30. fogás
Szófoci
ELEKTROSZTATIKA, 10. osztály
Ugye ismerős érzés az, amikor az ember túl egy „embertelen” vizsgán felteszi magának a kérdést: mire emlékeznék én mindebből holnap? És holnapután? És egy hét múlva is sikerülne ebből a vizsga? Kipróbálhatjuk ezt tanítványainkon, ha az alábbi gyakorlatot a dolgozatírást követő órán végezzük el! (Persze lehet a témát összefoglaló órán is….!)
A testi adottságokat a szellemi képességek helyettesítik ebben a két csapat között vívott mozgalmas, lendületes játékban.
· Mondjuk el a tanulóknak, hogy a játék célja a tudás és a megértés felmérése. Osszuk fel az osztályt két csapatra. Mindkét csapatnak ki kell jelölni egy csapatkapitányt.
· Mondjuk el, hogy a csapat sikere az edzésen múlik. Az edzés pedig abból áll, hogy a csapat átnéz egy sor megadott témát – jelen esetben az elektrosztatika témakört- egymással egyeztetik s megjegyzik a részleteket is, hogy válaszolni tudjanak a tanár által feltett kérdésekre.
· Amikor az „edzési idő” lejár, minden könyvet, füzetet el kell rakni. A csapatkapitányokat kiszólítják, s egy pénzérme feldobásával eldöntik, kié a kezdő rúgás.
· A kezdő csapat kap egy kérdést a tanártól. 5 másodpercen belül bárki válaszolhat a csapatból. Ha a válasz pontos, náluk marad a labda, azaz a játékjog s újabb kérdést kapnak a tanártól. Ha egyszer összejön egymás után három helyes válasz, akkor megvan a GÓL.
· Ha valaki egyszer helyes választ adott, akkor addig nem szólalhat meg újból, míg a csapat többi tagja is sorra nem kerül. A játékosok, de főleg a csapatkapitány dolga, hogy szemmel tartsa, kis szerepelt már és ki nem.
· Szerelésnek számít, ha valaki pontatlanul válaszol – ilyenkor a labda átjut az ellenfélhez, s a tanár őket kezdi el kérdezgetni. Ha senki nem válaszol öt másodpercen belül, akkor elveszítik a labdát s az ellenfél válaszolhat a következő 5 másodpercben, s a tanár őket kezdi el kérdezgetni.
· Szabálytalanságok:
§ ha valaki bekiabálja a választ, amikor nem az ő csapatán van a sor;
§ ha valaki válaszol, pedig nem tehetné;
§ ha felesel a játékvezetővel.
A játékvezető használhat sárga és piros lapokat.
· Az a csapat a győztes, aki több gólt szerzett.
Változat : a felkészülési idő alatt a diákok kérdéseket is készítenek az ellenfél számára, s így a játék közben ők kérdezgetik egymást s nem a tanár kérdezi őket. Csak akkor kérdezhet valaki újra, ha már az összes többi csapatársuk kérdezett.
Szabálytalanságnak számít ebben az esetben az, ha valaki értelmetlen kérdést tesz föl, vagy ha a kérdező maga sem tudja a választ a kérdésére.
A játék során a diákok szinte észre sem veszik, hogy itt felmérés zajlik.
Mikor alkalmazzuk?
- Témakör végi elmélyítésre vagy későbbi ismétlésre.
- Új témakör ( Főleg régebbi anyaghoz szorosan kapcsolódó témakör ) bevezetésére – felmérhetjük, mennyi mindent tudnak már.
- Téma közben – tükör arról, hogy mennyi mindent értettek meg, mennyi minden maradt meg az emlékezetükben. A következő órák anyagát ehhez igazíthatjuk.
Példa egy kérdéssorra:
- Hogyan jöhetünk rá, hogy kétféle elektromos töltés van?
- Mi alapján beszélhetünk pozitív és negatív töltésekről? ( MI indokolja ezt a névválasztást?)
- Mit tudhatunk arról, hogy miért éppen a „pozitív” töltés kapta a pozitív elnevezést?
Különféle dörzsöléses kísérletek (ebonitrúd, üvegrúd dörzsölve selyemmel, szőrmével, stb.) alapján hamar rájövünk, hogy kétféle elektromos mennyiség létezik. Az összegzési tulajdonságok miatt pozitív és negatív töltésekről beszélhetünk. Pusztán véletlennek, és esetlegesnek lehet minősíteni azt, hogy ma melyik töltéstípust nevezzük pozitívnak, és melyiket negatívnak.
- Ki vezette be a negatív és pozitív töltés fogalmát?
