Mozaik - Fizika 10

FIZIKA Hőtan Elektromosságtan •

Hundidac '97 Arany-díj V Budapesti Nemzetközi Könyvdíja Szép Magyar Könyv '97 O levél Szép Magyar Könyv '98 Különdíj Hundidac '99 Arany-díj Hundidac 2001 Arany-díj Szép Magyar Könyv 2001 Díj Hundidac 2003 Arany-díj

Szerzők: dr. Jurisits József dr. Szűcs József

A T E R M E S Z E T R O L T IZ E N É V E S E K N E K

FIZIKA Hőtan Elektromosságtan

10

9., VÁLTOZATLAN KIADAS M O Z A IK K IA D Ó - SZEG ED , 2011

Szerzők:

DR.JURISITS JÓZSEF g in w á z tu m i ranár, s z a k fa tu íc s a d ó

DR. SZŰCS JÓZSEF egyetem i (uljiniktus

Bírálók:

DR. MOLNÁR MIKLÓS egyetem i docens

DR. SZEGEDI ERVIN vezetőtanár

DR. HILBERT MARGIT egyetem i adjunktus

Felelős szerkesztő: Tóth Katalin Borítőterv, tipográfia: Deák Ferenc, Rem ényfy Tamás F otók: Juhász Ferenc, Vadász Sándítr Rajzok: Ahrahátn István A brak: Szentirm ai Péter, Végh G yula Minden jog fenntartva, beleértve a sí^szorosftás. a mű bővíteti, ill. rövidített változata kíadás}>lalás .....................................................................

10 10 12

16 19 19 21

25 27 30 34 34 35 39 42 48 50 50 53 60

ELEKTROSZTATIKA 1. Klcktn>.s/(atíkai alapism ereték .............................. ....64 I. I. Emlékeztető ........................................................ 64 2. C oulom b törvénye. A töllésm e^m aradás törvénye ................................ 69 3. A z elektrom os m e /ő je lle m /é s c .............................. 72 3 .1. A z elektromos térerősség ................................ 72 3.2. A z elektromos mező szemléltetése erővonalakkal ..................................................... 75 3.3. A z elektromos mező munknios töltések, térerősség, potenciál a vezetőn ..................................................... 82 5. A kondenzátor. A / elektrom os mexő en erg iája .. 86 6 . K ondenzátorok kapcsolása (kiegészítő anyag) ... 91 O ss/c fo g la lá s...................................................................... 92

Tartalom AZ ELEKTROMOS ARAM, VEZETÉSI JELENSÉGEK 1. Kgyi‘n á ra m . A m m k ö rí alap tö rv én y ek ................. I. I . Emlékeztető ........................................................ 1.2. Az i'u-amköri alapmennyiségek. Ohm törvénye .................................................... 1.3. Mitől függ a fémes vezető ellenállása? ......... 1.4. Az elektromos munka, teljesítmény és hőhatás ............................................................ 1.5. Fogyasztók soros kapcsolásii .......................... 1.6 . Fogyasztók piírhuziuiios kapcsolása ............. 1.7. A fogyasztók soros és párhuzamos kapcsolásának gyakorlati alkalmazásai ......... 1.8 . Áramfomísok modellezése. Üresjárási feszültség, belső ellenállás (kiegészítő anyag) ............................................. 2. V c/ctcsi jelenségek ..................................................... 2.1. Elektromos ánuii folyadékokban. Az elemi töltés meghatározása ....................... 2.2. Elektromos áram g to z^s 1 “C .

függés alapján sz^ímíthntjuk ki. H a a m érés eredm ényét grafikonon ábri'izolju k . a k k o r a A/ hosszváltozils és a AT hőinérséklet-vállozás között egyenes arányosságot tap asz­ talhatunk. A hom ogén cső m inden részletében eg y en le­ tesen tágul. így vi'uható. hogy ugyanakkora A7* hőm érséklet-változásnál a cső 0.5 m -es szakasza csak feleannyit tágul, m int az I m hosszú cső sza­ kasz. E zt m éréssel is ellenőrizhetjük. U gyanezzel a készülékkel igazolható, hogy a k ü lö n b ö z ő anyagú te ste k lin eáris h ő tá g u lá ­ sának m érték e eltérő.

