jarosievitz zoltán zzjaro@yahoo országos műszaki múzeum elektrotechnikai múzeuma

Jarosievitz Zoltá[email protected]

Országos Műszaki Múzeum Elektrotechnikai Múzeuma1075 Budapest, Kazinczy u.21.

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét és EszközbemutatóBÉKÉSCSABA, 2008. március 26 –30.

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét és Eszközbemutató

BÉKÉSCSABA, 2008. március 26. - 30.

„A gyermek figyelmét és képességeit semmiféle nevelési módszer nem éleszti annyira,

mint a kíváncsiság ösztönének izgatása” .(Márai Sándor:Röpirat a nemzetnevelés ügyében)



Néhány gondolat, ami aktuális 2008 tavaszán is:

„Az egész gyermek olyan, mint egyetlen érzékszerv, minden hatásra reagál, amit emberek váltanak ki belőle”( Rudolf Steiner)

IGAZ

„ Az oktatás célja, hogy a fiatalokat felkészítse arra, hogy tudják magukat tanítani életük során” (Robert Hutchins)

IGAZ

„A tanár minél többet tanít, a diák annál kevesebbet tanul. A tanítás zavarja az elsajátítást.” (Carl Rogers)

IGAZ



Rendkívüli fizikaórákat

A kompetencia szűkebb értelemben: készségek, képességek rendszere, tágabb értelemben: olyan általános felkészültség, amely tudásra, tapasztalatokra, értékekre beállítódásokra épül.

Ismeretek irányított átadása az iskolarendszerű képzésen kívül, és a képességek, ill. a személyiség fejlesztése.

Az Elektrotechnikai Múzeumban szervezünk:

FoglalkozásokatGyermek- összejöveteleket

Ezek a tevékenységek a nem formális tanulás (non-formal learning) körébe sorolhatók.

CÉL:



Az Elektrotechnikai Múzeumban kérésre „Rendkívüli fizikaórákat” tartunk.

Néhány kísérletet Önöknek is szeretnék bemutatni.


BÉKÉSCSABA, 2008. március 26. - 30.51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét és Eszközbemutató


1. Elektrodinamikus motorok

• Faraday-motor (1821),•Jedlik villanydelejes forgonya (1828/29)

1820. júl. 1. Oersted - galvánáram mágnestűre gyakorolt hatása

1820.szept.20. André Marie Ampère - galvánáramok egymásra gyakorolt hatása

1820. nov. 20. Dominique François Jean Arago - a solenoid belsejébe helyezett lágyvas –az áram hatására –ideiglenesen mágnessé válik.

1821. szeptember 11. Faradaynak sikerül először áramvezetőt mágnessark körül állandó forgásba hoznia.

Előzmények



Faraday-motor (1821)

Egy alátámasztott acélmágnesrúd egyik vége

forog az áramvezető körül, vagy áramvezető forog rúd alakú

acélmágnes egyik sarka körül.



Faraday-motor

Rúd alakú

mágnes

Vezető

Szódabikarbóna oldat



B

I

F

Faraday-motor



Barlow kereke 1822-ből



Jedlik Ányos 1829-ben készült „villamdelejes forgonyának” működő másolatát láthatjuk. Jedlik az Ordo Experimentorumban írta: „Egy elektromágneses drót egy hasonlóan elektromágneses körül folytonos forgó mozgást képes létesíteni”.



A találmány lényegét maga Jedlik írja meg Heller Ágosthoz 1886. február 18-án kelt levelében (a levél fogalmazványát a Pannonhalmi Apátság kézirattára őrzi)

A levélből kitűnik, hogy Jedlik tulajdonképpen egyből három forgókészülékre gondolt.

A multiplikátor tekercs áll, benne forog az elektromágnes;

A elektromágnes áll, benne és körülötte forog a multiplikátor tekercs;

A multiplikátort elektromágnes helyettesíti; az egyik elektromágnes forog a másik szilárdan álló elektromágnes felett.



