban volt, most viszont el is felejtettük, milyen a tinta. Ha nincs a háznál, csinálhatsz! Biztosan találsz régi filctollakat a háznál, vegyél elő néhányat. Ábra: HIER ÖFFNEN EINGETROCKNETER FARBFILZ-SCHREIBER OBERTEIL DES SCHREIBERS DIESES TEIL AUF DEN TISCH KLOPFEN PIPETTE MIT WASSER TINTENPATRONE TINTE
itt nyisd ki beszáradt filctoll a toll felső része ezt a részt kell az asztalhoz ütögetni csepegtető vízzel tintapatron tinta
Az ábra mutatja a tintakészítés lépéseit. Nyisd ki a toll felső végét és fordítsd meg a tollat. Tartsd a nyitott végét a markodban úgy, hogy ne látszódjon ki. Az öklöddel üss az asztalra, de ne érintsd a tollat. A festékpatron kijön. Tartsd most a festékpatront egyik kezeddel egy kanál fölé, a másikkal egy cseppentő segítségével cseppents vizet a patronba. Rövidesen tinta lesz a patronban. Ezután dugd vissza a tollba, és csodák csodája, a filctoll újra ír! 97. KÍSÉRLET - A PÁROLGÁS HŰT Ha a víz vagy más folyadékok párolognak, energiát használnak fel. Ezt az energiát valahonnan megszerzik. Nedvesítsd meg a karodat és fújj rá! Ugye, hűvöset érzel? A karodról elpárolgott víz a bőröd felületéről vette a szükséges energiát, ettől van a hűvösség érzet. Ha hőség van, izzadunk. A nedvesség elpárologtatásával a test természetes hűtést szerez magának; különben nagyon forró napokon a túlhevüléstől szenvedne. Nyáron tehát a jó közérzeted attól függ, milyen hamar tud az izzadságod elpárologni. Erre befolyással van a levegő hőmérséklete, a szélsebesség és a levegő nedvességtartalma. Leggyorsabb a párolgás forró, száraz és szeles napon. 98. KÍSÉRLET - ÚSZÓMEDENCE És egy ilyen forró, száraz és szeles napon az úszómedence lehűl! Hűvösebb, mint egy nedves, hűvösebb és szélcsendes napon. Ezeken a napokon te is úgy jársz, mint a medence. Ellenőrizd ezt a megállapítást a hőmérővel! 99. KÍSÉRLET - MELEG VÍZ ELŐÁLLÍTÓ** Töltsd fel az elnyelő zacskót hideg vízzel, és támaszd egy tárgyhoz, pl. a kísérleti készlethez. A víz betöltése nehézkes lesz, mivel a fekete hátrész és az átlátszó fólia között alig van hely. Egy ceruzához hasonló tárggyal a nyílását megnövelheted. Ez az előkészület fontos a megfelelő használathoz. Ábra: ABSORBERBEUTEL
elnyelő (abszorbeáló) zacskó
Most készíts forró vizet, de nem forrásban lévőt. Lógasd a zacskót az „A” és „B” pontoknál, anélkül, hogy az ujjadat beledugnád, fél percig a forró vízbe. Húzd ki a vízből, és fújj bele az „A” pontnál, mintha léggömböt akarnál felfújni, eközben a „B”-t fogd be az ujjaddal, hogy a levegő ne mehessen ki; várj ebben a helyzetben egy percig. A zacskó lehűl és felfújva marad, használatra készen. Töltsd meg most a széléig hideg vízzel. Támaszd a fekete hátlapjával egy tárgyhoz, és az átlátszó elülső része legyen a nap felé. A zacskóban lévő víz felmelegszik, miközben a sűrűsége csökken. Ezáltal a meleg víz felszáll, a hidegebb víz lesüllyed. Egy szokványos melegvíztárolóban ugyanezek a folyamatok játszódnak le. A fűtőelem felső részén egy víztartály van, és egy cső vezet az „A” bevezető nyílástól a tartály aljához. A felmelegített víz felszáll a tartály felső részébe. Olyan mértékben, ahogy a víz felszáll, hideg vizet húz a tartály aljáról a fütőelembe, ahol a melegítés történik. Dugd a hőmérőt az elnyelő zacskóba, hogy lásd a hőmérséklet emelkedést. Ehhez a hőmérőt óvatosan ki kell venni a hőmérőskálából.
17
100. KÍSÉRLET -ÜVEGGEL FEDETT HŐELNYELŐ A vízmelegítők általában üveggel vannak lefedve, aminek a célja a naphő „bezárása”, és az üvegházhatás előállítása. A napsugárzás átmegy az üveglapon és felhevíti a fekete hőelemeket. Az üveglefedés jelentősen csökkenti a fűtőelemről való sugárzás okozta hőveszteséget. Ragaszd a kísérleti készlet fedelét egy ablakra úgy, hogy a benne lévő megtöltött elnyelő zacskó eleje a nap felé forduljon. Itt az ablaküveg helyettesíti az üveg fedőlapot. Figyeld meg, mennyivel gyorsabban melegszik fel a víz. A mellékelt képen egy termikus napkollektor látható, amit fekete krómréteggel vontak be (Cleveland, USA). Ezek a kollektorok vagy egy padlófűtés melegvíz szükségletét biztosítják, vagy egy épület klímaberendezésének hűtő-köréhez csatlakoznak. A lapos kollektorok fémbevonatával a hatásfok növelhető. A fekete krómrétegek a sugárzást „egyirányú utcába” terelik; a bejövő napfényt elnyelik, de a környezetbe való kisugárzást megakadályozzák. A következő kép sorházként épült családi házak napenergiával való fűtését mutatja (Greenbreit, Maryland, USA). A lakók a lapostetőn napenergia fűtőrendszert szereltetnek fel, hogy télen tapasztalatokat gyűjtsenek. Ettől a kísérlettől mintegy 50 % energiamegtakarítást remélnek. 101. KÍSÉRLET - MENNYI HŐT NYEL EL A FÜRDŐVÍZ A KÁDBAN? Eddig a napenergiát kizárólag melegvíz előállítására használták, a privát családi házakban. Az energiamegtakarítás ellenőrzésére számítsuk ki egy kádfürdő energiaszükségletét. Ehhez a számításhoz a kádban lévő vízmennyiség pontos ismerete szükséges. Mérd meg a kádban lévő víz térfogatát. A mennyiség meghatározásához az időt is felhasználhatod: stoppold az időt, ami egy literes üveg megtöltéséhez szükséges. Ha a kád megtöltésének idejét ismered, megtudod a literek számát is. Ha pl. a literes üveg 3 másodperc alatt megtelt, és a kád megtöltéséhez 900 másodperc kell, a kád tartalma 900:3 = 300 liter. Tudjuk, hogy 1 ml víz hőfokának 1 Celsius fokkal való növeléséhez 1 kalória kell: ebből kiszámítható a fürdővíz kalóriaszükséglete. A hőmérséklet emelkedés 35oC, és 300 liter vízre a következő adódik: o 300 liter x 1000 ml/liter x 35 C = 10 500 000 kalória. Ehhez még hozzá kell számítani a hőveszteséget a csövekben, a falban, a tartályban és magában a fűtési rendszerben. Fosszilis anyagoknak erőműben való elégetésénél 33 %-os hatásfokot érnek el, ami azt jelenti, hogy minden, a fürdőhöz szükséges kalóriához 3 fűtőanyagkalóriát kell elégetni. 102. KÍSÉRLET - MENNYIBE KERÜL EGY KÁDFÜRDŐ? Tételezzünk fel 30 % összes veszteséget a csövekben, tartályban, stb. 1 kalóriához 1,2 x 10-6 kWh elektromos energia kell, ha egy kWh árát tudjuk, kiszámíthatjuk, mennyibe került a fürdőnk. Fok-nap értékek 103. SZ. KÍSÉRLET
A NAPI FŰTÉS-FOK ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA
Az úgynevezett „fok-nap érték” (napi hőösszeg-hiány, fűtési index) egy adott napra úgy számolható, hogy összeadjuk a mért o legalacsonyabb és legmagasabb hőmérsékletet, majd az összeget elfelezzük (középérték), és az eredményt levonjuk 18 C-ból. o o o o Pl. január 5-én 7 C maximum és -9 C minimumhőmérsékletet mértek, melyek középértéke -1 C; 18-(-1)=19 C. A legnagyobb és legkisebb értékek megtalálhatók a napilapokban; gyakorolj ezeken. 104. SZ. KÍSÉRLET
A NAPI HŰTÉSI-INDEX ÉRTÉKEK KISZÁMÍTÁSA o
Ha az iménti számítás negatív eredményt adott, akkor ezt hűtési indexnek nevezzük. Pl. 21 C középérték esetén 18-21=-3. Ez a hűtőkészülék gyártókat érdekelheti. 105. SZ. KÍSÉRLET
FŰTÉSI INDEX ÁBRÁZOLÁSA
Készíts elő egy diagrammot, X-tengelyén a napok dátumával, Y-tengelyén a fűtés-fok értékekkel. Ábrázold hosszabb időn keresztül az értékeket, és figyeld meg a hosszabb- és rövidebb idejű ingadozásokat. A fűtés-fok értékek a háztulajdonosok, tüzelőanyag eladók számára lehetnek fontosak. A hőösszeg-hiány értékek és a fűtőanyag szükséglet összefüggése o o Képzeld el, hogy a sivatagban élsz, ahol délben 46 C meleg van, éjjel pedig -9 C-ig süllyed a hőmérséklet. A belőlük számolható fűtés/hűtés érték nulla. Jelentheti ez azt, hogy itt nem kell sem fűteni, sem hűteni? A tüzelőanyag kereskedők tisztában vannak a helyi klimatikus adottságokkal, és a fűtés/hűtés fok érték megfelelő használatával. A napelemek néhány alkalmazása * * * * * * * * * * * * * *