12.2. I m hosszú, különböző anyagból készült fénKsövek hosszváltozásának függése a hőmérséklet változásától

12.1. Szilárd testek lineáris hőtágulását vizsgáló kísérleti eszköz, ahol égő borszesszel melegíthetünk fénu udakat

12~í. A A/ hosszúságváltozás n>eghatároz;ísa görgős-mu* tatós áttéttel

H ő im Néhány szilárd ?

nv

GÁZOK ÁLLAPOTVÁLTOZÁSAI

19

2 Gázok állapotváltozásai 21 Emlékeztető. Állapotjelzők, állapotváltozások’ Helyezzünk tűhegyre papirkígyót. és tartsuk a meleg raditjelxoknek* (vagy állapothatilrozókniik) nevezzük. A dott m inőségű g lé g n e m ű ).

c s ö n h a tá s o k h a tá siira m e g v á lto z h a t. A z a n y a g o k ily e n — b e ls ő s z e rk e z e ti v á lto z á s sa l is e g y ü tt j á ­

-

s z u b lim á c ió (szil lé g n e m ű ).

r ó - á tla p o tv á lto z iís á t h a l m a / á l l n p o t - v á l t o / i s -

Kncrpafcl»xübadulá.s.sal járó átmenetek:

n a k n e v c /z ü k . A le g e g y s z e rű b b k é m ia i a n y a g o k , a z e le m e k m in d h á ro m h a lm a z iílla p o tb a n e lő fo r d u lh a tn a k . H a eg y szerre eg y ü tt van je le n v alam e ly anyag tö b b féle halm azállapotban is. akkor a h alm az ál­ lap o to k at szokás fázisoknak nevezni. íg y o lv a­ d á sk o r együtt van az anyag szilárd é s folyékony fázisa, p áro lgáskor é s fo rrásk o r pedig a fo ly é­ k o n y é s a g ő z fázis. Ennek m egfelelően a halm azáliap o t-változásokat fázisátalakulásoknak is h ív ju k . T ág a b b érte lem b en a fáziso k a szilárd an y a g o k k ü lönböző k risiály m ó d o su la taít is je len ihetik. íg y a grafit é s a g yém ánt a szénnek két k ülönböző szihtrd fázisa vagy kristályos n iődosulatu.

-

le c s a p ó d á s ( lé g n e m ű ^

c s e p p fo ly ó s ).

-

fa g y á s (c s e p p fo ly ó s ^ s z ilá rd ), le c s a p ó d á s v a g y m e g s z ilá r d u lá s (lé g n e m ű => sz ih írd á tm e n e t) .

i

A z 50.1. áhra szerinti kísérleti elrendezéssel vizs­ gáljuk m eg a szen a testek három: szilárd^ folyékony és légnem íí halmaziíllapotban fordulnak elő. A tes­ tek halm aziíllapota tem iikus kölcsönhatások során m egváltozhat. M in d e n h a lm a z á lla p o t-v á lto /á s e n e rg ia c se ré v e l j á r eg> ü tt. K nerg^afelvétellel já ró halm azál­ lapot-változás a z o lv a d á s, a p á m ig á s , a fo rrá s , a szu b lim áció . K n e rg ia le a d á ssa l j á r a Icx'.sapód á s és a fagyás. A z o lv a d á s (fag y ás), illetv e a fo rrá s csak m eghatározott, az anyagi m inőségtől és a külső nyomá.stól függő hőmérsékleti ponton, az olvaclá.sponton (vagy fagyásponton), illetve a fo rrá s p o n to n kö­ vetkezik be. A p á ro lg á s, lecsap ik lás és a szu b lim á c ió m inden hőm érsékleten végbem ehet. A testek o lv a d á sa k o r (fagyásakor) és f o r r á s k o r (lecsapódáskor) term ikus m ódon felv ett (vagy leadott) Q hőm ennyiség eg y en esen a r á n y o s a te s t töm egével: Q= Az

