2. Vezetők, szigetelők, elektromos áram

1. (129/1)

A digitális multiméter szakadásjelzése segít az anyagok vezetőképességének vizsgálatában. A következő tapasztalatokat lehet gyűjteni az anyagok érintésekor:

Tapasztalatok:

• Vezető anyagok (jelzést ad a szakadásjelzés): fém evőkanál, kötőtű, csavar (mivel a fémek jó vezetők).
• Gyenge vezetők vagy félvezetők (esetenként jelzést ad): grafitceruza (a grafit vezeti az áramot, de nem olyan jól, mint a fémek).
• Szigetelők (nem ad jelzést): vonalzó, fakanál, hurkapálca (ezek nem vezetik az áramot, mivel szigetelő anyagokból készültek).

Csoportosítás anyagok szerint:

1. Vezetők: fémek (például evőkanál, csavar, kötőtű).

2. Félvezetők: grafit (például grafitceruza).

3. Szigetelők: műanyag, fa (például vonalzó, fakanál, hurkapálca).

2. (129/2)

Az Időkép internetes oldalon keresd meg a térképek közül a villámtérképet! A villám mely tulajdonsága alapján tudják a villámokat detektálni?

A villámokat az elektromos kisülés során keletkező elektromágneses hullámok alapján detektálják. Ezek a hullámok a villámcsapás pillanatában keletkeznek, és speciális érzékelőkkel, például villámdetektorokkal rögzíthetők. Az Időkép villámtérképe az ilyen mérések alapján jeleníti meg a villámok helyét és időpontját.

3. (129/3)

A zivatarfelhők felett létrejövő légköri elektromos jelenségeket felsőlégköri elektro-optikai jelenségeknek vagy TLE-jelenségeknek (Transient Luminous Events) nevezik. Ezek közé tartoznak például a vörös lidércek, kék nyalábok, óriás nyalábok, gyűrűlidércek, és tündérkék.

Megfigyelésük módja: Ezek a jelenségek rendkívül rövid ideig tartanak, és nagy magasságban, a sztratoszférától a mezoszféra tetejéig alakulnak ki. Megfigyelésükhöz speciális, nagy érzékenységű kamerákra van szükség, amelyek képesek rögzíteni a gyors fényfelvillanásokat. A jelenségek gyakran a világűrből, például az ISS-ről is jól láthatók.

4. (129/4)

Vezetőképesség

a) A fémek, különösen például a réz és az ezüst, kiemelkedően jó vezetők, vezetőképességük nagyságrendje általában körül van. Ez azt jelenti, hogy az elektromos áramot rendkívül hatékonyan vezetik.

b) A víz vezetőképessége a benne oldott ionoktól függ. A tiszta desztillált víz gyenge vezető, mivel kevés oldott iont tartalmaz. A csapvíz vagy tengervíz vezetőképessége viszont jelentősen magasabb a benne lévő sók és egyéb ásványi anyagok miatt, amelyek ionokat adnak a vízhez.

c) A réz vezetőképessége körülbelül 

míg a csapvízé általában 

között mozog. Ennek alapján a réz vezetőképessége körülbelül 10 milliószor jobb a csapvízénél!

5. (130/5)

Vezetők:

• Radiátor (fém)
• Körömolló (fém)
• Kólásdoboz (alumínium)
• Alufólia (alumínium)
• Fazék (fém)
• Villa (fém)

Szigetelők:

• Hurkapálca (fa)
• Porcelánbögre (porcelán)
• Befőttesgumi (gumi)
• Nejlonzacskó (műanyag)
• Radír (gumi)
• Könyv (papír)

6. (130/6)

A villámhárító három fő része a következő:

1. Felfogó: Az épület tetején található, általában hegyes acélrúd, amely a villámot "felfogja".

2. Levezető: Egy vezető anyagból készült kábel, amely a villám energiáját a földeléshez vezeti.

3. Földelő: A talajjal érintkező rész, amely biztonságosan eloszlatja a villám energiáját a földben.

A villámhárító célja, hogy megvédje az épületet és annak lakóit a villámcsapás káros hatásaitól. Ha találsz egy épületet a közeledben villámhárítóval, készíts róla képet, és figyeld meg ezeket a részeket!

7. (130/7)

A villámcsapás veszélyének elkerülésére az alábbi szabályokat érdemes betartani:

1. Keress biztonságos menedéket: Zivatar idején tartózkodj épületen belül vagy autóban. Kerüld a nyílt tereket, magaslatokat és magányos fákat.

2. Ne érj fém tárgyakhoz: Villámcsapás esetén a fémek vezetik az áramot, ezért kerüld a kerékpárokat, kerítéseket és egyéb fémeszközöket.

3. Maradj távol a víztől: Ne tartózkodj vízparton, medencében vagy más vízfelületek közelében.

4. Kapcsold ki az elektromos eszközöket: Húzd ki a konnektorból az elektromos készülékeket, hogy elkerüld a túlfeszültség okozta károkat.

5. Figyeld az időjárás-előrejelzést: Ha zivatar közeledik, időben készülj fel, és kerüld a kockázatos helyzeteket.

8. (130/8)

Miért halljuk később a dörgést? Ennek az oka, hogy a fény (villámlás) sokkal gyorsabban terjed, mint a hang (dörgés). A fény sebessége körülbelül 300 000 km/s, így azonnal eléri a szemünket. Ezzel szemben a hang terjedési sebessége a levegőben körülbelül 343 m/s (20°C-os hőmérsékleten), ezért a dörgést késve halljuk.

Becslés a zivatar távolságára: A villámlás és a dörgés közötti idő alapján kiszámítható a távolság. Ha a különbség 6 másodperc, akkor:

Eredmény: A zivatarzóna körülbelül 2 km-re van tőlünk.