Figyelmeztető világítás repülőtéren Ivóvíz szivattyú Tűzvédelmi tornyok és hétvégi házak energiaellátása Szükségáram biztosítás Villanypásztor és betörésvédelem Akkumulátorok fenntartó töltése Forgalomirányító táblák Hordozható híradástechnikai berendezések Erdei figyelmeztető táblák Zsebszámológépek Hajó akkumulátor töltés Forgalmi lámpák Megálló világítás Műhold rendszerek Kép: Buszmegálló napelemes világítással
18
SZILÍCIUM NAPELEMEK Becquerel volt az első tudós, aki 1839-ben felállította a fotoelektromos cella elméletét. Ezen az elven működnek a mai napelemek. A piacon először megjelent elemek hatásoka 1% volt, ami azt jelenti, hogy a cellát ért napenergia 1%-a alakult elektromos energiává. A hatásfok még ma is 20% alatt van. Ennek ellenére sokmindenre lehet használni, még egy könnyűrepülőgép is repült napelemből származó árammal! A napelemek megbízhatóak, tiszták és üzembiztosak; nincs bennük mozgó alkatrész, nem igényelnek alkatrészcserét és zajtalanul működnek. Előnyösen használhatók kihelyezett egységekben, pl. telefonfülke, világítótorony, TV ott, ahol nincs áramforrás a közelben. A NAPELEMEK MŰKÖDÉSI ELVE A napsugár fotonoknak nevezett energiarészecskéket tartalmaz. Ábra: N-SCHICHT n-réteg P-N SPERRSCHICHT p-n záróréteg P-SCHICHT p-réteg Amikor a fotonok egy félvezető réteg felületére beesnek, mint pl. a mi napelemünk, mozgásba hozzák a félvezető elektronjait. Mivel az áram tulajdonképpen elektronok mozgása, ha sikerül az elektronokat egy irányba terelni, áram jön létre. A napelemben pontosan ez történik. A napelem három rétegből áll: n-, p-n átmenet- és p réteg. A pozitív töltésű p rétegben helyhez kötött elektronok és szabad protonok vannak. A negatív töltésű n rétegben éppen fordított a helyzet, a protonok vannak helyhez kötve és az elektronok mozognak szabadon. A p-n átmenet feladata, hogy megakadályozza a két oldal szabadon mozgó részecskéinek az egyesülését, vagyis zárórétegként kell működnie. A cellára eső fotonok elegendő mértékben áthatolnak az igen vékony (kb. 1/200mm-es) n rétegen ahhoz, hogy mindegyik rétegben néhány szabadon mozgatható részecskét megmozgassanak. Mivel a záróréteg megakadályozza ezek közvetlen egyesülését, kénytelenek a csatlakoztatott vezetékeken át megtenni a hosszú utat. Ez az áramlás az eletromos áram. Fotoelektromos technológiák A fotoelektromos rendszerek közvetlenül a napfényből állítanak elő elektromos energiát napelemes panelek segítségével. Az energiát akkumulátorokban tárolják. Napelemekből falvak ellátásra alkalmas kisméretű hálózat is készíthető. A költségek csökkentése további kutatások feladata. Kép: fotoelektromos napelemek látják el ezt a házat és további házakat a faluban. 106. SZ. KÍSÉRLET
NAPENERGIÁVAL HAJTOTT ELEKTROMOTOR
A készletből a következőkre van szükség: napelem, elektromotor, csatlakozó vezetékek és a reflektor lábai. Ábra: SOLARZELLE ANTRIEBSRAD REFLEKTOR/MOTORBEIN
napelem meghajtó kerék reflketor/motor láb
Húzd rá a csatlakozóvezetékek dugaszolós érintkezőit a motor késes érintkezőire. Óvatosan nyomd rá a meghajtó korongot a motortengelyre, úgy, hogy ne érjen a motortesthez. Ábra: ANTRIEBSRAD ELEKTROMOTOR MESSERKONTAKTE… STECKKONTAKTE…
meghajtó kerék elektromotor a motor késes érintkezői a vezeték érintkezői
Vágjál a reflektor lábak felső résézbe egy hasítékot. Ábra: REFLEKTOR/MOTORBEIN
reflketor/motor láb
Csúsztasd be a motort a két hasított nyílásba. Az összeépített berendezés a következőképpen kell kinézzen: Ábra: REFLEKTOR/MOTORBEIN reflketor/motor láb SOLARZELLE napelem STEKKONTAKTE… vezeték érintkezők Ha a napelemet a nap felé fordítod, a hajtótengely forog. Ujjaiddal kicsit segíthetsz az indulásban. 107. SZ. KÍSÉRLET
EGY NAPSÜTÉS NÉLKÜLI NAP
Esős napon tartsd a napelemet egy asztali lámpa alá. A motor éppúgy forog, mint napfénynél. Ábra: SOLARZELLE TISCHLAMPE
napelem asztali lámpa
108 KÍSÉRLET: FLUORESZKÁLÓ FÉNY Tedd a napelemet egy fénycső (fluoreszkáló fény) közelébe. Az ekkor termelődő elektromosság nem elegendő ahhoz, hogy a motort mozgásba hozza, noha a mesterséges fény világosabbnak látszik, mint az izzólámpa fénye. Ábra: MITTELLOCH IM PROPELLER központi lyuk a propellerben MOTORACHSE motortengely REFLEKTOR/MOTORBEIN reflektor/motorláb 109. KÍSÉRLET: A PROPELLER A motortengelyről óvatosan húzd le a meghajtó tárcsát. Helyére tedd fel a propellert, csúsztasd be a motortengelyt a középen levő lyukba. Óvatosan told rá a tengelyre a propellert úgy, hogy az ne érjen hozzá a motor házához. A propellernek szabadon kell mozognia. 19
110. KÍSÉRLET: A FÉNYFORRÁS TESZTELÉSE Próbáld meg a propellert forgásba hozni. Tartsd a napelemet különböző fényforrások felé: Nap, izzólámpa, fénycső. A Nap fényére a motor azonnal elindul. Elektromos fénynél egy kicsit rá kell segíteni. Figyeld a propeller forgásirányát. 111. KÍSÉRLET: A POLARITÁS MEGFORDÍTÁSA Húzd le a motor mindkét késes érintkezőjéről a csatlakozót, és megcserélve tedd vissza azokat, vagyis a bal oldali csatlakozó vezetéke a jobb oldalra kerül és viszont. A vezetékek felcserélésével a motor forgásiránya megváltozik. Ezt nevezzük polaritáscserének. 112. KÍSÉRLET: A MEGFELELŐ PROPELLERFORMA KIALAKÍTÁSA A propeller eddigi formájában nem sokra használható. Ha teljesítményt várunk el tőle, meg kell változtatni, csavarformára alakítani. Tölts meg egy csészét forró vízzel és tartsd bele a propellert. A meleg a műanyagot meglágyítja. Néhány másodperc múlva vedd ki a propellert és a még lágy műanyagot csavard meg kissé ahogy a ábrán látod. Vigyázz nehogy megégesd vele az ujjadat. Ha az alak megfelelő, hűtsd le a propellert hideg víz alatt. Ábra: HIER DREHEN itt csavard 113. KÍSÉRLET: A VENTILÁTOR A megfelelően kialakított propellert tedd vissza a motor tengelyére, és tartsd a napelemet egy alkalmas fényforráshoz. Erre a propeller forgásba jön, és most már tudja mozgatni a levegőt - a forgás irányától függően vagy szívja, vagy fújja. Ha fújja, akkor ventilátort építettél. Ábra: VENTILATOR ventilátor ABZUG elszívás 114. KÍSÉRLET: AZ ELSZÍVÓ Mint a 111. kísérletben, cseréld fel a motor csatlakozó vezetékeit. Most a motor szívja a levegőt. Míg a korábbi kísérletben ventilátort építettél, a most létrehozott berendezést értelemszerűen elszívónak nevezzük. Ilyet gyárakban, munkahelyeken, laborokban vagy a konyhában használnak, ahol a káros gőzöket le kell távolítani és friss levegővel pótolni. 