illetve Q = Lf tn. anyagi m inőségre jellem ző á lla n d ó t o lv a d á sh ő n e k , az L j á lla n d ó t pedig fo rrá s h o n e k

nevezzük. A z anyagi állandók m értékegysége: A h a lm a z á lla p o t-v á lto z á s o k törvényszerűségei a m olekuláris h ő elm élet ré szecsk em o d ellje alapján is értelm ezhetők: — A halmazs taszítóerőt a ne­ gyedére csökkenteni? 2. K ét elektrom os töltéssel rendelkező, eg y fo m ia kis fém göm böt szigetelőrudakkal tartva egym ás­ h o z érintünk, majd ism ét az eredeti távolságba visszük őket egym ástól. H ogyan változik az ere­ d etihez viszonyítva a két göm b közötti elektrom os erőhatás nagysiíga és iránya, ha a göm bök kez­ d eti töltése a) Q és -Q \

h) Q és Q',

c ) Q és -3 Ö ;

Q és 3Ö?

3. E gym ástól bizonyos távolságban lévő két proton egyikét egy elektronnal helyettesítjük. Hogyan változik ettől a két részecske közötti a) elektrom os kölcsönhatás; h) gravitációs kölcsönhatás? (Használjunk tábhizatot. ha szükséges!)

COULOMB TÖRVÉNYE. A TÓLTÉSME6MARA0ÁS TÖRVÉNYE

71

___ FELADATOK 1. S zigetelőnyelekre erősített egyform a k is fénigolyók egyike - 2 m C . a monton áthaladó egyenes m elyik részén van az a pont, ahol a térerősség zérus?

FELADATOK

1. E gy kis golyónak 10"’ C pozitív tö ltést adunk. A golyó felett 30 cm m agasságban egy 2 • I0~’ C tö ltésű és 5 • 10"® k g töm egű p o rszem található. a) M ilyen nagysiígú és irányú gyorsulással indul el a porszem ? M w IOI.DÁS: Q = lO-’ C /■= 30 cm = 3 • 10"' m í/ = 2 - lO -’ C m - 5 - 10-8 j.g

a) A golyó töltése által a porszem helyén létrehozott elektrom os térerősség: g . ,

4

= 9 . 10^

^

. (3 -1 0 “ 'n i)^

= 10 ^ ^ . C

74

ELEKTROSZTATIKA

A porszemre felfelé iriínyulrt elektromos erő;

A porszem re lefelé haló gravitációs erő:

=£•// =

= '« g = 5-10

IO**’ c = 2 > I0 “^ N.

kg ■10

= 5 -10

N.

A g ra v itá c ió s e ró n ég y n a g y s á g re n d d e l k ise b b az e le k tro m o s e ró n é l. e z é rt e lh a n y a g o l­ h a tó . A dinam ika alaptörvénye szerint a gyorsulás felfelé m utat, nagysága: F

2 -1 0 ^ N ' felületen á th a la d ó összes erővonal szám a a fclülcl elektrom os fliixusáiiak** s/á m é rtc k c t ad ja . A fluxus betűjele: 7^(ejtsd: pszi). Ha a felü­ let merőleges az crő\onalakra. akkor a fluxus és a térerősség kapcsolata: E -A. A z elektromos N 2 fluxus mértékegysége: •

75.2. Az eróvonal crínlóje adja a térerősség irányát az adott pontban

a z erő v o n a la k irá n y a m egegyezik a té r ­ e rő s s é g irá n y á v a l, a z e rő v o n a la k s ű rű sé g e m eg eg y ezik a té re rő s s é g n ag y ság áv a l.

