17. Tanulókísérlet: áramforrás paramétereinek mérése
17. Tanulókísérlet: áramforrás paramétereinek mérése
A képet készítette a Copilot.
Középszintű érettségi viszgafeladat
Grafikus feladat
Forrás: https://kemfiz.hu/fizika_kozep_egyenaram.html
Feladat:
1. Két ceruzaelem (nem újratölthető alkáli, 1,5 V; újratölthető NiMH, 1,2 V) minőségét hasonlítjuk össze. Mindkét elemet olyan áramkörbe kapcsoljuk, ahol az őket terhelő áram állandóan 1 A. Az elemek kapocsfeszültségét időközönként mérjük, az adatokat táblázat tartalmazza.
a) Rajzold meg a kapocsfeszültség–idő grafikonokat mindkét elemre.
b) Hasonlítsd össze a névleges feszültségeket, a kezdeti kapocsfeszültségeket és a t=0,4 h időpillanatban mért értékeket.
c) Döntsd el, melyik elem működteti tovább az áramkört, és becsüld meg az egyes elemek által szolgáltatott töltésmennyiséget Ah-ban.
d) Két azonos zseblámpában az egyikben teljesen feltöltött NiMH, a másikban új alkáli elem van. Melyik lámpa fénye lesz egyenletesebb az elem teljes élettartama alatt?
Megoldás:
a) Feszültség–idő grafikon
Mindkét elem kapocsfeszültsége csökken az idővel, mert a terhelés (1 A) meríti őket. Az alkáli elem feszültsége folyamatosan és egyre gyorsabban esik, a NiMH feszültsége lassabban és egyenletesebben csökken.
ide, egy grafikon kell!
b) Névleges és mért feszültségek összehasonlítása
Névleges feszültség: az alkáli elemé nagyobb (1,5 V > 1,2 V).
A mérés kezdetén: az alkáli elem kapocsfeszültsége magasabb.
t = 0,4 h-nál: a NiMH elem feszültsége magasabb, mert az alkáli gyorsabban merül.
c) Melyik működteti tovább az áramkört? Töltésmennyiség (Ah) becslése
Az elem addig működik, amíg a kapocsfeszültsége a működési határ alá nem esik.
A grafikon alapján:
az alkáli elem hamarabb lemerül,
a NiMH elem tovább tartja a feszültséget, ezért tovább működteti az áramkört.
A töltésmennyiség becslése:
Q=I⋅t
Ha például az alkáli elem kb. 0,6 h után merül le:
Qalkaˊli≈1 A⋅0,6 h=0,6 Ah
Ha a NiMH elem kb. 1,0 h-ig működik:
QNiMH≈1 A⋅1,0 h=1,0 Ah
A NiMH tehát nagyobb töltésmennyiséget szolgáltat.
d) Melyik lámpa fénye lesz egyenletesebb?
A NiMH elem feszültsége lassan és egyenletesen csökken, ezért a zseblámpa fénye is egyenletesebb marad az egész élettartam alatt.
Az alkáli elem feszültsége folyamatosan esik, így a lámpa fénye folyamatosan gyengül.
Középszintű érettségi vizsgafeladat
Számolási feladat
Forrás: https://kemfiz.hu/fizika_kozep_egyenaram.html
8.
Egy 110 voltos, 60 wattos izzólámpát szeretnénk a magyar, 230 voltos hálózatról működtetni. Az izzóval sorba kötött előtét‑ellenállás feladata, hogy az izzóra csak 110 volt feszültség jusson. A feladat annak meghatározása, mekkora értékű legyen ez az előtét‑ellenállás.
Középszintű érettségi vizsgafeladat
Tesztek
Forrás: https://kemfiz.hu/fizika_kozep_egyenaram.html
21, 23, 24, 53, 65, 71, 82
21. Zseblámpaizzó 10 V-on 2 W-tal világít. Mi történik, ha a polaritást megcseréljük (−10 V)?
A – Az izzó teljesítménye 2 W marad.
Az izzó ohmos fogyasztó, a teljesítmény nagysága P=U2/R. A feszültség előjele csak az áram irányát változtatja, a nagyságát nem. Ezért a teljesítmény és a fényerő változatlan marad.
23. Miért fogyaszt többet a hagyományos villanykörte, mint a kompakt fénycső?
B – A hagyományos izzó az energia nagy részét hővé alakítja.
Az izzószál felhevül, és az elektromos energia nagy része hőként távozik. A kompakt fénycső hatásfoka sokkal jobb, mert az energia nagyobb része alakul fényenergiává. Ezért ugyanannyi fényhez kevesebb energiát igényel.
24. Japánban feleakkora a hálózati feszültség. Mennyi ideig forralná a vizet ugyanaz a merülőforraló, ha nálunk 5 perc?
C – 20 perc.
A teljesítmény P∼U2. Ha a feszültség felére csökken, a teljesítmény negyedére esik. Ugyanannyi hő előállításához így négyszer hosszabb idő kell:
5 perc×4=20 perc.
53. Vasaló: 230 V, 2300 W. Mekkora áram folyik rajta?
B – 10 A. A teljesítmény és áram kapcsolata:
I=PU=2300230=10 A.
Ez az üzemi áramerősség a hálózaton.
65. Akkumulátor: 6 V, 0,3 A, 100 s. Mennyivel csökken a kémiai energiája?
A – 180 J-lal. Az elektromos energia:
W=U⋅I⋅t=6⋅0,3⋅100=180 J.
Ennyit biztosan elveszít a kémiai energiatartalékából.
71. Tolóellenállás csúszkáját a nyíl irányába mozgatjuk. Mi igaz a mérőműszerekre?
C – Sem az A, sem a B állítás nem igaz.
A csúszka mozgatásával az ellenállás értéke változik, ezzel az áram és a feszültségmegoszlás is. Az áram és a feszültség nem garantáltan nő — az adott kapcsolásban egyik mérőműszer sem mutat biztosan növekvő értéket.
82. 230 V-os főzőlap: 500 W és 750 W fokozat. Mikor nagyobb az áram?
B – A 750 W teljesítményű fokozat esetén. Az áram:
I=PU.
Nagyobb teljesítményhez ugyanazon feszültség mellett nagyobb áram tartozik:
I750>I500.
Ezért a 750 W-os fokozatnál folyik nagyobb áram.