TANÍTÁSA FIZIKA - Mozaik · 2013. 5. 10. · 2 MOZAIK KIADÓ A FIZIKA TANÍTÁSA 2012. december Közlési feltételek: A közlésre szánt kéziratokat gépelve (két példányban),

TANÍTÁSAMÓDSZERTANI FOLYÓIRAT

AFI

ZIK

A

XX. ÉVFOLYAM 20124M·ZAIK

www.mozaik.info.hu

Az energiáról és azenergiatermelésrôl – III. rész

(Király Márton – Dr. Radnóti Katalin)

Kérdések és egyszerûválaszok a mikrohullámú sütô

mûködésével kapcsolatosan(Schwartz Katalin)

A XXII. Öveges JózsefOrszágos Fizikaverseny

döntôjére kitûzött feladatok és megoldásuk

(Dr. Vida József)

MOZAIK KIADÓ2

A FIZIKA TANÍTÁSA 2012. december

Közlési feltételek:A közlésre szánt kéziratokat gépelve (két példányban),

floppy lemezen vagy e-mailen ([email protected]) küld-jék meg a szerkesztõség címére. A kéziratok lehetõleg ne ha-ladják meg a 8-10 gépelt oldalt (oldalanként 30 sorban 66 le-ütés). A rajzokat, ábrákat, táblázatokat és fényképeket különlapon megfelelõ szövegezéssel kérjük ellátni. (A szövegrész-ben pedig zárójelben utaljanak rá.)

Kérjük, hogy a szövegbeli idézetek név- és évszámjelölés-sel történjenek, míg a tanulmányok végén a felsorolt iroda-lom alfabetikus sorrendben készüljön. Kérjük szerzõtársain-kat, hogy a kéziratok beküldésével egyidejûleg szíveskedjenekközölni pontos címüket, munkahelyüket és beosztásukat. A cikk megjelenése után a lemezeket visszaküldjük.

A FIZIKATANÍTÁSAmódszertani folyóirat

Szerkesztõség:Fõszerkesztõ:

Bonifert Domonkosné dr.

fõiskolai docens

A szerkesztõbizottság:

Dr. Kövesdi Katalin

fõiskolai docens

Dr. Molnár Miklósegyetemi docens

Szerkesztõség címe:6723 Szeged, Debreceni u. 3/BTel.: (62) 470-101,FAX: (62) 554-666

Kiadó:MOZAIK Kiadó Kft.Felelõs kiadó: Török Zoltán Tördelõszerkesztõ: Forró LajosBorítóterv: Deák Ferenc

Megrendelhetõ: MOZAIK Kiadó Kft.6701 Szeged, Pf. 301

Éves elõfizetési díj: 1680 Ft

A lap megvásárolható aMOZAIK Könyvesboltban:Budapest VIII., Üllõi út 70.

A Fizika Tanításában megjelenõ valamennyi cikket szerzõi jog védi. Másolásuk bármilyenformában kizárólag a kiadó elõzetes írásbeli engedélyével történhet.

ISSN 1216-6634

Készültaz Innovariant Kft.-ben, SzegedenFelelõs vezetõ: Drágán György

TARTALOM

Az energiáról, az energiatermelésrõl III. rész

Király Márton – Dr. Radnóti Katalin,

ELTE TTK Fizikai Intézet

Kérdések és egyszerû válaszok a mikrohullámú

sütõ mûködésével kapcsolatosan

Schwartz Katalin ált. isk. tanár, Budapest

XXII. Öveges József Országos Fizikaverseny

Juhász Nándor ált. isk. tanár, Szeged

A XXII. Öveges József Országos Fizikaverseny

döntõjére kitûzött feladatok és megoldásuk

Dr. Vida József fõiskolai tanár, Eger

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 2

Sorozatunk befejezõ részében a nukleárisenergiával foglalkozunk. A nukleáristechnológia elmúlt mintegy 70 éve alatt

sok esemény befolyásolta negatívan a népességatomenergiához való viszonyát. Az atommag-hasadás felfedezése után (1938) a kor nagyha-talmai (USA, Németország, Anglia, Szovjet-unió) potenciális fegyvert láttak ennek nagyméretû katonai célú megvalósításában, így a tu-dományos élet ezen szelete még a második vi-lágháború kitörése elõtt eltûnt a közéletbõl, ál-lamtitoknak minõsült. 1939-ben íródott az a levél, amely felhívta Roosevelt elnök figyelmétaz atommagkutatás lehetséges hadászati jelentõ-ségére. A levél megalkotása négy nagy fizikushozköthetõ: Szilárd Leó, Wigner Jenõ, Teller Ede, ésaz aláíró Albert Einstein. Az elsõ nyilvános meg-jelenése ennek a forradalmian új energiatermelé-si módnak a katonai célú felhasználása volt, azelsõ kísérleti robbantás és a második világhábo-rús atombomba támadások 1945 augusztusábanHirosima és Nagasaki városok ellen.

Ennél jóval fontosabb volt azonban az a tö-rekvés, hogy a maghasadáskor felszabadulóenergiát békés célokra is fel lehessen használni,vagyis elektromos energiává lehessen alakítani[1]. Ezeket a törekvéseket siker koronázta, többatomerõmû típust sikerült kifejleszteni és kerül-tek kereskedelmi forgalomba. A legelterjedtebb

konstrukciók a forralóvizes (BWR), a nyomott-vizes (PWR), a nehézvizes (CANDU) és a grafi-tos (RBMK) típusok voltak. Ezek adják a mamûködõ reaktorok nagy részét is [2], melyekrõla késõbbiekben részletesebben szólunk. Az atomerõmûvek által termelt villamos energia– amely a világban termelt elektromos energia16%-a – jelenleg egy milliárd emberhez jut el.Ma a világ több, mint 30 országában találhatókatomerõmûvek, ezek az országok fõleg a fejlettgazdaságú országokhoz (OECD) tartoznak. Ez összesen 439 atomerõmûvi blokkot jelent,350 GW erõmûvi kapacitással, mely az utolsóévtizedben nem változott jelentõsen. Az ener-gia-ellátás biztonságának növekvõ fontossága,valamint a globális klímaváltozás kockázatamegújították a közgondolkodást és megindultakújabb nukleáris beruházások. Ugyanakkor azutóbbi években az atomenergia megítélésegyorsan változott. A Fukushimában történt bal-eset hírére a közvélemény ismét elfordult azatomerõmûvek gondolatától.