115. KÍSÉRLET: VÁLTOZTATÁSOK A PROPELLERREL ÉS A PROPELLEREN Ha a propellert lehúzod a tengelyről és fordítva teszed vissza, ugyanazt a hatást éred el, mint az előző kísérletben. Ha akarsz, a propeller alakján is változtathatsz (pl. a meredekségen). Ehhez ismét fel kell melegíteni forró vízben, átformálni és lehűteni hideg vízben. Most egy kis szünetet fogunk beiktatni és egy olyan kísérletet lefolytatni, amelyhez sem napelemre, sem motorra nincs szükség. Napfény természetesen kell. 116. KÍSÉRLET: NAPCSAPDA Ehhez és a következő kísérlethez egy elég nagy darab vékony papírra vagy merev rajzlapra lesz szükség, valamint ragasztóra (legjobb a tapétaragasztó) és alumíniumfóliára. Teríts ki egy újságot alátétként az asztalra. Erre fektesd rá a kb. 50x30 cm-es kartont. Ecsettel vagy egy vattacsomóval egyenletesen, vékonyan kend be ragasztóval. Erre ragassz rá egy ugyanolyan méretű alufóliát, úgy, hogy a két réteg között ne legyenek léghólyagocskák. Ha nincs elég nagy alufóliád, ragassz két darabot egymás mellé a kartonra. Ezután hagyd száradni a kartontükröt egy fél óráig. Amikor valamennyire megszáradt, vidd ki a szabadba és tükröztesd vissza a napfényt a házra. Figyeld meg, mi történik, ha a tükröt egy kissé meghajlítod. Egy fél óra múlva csavard össze a kartont tölcsérré úgy, hogy az alufólia belül legyen. A tölcsér felső átmérője kb. 20 cm, az alsó 2-3 cm legyen. Ebben a helyzetben ragaszd össze, vagy ragasztószalaggal illetve iratkapoccsal rögzítsd az egymásra fekvő lapokat. Ezzel a napcsapda készen is van. Most ismét menj ki a napfényre. Ha valaki megkérdi mit csinálsz, válaszold ártatlanul: befogom a napfényt. Lehet, hogy ezért kicsit lököttnek fog tartani, de alaposan szemügyre véve te egy igazi tudós vagy, aki éppen egy tudományos kísérletet végez. Dugd bele a mutatóujjadat a tölcsér kisebbik nyílásába. A másik kezeddel tartsd a tölcsért magasra, úgy hogy a fény beleessen. Ebben a pozícióban lassan fordulj a tengelyed körül. Észre fogod venni, hogy van egy pont, ahol a legtöbb meleget érzed az ujjaddal - ott tudniillik, ahol a tölcsér pontosan a Nap felé néz. Az ujjadat még mindig a nyílásban tartva, lassan emeld és süllyeszd a tölcsért. Fogadjunk, hogy egy bizonyos ponton az ujjadat gyorsan kirántod. Noha nem égeti meg az ujjad, de azért elég forró a tölcsér belseje. Ha az ujjad helyett egy gyertyát dugsz a tölcsér nyílásába, az úgy elolvad, mint a vaj. Egy gumidarab füstölni és büdösödni kezd. A tölcsért a következő kísérletben is használni fogjuk. 117. KÍSÉRLET: SZÉLCSATORNA Ebben a kísérletben a napcsapdát szélcsatornaként használjuk. Járassuk a motort ventilátorként és tartsuk a tölcsér szélesebb nyílásához. A tölcsér koncentrálja és jelentősen felerősíti a légáramot. Ez jól megfigyelhető, ha valami füstforrást tartunk a kisebbik nyílás elé. Az ábrán látható, miről van szó. Ábra: RAUCHQUELLE
füstforrás
118. KÍSÉRLET: SZÉLZÁSZLÓ Most a polaritás megváltoztatásával a ventilátorból csinálj elszívót. A füst segítségével látható a légáram iránya. Vékony papírcsíkból ollóval csinálj szélzászlót a rajz szerint. Mostanáig a napelemet a motor hajtására használtuk, de van egy sor más felhasználási területe is. A fejezet kezdetén részletesen elmagyaráztuk a napelem felépítését és működését; most itt az idő, hogy további tulajdonságait is megvizsgáljuk. Ehhez egy elektromosságot mérő készülékre van szükség, melyet galvanométernek hívunk. GALVANOMÉTER ÉPÍTÉSE Michael Faraday 1830-ban mágnesekkel és tekercsekkel végzett kísérletekkel akart rájönni, hogyan lehet az elektromos áramot mérni. Ennek során felfedezte, hogy a tekercsen átfolyó áram mágneses teret hoz létre. Ha egy mutatóval ellátott mágnest egy tekercsbe helyezünk, és a tekercs áramforrással (NEM A HÁLÓZATTAL!) van összekötve, a mutató az átfolyó áram arányában kileng. A készleted 20
segítségével egy saját galvanométert építhetsz, amelyet majd a napelemmel együtt használsz. Ez a galvanométer ellenállások és elemek vizsgálatára egyaránt alkalmas. Figyelmeztetés. a galvanométert soha ne kapcsold a hálózatra vagy 9 V -nál erősebb elemre! Összeszerelés A kis zacskóban a következő alkatrészek találhatók: 1. mágnes 2. tengelytű 3. szigetelt drót 4. mutató 5. csiszolópapír 6. csatlakozókapcsok 7. skála 8. csatlakozó vezetékek Először a mágnest kell összeszerelni, óvatosan, mert törékeny. Csúsztasd be a mutatón levő mágnestartóba. A tengelytűt a mágnes fölötti tartóba kell becsúsztatni úgy, hogy az mindkét oldalon egyformán álljon ki, ezek lesznek a mutató támasztói. Ezzel a mutató készen is van, oldalra téve tartsd a felhasználásig. Ábra: ACHSNADEL tengelytű MAGNET mágnes MAGNETHALTER mágnestartó Ábra: ANCHSLAGE ütközők SCHLITZE hasítékok GEH. VON UNTEN a ház alulnézetből Fordítsd fel a galvanométert, alul látható a tekercs magja. Tekerj le 15 cm drótot a huzaltekercsről. Tekerd át kétszer a hasítékokon. A drótvéget tedd el az útból a tekercs közepéhez. Most tekercseld a drótot, amelyek vége rögzítve van, a mag körül. A meneteknek nem kell pontosan egymás mellett feküdni. Mindenesetre nem szabad a tekercs alsó részén a 6 ütköző fölött kiemelkedniük. Tekercseld fel a teljes huzalmennyiséget a tekercsre, csak 15 cm maradjon. Ezeket a végeket tekerd ugyanúgy, mint a drót elejét a hasítékok maradék része köré. Így két drótvég áll ki a tekercsből. Húzd át őket az alaplapon levő lyukakon. A drótvégekről a szigetelő lakkréteget csiszold le a dörzspapírral. A tekercs drótok tiszta végét és a csatlakozóvezetékek végét sodord össze. A csatlakozóvezetéket csúsztasd az alaplapból kiálló csatlakozókapcsok hasítékaiba, a sodort összekötést belefektetve. Tedd rá a fekete sapkákat a kapcsokra és erősen nyomd le őket. Ezzel a vezetékek összekötése biztos és szilárd lesz. A galvanométer ezzel majdnem kész. Ügyelj arra, hogy a mutató szabadon mozogjon és a tekercsdrótok ne akadályozzák. Ha mégis, told a drótokat egy ceruzaheggyel óvatosan oldalra. Húzd le a skálát az alapról, és ragaszd a galvanométer testére. Végül tedd bele a mágnesmutatót. Ügyelj arra, hogy a mágnestartó szabadon mozogjon. Ha a mutatónak az ujjaddal egy kis lökést adsz, annak akadálytalanul vissza kell térni a függőleges állásba és a skálán a nullára mutatni. A skálán a nullpont középen van. Az áram irányától függően a mutató jobbra vagy balra mozdul el, + vagy - irányba. Ellenőrizd egy 1,5 Vos elemmel, hogy a galvanométer jól működik-e. A napelem maximális mesterséges fénynél 0,38 Volt feszültséget termel. Az alábbi táblázat ábrázolja a napelemnek a fényforrástól való különböző távolsága esetén a az áramerősség- és feszültségértékeket. Az értékek a sorbakapcsolt mérőellenállás nagysága szerint különbözőek, és csak közelítők. Távolság Feszültség Ohm Áramerősség Ohm Skála 75 W cella Ellenállás nélkül Ellenállással mA ellenállás mA ellenállással nélkül Teljes 5 cm 0,38 0,30 +1mA 1mA 10 cm 0,25 0,20 0,95 0,94 Fél 15 cm 0,15 0,12 0,87 0,84 20 cm 0,10 0,08 0,80 0,78 28 cm 0,06 0,05 0,75 0,73 35 cm 0,05 0,04 0,70 0,69 50 cm 0,025 0,018 0,64 0,63 119. KÍSÉRLET: KVANTITATÍV KÍSÉRLET Forgasd a napelemet addig a fényforráshoz, hogy a skálán a mutató maximálisan kitérjen. Milyen értéket olvasol le? A készletben találsz egy zacskóban különböző színű, 7x10 cm méretű cellofánpapírokat és egy ugyanolyan méretű fekete kartont. A fekete lappal fedd le a napelemet. A galvanométer mutatója visszamegy nullára. Mozdítsd el oldalra a papírlapot úgy hogy pontosan a napelem fele legyen lefedve. Most milyen értéket olvasol le? Pontosan a felét annak amit lefedetlen állapotban ? 120. KÍSÉRLET: MILYEN SZEREPET JÁTSZIK A TÁVOLSÁG? Ha napfény helyett asztali lámpát használtál fényforrásként, valószínűleg rájöttél, hogy a napelem által termelt elektromos energia mennyisége függ a napelemnek a lámpától való távolságától. Ezt a galvanométerrel tudományosan is megvizsgálhatod. Tedd a napelemmel összekötött galvanométert az asztalra a lámpa mellé. A kísérletet legjobb este végezni, amikor a lámpa az egyetlen fényforrás a helyiségben. A napelem lassú ide-oda mozgatásával meghatározhatod azt a helyet, ahol a készülék 3-as értéket jelez. Mérd meg a távolságot a lámpa égőjéig. Távolítsd a napelemet a lámpától addig, amíg 2-őt nem jelez a készülék. Mérd meg ezt a távolságot is. Keresd meg a 4- és 1-es érték helyét is, és mérd meg ezeket a távolságokat. Találsz összefüggést a távolság és a termelt elektromosság között?