- Mit bizonyított be a sárkánnyal végzett kísérleteivel?
- Miért roppant veszélyes ez a kísérlet?
- Melyik technikai eszköz működik még ezen kísérlet elvén?
- Helyes – e villámhárító elnevezés?
Franklin vezette be a pozitív és negatív töltések fogalmát, és ő volt az, aki kísérletével be tudta bizonyítani, hogy a villám elektromos természetű. 1752-ben a fiával sárkányt eregetett a zivatarban – előzőleg a sárkányról lelógó drót végére egy kulcsot rögzített. Amikor az átnedvesedett dróton himbálózó kulcs leért a földre, elektromos szikrák pattantak fel. Ezen elv alapján készült el a villámhárító.
A tudósnak nagy szerencséje volt, hogy nem halt meg a kísérletezései során. A villám áramerőssége ugyanis elérheti a 100 000 ampert is – a feszültsége pedig több millió volt is lehet… Ha a villám becsap valahová, akár 30 000 fokos hő is keletkezhet.
Nem, inkább villámvonzónak kellene hívni.
- Igaz-e, hogy az elektromos mező konzervatív mező?
- Mennyi az elektrosztatikus mezőben zárt görbe mentén végett munka?
Tapasztalatunk szerint
az elektrosztatikus mező konzervatív mező. Ez egyébként az elektrosztatika egyik alaptörvénye. Ennek kísérleti támasza az a megfigyelés, hogy az elektrosztatikus mező által tetszőleges zárt görbe mentén végzett munka nulla.
- Mekkora munkát végez a q töltött részecskén az elektromos mező U feszültség esetén?
- Mit mérünk az elektronvolt mértékegységgel?
- Hogyan váltható át 1 elektronvolt SI egységre?
- Mi az az elemi töltés?
Ha a q töltés U potenciálkülönbséget -feszültséget- fut be, akkor a töltött részecskén az elektromos erők qU munkát végeznek. Ha mindig ugyanarra a töltésre gondolunk, akkor a munkavégzést, illetve a munkavégzés során nyert energiát az U potenciálkülönbséggel is egyértelműen jellemezhetjük. Ezen alapul az un. elektronvolt, vagy röviden eV. 1 eV energiára tesz szert a 1,6* 10- 19 elemi töltéssel rendelkező részecske, ha 1 Volt potenciálkülönbséget fut be. Ha az eV egységben adott energiaértéket az elemi töltéssel megszorozzuk, akkor megkapjuk ugyanazon energia Joule egységekben kifejezett értékét.
Az elektromos töltés atomos természetű, azaz van legkisebb, tovább nem osztható mennyisége. Ezt a töltésmennyiséget nevezzük elemi töltésnek, s az anyag egyes elemi alkotórészei a proton, és az elektron - ellentétes előjellel - ekkora töltéssel rendelkeznek.
- Mi az a kondenzátor?
- Hogyan képzeljünk el egy kondenzátort?
- Mit nevezünk fegyverzetnek?
Kondenzátoroknak nevezzük azokat az eszközöket, amelyeket kimondottan kapacitásuk miatt használunk áramköreinkben. Ezek rendszerint két, egymástól elszigetelt, egymással, szembenálló fémfelületből állnak.
Ezeket a fémfelületeket fegyverzeteknek nevezzük.
- Mit jelent a kondenzátor szó?
- Melyik fizikushoz kapcsolható ez az elnevezés?
- Mik voltak az első kondenzátorok?
-
A kondenzátor szó, sűrítőt jelent és Volta olasz fizikus nevéhez fűződik. Az első kondenzátorok leydeni palackok voltak, melyeket Jedlik Ányos is továbbfejlesztett. A |
kondenzátor nagy mennyiségű töltést képes tárolni. Jellemzésére a kapacitás szolgál. |
- Hol alkalmazzák a forgókondenzátort?
- Mi az előnye pl. a lapkondenzátorral szemben?
Elterjedt a változtatható kapacitású forgókondenzátor, például a rádióknál, mikor adóállomást |
keresünk. |
- Mi a kapacitás mértékegységének neve?
- Kiről kapta a kapacitás mértékegysége a nevét?
- Hogyan értelmezhető a kapacitás mértékegysége?
A C kapacitás egységnyi, ha 1Volt feszültség mellet 1 As-nyi töltést képes tárolni az eszközünk. Ezt az egységet Faraday után 1Farad vagy 1F=1 As/V
- Hogyan függ a kondenzátor kapacitása a kondenzátor geometriai paramétereitől?