Az atomerõmûvekben is – a többi erõmûhözhasonlóan – úgy fejlesztik az elektromos energi-át, hogy a felszabaduló termikus energiát gõzfej-lesztésre fordítják, a gõz megforgatja a turbinát,ezt a mechanikai energiát egy generátor segítsé-gével, elektromágneses indukciót alkalmazvaelektromos energiává alakítják. A különbség

MOZAIK KIADÓ 3

2012. december A FIZIKA TANÍTÁSA

FÓKUSZ

Király Márton – Dr. Radnóti Katalin

Az energiáról és az energiatermelésrõlIII. rész

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 3

csupán annyi, hogy a körfolyamathoz szükségeshõt az atomreaktorban lejátszódó atommagha-sadás termeli. Az elektromos energiatermelés-nek azonos az alapelve minden erõmû eseté-ben, csak az atomerõmûben az elsõdlegesenergiaátalakulás a maghasadáskor történik.

Az atomerõmûvek generációi

Elsõ generációs atomerõmûvek

Ide tartoznak az elsõ erõmûvek, amelyeketaz ötvenes és hatvanas években, illetve

a hetvenes évek elején helyeztek üzembe. Ezekjelentõs része ma már nem üzemel, a maradékpedig élettartama végén jár. Az elsõ generációserõmûvek sem jelentettek kimagasló biztonságikockázatot, de ezek még a jelenleginél kevésbészigorú biztonsági elõírások figyelembevételévelépültek. Az újonnan felfedezett tudományág ek-kor szülte meg a civil infrastruktúrát és mûszakitudást, mely a mai atomerõmûvekhez vezetett.

Második generációs atomerõmûvek

A második generációs erõmûvek alkotják a ma üzemelõ erõmûvek döntõ többségét. Itt mára tervezés során is szigorúbb biztonsági elveket al-kalmaztak, például mindegyiket ellátták olyannyomásálló burkolattal (konténmenttel), amelybaleseti helyzetekben megakadályozza a radioak-tív anyagok környezetbe jutását. A konténmentekhatékonyságát valós baleseti helyzetben bizonyí-totta az Egyesült Államokban 1979 tavaszán be-következett baleset. A második generációs erõ-mûvek az egyre szigorodó elõírások folytán többbiztonságnövelõ átalakításon estek át. A máso-dik generációhoz tartoznak a Paksi Atomerõmûblokkjai, de második generációs atomerõmûveküzemeltek Fukushimában is.

Harmadik generációs atomerõmûvek

Ezek az erõmûvek tökéletesebbek a máso-dik generáció erõmûveinél, mind gazdaságos-sági (hatásfok), mind biztonsági (fejlett bizton-ságtechnika, passzív biztonságra tervezték),

mint méretgazdaságosság (1600 MW-os blok-kok) tekintetében, de lényegileg (felépítés,üzemanyagciklus) nem különböznek azoktól,ugyanazon tervezési alapelveket követik.

Negyedik generációs atomerõmûvek

Ezek az elképzelések a nukleáris technológi-ák újragondolását, hatékonyabbá tételét tûztékki célul maguk elé. A magas hõmérsékletû el-gondolások a nagyobb termodinamikai hatás-fok elérésére és a kapcsolt energiatermelésre isalkalmassá teszik a reaktorokat. A kapcsolt mû-veletek alatt általában hidrogéntermelést, meta-nol gyártást értünk, melyekbõl viszonylag egy-szerûen energia szabadítható fel. Ez azértfontos, mivel az egyszer már megtermelt villa-mos energia nem tárolható, azonban a hidro-gént vagy a metanolt el tudjuk raktározni, és ak-kor tudjuk felhasználni, amikor szükséges. [3].

Reaktortípusok

Az atomreaktorok a következõ alaptípusok-ba sorolhatók:– termikus reaktorok,– gyorsreaktorok.

Termikus reaktorok

Az atomreaktorban történõ maghasadás so-rán egy nehéz kémiai elem (pl. 235-ös

urán) atommagja két kisebbre hasad egy neut-ron befogása következtében. Ennek során ener-gia szabadul fel, valamint 1–3 neutron keletke-zik. Így a maghasadás több neutront kelt, mintamennyit elhasznál, és az egész folyamat ön-fenntartó lesz, vagyis láncreakció megy végbe.Ezt a fenntartott és szabályozott láncreakciót ne-vezzük a reaktor kritikus állapotának. Mivel a keletkezõ neutronok gyorsak, azonban a ha-sadóképes uránatommag csak lassú (termikus)neutronokat tud befogni, a maghasadás soránkeletkezõ neutronokat lassítani kell, ehhez mo-derátorokat alkalmaznak. A termikus atomreak-torokban a láncreakciót termikus neutronok

MOZAIK KIADÓ4


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 4

tartják fenn. Moderátorként (lassítóként) kis tö-megszámú izotópokat tartalmazó anyagok jö-hetnek szóba. Egy ütközésben ugyanis annáltöbb energiát veszíthet a neutron, minél kisebbtömegû atommaggal ütközik. A gyakorlatbanháromféle moderátoranyagot használnak: köny-nyûvíz (H2O), nehézvíz (D2O) és grafit.