21
121. KÍSÉRLET: DIAGRAM RAJZOLÁSA Tudod hogy kell diagramot rajzolni? Ha van kedved hozzá az előbb mért értékeket beviheted: az X tengelyre cm-ben az égő és a napelem között mért távolságot, a Y tengelyre a hozzájuk tartozó, galvanométerről leolvasott értékeket (4,3,2,1). 122. KÍSÉRLET: A KIEGÉSZÍTŐ FÉNY BEFOLYÁSOLJA-E AZ EREDMÉNYT? Talán elég kíváncsi vagy ahhoz, hogy ezt a kísérletet megismételd úgy, hogy a szobában a lámpafény mellett még napfény is van. Látod a különbséget az előző diagramhoz képest? 123. KÍSÉRLET: FORGÓTÁRCSA Most térjünk vissza a motorral végzett kísérletekhez. Vegyük le a propellert a motor tengelyéről és helyettesítsük egy kartonkoronggal. Ha a motor forgatja a korongot, az ablakoknak megfelelő sávon a korong átlátszónak tűnik. Ábra: RUHENDE SCHEIBE
nyugvó korong
DREHENDE SCHEIBE
forgó korong
124. KÍSÉRLET: SÁRGA, KÉK ÉS EGYÉB SZÍNEK Vedd le a korongot a tengelyről. A két-két szemben levő ablakra ragassz sárga ill. kék celofáncsíkot. A csíkok rögzítésére használd a mellékelt ragasztót. Takarékosan bánj a ragasztóval, mert még több kísérletben is szükség lesz rá. A motorral forgasd meg a korongot. Milyen színt látsz? Ábra: KLEBESTREIFEN ragasztócsíkok GELBES CELLOPHAN sárga celofán BLAUES CELLOPHAN kék celofán Fontos: Ha a korong nem illeszkedik stabilan a tengelyre, használj gumialátétet. További magyarázat a gumialátét korong kísérletben van. 125. KÍSÉRLET: SÁRGA ÉS VÖRÖS Ragassz fel egy másik korongra kék és vörös celofánt. A kísérleti csomagban van két szög. Az egyiket dugd át a korong közepén levő lyukon. Egyik kezeddel tartsd a szöget mint tengelyt, a másikkal forgasd a korongot amilyen gyorsan csak tudod, és nézz át rajta forgás közben. Mit gondolsz, milyen színt fogsz látni? Más színt látsz-e, ha ferdén nézel a forgó korongra, mint ha egyenesen nézel? 126. KÍSÉRLET: FEHÉR FÉNY Vegyél egy új korongot. Az ablakokba ragassz vörös, zöld, sárga és kék celofánt. Milyen színt vársz forgatáskor? Ha átnézel a forgó korongon, a hatás még meggyőzőbb lesz. Ábra: ROT GELB GRÜN GRAU Tudnivaló:
piros sárga zöld szürke
A sárga és kék szín keveréke zöldet, a vörös és kék lilát eredményez. A fehér fény felbontása prizmával a spektrum színeit eredményezi: ibolya, indigó, kék, zöld, sárga, narancs és vörös. Ezek a szivárvány színei is. Ha ezeket a színeket összekeverjük, fehér fényt kapunk. A vörös, sárga, zöld és kék csak egy részét képezik a spektrum színeinek. Ezek a korong forgatásakor világosszürke színné keverednek. 127. KÍSÉRLET: A GUMIALÁTÉT KORONG Kezdetnek a motortengelyre ráhúzott korong nagyon jól illeszkedik, a motor is jól forgatja. Néhány le- és felhúzás után már nem lehet rendesen forgatni. A korong nyílását meg kell erősíteni. Ollóval vagy szöggel csinálj lyukat a gumikorongba. Ha ezt húzod a tengelyre, javul a helyzet. Az alátétkorongot gumioldattal vagy műanyagragasztóval a forgókorongra lehet ragasztani. A felragasztásnál segít a rajz. Ábra: AUFKLEBER GUMMISCHEIBE
felragasztó gumi alátét
128. KÍSÉRLET: A FORGÓKORONG ÁTALAKÍTÁSA Vedd kezedbe azt a korongot, amelyre a négy szín rá van ragasztva. Erősítsd meg a közepét a gumikoronggal. Minden papírkorong már négy kilyukasztott ablakkal van ellátva és közvetlenül lehet használni. Négy további ablak csak elő van lyukasztva. Ujjal ki lehet nyomni az előlyukasztott ablakokból a kartont. Így négy további ablak is elkészíthető. Ábra: ROT BLAU GRÜN GELB GUMMISCHEIBE
piros kék zöld sárga gumi alátét
A rajzon látható a színek sorrendje. Ezt az átalakított korongot forgasd a motorral különböző sebességgel. Látsz változást a négyszínű koronggal végzett kísérlethez képest? Miközben az előző kísérletben az átalakított korong még a motoron forog, vedd ki az utolsó korongot a készletből. Erősítsd meg a közepét egy gumikoronggal és dugj át rajta egy tengelyszöget, de mást ne változtass rajta. Forgasd kézzel. Most nézz át a kézzel forgatott korongon és azon, amelyet a motor forgat. Mit látsz?
22
129. KÍSÉRLET: A STROBOSZKÓP A stroboszkóppal meg lehet mérni egy forgó vagy rezgő tárgy sebességét. A legegyszerűbb kivitelűn csak egy rés van. Ha egy forgó korongon át nézünk egy másik ugyanolyan sebességgel forgó korongot, az állónak látszik. Ha az 1. korongot lefékezik, úgy látszik, hogy a 2. korong előre forog, és fordítva, ha az 1 korong gyorsabb, úgy látszik mintha a 2. hátrafelé forogna. Ha az 1. korongnak 4 ablaka van, ugyanazt a hatást a 2. korong sebességének egynegyedével is el lehet érni. Ha az 1. korongon 8 ablak lenne, a 2. korongnak csak 1/8 sebesség lenne szükséges ahhoz hogy az 1. korong "állva maradjon". A stroboszkópot gyorsan forgó tárgyak bemérésére használják. Ábra: MOTOR motor SICH DREHENDE SCHEIBE forgó korong NAGELACHSE tengelyszög STROBOSKOP stroboszkóp AUGE Szem A stroboszkópon át meg lehet figyelni egy forgó hanglemezt, guruló kerékpár kerekét, a vízcsapból eső vízcseppeket vagy egy világító fénycsövet. A stroboszkóp korong közepén dugj át egy szöget vagy kötőtűt és ezen a tengelyen forgasd a kezeddel. 130. KÍSÉRLET: MI KÖZE A STROBOSZKÓPNAK A TV-HEZ? Nézz a stroboszkópon át a TV képernyőjére. Még sok izgalmas kísérletet lehet a stroboszkóppal végezni, ezek azonban ennek a kísérletező készletnek a kereteit meghaladják. Iskolai könyvben, könyvtárban találsz optikai ill. fizikai kísérleteket, amelyeket a stroboszkóp és az elektromotor segítségével végre tudsz hajtani. 131. KÍSÉRLET: FORGÓ MINTA A készletben van egy nem nyomtatott korong. A mellékelt mintát másold át a korong egy-egy oldalára szabad kézzel, vagy pauszpapír és kötőtű segítségével. A befestett korongot illeszd rá a motor tengelyére. Mi jelenik meg, ha a korong forogni kezd? Mit látni a korong mögött? Ábra: Két-két mintát vigyél át. Vágd ki a lemásolt korongot és ragaszd kartonra vagy merev papírra. Szöggel csinálj egy lyukat a közepére és forgasd a kezeddel vagy a motorral. 132. KÍSÉRLET - TÖBB MINTÁT Szerezz be átlátszó műanyagfóliát. Készíts belőle két köralakú lemezt, olyan nagyságban, mint a kísérleti doboz kartonlemezei. Mint előbb, az egymás melletti mintákat vidd át a műanyag lapokra. Helyezd egyik lapot a másikra és lassan fordítsd el a másikkal ellentétes irányban. Cseréld fel a lapokat, és végezd el ugyanezt a próbát. 133. KÍSÉRLET - A MOIRÉ MINTA Az előző kísérlethez beszerzett átlátszó műanyaglapból vágj ki egy, a fekete kartonlappal azonos méretű lemezt; erre vidd át a fent látható mintát, fektesd az átlátszó lemezt a feketére, úgy, hogy az egyik vonalas minta fedje a másikat. Most kezdd el forgatni az egyiket a két lemez közül. Az így keletkező mintát nevezzük Moiré mintának. 134. KÍSÉRLET - TOVÁBBI MOIRÉ MINTA Miután e könyvből átvéve két Moiré mintát állítottál elő, könnyen kivághatsz további lemezeket, akár nyomtatás nélkülieket, akár átlátszókat, és megtervezheted saját mintáidat. 135. KÍSÉRLET - TOVÁBBI MENNYISÉGI KÍSÉRLETEK Mint láttuk, a napelemre eső fény elektromosságot fejleszt, és kitéríti a galvanométer mutatóját.