2. Őstranszformátor

A világon először szerepel leírt szövegben a „TRANSZFORMÁTOR” elnevezés



Déri Miksa, Bláthy Ottó Titusz, Zipernowsky Károly

A 19. század közepére szükségessé vált a villamos energia gazdaságos és üzembiztos módon történő távolba-

vezetésének és elosztásának a kidolgozása.

1885 fordulópontot jelentett.A Ganz és Társa Vasöntő és Gépgyár elektrotechnikai osztályának

fiatal mérnökei:

Két jelentős szabadalom



Zipernowsky Károly és Déri Miksa 1885. jan. 2. Indukciós átalakítókat készítenek, amelyek nem

zártvasmagúak (nem transzformátorok), a primer tekercseket párhuzamosan kapcsolták a

nagyfeszültségű tápláló vezetékekre, a fogyasztók a kisfeszültségű szekunder oldalon

szintén párhuzamosan kapcsolva működtek.

Bláthy Ottó Titusz felismeri, hogy a szekunder feszültség stabilitása tovább fokozható, ha az indukciós készülék szórt mágneses terét csökkenti. Előnytelennek találta a nyitott rúd alakú vasmagot.



„Újítások az indukciós készülékeken villamos-áramok transzformálása céljából”

A második szabadalom tárgya (1885. márc. 3.) a vastestű indukciós készülék. A transzformátor

elnevezés (a hagyomány szerint) Bláthytól származik.



Köpenytípusú transzformátor (a Szabadalmi Hivatal számára készült)

Másolat, eredeti példány nem maradt fenn

Hátrányai:A vasköpeny nehezítette

a hőleadást, nehéz volt szétszerelni, javítani.

Feltételezés: Váltakozó feszültség

hiányában galvánelem szaggatott áramával

táplálta a transzformátort, amely

szénszálas izzót működtetett.

Teljesítménye 60 watt áttétele: 5,6/60



Magtípusú transzformátor

Másolat, az eredeti 1885. május 15-én készült

Lágyvas huzalból készült vasmag



A 67. gyártási számú, első feszültségváltó (eredetije a Bécsi Technikai Múzeumban van) hiteles, működésképes másolata pedig az

Elektrotechnikai Múzeumban )

CÉLJA: a feszültség pontos átalakítása mérés céljára



Dugaszolással 1:5 feszültség-növelő üzemmódban 20 V-ról 100 V-ra növeljük a feszültséget

20 V100 V

1:5



3. Az izzólámpa fejlődéstörténete és alkonya

A világ első wolframszálas izzólámpáját Újpesten, 1903-ban készítették; a lámpát Just Sándor és Hanaman Ferenc (az Egger anyavállalat kutatói) által kidolgozott szabadalmak védték.



Miért szeretnék az izzólámpákról beszélni?

Az Európai Unió energiaügyi hatósága 2015 után csupán a múzeumokban kívánja látni Thomas Alva Edison 1879-ben szabadalmaztatott izzószálas villanykörtéjét.

2007. február 2-án Ausztrália miniszterelnöke bejelentette, hogy 2010-ig kivonják a forgalomból a

hagyományos izzókat (a kyoto-i egyezményt nem írták alá).

2007. június 5. G8 csúcs: megnyilatkozik az európai szakma (GE, Havells Sylvania, Osram, Philips és az ELC más

tagjai javasolják az energiahatékony világítás megvalósításának lehetőségeit).

Előzmények:



Tények, előtanulmányok

Magyarország éves áramfogyasztásának megfelelő

mennyiségű energia vész kárba az Európai Unióban az összes kikapcsolt, de

készenléti állapotban tartott elektromos berendezés miatt - állítja az Európai

Bizottság. Ugyanennyit, (nagyjából 30 milliárd kilowattórányi energiát) meg is

lehetne spórolni, ha kötelező EU-szabvány szerint működnének az úgynevezett

standby üzemmódba helyezhető elektromos készülékek.