9. (130/9)

Vezetők:

• Vas: Jó vezető (fém)
• Higany: Jó vezető (folyékony fém)
• Alumínium: Jó vezető (fém)
• Acél: Jó vezető (fémötvözet)
• Réz: Kiváló vezető (fém)

Szigetelők:

· PVC: Szigetelő (műanyag)

· Üveg: Szigetelő (általában nem vezeti az áramot)

· Étolaj: Szigetelő (nem vezeti az áramot)

· Papír: Szigetelő (általában nem vezeti az áramot)

3. Áramerősség, feszültség

1. (131/1)

Egyenárammal működő eszközök:

• Zseblámpa: Az akkumulátor vagy elem egyenáramot biztosít.
• Elektromos roller: Az akkumulátor által táplált motor egyenáramot használ.
• Okostelefon: Az akkumulátor egyenáramot biztosít.
• Konyhai mérleg: Az elemek vagy akkumulátorok által biztosított áram egyenáram.

Váltakozó árammal működő eszközök:

• Turmixgép: Hálózati csatlakozással váltakozó áramot használ.
• Mosógép: Hálózati csatlakozással váltakozó áramot használ.
• Csiszológép: Hálózati csatlakozással váltakozó áramot használ.

2. (131/2)

1. Töltsd ki a táblázatot:

• Gyűjts össze különböző típusú elemeket, például AA, AAA, CR2032.
• Írd fel az elem állapotát (friss, keveset használt vagy lemerült), hogy tölthető-e vagy nem.
• Mérd meg a feszültségüket feszültségmérővel, majd jegyezd fel.

2. Elemzés:

• Különbség a tölthető és nem tölthető elemek között: A tölthető elemek (pl. NiMH akkumulátorok) névleges feszültsége általában 1,2 V, míg a nem tölthető alkáli elemeké 1,5 V. Ezen kívül a tölthető elemek újratölthetők, míg a nem tölthetők egyszer használatosak.
• Friss és lemerült elemek különbsége: A friss elemek közel vannak a névleges feszültségükhöz (például 1,5 V alkáli elemek esetén), míg a lemerültek feszültsége jelentősen alacsonyabb, akár 1 V vagy kevesebb is lehet.
• Friss elemek és névleges feszültség összehasonlítása: A friss elemek mért feszültsége közel kell legyen ahhoz az értékhez, amely a csomagolásukon fel van tüntetve.

3. Megfigyelés: Tedd hozzá a táblázathoz, hogy milyen tapasztalatokat szereztél a különböző elemek használatával kapcsolatban.

3. (131/3)

Az áramforrások feszültségei:

• Autó akkumulátora: Általában 12 V, teljesen feltöltött állapotban 12,6–12,7 V, töltés közben akár 13–14 V is lehet2.
• Okostelefon-akkumulátor: A legtöbb okostelefon lítium-ion akkumulátora névleges feszültsége 3,7–3,8 V5.
• Tölthető AA elem: Nikkel-fémhidrid (NiMH) akkumulátorok esetén 1,2 V. Nem tölthető AA elem: Alkáli elemek esetén 1,5 V8.
• Akkus csavarbehajtó akkumulátora: A feszültség típustól függően 3,6 V, 12 V, vagy akár 18 V is lehet11.
• Laptop-akkumulátor: A lítium-ion cellák névleges feszültsége 3,6 V, a cellák soros kapcsolásával általában 10,8–11,1 V vagy 14,4–14,8 V14.

4. (132/4)

Az áramerősségek növekvő sorrendje:

1. Háztartási elemtöltő töltőárama: kb. 0,1–1 A
2. Laptoptöltő töltőárama: kb. 2–3 A
3. Vízforraló áramerőssége: kb. 8–12 A
4. Elektromos autó töltőárama: kb. 10–100 A (a töltő típustól függően)
5. Alumíniumgyártás során alkalmazott áramerősség: kb. 100–500 kA
6. Villámlás áramerőssége: akár 30 000–300 000 A

5. (132/5)

Az áramerősség állandó nagyságú: Egyen

A töltések rendezetten mozognak: Egyen

Veszélyes lehet az emberre: Mindkettő

A pozitív töltések ugyanarra mozognak, mint a negatív töltések: Egyik sem

A töltések rezgőmozgást végeznek: Váltó

Elemmel elő lehet állítani: Egyen

Az áram iránya nem változik: Egyen

Van olyan pillanat, amikor a töltések megállnak: Egyik sem

Bármilyen vezetőben létrejöhet: Mindkettő

A hálózati elektromos rendszer ilyen: Váltó

6. (132/6)

• 140 mA = 0,14 A
• 2,1 kA = 2100 A = 2 100 000 mA
• 518 A = 518 000 mA = 0,518 kA
• 0,052 A = 52 mA
• 9250 A = 9,25 kA
• 50 mA = 0,05 A = 0,00005 kA

7. (133/7)

A töltésmennyiség kiszámítható az alábbi képlettel: 

ahol:

• Q a töltésmennyiség (C),
• I az áramerősség (A),
• t az idő (s).

• Átváltások: 

Az áramerősséget: 160 mA=0,16 A

Számítás:

Eredmény: A vezetékben a töltésmennyiség 9216 coulomb volt.

8. (133/8)

• 10 mV = 0,01 V
• 410 kV = 410 000 V
• 24 V = 24 000 mV = 0,024 kV
• 1,5 V = 1500 mV
• 782 mV = 0,782 V
• 230 V = 230 000 mV = 0,23 kV

• Készítette: A COPILOT

vissza