A tömeget tekintve a leghatékonyabb mo-derátor a könnyûvíz, de hátránya, hogy a hid-rogén kis mértékben elnyeli a termikus neutro-nokat. Ez éppen elégséges ahhoz, hogykönnyûvíz moderátorral és természetes uránnalne jöjjön létre az önfenntartó láncreakció. Ezérta könnyûvízzel moderált reaktorokban kissé(néhány %-ban) az urán hasadó, 235-ös tömegszámú izotópjában dúsított uránt kell al-kalmazni. A többi moderátor esetében a láncre-akció természetes uránnal is megvalósul. A ter-mikus reaktorok üzemanyaga ma a reaktoroktöbbségében kissé (2–4,2%-ban) dúsított vagytermészetes (0,7%) UO2 (urán-dioxid), amelyetáltalában valamilyen cirkónium-ötvözetbõl ké-szült burkolattal ellátott rudakban helyeznek el a reaktorban. Ezek a rudak a fûtõelem kazetták.

A maghasadás során nagy mennyiségû hõkeletkezik, amelyet el kell vezetni az aktív zóná-ból. A termikus reaktorok hûtõközege többfélelehet. Szilárd moderátor (grafit) esetében lehetgáz (szén-dioxid vagy hélium), vagy víz, folyé-kony moderátor (H2O, D2O) esetében a hûtõ-közeg lehet maga a moderátor vagy külön hû-tõvízrendszer.

A reaktor mûködése során szabályozzák a maghasadások számát. Mivel a maghasadás-hoz neutron szükséges, a maghasadások számáta neutronok elnyelésével lehet csökkenteni. A reaktorok szabályozása ezért úgy történik,hogy változtatják bennük a neutronelnyelõanyagok mennyiségét. Ebbõl a célból szabályo-zó rudak formájában általában bórt, kadmiu-mot vagy gadolíniumot juttatnak a reaktorba. A neutronok arányát jellemzõ számot sokszoro-zási tényezõnek nevezzük. Amikor egy szabá-lyozó rudat a reaktorba betolnak, akkor a sok-

szorozási tényezõt – és ezzel a hasadások szá-mát – csökkentik, amikor pedig a reaktorból ki-húzzák, a sokszorozási tényezõt növelik. Ilyenmódon lehet szabályozni a reaktor teljesítmé-nyét, illetve beindítani vagy leállítani a reaktort.

Könnyûvízzel moderált reaktorokban gyak-ran alkalmaznak vízben oldott bórsavat (Paksonis), amelynek koncentrációját változtatva ellen-súlyozni lehet a sokszorozási tényezõ valamelyokból fellépõ egyéb változásait, és így lehetsé-ges a reaktort folyamatosan kritikus állapotbantartani. Kritikus állapotban átlagosan egy neut-ron hoz létre új hasadást, a hasadások száma ésezzel a termelt energia mennyisége is idõben ál-landó. A reaktor folyamatos energiatermelésközben végig „kritikus” állapotban van.

Indítás elõtt a minimális kritikus tömegnéllényegesen több hasadóanyagot tesznek a reak-torba. Pakson 42 t urán van egyszerre jelen egyreaktorban, ennek évente harmadát cserélik. A kritikusságot úgy biztosítják, hogy a reaktorbamegfelelõ mennyiségû szabályozó rudat, esetlega moderátorban oldott bórsavat juttatnak. A maghasadások útján történõ energiatermelésmiatt egyrészt fogy a hasadóanyag, másrészthalmozódnak a hasadási termékek. Mindkét fo-lyamat csökkenti a sokszorozási tényezõt. (Vanegy ellenkezõ irányú hatás is, a plutónium ter-melõdése, de ez általában nem képes az elõbbikét hatást ellensúlyozni.) Ezeket a folyamatokategyütt kiégésnek nevezzük. (Természetesen en-nek a kémiai égési folyamathoz semmilyen kö-ze nincs.) A paksi atomerõmûben a kiégési szint28 MWnap/kg U, ennyi energia szabadul fel 1 kg üzemanyagból „élete során”. Ennek ellen-súlyozására az abszorbens (neutronelnyelõ)anyagok mennyiségét folyamatosan csökkentik,éppen olyan mértékben, ahogyan a kritikus ál-lapot fenntartása megköveteli. Az üzemidõ elsõszakaszában a bórsav koncentrációját csökken-tik, majd amikor az már nullára csökkent, a sza-bályozó rudakat kifelé kezdik húzni. Amikormár minden, a reaktorban lévõ rudat kihúztak,akkor a reaktort le kell állítani, és friss üzem-

MOZAIK KIADÓ 5


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 5

anyaggal feltölteni. A reaktor üzemét úgy terve-zik, hogy két átrakás között meghatározott idõ(általában egy év) teljen el. Átrakáskor a töltet-nek körülbelül 1/3-át cserélik ki friss üzem-anyagra, a többit pedig úgy rendezik át, hogy azúj töltetbõl az elkövetkezõ 1 év alatt maximálisenergiát lehessen kivenni. Egy-egy fûtõelem rúdtehát átlagosan 3 évet tölt a reaktorban.