Ciörbe erővonal irányának egy adott pontban a g ö rb éh ez húzott érin tő irányát tek in tjü k . A z e rő v o n alak sűrűségén a térerősségre m erőleges egy.ségnyi felü lete n á th a la d ó e rő v o n alsz ám o t értjük.

75.1. Kísérleti erővonalképek

75J. Az egységnyi felületei merőlegesen metsző erővonahik sziima megadja a térerősség nagyságát

76

ELEKTROSZTATIKA

Példiík egyszerű erővonalképekre: a) Pontszerű pozitív töltés m ezőjében az erővo­ nalak sugarasan k ifelé irányulnak. h) Pontszerű negatív töltésnél hasonló az erövonalkép. de befelé m utató iránnyal. V) Pozitív tö ltésű sík fém lem ez közelében az erővonalak pcsol’ k ifeszített h ü v e ly k u jju n k az á ra m irá n y á b a m u ta t, a k k o r b e h ig líto tt u jja in k m u ta tjá k a m á g n ese s in d u k c ió írá n v át. A z irányszabály azt is kifejezi, hogy az egye­ n es v ezető m ág n eses m e ző jéb e n egy pontból elindulva, és m indig a m ág n eses indukció irá­ nyában haladva, visszajutunk a kiindulási pont­ ba. A z ilyen, önm agában ziíródó indukcióvonal­ lal rendelkező m ágneses m ezőt örvényes m ező­ nek** nevezzük.

I46.I. Mágneses mező az egyenes áramvezető környezetében. Mi tnmaijo meg B irányát?

A MÁGNESES MEZŐ

A m ágneses in d u k ció m eghatározására vo­ natkozó összefüggés:

TEKERCS MÁGNESES MEZŐJE* Mtír m egfigyeltük, hogy a tekercs környezetében kialakuló m ágneses m ező erős hasonlóságot m u­ tat a m ágnesrüd körül létrejövő m ágneses m ező­ vel. A tekercs m agnetom éterként való használata kapcsain m egism ertük a tekercs ész;iki pólusániik m eghatározilsára vonatkozó jobbkéz-szabályt. S ok esetben fontos szerepet játszik a lekeres belsejében lévő m ágneses m ező. E zért m ost en ­ nek vizsgálatával foglalkozunk. Hossziíbb, i\ nwnetek közön átlátható tekercsbe te­ gyünk vízszintes merev hipnt. Vezessünk 21 teker­ csen át ítéhán)' ’ság a (B) - cg>encseii arán y o s az áram erő sség g el (/) e s a m e n etek sz á m á v a l (N), - f o r d íto tta n a rá n y o s a te k e rc s h o s s z á ­ v a l (/).

■'

--

—

^

- ^

147

I-N A tekercsben a m ágneses indukció irányát az odahelyezett iránytű észiiki pólusa jelzi. M egfigyelhetjük, hogy a tekercs északi pólusiU’a m egfogalm azott jobbkéz-szabiíly m egadja a tekercs belsejében a m ágneses indukció in'myát is: H a jo b b k e z ü n k k e l líj^ ’ fo g ju k m eg a te ­ k ercset, hog>’ iK 'h ajlíto tt iijja in k az á ra m irá n y á b a m u ta ssa n a k , a k k o r k ife s/íte tt h ü ­ v e ly k u jju n k a m á g n e se s in d u k c ió irá n y á t m u ta tja a te k e rc s b e lsejeb cn . Anunmal átjárt, átlátható tekercsbe tegyünk irány­ tűt. és haladjunk az iránytűvel a mágneses induk­ ció inínyába (az iránytű északi pólusa által mula­ tott irányba)! Azt tapasztaljuk, hogy a végén visszajutunk a kiindulási pontunkba. Érdekes kérdés, hogy vajon milyen a mágne­ ses indukció iránya egy mágnesrüd belsejében? Mágnesrúd belsejébe nem tudunk iránytűt he­ lyezni és nK >zgatni. De az atomok, sőt az atoni építőkövei is kis mágneses dipólok. Ezekkel az anyag belsejében is lehet a mágneses indukció irá­ nyát vizsgálni. A kísérletek azt bizonyítjiík. hogy a mágnesrúd a belsejében is a tekercshez hasonló mágneses mezővel rendelkezik. B ánnilyen ánuiim al keltett vagy álhmdó mág­ nessel létrehozott m ágneses m ezőt vizsgálnánk meg, azt tapasztalnánk, h o g y a m ág n eses m ező m in d ig ö n é n y c s .