A legegyszerűbb geometriájú kondenzátor két párhuzamos fémlemezből áll. A szemben álló felületek nagysága A, a lemezek távolsága d. a közöttük levő térrészt E relatív dielektromos állandójú közeg tölti ki.
C = E A/d
- Milyen egyszerű kísérlettel bizonyítottuk, hogy a munkavégzés során betáplált energia a kondenzátorban tárolódik, és azt alkalmas körülmények között vissza tudjuk nyerni.
- Mennyi ez a tárolt energia?
A harangozó ping-pong labdás kísérlettel.
W = 1/2 QU
- Milyen mező található a fegyverzetek között egy lapkondenzátor esetében?
- Mekkora a térerősség ebben a mezőben?
- Milyen irányú a térerősség ebben a mezőben?
A fegyverzetek közötti homogén elektromos mezőben az elektromos mező térerőssége merőleges a fegyverzetekre, és a feszültség között egy egyszerű kapcsolat áll fönn:
U = Ed
- Mi az elektromos feszültség definíciója?
- Mi a mértékegysége?
- Kiről kapta a nevét?
-
Az elektromos mezőben mozgatott töltésen végzett munka és a töltés hányadosa. A feszültség ( U) skalár mennyiség. M.e.: 1 V ( volt) Volta olasz fizikusról kapta a nevét. W = QU. U = W/Q |
- Hogyan szól Coulomb törvénye?
- Mitől függ a törvényben szereplő erő előjele?
- Mennyi a törvényben szereplő állandó nagysága?
Az azonos nemű töltések taszítják, a különböző neműek vonzzák egymást. |
Két pontszerű, nyugvó töltés között ható erő egyenesen arányos a töltések nagyságával és |
fordítottan arányos a közöttük lévő távolság négyzetével. Ezt a törvényt Coulomb fedezte fel. |
9 * 10
9
- Mi az az elektroszkóp?
Az elektromos állapot kimutatására elektroszkópot használunk, mely az azonos töltések |
taszításának elvén működik. Az elektroszkóp görög eredetű kifejezés. Az elektro- jelentése |
elektromossággal kapcsolatos, a –szkóp a szkopein szóból származik, jelentése nézni, |
megfigyelni. |
- Mi az az elektromos megosztás?
- Mi az árnyékolás jelensége az elektrosztatikában?
- Kinek a nevéhez fűződik?
- Hol alkalmazzák a mindennapi életben?
Ha egy semleges vezető közelébe elektromosan töltött testet viszünk, de nem érintjük hozzá, |
akkor a vezetőben felborul a töltések egyenletes eloszlása. Ez a jelenség az elektromos |
megosztás. A vezetőből a megosztó töltéssel egynemű töltés elvezethető. |
Faraday nevéhez fűződik az elektromos árnyékolás jelenségének felfedezése (Faraday- |
kalitka): Az elektromos töltés mindig a vezető külső felületén helyezkedik el. Ha ezt a térrészt |
fémhálóval vesszük körül, akkor a háló által határolt tér minden pontjában nulla lesz a |
térerősség. (autó karosszéria, repülőgép utastere, mikrohullámú sütő ajtaja, fémráccsal védett |
gázpalackok, az elektromos távvezetékek feszültség alatti javításánál a sűrű szövésű |
fémhálóba öltöztetett munkás) mikrofonok elektromos zajt kiszűrő hálója
- Mi az a csúcshatás? - Mit nevezünk szent Elmo tüzének? - Öveges professzor nyomán hogyan idézhetünk elő mi magunk is szent Elmo tüzét – veszélytelenül?
Csúcshatás: Ha a feltöltött vezető csúcsban végződik, akkor a csúcsnál nagyobb lesz a |
töltéssűrűség. A csúcs közelében lévő levegő és porszem molekulák dipólussá válnak, a csúcs |
vonzó hatása miatt a csúcs felé áramlanak, ott feltöltődnek, majd a csúcs eltaszítja őket. Ez az |
elektromos szél képes eloltani egy gyertyát. |
Ezen az elven működik a villámhárító is, amely tulajdonképpen nem elhárítja, hanem a |
földbe vezeti a villámláskor kiáramló töltést úgy, hogy a csúcshatáson alapulva vezetővé |
válik a levegő és kijelöli a villám útját. |
-A villám szelídebb változata a Szent Elmo tüze. A zivatarfelhők töltésmegosztó hatására a |
földi tárgyak élein és csúcsain (tornyok, telefonvezetékek) olyan erős lehet a levegő |
ionizációja, hogy kísérőjeként különféle fényjelenségeket (táncoló fények) tapasztalunk. |
|