28 MWnap = 28 ⋅ 1000 ⋅ 1000 ⋅ 86 400 Ws == 2,4 ⋅ 1012 J

Ez 1/8 mol 235U bomlási hõje

A termikus atomreaktorok között a moderá-tor típusa szerint az alábbi reaktor típusokat kü-lönböztetjük meg:

Folyadék moderátorú reaktorok

Könnyûvizes reaktorok

A legelterjedtebb atomreaktor típusokban a könnyûvizet használják moderátorként, ezeketgyûjtõnéven LWR-eknek nevezik (LWR = LightWater Reactor = könnyûvizes reaktor). A vízzelmoderált reaktoroknak igen nagy elõnyük,hogy túlhevülés esetén a víz elforr, a neutronoknem lassulnak le, hanem az 238U-ban maghasa-dás nélkül befogódnak, ezért ilyenkor a láncre-akció önmagától leáll. A hasadványok azonbanott maradnak, további hõt termelnek a radioak-tív bomlásuk során, ezért továbbra is hûtenikell!

Két fajtájuk van:– Nyomottvizes reaktorok (PWR = PressurizedWater Reactor)– Forralóvizes reaktorok (BWR = Boiling WaterReactor).

A nyomottvizes (PWR) atomreaktorok két-körösek (primer és szekunder kör), azaz a reak-torban felszabadított hõt a primer köri hûtõkö-zeg egy hõcserélõben adja át a szekunder körivíznek, ahol az elforr és a turbinák meghajtásá-hoz használt gõz keletkezik.

Ez a világon a legelterjedtebb reaktortípus,amelyet az Egyesült Államokban és a volt Szov-

jetunióban egyaránt kifejlesztettek. Moderáto-ruk és hûtõközegük könnyûvíz, üzemanyagukkissé (3–4,2%-ra) dúsított urán. Több ország,köztük Franciaország, Japán és Németország azamerikai típus alapján gyárt (ill. gyártott) atom-erõmûveket.

A Szovjetunióban kifejlesztett típusok a Pak-son mûködõ reaktorok is. A paksi PWR típusúreaktorok oroszból származó típusjele VVER,melynek jelentése: vízzel moderált, vízhûtésûenergetikai reaktor.

A nyomottvizes reaktor nagy elõnye a szer-kezeti biztonság. Túlhevülés esetén ugyanis –mint már említettük – a víz fölforr, buborékokképzõdnek, ezáltal a reaktor moderátort veszít,a láncreakció magától leáll. Ez lehetetlenné teszia reaktor megszaladását.

Példaként nézzük végig, milyen energiaát-alakulások történnek egy nyomottvizes típusúnukleáris erõmûben, amilyen Pakson is találha-tó (1. ábra)!

A fûtõanyag ebben az esetben az urán 235-ös izotópja, mely elhasad két kisebb rendszámúatommagra, miközben 2–3 neutron szabadulfel. Egy hasadás során 32 pJ energia szabadulfel, mely milliószorosa a kémiai reakciók soránfelszabaduló energiának. De mit kell ezen azenergia-felszabaduláson érteni? Hogyan jelenikez meg? Legfõképpen a hasadványok mozgásienergiájaként. A fûtõanyag kicsiny üzemanyagkapszulákban van jelen, melynek részecskéi üt-közni fognak a nagy mozgási energiával rendel-kezõ hasadványokkal és neutronokkal. Sok-sokütközés zajlik le, melynek során sok részecskefog gyorsabban mozogni, tehát növekszik a kapszula hõmérséklete. A felmelegedett kap-szula cirkónium burkolattal, a burkolat vízzelvan körülvéve (primer kör), melynek szinténnövekszik a hõmérséklete.

A primer körben a vizet nagyon nagy nyo-máson tartják (123 bar), emiatt az még a magasüzemi hõmérsékleten (300–330 °C) sem forr fel.(A magas primer köri nyomásról kapta a típus a nevét.) A primer köri víz az úgynevezett gõz-

MOZAIK KIADÓ6


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 6

fejlesztõ csöveiben átadja hõjét a szekunder körvizének, azaz lehûl, majd alacsonyabb hõmér-sékleten jut vissza a reaktorba.

A szekunder körben levõ víz nyomása sok-kal alacsonyabb (40 bar körüli), mint a primerkörben lévõé, emiatt a gõzfejlesztõben a felme-legedett víz felforr. Innen kerül (cseppleválasztásután) a gõz a nagynyomású, majd a kisnyomá-sú turbinára. A turbinából kilépõ gõz a konden-zátorban lecsapódik, majd elõmelegítés után új-ra a gõzfejlesztõbe kerül.

A primer és a szekunder kör vize nem keve-redik egymással! A gõzfejlesztõben is csövekenkeresztül adódik át a primer oldal hõje. Így elér-hetõ, hogy a hûtõközegbe került radioaktívanyagok a primer körben maradjanak, és nekerülhessenek a turbinába és a kondenzátorba,vagy adott esetben a környezetbe.

Végezzük el a következõ becslést!A paksi atomerõmûben 4 reaktor mûködik.

Reaktoronként a hõteljesítmény 1485 MW, a vil-lamos teljesítmény pedig 500 MW.

a) Becsüljük meg 1 reaktor üzemanyagtöltetét,ha tudjuk, hogy az üzemanyag kb. 4,2%-bantartalmaz jól hasadó 235U izotópot, és az izotóp

koncentrációja (az egész töltetre nézve) éventeátlagosan 1,14%-kal csökken! Tegyük fel, hogya felszabaduló energia nagyrészt az 235U mag-hasadásából ered, ahol egy-egy hasadás alkal-mával 32 pJ energia szabadul fel. (Egy évbenátlagosan 330 napot üzemel egy-egy reaktor.)Mekkora a tömege és a térfogata?

b) Mekkora lenne a paksi erõmûvel azonoshõteljesítményû (2000 MW) hõerõmû éviüzemanyag szükséglete, ha az 24,5 MJ/kg fûtõ-értékû szenet használna? Mekkora lenne a tö-mege és a térfogata? (η=0,33)

c) Becsüljük meg a szénerõmû által évenként ki-bocsátott CO2 gáz térfogatát normál állapotban!Milyen vastagon borítaná be ez a szén-dioxidgáz Magyarország területét, amely 93 033 km2?