■■

I47.I. Mágneses mező az áramvezető tekercsnél. Milyai B iránya a lekeresheti?

148

jg i

A MÁGNESES ME2Ő, ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ

CJONDOLKODTATÓ KÉRDÉSEK

1. B alra vagy jo b b ra m utat az i'irimiirány a 139.3 áhra kísérleténél? 2. H elyesen szem léltetjük-e az .iram m al áljíírt egyenes vezető m ágneses m ezőjét, ha a vezetőre m erőleges síkban egyenletesen nö v ek v ő sugiirú indukcióvonal-köröket rajzolunk? 3. R endelkezésünkre áll egy áram forrás és egy szigetelőréteggel bevont rézhuzal. H ogyan lehetne m inél nagyobb m ágneses indukciójú m ágneses m ezőt létrehozni? 4. E gy tekercsben az áram a tekercs A végétől ad B £} vége v c ^ c ifelé c i w halad. iiu id c i. d Eldönthető-e o c ) n u i c i \ > * v ebből v ü i x i i a teIC * kercsbeli m ágneses indukció iránya? 5. L ehet-e olyan tekercset készíteni, am elyben az iuiuii nem hoz létre m ágneses m ezőt?

D ^ /j I I

jO O u O

^

^ n O O f f ) /j I T

B

6 . Á ram m al átjárt tekercs belsejében h alad ó indukcióvonalak a tekercs körüli teljes téren át záród­

nak. M ire következtethetünk ebből a tekercs belsejében és a tekercs környezetében létrejövő m ágneses m ező indukciójának nagys

L= 7 — = 1 .6 -1 0 '^ V = l , 6 m V . A/ 5 I 0 ~ 's h) U gyanez a fluxusváltozás indukál feszültségei a tekercsben is. csak A^-szer nagyobbal. o> t/, =

V^g = N - U^=(yOO^\,(y^ 10“' V = 0,96 V. A tekercs m ost olyan áram fonúsként viselkedik, am ely akadályozza az áram csökkenését. A te­ kercs. m int áram forrás, tehát sorosan kapcsolódik a külső áram forrással: az A pont negatív, a B pont pozitív pólusként viselkedik. c) A tekercsen indukált feszültség önindukciós feszültség, alkalm azható rá az U = L ^ At összefüggés is. Ebből: U M

A/

0 .9 6 V 0 .5 S

7,5 A

= 0 .064 H = 64 m H .

2. E gy 0.4 H induktivitású tekercs iu am át 0.5 s alatt egyenletesen 2 A -ról 10 A -re növeljük. a) M ekkora önindukciós feszültség keletkezik a tekercsben? h) M ennyi a tekercsben a m ágne­ ses energia változása ? 3. A z önindukciós kísérletnél 7 H induktivitású tekercs 4 0 m A -es áram ániik kikapcsolásakor leg­ alább 100 V önindukciós feszültség lép ett fel. a) M it m ondhatunk az ontból is n a g y je le n tő ­ ségű. A z első. üzem i célo k ra használható transzfonnátort BUUhy Ottó**. D ér i Miksa** és Zipernowsky Károly** m ag y ar tném ökök készítették 1885-ben.