Az európai háztartások 97 százalékában még mindig a hagyományos, energiatakarékosnak nem nevezhető, viszont jutányos áron kapható villanykörte világít. A felhasznált energia jó része nem fényként hasznosul bennük, hanem hővé alakul.

Egy wattból ugyanis mindössze 5 százalékos hatásfokkal 15 lumen fényt sugároznak.



A kompakt fénycsövek közül az újabbak már csak ötödannyi árammal működnek, mint az azonos teljesítményű izzólámpák, és fénykibocsátásuk nagyobb. Gazdaságos működésük behozza jóval nagyobb beszerzési árukat.

Megoldások. Apró otthoni trükkökTelevíziónk készenléti állapotban fogyasztja el napi energia-

felvételének akár 30-40%-át is. Ezért lehetőleg kevés időre hagyjuk ilyen standby üzemben!

Ugyanezt tegyük a többi szórakoztató-elektronikai eszközünkkel és irodai berendezésünkkel, melyek hasonlóképpen „ugrásra kész” állapotból is indíthatók.

Nem jelent azonban valódi megtakarítást, ha a lámpát akkor is lekapcsoljuk, ha csak egy-két percre megyünk ki a szobából. A ki-be kapcsolgatás ugyanis az izzólámpa élettartamát lényegesen lerövidíti.

Leginkább energiatakarékos égőkkel lehet takarékoskodni.



Ha ugyanazon áram különböző ellenállású vezetőkön megy át, az fog közülük legjobban felmelegedni, esetleg izzásba jönni, amelyiknek legnagyobb az ellenállása.

Az izzó testek fényt gerjesztenek, és így a körülöttük levő teret megvilágítják.

A villamos áram a vezetőn áthaladva azt az áram erősségének és a vezető ellenállásának megfelelően felmelegíti.

Most pedig nosztalgiázzunk egy keveset…



A legrégebbi az 1840-es évek kísérleteinek rekonstrukciója, üveggömbben (de levegőben) izzó platina spirállal.

Platinát használtak, mert ez melegedvén, körülbelül úgy terjed ki, mint az üveg.



Az izzólámpa fejlődéstörténete

Vákuumszénszál

1879

VákuumWolfram

Hosszúszálas1906

N+ArWolfram

spirál1913/14

Kriptonduplaspirál

1936

Halogén1980



Vákuumszénszál

1879

VákuumWolfram

Hosszúszálas1906

N+ArWolfram

spirál1913/14

Kriptonduplaspirál

1936Halogén

1980

A kísérletünkben szénszálas, hosszúszálas wolfram izzó, spirál szálas izzó, kripton, és végül egy halogén izzó fényleadását vizsgáljuk. Jól érzékelhető, hogy a fejlesztés eredményeként egyre nagyobb a szál hőmérséklete.

A fény mind fehérebb.



Az Edison-féle izzólámpa

Nagy ellenállású és huzamosabb, egyenletes izzásra alkalmas a vékony szénfonal, ha az elégés ellen oxigénmentes, légüres térben van.



A Tungsram 1906-ban megvásárolta Just Sándornak és a horvát származású Franjo

Hanaman-nak a wolframszál előállítására vonatkozó szabadalmát, és megkezdte az izzó gyártását.



Az Egyesült Izzó 1921-ben kutató laboratóriumot hozott létre, amelyben az izzólámpák folyamatos tökéletesítése során Bródy Imre(1891-1944) feltalálta az kriptonlámpát.

Az izzólámpákban használt argon-nitrogén gázkeverék helyett a hosszabb élettartamot és jobb hatásfokot biztosító kripton-xenon töltést használta.

Polányi Mihállyal együttműködve 1934-ben kidolgozta a kripton-xenon keveréknek a levegőből történő előállítási technológiáját .



A jövő

Az egyik vezető fénycső gyár LED-nek nevezett (light emitting diode = fényt kibocsátó félvezető) világítótestei egy watt energiával 75 lumen fényt sugároznak, de már kísérleteznek az OSTAR LED-ekkel, amelyek vékony felső rétegére tükrözik a fotonokat, s ezáltal 150 lumen/wattal sugároznak, higanymentesek ,és 60 ezer óra az élettartamuk.