Megoldás:a) Határozzuk meg egy reaktor aktív zónájábannaponként elhasadt uránmagok számát:

A naponként elhasadt urán össztömege pedig:

mU = ⋅⋅

⋅ =4 10

6 100 235 1 57

24

23 , ,kg kg.

NUs W= ⋅ ⋅ ⋅⋅

= ⋅−8 64 10 1 485 10

3 2 104 10

4 9

1124, ,

, J.

MOZAIK KIADÓ 7


1. ábraA Paksi Atomerõmû szerkezete

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 7

Évi 330 üzemnappal számolva, az 235U elha-sadt tömege évente: 517 kg.Az ehhez szükséges teljes üzemanyagtöltet tö-mege pedig:

4 blokkra: 181,4 tonna.

Térfogata: az urán sûrûsége meglehetõsen nagy:19,1 g/cm3, vagy 19100 kg/m3, vagy 19,1 ton-na/m3. V = m/ρ ≈ 2,375 m3 egy reaktor esetében.

4 reaktorra 9,5 m2.

Összehasonlításképp számoljuk ki egy kicsiszoba térfogatát. Magassága legyen 3 m, és 4 x4 m-es. V = 4 x 4 x 3 = 48 m3, melyben 5 év-re elegendõ töltet halmozható fel. A PaksiAtomerõmûben 2 évre elegendõ üzemanyagottárolnak.

Az üzemanyag szállítási térfogata, és a ki-égett, nagy aktivitású fûtõanyag térfogata isennyi. Tehát viszonylagosan kis térfogatokrólvan szó más – például a szénnel mûködõ – erõ-mûvekhez viszonyítva, ezért a szállítási költségaránylag kisebb. Természetesen a szállításnál ésa tárolásnál komoly nehezítõ tényezõ, hogy su-gárveszélyes anyagról van szó. Érdemes arról isszót ejteni, hogy radioaktív hulladék nemcsakaz atomreaktorokban keletkezik, hanem a ra-dioaktív izotópok mezõgazdasági, ipari és orvo-si alkalmazása során is. Például az izotópdiag-nosztikai vizsgálatokhoz, a sugárkezelésekhezalkalmazott radioaktív preparátumok, és azoktárolóedényei, kesztyûk stb. is radioaktív hulla-dékok, igaz, ezek kis és közepes aktivitásúak, ésaz itt alkalmazott izotópok rövid felezési idejûek.Azonban ezeknek a hulladékoknak nagyobb a térfogata. Ezek használata teljesen elfogadotta lakosság részérõl. Természetesen ezek nagyonfontos alkalmazások, csak azért írtuk le, hogy je-lezzük: a nukleáris technika elemeit máshol isalkalmazzák és ott is keletkezik hulladék.

b) A szükséges szén tömege 4 reaktorblokkraszámolva:

Térfogata: a szén sûrûsége ~ 0,85 tonna/m3,tehát térfogata 8 millió m3 lenne évente.

Gondolatban terítsük szét egy focipályára. A pálya mérete legyen 100 m x 50 m = 5000 m2.8000000/5000 = 1600 m = 1,6 km magaslenne. Magasabb, mint a Kékes!

A Mátrai Erõmû átlagos éves lignitfelhaszná-lása 8,5 millió tonna 700 MW-os elektromos tel-jesítmény eléréséhez. (A lignit fûtõértéke lénye-gesen kisebb – átlagosan 7,3 MJ/kg –, mintamivel a becslés során számoltunk.)

c) Ha feltesszük, hogy a teljes szénmennyiségtökéletesen elég, akkor a szénatomokból szén-dioxid molekulák lesznek, ezek száma megegye-zik a szénatomok számával. Ekkor a keletkezõgáz anyagmennyisége:

Normál állapotban ennyi szén-dioxid gáz térfo-gata:

Az ország teljes területét (93 ezer km2) befe-dõ normál állapotú gázréteg vastagsága1,29 ⋅ 1010 m3/9,3 ⋅ 1010 m2 13,8 cm lenne.

A forralóvizes atomreaktorokban az aktívzónában való áthaladás közben a hûtõközeg(könnyûvíz) 5–10 %-a elforr, azt leválasztják,majd a telített gõzt közvetlenül a turbinába ve-zetik. Az ilyen típusú reaktorok egykörösek.Hátrányuk, hogy a turbinára is a radioaktív hû-tõközeg kerül, így az is radioaktívvá válik.

Érdekes a szabályozó rudak mozgása. Míg a többi reaktortípus esetében ezek lefelé esve ál-lítják meg a láncreakciót, addig ennél a típusnála rudakat lentrõl kell felfelé benyomni a reaktorleállításához.

VN

3

3

molmmol

m.

= ⋅ ⋅ =

= ⋅

−5 76 10 22 41 10

1 29 10

11 3

10

, . ,

,

nkg= ⋅

⋅⋅

−

6 9 10

1 2 10

9

2

,

,kg

mol

=5,76 10 mol szénatom.11

Tömege mW s

:,

,

,

szén6

330

24,5.10J

kg

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅=

= ⋅

2 10 8 64 10

0 33

69 125

9 4

110 6 9 108 6kg t≈ ⋅,Mtöltet -2

kg

1,14 10t.=

⋅≈517

45 35,

MOZAIK KIADÓ8


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 8

Ilyen reaktorok mûködnek – többek között –az USA-ban, Japánban, Németországban ésSvédországban. (A Fukushimában bekövetke-zett balesetet részletesen bemutatja A Kémia Tanítása 2011/3. számában megjelent írás.)