I84S.I. Modellkísérlet. M ién gazthsúgosuhb iriins^oniuUon>kkol oz dekinunos enei-gia szólfihisa?

A VÁLTAKOZÓ FESZÜLTSÉGŰ ÁRAMKÖRÖK

187

A zári vasnwgú iranszfonnáior és az elektroiw s iáv\ezelékrendsz€r korszerű megvalósítása Bláiliy Otíó. Déri M iksa. Zipeniowsky K úm ly magyar mérnökök nevéhez fűződik (1885)

ME(ÍJE(ÍYZÉSEK 1. A transzfonnátor feszültségei és nienetszáiiiai közötti összefüggés terheletlen transzfoniiátornál teljesül pontosan. H a a szekunder kört fogyasztóval terheljük, csökken a szekunder köri kapocsfeszültség. Ezért a tran szfo n n áto r tervezésénél a szekunder m enetszám ot kissé m eg­ növelik.

2. A z áramerősségek és a menetszámok kapcsolatára vonatkozó összefüggés annál inkább tel­ jesül, minél jobban terheljük a szekunder kört. 3. A prim er kö r által az itrérsékletek kiegyenlí­ tődésekor a csapágy a tengelyre szorul. 6.

2,4 ■

= 1,6 -

= 1,1 ■ 10

7. Fejezzük ki az ábrán a sárga területeket,

az átfedés elhanyagolható. F: 1. Á l = 72 mm; 2. L = 6,25 m; X A T = 109 X , r = + AT = 129 X : 4. 3 = 189.8 kPa; 2 .F = 8 6 ,2 N; 3. 7^ = 418.6 K = 1 4 5 .6 ^ ; 4. h) N em függ a kérdéses hőmérséklet a palackban lévő levegő térfogatától.

7 = I7 .9 X ;

2.4. ( tá /o k állap o lv állo /ása állandó hom vrséklelcn (28. o.) (ik : 1. A sűrűség a nyomással egyenesen iirányos. 2. A gáz cseppfolyósodhat. 3. A bura alatt a léggömbön kívüli levegő nyomása csökken, ezért a léggömb a belső levegő tágulásának következtében felfúvódik. 5. A rugalmas, harang alakú dugattyút fordítva kell a pumpa hengerébe helyezni. így a dugattyú lenyo­ m ásakor a dugattyú és a henger fala között a levegő a pumpából a szabadba ánuii lik. felhúz^lsakor viszont a dugattyú és a henger fala között a rés megszűnik, a légritkítandó térből a levegő a pumpa hengerébe áramlik. 6 . A kémcsőben lévő levegőoszlop a „búvár" részeként tekinthető, amelyre felhajtóerő hat. A külső nyomás a vízben tovaterjed, hatási'u^i a levegőoszlop összenyonKxiik. csökken a felhajtóerő. Az egyensúly megbomlik, a ..búvár’' lemerül. A külső nyomás megszűnésével a levegőoszlop kitágul, a megnövekedett felhajtóerő a „búvárt” a felszínre hozza. F: l.

= 1.67 • lO** Fai 2.

egyenletből: />q =

= 23.1 cm ; 3. Ah = 3,3 cm; 4. A Boyle-M ariotte törvényből nyert

' * ~ 5. s = 7,2 cm.

2.5. \ r . ideális g á /o k általános átla|K>tvállo/.ása, á lla p o lc ^ c n le te (32. o.) ( tk : I. a) izobár; h) általános; c) általános; di izotermikus; e) izo ch o r;/) izobár; 2 . Összesen hat eset lehetséges egyik állapotból a másikba jutással egymást követő két speciális állapotváltoziís útján, ezek a következők: ( I ) izochor - izobár; (2) izobár - izochor; (3) izotemi - izobár; (4) izotenn - izochor; (5) izobár - izotemi; (6 ) izochor - izotenn; 3. Az -> fi és a C -> D átmenetek izochor. a fi -> C és a D -> A átmenetek pedig izobár állapotváltozást jelentenek. A körfolyam atot m egvalósíthatjuk egy dugattyúval ellátott hengeres edényben lévő giízzal: először rögzített dugattyúállásnál felmelegítjük a giízt egy adott hőn>érsékletre, majd további melegítéskor a dugattyút állandó nyomás mellett mozogni hagyjuk. Ezt követően - a dugattyút ismét rögzítve - a gázt addig hűtjük, amíg nyomása nem csökken le az eredeti