És mi történik színes fény beesésekor? Ezt a kísérletet legjobban villanyvilágítású szobában tudod elvégezni. Tedd a napelemhez csatlakoztatott galvanométert egy asztali lámpa mellé. Ha a lámpát bekapcsoljuk, a mutató valószínűleg teljesen kitér. Takard le a napelemet a fekete kartonnal addig, amíg a mutató 2 1/2 értékre áll be. Most a napelem szabad felületét takard le sárga celofánnal, anélkül, hogy a fekete kartont elmozdítanád. Milyen értéket látunk most? Mennyivel kevesebb elektromosság keletkezett? Az eltérés nem lesz nagy, ezért igen pontosan kell megnézni. Mi történik, ha két darab sárga celofánt fektetsz egymásra? Ezeket a celofánfóliákat szűrőnek is nevezhetnénk, mert a rájuk eső fényt megszűrik. Mindegyik színes szűrőt próbáld ki és figyeld meg a galvanométer tűjének a kitérését. Fektess egymásra egy sárga és egy kék celofánfóliát. Ezen a szűrőn keresztül nézz egy fénynforrásra. Szemed zöld fényt jelez.Tedd ezt az összetett „zöld szűrőt” a napelemre, és figyeld meg a mutató kitérésének változását. Különbözik ez a „valódi” zöld szűrőtől? Végezd el ugyanezt a kísérletet piros és kék celofánfóliával, és figyeld meg az ibolyaszín fényt. Egy darab sárga celofánfóliát fektess egy pirosra, és nézz ezen keresztül. A várt narancsszín csakakkor látható, ha ezen a szűrőn át egy fehér papírlapra nézel. Ha ezt a szűrőkombinációt egyenesen a fényforásra irányítod, akkor a várakozással ellentétben nem sárga, hanem piros fényt látsz. Végül mind a négy különböző színű fóliát fektesd egymásra, és ezeken keresztül nézz a fényforrásra. Szemedet úgyszólván semmi fény nem éri; ezt a galvanométerrel és a napelemmel is ellenőrizheted. A szemedbe érkező fény pirosnak látszik, akármelyik szűrő van a köteg tetején. Emlékszel még a kísérletre, amikor a forgó lemez négy színes ablaka egymást fehér fénnyé „egészítette ki”. A legutóbbi kísérletben leírt megfigyelésünk ellentmondani látszik a korábbi megállapításnak! De ez csak a látszat, mert a különbség attól függ, hogy a fény visszaverődik, megtörik, vagy átvivődik. Mint a stroboszkópnál is, az e téren nyert ismereteidet felhasználhatod további kísérletekben. A tudás tulajdonképpen egy kalapácshoz, csavarhúzóhoz vagy villanyfúróhoz hasonlítható szerszám. A tudás csak arra vár, hogy használják; emellett tovább is adható, kölcsönözhető, eladható, és mégis megmarad neked - ugye, csodálatos? 136. KÍSÉRLET - A SÖNT NEVŰ HÍD Galvanométerünk érzékeny műszer. Ha a kísérleteket teljes napfényben végezzük, és a mutató túlmegy az 5. értéken, a műszer tönkremehet. Csökkenteni kell az érzékenységét, hogy az erős napsütésben való használatot is elviselje. Ábra: WIDERSTAND ellenállás 23
A két galvanométer csatlakozást egy huzallal összekötve a műszer tekercsét rövidre zártuk. Ekkor az áram ezen a huzalon megy át, mivel ez számára a legrövidebb út; most nem működik a galvanométer. Ha a rövidre záró huzalt különböző nagyságú villamos ellenállásokkal helyettesítjük, akkor a galvanométer újból működik, de kisebb kitéréssel. Ez az áthidalás az un. „Sönt”. Akkor alkalmazzuk, ha igen erős áramot kell mérnünk. Eszerint a „söntök” különböző nagyságú ellenállások, amelyek a galvanométer érzékenységét szabályozzák. A mellékelt ellenállást kell söntként a következő kísérletben alkalmazni. Az ábra világosan mutatja, hogyan járj el. Most már teljes napfényben is használhatod a galvanométert. Így kipróbálhatod, mennyi fény szükséges ahhoz, hogy a motort forgókoronggal vagy anélkül forgasd. Egyes kísérletekhez kiegészítő vezetékre lehet szükséged. Megfelelő darabokat vághatsz ki pl. a meglévő huzalanyagból: a két maradékot újból összekötheted. Ábra: ETWA 50 CM HERAUSSCHNEIDEN = kb. 50 cm-t kivágni A napelemnél a két kábel egyenként 1,5 m hosszú végükön érintkezővel. Mérj ki középen, a napelem és az érintkezők oldala között 50 cm-t, és ezeken a helyeken vágd le a kábeleket egy ollóval. A kábelvégek összekötése előtt a huzalokról el kell távolítani a szigetelést. Ezt a legkönnyebben gyertyalánggal való leégetéssel tehetjük. Töröld le a huzalokat ronggyal, vigyázz, hogy az ujjadat meg ne égesd! Figyelem! Óvatosan bánj a nyílt gyertyalánggal! Most a sima huzalvégeket összekötjük. A végeket megsodorjuk úgy, hogy a rézhuzalocskák seprűként álljanak ki. Ezeket párosával erősen csavarjuk össze (l. az ábrán) Ábra: ENDEN OHNE ISOLATION szigeteletlen végek STECKKONTAKTE dugaszok BEIDE ENDEN ZUSAMMENGEDREHT két véget összecsavarni A huzalok kivágott két „B” részét (50 cm) tedd félre, később lesz rájuk szükség. Most csak egy kell. Ennek mindkét végéről eltávolítod a szigetelést és összekötöd vele a napelem dugaszát a galvanométer csatlakozójával.Az ábrán látható a galvanométer, a motor és a napelem „sorbakapcsolása”. Ismételj meg egyes kísérleteket napfényben a színszűrőkkel; majd a sönt ellenálláshíddal. 137. KÍSÉRLET - NAPFÉNY FELHASZNÁLÁSA KIEGÉSZÍTÉSKÉNT Mérd le a napnak kitett napelem által termelt villamosságot egy sönttel ellátott galvanométerrel. Ha a napfény hatására a mutató még mindi túl erősen kitér, akkor döntsd úgy a napelemet, hogy részben árnyékba kerüljön. A kijelzés 1 és 2 között legyen. Tükörrel további napfényt vetítesz a napelemre. Mi történik? 138. KÍSÉRLET - HELYISÉGVILÁGÍTÁS MÉRÉSE Ismételd meg a legutóbbi kísérletet szobában, villanyvilágítás mellett. A lámpa erősségétől függően esetleg a söntöt is be kell építeni. Vetítsd a fényt egy vagy akár két tükörrel a napelemre. Ha kéznél van egy fénycső, használd ezt is. A napelem csak egy bizonyos behatárolt mennyiségű villamosságot tud termelni, vagy ez az érték a beeső fény mennyiségétől is függ? Ennek határa van. Meg tudod-e állapítani, hol van ez a határ? 139. KÍSÉRLET - ELEKTRONIKUS HŐMÉRŐ A készletben van egy kis üvegdarabka, amely olyan, mint egy ellenállás, de nincsenek rajta az ellenállások színes kód-gyűrűi. Ez egy szilíciumdióda. A dióda olyan, mint egy különleges ellenállás: „egyirányú utca” az áram számára, csak az egyik irányban lehet rajta haladni. Sziliciumdiódákat az elektronika számos területén alkalmaznak, az áram irányított átbocsátására. Mi a diódát egészen másként alkalmazzuk. A dióda vezetőképessége, vagyis áramátbocsátása a hőmérséklettől függ. Mennél melegebb lesz, annál kisebb az ellenállása, és annál több áramot bocsát át. Ez a tulajdonsága a diódát elektronikus hőmérőként is használhatóvá teszi: mint hőmérő igen érzékeny, nagyon pontos mérőműszer. o A diódatípustól függően, 1 C hőmérsékletváltozás -2,3 millivolt feszültségváltozásnak felel meg. Ahhoz, hogy hőmérőd pontosan mutasson, az alkalmazott fényforrásnak állandónak kell lennie, és minden elektromos csatlakozást forrasztással kell előállítani. A hőmérőt fokokra is hitelesíteni kell. Ezen korlátozások ellenére hőmérőd már jelen állapotában is működőképes. Állítsd össze a hőmérőt úgy, mint az ábrán látható. Mivel a dióda esetén az áram iránya számít, ezt megfelelő irányban kell beépíteni. Ha a hőmérő nem működik, fordítsd meg a diódát és/vagy vizsgálj meg minden érintkezést. Ezzel elkészült a hőmérő, és ha kiteszed a napfényre, a galvanométer kb. 1-es értéket mutat. Ha a diódát az ujjaid között tartod, vagyis testhőmérsékleted felmelegíti, a hőmérséklet emelkedésével a mutató jobbra tér el. Ha a diódáról elveszed az ujjadat, a mutató visszatér a kiindulási helyzetbe. Ha a mutató egyáltalán nem mozdul el, akkor - de csakis akkor - a dióda üvegét nagyon óvatosan gyertyával melegítsd meg úgy, hogy a diódát üvegtányérra helyezed, és alulról melegíted a gyertyával. 