A nehézvízzel moderált atomreaktorok típusátKanada fejlesztette ki. E reaktorok hûtõközegekönnyûvíz, moderátora nehézvíz, üzemanyagatermészetes urán (2. ábra). Mind a grafitos, minda nehézvizes reaktorok kitûnnek folyamatos mû-

MOZAIK KIADÓ 9


2. ábraA nehézvizes CANDU típusú reaktor szerkezete

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 9

ködésükkel, aminek elsõdleges oka az, hogy eze-ket a reaktor leállítása nélkül lehet friss üzem-anyaggal feltölteni. Ezzel szemben a könnyûvizesreaktorokat átrakáskor le kell állítani, ezáltal éven-te 3–4 hét üzemidõ mindenképpen kiesik.

Legismertebb megvalósítását a kanadaiCANDU (Canadian Deuterium Uranium) reak-torok jelentik. Ezek a reaktortípusok mûködnekKanadában, Romániában, Indiában és Pakisz-tánban (2. ábra).

Grafitmoderátoros atomreaktorokat Fran-ciaország, Nagy-Britannia és a Szovjetunió fej-lesztett ki, elsõsorban plutónium termelésre,majd villamos energia elõállítására. Az elõbbiekesetében a hûtõközeg szén-dioxid (CO2) gáz.Alkalmazásuk egyre jobban visszaszorul.

A grafitos reaktorok fõ elõnye az lenne,hogy természetes uránnal is mûködtethetõk. A gazdaságos üzemvitelhez szükséges mûszakiparaméterek azonban csak enyhén (kb. 1,5%-ra) dúsított uránnal biztosíthatók. Ezekben a re-aktorokban a hûtõközeg könnyûvíz vagy vala-milyen gáz (CO2 vagy He).

A grafitos reaktorok szovjet változata az RBMK(reaktor bolsoj mozsnoszty kipjascsij = nagytelje-

sítményû vízforraló csatornarendszerû reaktor) tí-pus. Ezek a reaktorok általában egykörösek, mo-derátoruk grafit, a hûtõközegük könnyûvíz.

Az ilyen energiatermelõ egység hatalmasszerkezet, amely 1700 db függõleges grafitosz-lopból lett összerakva, ezek összesen 2500 t gra-fitot tartalmaznak. A grafitoszlopokba urán fûtõ-elem-szálak vannak ágyazva. A reaktorbanösszesen 180 t urán van, amelynek 235U tartal-ma 1,8%. A hûtõvíz számára csatorna vezet vé-gig minden grafitoszlopon. A víz 6,5 ⋅ 106 Pascalnyomás alatt van, ennek hatására forráspontja280 ºC-ra emelkedik. Ez felforr és két hatalmasgõzturbinát hajt, amelyek 1000 MW elektromosteljesítményt fejlesztenek.

Az RBMK típusú reaktorokat 1986 óta cser-nobili típusnak nevezik. Ilyen reaktorok csakOroszországban, Ukrajnában és Litvániábanmûködnek. Hátrányuk, hogy túlhevülés eseténa neutronelnyelõ hûtõvíz elforrhat, a neutron-lassító grafit visszamarad, így a láncreakció to-vább folyhat, ami a reaktor megszaladásáhozvezethet (4. ábra). (A csernobili balesetet részle-tesen tárgyalja A Kémia Tanítása 2011/2. szá-mában megjelent írás.)

MOZAIK KIADÓ10


4. ábraAz RBMK-típusú reaktor felépítése

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 10

Sóolvadékos reaktor

Ezt az elrendezést az amerikai Oak RidgeNational Laboratory (ORNL) által vezetettSóolvadékos Reaktor Kísérlet (MSRE) során fej-lesztették ki 1954–76 között és a IV. generációselképzelések közé sorolták. Léteznek elképzelé-sek, melyben a sóolvadékot szilárd tüzelõanyaghõjének elvezetésére használnák, de az elterjed-tebb koncepció szerint a sóolvadékos reakto-rokban a primer köri hûtõközegben, a fluorid-alapú sóolvadékban oldva található meg magaaz urán-tetrafluorid (UF4) üzemanyag. A só-olvadék nagy elõnye, hogy közvetlen a hõát-adás, nem falon keresztül kell a rossz hõvezetõkerámia töltettõl a burkolaton keresztül átvezet-ni a bomlási hõt a hûtõközegig. Másik alapvetõjó tulajdonsága az atmoszférikus nyomáson elérhetõ magas hõmérséklet, mellyel hatéko-nyabb elektromos hatásfok érhetõ el vagy kap-csolt energiatermelésre alkalmassá teszi a reak-tort (hidrogén, metanol, metán, etanolelõállítása).

A sóolvadékos reaktorokban 7LiF – BeF2 –ThF4 – UF4 sókeverék található, nagyjából62–32–5–1% arányban [4]. Ez a só 450°C-on ol-vad, olvadt állapotban átlátszó, forráspontja1400°C körüli, tehát a várt üzemi hõmérséklet kö-zelében (600–900°C) atmoszférikus nyomásviszo-nyok mellett használható. 4500 kJ/m3 a hõkapac-itása, 2,3g/cm3 a sûrûsége, vízszerû hõvezetés,nagy viszkozitás jellemzõ ezekre az olvadékokra,mely alkalmassá teszi ezeket a hûtõkörökben valóhasználatra [5]. Mivel gõztenziójuk kicsi, így ala-csony atomszférikus nyomáson lehet velük dol-gozni, hátrányuk, hogy általában igen korrozívak.