MEGOLDÁSOK

199

értékre. Ekkor a dugattyú rögzítését feloldva a hűtést állandó nyomás mellett addig folytatjuk, amíg a gj = 5 ,9 MPa. 7. M = 4

= 7.S cm^; 4.

= 106.7 kPa: 5. A T = 34.6 X : 6 . m = 6.4 kg:

= 5.2 d m \

a gáz hélium . !t.

= 0.089

= 0 .1 7 9

p „ = 1.428 [;f,;

A z eltérés oka az. hogy a tábhízat adatai valódi giízokra vonatkozniik. 3.2. A f*á/ok állap o lv álto /ásain ak m olektilárís crtelme/Á^c (37. o.) ( tk : 1. A cső alsó és a felső lapjára k ifejtett erők különbsége, am ely a nyom ások különbségből sziímiiizik. egyenlő a csőben lévő gázrészecskék súlyával. 2. A térfogat csökkentésével, vagy a részecs­ kék szitmának növekedésével. Ezt összenyomással, vagy a gáz bevitelével valósíthatjuk meg a gyakorlatb = 250 Pa: h) A sátorlap feszítésével a nyomás nőni fog. (Mivel a homokszen>ek nem teljesen rugalmatlanul ütköznek a megfeszített lappal, hanem «uról visszapattannak, így nagyobb lesz az impulzusváltoziis, ezért az erőhatás is növekedni fog.) 3.3. A lestek hciso en erg iája, a h »tan I. rotctclc (39. o.) (tk : 1. A gáz belső energiája növekszik. (H a a széteső molekulák hányada

akkor a belső energia

növekedési aránya j . ) 2. Azonos hőmérsékleten a nagyobb tömegű nH>lekulákn:ik kisebb az átlagos sebessége. így legkisebb sebességű az nK>lekula. legnagyobb sebessége pedig a molekulániik viui. 3. Nem lehet, mivel a belső enei^ia a mozgási energiák összege, • AV = j R n í s J = 1571,4 J;

4. a) A£^ = ! ; > . AV = - W = 300 J: b) Ö = AEj, + Vr = = 500 J. 5. a) Íí E^ = 8 5 .1 kJ; h) Ö, = 107,8 U ; e , = 96,4 kJ;

200

MEGOLDÁSOK

3.5. A Icrm ikiis Iblyam atok irán y a, a h ő ta n II. íólclelc (49. o.) (>k: 1. Reverzibilis folyamatok: súrlódás nélküli inga lengése, veszteség nélküli rugó rezgőniozgása stb. Irreverzibilis folyanuitok: egy test csúszása súrlódásos felületen, labda pattogása ftives felületen stb. 2 . 100% hatásfokú hőerőgépeket lehelne tervezni. Mechanikai munka befektetése nélkül kinyerhetnénk az óceiínok ha­ talmas belső enei^iakészletét stb. X Mindkét esetben a helyiség hőmérséklete emelkedne. Zivx ajtónál jobbiin. 4.2. A halm a/állap o t-v állo /á.so k m o lek u láris értelm ezése (55. o.) (>k: 1 . A jég nagy olvadásliője miatt (I kg tnn>egűjég megölvasztásálioz kb. annyi hőre van szükség, mint l kg víz hőmérsékletének 80 ‘*C-kal történő növeléséhez). 2. Térfogat növekedésekor a felszín domború (például a víznél), csökkenésekor viszont a felszín homorú (pl. a fixírsónm ágncsck a g>akorlatl>an (152. o.) (ik : 1. A lágyvas csak addig mágneses, am íg az áram folyik. Az acél megtartaná mágnességét. 2. Nem. mert a vas 768 “C (Curie-pont) felett elveszti ferromágneses tulajdonságát. 3- Az egyik irányú áram erősíti. i\z ellenkező irányú gyengíti a mágnes membránra gyakorolt vonzásait. Lágyvasnál mindkét irányú ánuii vonzást okozna. ( 2-szeres frekvenciát kapnánk.) F: \ , a j 2 . 5 \ m T ;2 .5 l j i W b ; 3.01 T; 3 .0 1 mWb; 2.