LED, magyarul fénykibocsátó dióda



4. Jákob-létra (Jacob’s ladder)

Babits Mihály: Hadjárat a semmibe Strófák egy képzelt költeményből

…………………………………….a Jákob-létra végtelenbe veszs a nagy eposznak vége sohse lesz.

…Jákob ószövetségi pátriárka testvére, Ézsau elől menekült, akitől az elsőszülöttség jogát ravasz csellel szerezte meg. Mikor megpihent a szabadban, feje alá egy követ rakott. Álmában egy létra ereszkedett le a mennyből. Az Úr angyalai jártak le-fel a létrán….

A bibliai Jákob-létra



n1=600 menetn2=24000 menet

U2=9200 V U1=230 V

I1=max2,5 A

A Jákob-létra egy egyszerű nagyfeszültséget

szemléltető eszköz

Az egyetlen fontos eleme egy nagyfeszültségű

transzformátor, amely maximum 20 mA-es

áramerősségre képes.



A kísérlet felépítése:

Nagyfeszültségű transzformátor (maximum 20 mA)Két egymástól kis szögben elhajló fémrúd (A két fémrúdat egymástól jól el kell szigetelni)

Működése: Az átütés pillanatában nagy mennyiségű ionizált levegő keletkezik, ami a magas hőmérséklet miatt(3000 C fok) felfelé száll.

A nagyfeszültségű ív pedig követni fogja a már ionizált levegőt, közben még több levegőt ionizál, így egyre hosszabb, vastagabb, de halványabb lesz.

A létra végén pedig már nem tudja tovább követni a már nagyon felkavarodott levegő útját, így a folyamat kezdődik elölről.

A fémrudak érintése rendkívül életveszélyes!



5. A sugárzó energia mechanikai munkává alakítása

Erős fényű lámpával rávilágítunk a radiométerre, a benne levő

kerék forogni kezd.



Crookes által feltalált készülék, mely legegyszerűbb alakjában egy csúcsra állított vízszintes síkban, lehetőleg könnyen forgó négyágú kis szélkerékből áll, melynek küllői alumíniumból, lapátjai pedig valamelyik oldalukon korommal bevont csillámlemezekből készülnek.

RadiométerEgy fényforrás sugarainak behatása alatt a kis lapátos

kerék forgásnak indul.A kormozott lapok a sugarak elől hátrálnak. A kísérletek

azt mutatják, hogy a forgást különösen a hőhatású sugarak idézik elő.



Szikrainduktorral kis katódsugárcsövet táplálunk, amelyben a fény-radiométerhez hasonlóan kis kerék van, amely a katódsugár hatására forogni kezd. A kerék lapátjai különböző fluoreszkáló festékekkel vannak bevonva, amelyeknek fénye jól érzékelteti a kis kerék forgását.



5. Foglakozások

10-14 éves diákok által előállított kísérleti eszközök



A Jedlik terem



dr. Újházy Géza; Őstranszformátorok 1990.Verebélÿ László, Jedlik Ányos két úttörő találmánya 1994.dr. Jeszenszky Sándor; Jedlik Ányos az első magyar elektrotechnikus 2000.http://www.erak.hu/szemelvenyek/kompetenciafogalom.pdfhttp://www.youtube.com/watch?v=k7JTyRBfeF4&mode=related&search=csavarmotorhttp://www.youtube.com/watch?v=k7JTyRBfeF4&mode=related&search=csavarmotorhttp://www.sparkmuseum.com/MOTORS.HTMhttp://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/faradaymotor/index.htmlhttp://www.sparkmuseum.com/MOTORS.HTM Összes motor típushttp://www.greenfo.hu/hirek/hirek_item.php?hir=17086http://www.kislexikon.hu/radiometer.html

Irodalom

jarosievitz zoltán zzjaro@yahoo országos műszaki múzeum elektrotechnikai múzeuma

Documents