Az urán hasításához a ma elterjedt reakto-rokhoz hasonlóan termikus neutronokra vanszükség. A hasadási reakcióban keletkezõ neut-ronokat le kell lassítani moderátor közeg segít-ségével. Erre a célra grafit tömbök szolgálnak,melyek között az erre kialakított csatornákbanfolyik a sóolvadék. A fûtõanyag csak a grafit-tömbök között lehet kritikus, mivel a só önma-gában nem alkalmas moderátornak. A grafitot

elhagyó olvadék ezután egy szeparátorba kerül,ahol hélium buborékol át rajta és eltávolítja a gáz halmazállapotú hasadási termékeket, köz-tük a nemesgáz kriptont és a 135Xe reaktormér-get. Ugyanitt leválasztják a sóból kicsapódó fé-meket, melyek fõleg nemesfémek és nemalkotnak fluoridot. Az olvadék továbbhaladvaegy hõcserélõbe kerül, ahol energiáját egy sze-kunder sóolvadékos körnek adja át, majd a szi-vattyú után visszakerül a grafitos aktív zónába.

A reaktor primer köri olvadékában 5% ThF4-ot oldva tenyésztõ reaktort kapunk, mely neutro-nok befogásával képes megtermelni saját hasa-dóanyagát, könnyen utántölthetõ, nem veszélyesaz önmagában hasadásra képtelen tóriummal, a hasadásokból származó, be nem fogott neutro-nok pedig továbbviszik a láncreakciót.

A hozzáadott tórium egy egészen új lehetõ-séget nyit meg. A tórium nukleáris üzemanyag-ként is hasznosítható. A 232Th egy neutron be-fogásával 233Th-á alakul, mely 23 perces felezésiidõ után béta bomlással 233Pa-á alakul. A pro-taktínium, ha nem fog be több neutront, 27 na-pos felezési idõvel béta bomlás következtében233U-á alakul (5. ábra). Ez az uránizotóp kedve-zõbb hasadási tulajdonságokkal rendelkezik,mint a manapság használatos 235U izotóp, többa hasadási neutron és lassú, termikus neutro-nok esetén is könnyen képes hasadni [6]. Egy233U hasadásakor két-három neutron felszaba-dul, az egyik egy tóriumban elnyelõdve új 233Uatomot ad, vagyis tenyészt, a többi pedig urán-nal ütközve fenntartja a láncreakciót. Az OakRidge-i kutatások szerint egy ilyen reaktor te-nyésztési tényezõje 1,068, vagyis képes fedezni a saját uránigényét a tenyésztés által és egy kevésuránfelesleg is képzõdik, így rövidebb idõnkéntkell az elegyhez tóriumot adagolni. Ezt az elkép-zelést 1972-ben az amerikai szenátus elutasítottaés a továbbiakban a nátrium hûtésû gyorsreakto-rokat támogatta, melyek azonban azóta sem vál-tották be a hozzájuk fûzött reményeket [7].

A tórium egy természetben elõforduló radio-aktív elem, a periódusos rendszer 90. eleme,

MOZAIK KIADÓ 11


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 11

vegyjele Th. 1828-ban fedezte fel Jöns JacobBerzelius és a skandináv mitológiában a villá-mok és zivatarok istenérõl, az emberiség védel-mezõjérõl, Thor-ról nevezte el. A szvasztika, va-gyis a horogkereszt a vikingeknél Thorkalapácsát, a villámokat szóró Mjölnir-t jelké-pezte.

A tóriumnak a természetben egy stabil izo-tópja fordul elõ, a 232Th, mely 14 milliárd évesfelezési idõvel bomlik, alfa részecskét emittálva.Ez az idõ nagyjából a Világegyetem általánosanelfogadott életkorával egyenlõ. A bomlási sortöbbi izotópja lényegesen gyorsabban, néhánynap alatt lebomlik, a 208Pb zárja a sort.

A Földön gyakorisága az ólomhoz hasonló,átlagosan 10 ppm, mintegy 3–5-ször olyan gya-kori, mint az urán. Kitermelhetõ készletei többmillió tonnára tehetõk.

A fogyó 235U készlet miatt az 238U és 232-Thalapú technológiák kerülhetnek majd elõtérbe(5. ábra).

Gyorsreaktorok

A gyorsreaktorok aktív zónájában nincs mo-derátor. Erõsen dúsított uránnal vagy plutóni-ummal mûködnek, mely kiégett fûtõanyagokbólés leszerelt atomtöltetekbõl származik. Ezekbena neutronok nem lassulnak le, tehát bennük a láncreakciót gyors neutronok tartják fenn. Annak érdekében, hogy a hûtõközeg ne lassítsale a neutronokat, de ugyanakkor intenzív hõel-

vezetést biztosítson, a gyorsreaktorok hûtõköze-ge folyékony nátrium vagy ólom. Az uránt és a plutóniumot oxid (UO2 és PuO2) formájábanviszik be a reaktorba. Az urán dúsítása kezdet-ben nagyon magas volt (90% fölött), de a mamûködõ gyorsreaktorokban ez 20% körül van.

A gyorsreaktorok rendeltetése kettõs: egy-részt villamos energiát, másrészt hasadóanyagottermelnek. Mivel a gyors neutronok által kivál-tott maghasadásokban átlagosan 2,3–2,7 gyorsneutron keletkezik, ezért a reaktort a következõ-képpen tervezték meg:– 1 neutron biztosítja a láncreakció fenntartását

239Pu hasítás által,– 1 további neutron elnyelõdik az 238U-ban (te-

hát plutóniumot termel), – a fennmaradó neutronok pedig elnyelõdnek

a szerkezeti anyagokban, a moderátorbanvagy kiszöknek a reaktorból.

A gyorsreaktorban el lehet érni, hogy a ter-melõdõ és elfogyó hasadóanyag mennyiségé-nek az aránya egynél nagyobb legyen. Az ilyenreaktort tenyésztõreaktornak nevezzük.