31.8 mA;

Szintén 31.8 mA.

1.5. A m ágneses m e /o h atása moxgó tö ltések re (158. o.) (ik : I. ai A papírra merőlegesen befelé, h) A mágnespatkó belseje felé. c) A papírra tíierőlegesen kifelé. J) A menetek síkjában felénk irányuló, e) Nem hat erő. 2. Mert nő a mágneses indukció értéke. 3. Nem fúgg. 4. A kölcsönhatás törvénye szerint ugyanakkora, de ellenkező inínyú (tehát szintén vonzó) erő hat. F: I. a) 33,3 A; h) 2,74 N; 2. a) Vízszintesen, keleti irányú áram; h) 4 • 10“^ N; Például egy hajsziílvékony Al-huzalt felemelne, de az azonnal m eg is olv, - A. 6 . Váltakozó ánimú állásban a mérendő iínim egyeninínyílón halad át. 7. Motor: A forgórész tekercseibe áramot vezetve, ezek az állórész mágneses mezejében elfordulnak. Cienerátor: A z állórész mágneses mezejében forgatott tekercsekben feszültség indukálódik. 8. A magilra hagyott rendszer az energiaveszteségek miatt leáll. F : 2. a ) 325.3 V; h) 0,02 s; c) 50 Hz; í/ j = -325,3 V; = 2;r. = 0: 100V ;ö) = 377

314 - ; 3. .v

= - . t/, = 325,3 V; 2

1

Í/ ( V )J

141-

s

= ;r.

0.0083

= 0; (X^ = 3 - , 2

. 0.017

f(»)

-141 -

U_ R

niiix

1,41 A ;

/(A ) r

- 1I A ; « = 377 - ; / = 60 Hz; r = 0,0167 s.

0.0083 ----------- ^

. 0.017 í(»)

206

MEGOLDÁSOK

3.2. K ilcnállások a v áltak o /ó á ra m ú á rü m k ö rb c n (181. o.) ( ík : 1. Izzólámpa, villanyvasaló, villanybojler: ohmos ellenállások. Fojtótekercs: induktív ellenállás. Villanymotor: induktív és ohiiK)s ellenállás. 2. Xf ss L • 0 ) =

At

0).

Mértékegységben:

V

V s A

s

A

I U V V . M értékegységben: — = — = U . 3. N agy m duktivitás szükséges, ami Q • A (ú Q ‘M C U s elsősorban zárt vasmaggal és nagy menetszámmal biztosítható. Az ohmos ellenállás csökkentése (jó vezető anyag, vastag vezető) és a frekvencia növelése is hozzájitrul a tiszta induktív jelleghez. 4. Az ohmos igen. az induktív és kapacitív ellenállást a felhasznált váltakozó feszültség frekvenciája is befolyásolja. I C-M

F: 1. 19; 2. 575 í i ; 1,83 H; 3. 1.45 kU; 29 mA; 4. /,^ (A )

4

8

10

32

16

0.001

0.002

0.0025

0.003

0.004

b) 795 nF; c) 4000 í 2 ellenállásúnál: 0.192 A; h) W ~ 0; 4.