140. KISÉRLET - DIÓDA HŰTÉSE ÉS MELEGÍTÉSE Keress a hűtőszekrényben jégkockát. Az egyikre tedd rá a diódát. Ekkor a mutató balra mozdul el, és a hőmérséklet süllyedését jelzi. o o Tudjuk, hogy a jég 0 C-on elolvad. Ezzel a galvanométer kijelzése 0 C-nak felel meg. o Lassan önts forró vizet a diódára. Természetesen most a mutató jobbra mozdul el, és a galvanométer 100 C (vagyis a víz forrási hőmérséklete) alatt állapodik meg. Ez a pont nem felel meg pontosan a forrási hőmérsékletnek, mert az öntés során a víz hőt veszít. Ábra: EISWÜRFEL jégkocka Vigyázat! A forró víz veszélyes lehet. Ügyelj, hogy ne égesd meg az ujjadat. Tartsd a diódát megfelelő edény fölött, az alaplap védelmére. o Vedd elő a nagyítót, és fókuszáld a napsugarakat a diódára. Magasabb-e a létérejött hőmérséklet 100 C-nál? A készletből elővett nagyító pont jó egy ilyen kísérlethez, mert elég meleget ad a jó eredmény eléréséhez, viszont nem égeti el a diódát. ELEKTROKÉMIA A NAP SEGÍTSÉGÉVEL Ha a vízben só oldódik fel, akkor, noha nem látható, nem tűnt el. 24
Az asztali só kémiai neve nátriumklorid, jele NaCl. Ez azt jelenti, hogy egy atom nátrium vegyileg kötődik egy atom klórhoz. Asztali só vízben való oldódásakor ez a vegyi kötés fellazul, és a vízben nátrium- és kloridionok lesznek. Az ionok láthatatlanok. Ha egy sóoldatot tartalmazó pohárba két elektródot tartunk és ezeken áramot bocsátunk át, a nátrium ionok a negatív elektródhoz, míg a kloridionok a pozitív elektródhoz közelítenek. Az alábbi kísérlet ezekkel a tulajdonságokkal foglalkozik. Mindkét elektródnál gázbuborékok szállnak fel. 141. KÍSÉRLET - ELEKTROLITOK Vedd elő a mellékelt műanyag edényt. Töltsd meg vízzel és adj hozzá keverés közben egy teáskanál sót. A mellette lévő mindkét rézelektród egyik végén van egy „késes kontaktus”, amelyre a napelem érintkező-dugasza ráhúzható. A műanyag edény fedéllel rendelkezik, ebbe éles késsel gondosan vágjál két párhuzamos rést. Mielőtt hozzáfognál, vess egy pillantást az ábrára. Ábra: MESSERKONTAKT késes érintkező DECKEL fedél SCHLITZ IM DECKEL rés a fedőn Zárd le a fedéllel az edényt, és a két résen át dugj be egy-egy elektródot a sós vízbe. Vigyázz, hogy egymással ne érintkezzenek. Csatlakoztasd a napelemet az ábra szerint az elektródokhoz, és az egészet tedd egy fél órára a napra. Képződnek-e gázbuborékok az elektródokon? Szagold meg: érzel valamit? A szag a klórgáztól van. Ábra: MESSERKONTAKT késes érintkező LÖSUNG oldat PLASTIKGEFÂSS műanyag edény ELEKTRODEN STECKEN IN DEN SCHLITZEN elektródok a résekbe dugva SOLARZELLE napelem 142. KÍSÉRLET - pH-PAPÍR A készletben találsz egy darab narancsszínű papírt. Lúgos oldatban ez a papír megkékül, savasban megpirosodik, viszont semleges oldatban, pl. vízben zöld lesz. Ennek az un. pH papírnak egy kis darabjával érintsd meg az elektródokat, amelyek a sós vízben voltak. Milyen színt látsz? A próbához csak egy kis darab pH papírt használj, kb. 0,5x1 cm-est. Néhány óra elteltével újból vizsgáld meg a pH papír színét. Figyelem! A klór fehérítőszer! A napenergia alkalmazása az elektrokémiában ma egyre fontosabb. Most bemutatunk neked néhány kísérletet erről a területről. Talán már olvastál ezekről; most magad is elvégezheted. 143. KÍSÉRLET - RÉZBEVONAT KÉSZÍTÉS Figyelem! Ebben a kísérletben a rézszulfát nevű vegyszerrel kell dolgoznod.Az érvényes biztonsági előírások szerint ezt a vegyszert nem szabad a készlettel szállítani. Ezért javasoljuk, hogy ezt a kísérletet az iskolában, a tanároddal együtt végezd el. A rézszulfát (CUSO4) ugyanúgy oldódik vízben, mint a só. Tégy a műanyag edénybe rézszulfát oldatot. Mint az előző kísérletben, az elektródokat dugd a feltett fedélbe, és az edényből és napelemből álló együttest állítsd a napra. A rézszulfát vízben való oldódása során réz- és szulfátionok keletkeznek. A rézionok pozitív, a szulfátionok negatív töltésűek. A napfény hatására a napelemben létrejövő feszültség egyik elektródban negatív, a másikban pozitív töltést eredményez. A mágneshez hasonlóan, a két elektród mindegyike az ellenkező töltésű iont vonzza: a pozitív ionok a negatív töltésű elektródhoz közelednek, és viszont. A pozitív rézionok lerakódnak az elektródra és ezt egy idő múlva vörös, fémes réz borítja. A sárgaréz elektród rézbevonatot kapott. Fontos! Ha az iskolában végzed a kísérletet, a tanár megmondja, hogyan kell az oldatmaradványokat eltávolítani, kezelni. 144. KÍSÉRLET - EZÜSTÖZÉS Ha a fent leírt kísérletben sóként ezüstnitrátot (AgNO3) használsz, akkor beezüstözheted a tárgyakat. A fent említett okokból ez a só sincs a kísérleti készletben.Ehhez a kísérlethez csak 2 %-os oldat szükséges. Most is a tanártól kérj segítséget. A TERMÉSZETES NAPENERGIA HASZNOSÍTÁSA A Nap már többmillió évvel az ember megjelenése, és jóval az első növények előfordulása előtt fejlesztett energiát. A vizet a természetben elpárologtatja. A folyókból elpárolgó víz a felhőkben csapódik le, és eső, jégeső vagy hó formájában jut vissza a Földre. A napenergia eme felhasználásának a legnagyobb a jelentősége - és ezt nem az ember találta fel! A napenergia egymásik, igen fontos felhasználási területe a fotoszintézis. Ez a módszer is már többszázmillió éves - és ezt sem az ember találta fel. 145. KÍSÉRLET - FOTOSZINTÉZIS Ehhez a kísérlethez egész sor, a készletben nem található eszközre van szükség; bár a legtöbbet otthon megtalálod. Kell egy palack jól záró dugóval, egy darab gumi vagy műanyag tömlő, és egy konyhai mérőpohár. Szükséges továbbá egy akváriumokban használatos vízinövény. Ha nem jutsz hozzá akváriumi növényhez, próbálkozz szárazföldi növénnyel, de ezt ki kell próbálni, mert egyes növények megfelelőek, mások kevésbé. A növények „belélegzik” a levegő széndioxid tartalmát (CO2), és a vízből (H2O) szénhidrátokat hoznak létre, mint pl. cukor, keményítő és cellulóz, a növények fő alkotóelemei. Egyszerűsített képletünkből CO2 + H2O = C.H2O + O2 láthatod, hogy ebben a folyamatban oxigén (O2) keletkezik. Mindenesetre oxigén csak természetes vagy mesterséges fény hatására képződik. Ezért nevezzük a folyamatot fotoszintézisnek: foto = fény, szintézis = összetétel. A természet a napfényt anyaggá alakítja és ezt növényeken tárolja, amelyeket megeszünk és megemésztünk. Így napenergiát viszünk be testünkbe. Ezt a kövtkező kísérlet mutatja be: Ábra: PLASTIKSCHLAUCH
műanyag tömlő
WASSERPFLANZE
vízinövény
KALTES LEITUNGSWASSER
hideg csapvíz 25
Tölts meg egy palackot szinültig hideg csapvízzel. Dugj bele egy megfelelő növényt, és állítsd össze az ábrán látható együttest. Fúrj a dugóba egy lyukat, amelyen a tömlőt légmentesen átvezeted: ezt viasszal, ragasztóval, vagy más anyaggal abszolút légmentesen szigeteld le. A dugó ugyanilyen légmentesen üljön a palackban. Ha találsz olyan tömlőt, amely dugó nélkül illik a palack nyakába, könnyebb a tömítés. Állítsd ezt az együttest egy jól megvilágított asztalra: rövidesen buborékok szállnak fel, amelyek anyaga oxigén. A felszálló buborékok a palack felső részében gyűlnek össze. Minthogy ez légmentesen zárt, az összegyűlt oxigén nem távozhat el, hanem kiszorítja a vizet a palackból. Ez a víz alulról megtölti a tömlőt, és nemsokára a víz kezd kicsepegni. Fogd fel ezt a vizet egy mérőpohárban, és mérd meg a mennyiségét. Ez a tömeg jól egyezik a növény által termelt oxigénnal. Végezd el a kísérletet még egyszer, friss vízzel. Állítsd az egészet egy gyengén megvilágított szobába. Mérd meg a félóra alatt keletkezett vízmennyiséget. Ezután vidd a palackot erős napsütésre, és hasonlítsd össze az ott félóra alatt keletkezett vízmennyiséget az előbbivel. Napelemmel és galvanométerrel mindkét mérési helyen megmérheted a fényviszonyokat, ugyanúgy, mint egy fényképezőgép fénymérőjével. Tudsz-e összefüggést megállapítani a keletkezett oxigén (kiszorított víz tömege) és a fényerősség között? 146. KÍSÉRLET - ROTHADÁSI GÁZ Fürödtél már állóvízben? Ha igen, akkor észrevehetted az iszapból a víz felszínére emelkedő buborékokat. Ha egy vizespalackot a víz felszíne alatt fejreállítasz, nyílását lefelé tartod, az iszapban való gázolás során ezeket a buborékokat felfoghatod a palackban. Ezek lassan kiszorítják a vizet a palackból, és az kezedben egy metán- vagyis mocsárgázzal töltött palackot tartasz. Ha megpróbálod ezt a gázt meggyújtani, láthatod, hogy ég. Jelenleg kísérletek folynak mocsári vagy rothadási gáz nagy mennyiségben való előállítására. Nyersanyaga háztartási nedves szemét, víz és napfény. „Meghívunk” egy ilyen kísérletben való részvételre. Szükséged van egy nagy-nagy palackra, vagy még inkább egy akváriumra, egy nagy tartályra, és egy kis akváriumcsapra. Szükséges még némi erős réz- vagy alumíniumhuzal. Ábra: GROSSE BÜCHSE
nagy tartály
DICKER DRAHT
vastag huzal
HAHNEN
csapok
AQUARIUM
akvárium
WASSER
víz
SCHLAMM MIT BIOMASSE biomasszás iszap A nagy tartályt illetve az akváriumot töltsd meg negyedrészig földdel, ehhez adjál ételmaradékokat, nyírt füvet, és leginkább egy kis istállótrágyát. Tedd napos helyre a kertben, és töltsd fel teljesen vízzel. Azért fontos a kert, mert egyrészt napra van szükség a kísérlethez, másrészt rövidesen nagyon büdös lesz. Végy egy nagy, felül nyitott tartályt. Fenekébe fúrj lyukat, amibe pontosan illik az akvárium-csap. A csapot megfelelő ragasztóval (pl. epoxi) légmentesen be kell ragasztani. Ebben segíthet neked valaki, aki ért hozzá, és valószínűleg segít egy erős réz vagy alumínium huzalt keresni, amelyet a rajz szerint meghajlíttok. Helyezd a tartályt a huzallal együtt az akváriumba, és várd meg, amíg a buborékok felszállnak. A huzalkarika arra szolgál, hogy időnként a földből és hulladékból álló erjedő keveréket felkavarjuk vele, hogy a gázbuborékok leváljanak és összegyűljenek a tartályban. A korábban említett állóvízben a Te körbegázolásod volt az a keverőberendezés, amely a buborékokat a rothadó iszapból kihajtotta. Ha elég buborék gyűlt össze a tartályban, akkor tarts egy kémcsövet a csap fölé, és nyisd ki. A rothadási gáz könnyebb a levegőnél, így felemelkedik a kémcsőben és kiszorítja a levegőt. Figyelem! A gázt mindig csak a kémcsőben gyújtsd meg, sohasem közvetlenül a csapnál, mert ez veszélyes lehet. Rothadási gáz előállítása egyszerű. A kísérlet megmutathatja, melyik módszerrel mennyi rothadási vagy erjedési gáz állítható elő. Olyan országokban, ahol nagy napsütötte területek vannak, pl. sivatagok, vízhiány van, de sósvíz bőségesen előfordul. Próbáld ki, hogy elő tudsz-e állítani rothadási gázt sósvíz segítségével. Kell-e hozzá talaj, vagy megfelel a homok is? Milyen biomasszával a leghatékonyabb a folyamat: vágott fű, konyhai hulladék, istállótrágya? Segít-e műtrágya hozzáadása? Mennyire fontos ehhez a napfény? Cserélni kell-e időnként a vizet? Most már itt az ideje, hogy kísérletet tervezzél, ezért beszéljünk egy tervről. Naptavak Jelenleg Izraelben kétfajta naptóval kísérleteznek. Az első típusban van egy sógrádiens, amely a meleget a fenéken tartja (a következő o kísérletnél megmagyarázzuk), a másik típus a termikus diódák elvén alapszik. Ez utóbbi képes 60-90 C-os meleg víz segítségével napenenrgiát tárolni. A vízre speciális paneleket, un. hődiódákat fektetnek. Ezek lehetővé teszik a napsugár behatolását és megakadályozzák a hőveszteséget. 147. KÍSÉRLET - A NAPTÓ Izrael déli részén, Eilat közelében van egy kis tó. Első pillanatra semmi különös. Vize meleg, sós, és nem különösebben tiszta. Ennek ellenére az egész világ tudósai ide zarándokolnak, mert ez egy un. „naptó” (szolártó). Ha a jelenlegi kutatások eredményesek lesznek, ez a kis tó nagymértékben hozzájárulhat a világ energiahiányának megoldásához. Ha a nap rásüt egy tóra, akkor a felső rétege jobban felmelegszik. Rendes körülmények között a meleg víz felszáll, de gyorsabban is párolog el, mint a hideg. Ez viszont hőelvonással jár. Ezt kipróbálhatod, ha karodat megnedvesíted és ráfújsz. Lehűlést érzel, mert az elpárolgó nedvesség hőt von el. Egy szokványos tavat a rásütő nap megmelegít és vize elpárolog, ezáltal újabb hő vész el. Ezek a folyamatok addig tartanak, amíg a tóban állandó hőmérsékleti egyensúly nem jön létre. A nap-tónál ez egészen másként van. Fenekén van egy sós forrás, így az alsó vízrétegeknek nagyobb a sótartalmuk, mint a felszínieknek. Ráadásul a felületi rétegek nagyítóüvegként működnek, amely a naphőt az alsó rétegekre összpontosítja. Maga a meleg sósvíz nehezebb, mint a közönséges víz, így ez nem emelkedik fel, mint azt a sótlan víz tenné. Ma már szigorúan tilos a tóban fürödni, mert korábban, amikor ezek a tudományos tények még nem voltak ismertek, az úszók, akik lemerültek, leforrázódtak. Tudósok vizsgálják most a mesterséges naptavak építésének a lehetőségét, hogy a sósvízben felfogott naphőt hasznosítani tudják. 26
Te is megvizsgálhatod ezt az ötletet. Végy egy színes (nem fehér) edényt. Harmadáig töltsd meg vízzel és oldjad fel benne a lehető legtöbb sót. Színezd a tömény sóoldatot tintával vagy más festékanyaggal; lásd még a 96. kísérletet. Állíts egy kanalat az edénybe. Ennek mentén nagyon óvatosan önts bele hideg csapvizet. Mindenképpen kerüld a két folyadék keveredését. A sósvíz elszíneződése jelzi, hogy elég ügyesen töltötted-e be a vizet. Hagyd a rétegezett oldatot egy darabig a napon állni, majd mérd meg a hőmérsékletet az edény felszínén, közepén és fenekén. Ábra: FRISCHWASSER
friss víz
KONZENTRIERTE SALZLÖSUNG MIT TINTE
koncentrált sóoldat tintával
148. KÍSÉRLET - A DARU Motorral és napelemmel darut építhetsz. A készletben van egy olyan darab, amelynek formája az ábrán látható; ez a daru karja. Egyik végén lyuk van, amelybe beleillik a motor tengelye. A rajzon a gumigyűrű látható, amelyet legelőször kell a karra felhúzni Ezután végy egy 1 m hosszú zsinórt. Egyik végét csomózd a daru karjára, a másikat a felemelni kívánt tárgyra: pl. a műanyag edény fedelére. Húzd át a zsinórt a két résen, amelyeket előzőleg vágtál, és csomózd össze. Csatlakoztasd a motort a napelemhez és tartsd az elemet egy fényforráshoz. Amikor a motor forogni kezd, feltekeri a zsinórt a daru karjára és ez felemeli a tárgyat. Esetleg először a daru karját ujjaddal kissé meg kell segítened. Ez mint azt mindjárt látni fogod, igen fontos kísérlet. Ábra: KRAN ARM
a daru karja
SCHNUR
zsinór
DECKEL
fedél
REFLEKTOR/MOTORBEINE
reflektor / motorlábak
ZUR SOLARZELLE
a napelemhez
KLEBEBAND
ragasztószalag
Súly emeléséhez darunknak elektromos energiára van szüksége. Ezt az energiát a felemelt súly potenciális energiaként tárolja. Ha a súly újból leereszkedik, a potenciális energia újból elektromossággá alakul. Igen fontos az ilyen átalakulás gyakorlati felhasználása. Mint láttad, a napfényből villamosság jön létre. Ez nagyszerű, mondhatod, de mi történik éjjel, vagy borús nappalokon? Ilyen napokon is szükség van elektromosságra. Hogy oldjuk meg ezt a problémát? A kísérlet ad egy lehetséges választ. Ha a napfény segítségével egy terhet magasra tudunk emelni, és később visszaeresztjük eredeti helyzetébe, akkor - legalábbis elméletileg - napfényt tárolunk, és azt később újra felhasználjuk. Ezt mutatja a következő kísérlet. 149. KÍSÉRLET - HELYZETI ENERGIA A napelem helyett most a galvanométerrel kapcsold össze a darut. Kb. az útmutató közepén megtanultad, hogyan kapcsolhatsz jól össze két kábelvéget. A 136. kísérletben két 50 cm hosszú kábelt vágtál le, melyek közül az egyiket félre kellett tenned. Most mindkettőt felhasználod. Ezekkel csatlakoztasd a motort a galvanométerhez, az ábrán látható módon. Ábra: MESSERKONTAKT AM MOTOR
késes kontaktus a motornál
ZUM GALVANOMETER
a galvanométerhez
DRAHT OHNE ISOLATION szigeteletlen huzal Amikor a súly süllyedőben a daru karját megforgatja, az elektromotor elektromos generátorrá alakul, vagyis elektromosságot állítasz elő. Ha a tárgy (műanyag fedél) súrlódás és a kis önsúly következtében magától nem mozdul el lefelé, a kezeddel segíts, vagy néhány pénzérmét tegyél a fedélbe súlytöbbletként. Ipari alkalmazás során is megoldják a súrlódás problémáját. Tekints a galvanométerre, miközben lefelé húzod a súlyt; az jelentős áramot mutat. Próbáld a termelt áramot mérni. Sönttel csökkentsd az érzékenységet. 150. KÍSÉRLET - FÉNYKIBOCSÁTÓ DIÓDA A készletben találsz egy kis piros alkatrészt, amely a 85. oldal alján látható rajz szerint néz ki. Ez egy fénykibocsátó dióda, röviden LED (light emitting diode). Mint minden dióda, ez is csak egy irányban vezeti az áramot. Amikor vezet, világít, mint egy kis villanykörte. A motor helyett a LED-et kapcsold a huzalokhoz, a képen látható módon. A kísérletet végezd sötétben. Erősen húzd a súlyt lefelé. Ha a dióda nem világít, fordítva kell beépíteni, vagyis lábacskáit felcserélve csatlakoztatni a motorkábelhez. 151 - 153. KÍSÉRLET - NAPENERGIÁVAL HAJTOTT MOBILOK Az aeronautikus karusszel (körben forgó berendezés) felépítéséhez dugd a műanyag kart a motor tengelyére, mint a képen látható. Végy két, kb. 20 cm hosszú zsinórt (A) és két 10 cm-eset (B). Kösd a két repülőgépet a zsinórokhoz és kösd a műanyag karhoz, ahogy az ábrák mutatják. 1. A négy zsinór (A és B) mindkét végéhez köss egy réz alátétlemezt, hogy a lyukakon keresztül ne tudjanak a repülőn és a műanyag karon megcsúszni. 2. Az „A” zsinór szabad végét fűzd a repülő szárnyainak két lyukán át. Ügyelj arra, hogy az alátét a repülő alsó oldalán legyen. 3. Az „A” zsinór szabad végéhez is kössél egy alátétet, úgy, hogy a két alátét között kb. 5 cm távolság legyen. 4. A „B” zsinór szabad végét fúzd át a repülő törzsén. 5. Kösd össze a „B” zsinórt a repülő felső részén az „A” zsinórral. 6. Fűzd át a „B” zsinór szabad végét a műanyag kar lyukán. 7. Kösd az egyik alátétlemezt a „B” zsinór szabad végéhez. 8. Ugyanezt végezd el a második repülővel. Végül a karusszel olyan lesz, mint az ábrán látható: építettél egy un. mobilt. 27
Ábra: SOLARZELLE napelem PLASTIKARM műanyag kar KLEINE UNTERLEGSCHEIBE kis alátétlemez A motortengely szilárdan illeszkedjen a műanyag karba. Ha megcsúszik, akkor egy gumikorongot helyezzél a nyílásra, és egy szöggel üss bele lyukat. Kösd össze a motort a napelemmel, és helyezd erősfényű lámpa alá. A műanyag kar forogni fog, és vele együtt a repülőmodellek is. Mint láthatod, a repülők két részből állanak: a testből és a vezérsíkból. Mindkét rész réselt: ez az ábrán látható. Ábra: HÖHENLEITWERK vízszintes farokfelület STEUERKLAPPE kormányzó fékszárny SEITENLEITWERK függőleges vezérsík SCHLITZE DER BEIDEN LEITWERKE INEINANDER a két vezérsík réseit egymásba kell tolni SCHIEBEN SCHLITZ rés SEITENLEITWERK függőleges vezérsík STEUERKAPPE kormányzó fékszárny HÖHENLEITWERK vízszintes farokfelület Dugd a két rést egymásba. Az irányítómű ezzel a helyén van, és a repülőt súlya révén pontosan vízszintes helyzetbe hozza. A szárnyakon és a vezérfelületen billenő lemezek, fékszárnyak vannak. Ezek segítségével irányítja a pilóta a repülőt; ezt te is megteheted. A lemezek helyzetének változtatásával a repülőmodelleket körpályájukon fel és lefelé irányíthatod. Ha még a fékszárnyak helyzetét is változtatod, a repülők a levegőben táncolni kezdenek. Próbáld ki. Fontos! Mindkét repülő legyen pontosan egyensúlyban. Ha a repülő előre billen, akkor vezérművét hátrább kell húzni. Ha hátra billen, akkor az irányító művet a szárnyak irányába kell elmozdítani. Ha az egyik odalára dől, akkor a másik oldalon cimkét kell a szárnyra ragasztani. Ha a mobilt villanylámpa alá akasztod, és a fényt bekapcsolod, akkor forogni kezd. Ha most a napelem kábelcsatlakozását a motorhoz forrasztod, akkor a mozgó szerkezet forogni fog, amíg csak a fény világít. Természetesen más ötleteket is kipróbálhatsz. Átlátszó műanyagból vágj ki egy kerek lapot, különböző helyeken fúrj vagy véss lyukakat a lapba, és húzz rajtuk át színes papírcsíkokat vagy pamutszálakat, mint az ábrán látható. Ábra: PAPPSCHEIBE kartonlemez PAPIERSTREIFEN papírcsík Még egy ötlet: végy egy fél pohár vizet. Színezd meg egy pici enyhén fluoreszkáló festékkel. Ha nem kapsz, használj tintát. Paraffinvagy hasonló olajat szinezzél meg megfelelő festékkel, és a szinezett olajat öntsd a vízbe. A két folyadék hasonló fajsúlyú legyen. Legjobban akkor sikerül a kísérlet, ha az olaj valamivel nehezebb a víznél, ekkor a vizet némi só hozzáadásával nehezebbé tudod tenni. 10 ml szójaolaj és 2 ml kloroform keveréke a vízzel azonos fajsúlyú. Beszélj a kémiatanárral ezekről a keverékekről, és meséld el, mit tervezel. Szereld a darukart a motorra. Erre keverőként van szükséged. A napelem áramával táplált motor átkeveri a keveréket. Mivel az olaj és a víz nem könnyen keveredik, különböző színű, furcsa formájú olajtestecskék fognak a pohárban lebegni. A mobil szerkezetek három fajtáját ismertettük: továbbiakat is kigondolhatsz. Ábra: KRAN ARM darukar MOTOR motor MOTOR motor RÜHRER keverő ÖLBLASEN olajbuborék GEFÂRBTES WASSER színezett víz Eljutottunk a végére E sorok írója gyerekkorában a könyveket mindig a végükön kezdte olvasni. Hacsak Te is így nem tettél, legalábbis meg fogod próbálni, hogy minden kísérletet elvégezz. Ezek közül egyesek könnyűek, mások nem. Az utasítások és tanácsok betartása során sokat fogsz tanulni, amit azelőtt nem tudtál. Most alkalmazd a megszerzett ismereteket. Egyes kísérleteket, különösen a nehezebbeket ismételd meg. Ennek során két igen fontos dolgot fogsz megtanulni: 1. Az újonnan megszerzett ismeretek segítségével egyes dolgok könnyebben valósíthatók meg, amelyek azelőtt nehezebbek voltak. 2. Valószínűleg a kísérlet is érdekesebbé vált. A tudás az életet könnyebbé és lényegesen érdekesebbé teszi. Látod, még sok kísérlet vár rád, hát ......rajta!
28