A gyorsreaktorok mind számukat, mind tel-jesítményüket tekintve nem játszanak jelentõsszerepet. Ilyen reaktorokat elsõsorban az atom-nagyhatalmak mûködtethetnek.

Atommagfúzió a Földön

Ha a fúziós energiatermelés megvalósul, ké-pes lesz hosszú távon energiát szolgáltatni azemberiségnek. Üzemanyaga a hidrogén két izo-tópja, a deutérium és a trícium keveréke (5. áb-ra). A deutérium évmilliókig elegendõ mennyi-ségben megtalálható a természetes vizekben, a trícium pedig elõállítható a Földön szintén ha-talmas mennyiségben fellelhetõ fémbõl, a líti-umból, a fúziós üzemanyag tehát gyakorlatilagkorlátlanul rendelkezésre áll. A fúziós reaktor-ban nem keletkeznek több ezer évig sugárzó, ki-égett radioaktív végtermékek, csupán az erõmûegyes szerkezeti elemei néhány évtizedre gyen-gén radioaktívak lesznek. A fúziós reaktor nemtermel szennyezõanyagokat és üvegházhatásúgázokat, és még baleset esetén is ártalmatlan

MOZAIK KIADÓ12


5. ábraA tórium átalakulása

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 12

környezetére. A fúziós erõmûvekkel nagymennyiségû energia termelhetõ.

A tórusz formájú reaktorkamrába a tríciumés deutérium keverékét juttatják be (6. ábra). 15millió fokosra hevítik és az így keletkezõ ionokatkörpályára kényszerítik mágneses térrel. A reak-cióban hélium keletkezik.

Tokamakban külsõ mágneses tekercsek, il-letve erõs toroidális plazmaáram segítségévelhoznak létre helikálisan csavart mágneses erõ-vonal-szerkezetet (7. ábra).

A mágneses mezõre azért van szükség, hogya plazmát összetartsa.

A fúziós energiatermelés mai ismereteinkszerint megvalósítható. A fõ akadályokat mamár nem annyira az elvi, sokkal inkább a tech-nológiai nehézségek (például a megfelelõ szer-kezeti anyagok kiválasztása) jelentik. Az utóbbiötven évben egyre fejlettebb kísérleti reaktorokszülettek, teljesítményük gyorsabban növeke-dett, mint ahogyan a számítógépek számításikapacitása ma növekszik.

A fúziós energia kiaknázásához vezetõ útkövetkezõ lépése az ITER nevû kísérleti fúziósreaktor (8. ábra), mely a dél-franciaországiCadarache-ban épül fel 2019-re, és ipari meny-nyiségû energiát szolgáltat majd, egyelõre csakkísérleti célokra. A szükséges további berende-zések felépítési idejét és a kísérleteket figyelem-be véve ma úgy tûnik, hogy valamikor a 2050-es években indul be az elsõ olyan fúziós erõmû,amely nagy mennyiségû energiát képes majd a hálózatba adni.

Tájékoztatás

A Paksi Atomerõmû Zrt. nagy hangsúlyt fek-tet az emberek tájékoztatására. Létrehozták a Tájékoztató és Látogató Központot, ahova in-gyenesen, elõzetes bejelentkezés nélkül is be le-het menni. A 16 éven felüliek az üzemi terület-re is beléphetnek, de ide már elõre be kelljelentkezni. 1992. június 30-án az erõmû létre-hozta 13 környezõ település önkormányzatábóla Társadalmi Ellenõrzõ és Információs Társulást(TEIT). A társulás célja, hogy a rendszerváltásután lényegesen tágabb teret kapott sajtó (sok-szor alaptalan) atomenergetikával kapcsolatosnegatív híreivel szemben megfelelõ tájékoztatástadjon a környezõ lakosságnak. Az atomerõmûtájékoztatási stratégiájának alapja a nyitottság.A TEIT tagjai (mint minden más érdeklõdõ!) azalkalmazott technológia minden pontjára bete-kintést nyerhetnek. Az atomerõmû tájékoztatás-sal megbízott szervezete kiépítette és folyamato-san ápolja sajtókapcsolatait. Ezen kapcsolatoktöbbnyire megbízhatóak, lehetõvé teszik a hite-les, gyors tömegtájékoztatást (Horváth, 2011).

Cikksorozatunkban áttekintést adtunk azenergia elõállításának jelenlegi és jövõbeli lehe-

MOZAIK KIADÓ 13


6. ábraA fúzió szempontjából legígéretesebb reakció

7. ábraA TOKAMAK mágneses mezõjének szerkezete

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 13

tõségeirõl. Bemutattuk azok elõnyeit és korlá-tait, melyeket illusztráltunk néhány egyszerû, a tanulók számára is elvégezhetõ modellszámí-tás segítségével, elõsegítve a tudatos állampol-gárrá válást.

Irodalom[1]Horváth András: Az atomenergetika megíté-

lése Magyarországon a fiatalok körében.Nukleon. 4. évfolyam 2011/2. számhttp://mnt.kfki.hu/Nukleon/

[2]Marx György (1996): Atommag-közelben.MOZAIK Oktatási Stúdió, Szeged.

[3]Moir, Ralph – Teller Ede: Tórium alapon mû-ködõ, sóolvadékos föld alá telepített atomre-aktor lehetõsége. Fizikai Szemle. LXI. évfo-lyam 2011/11. szám 365–371.

[4]Radnóti Katalin honlapja: http://members.i-if.hu/rad8012/

[4]Radnóti Katalin: 25 évvel Csernobil után. A Kémia Tanítása. MOZAIK Oktatási Stúdió,Szeged. XIX. évfolyam 2011/2. szám 16–26.

[5]Radnóti Katalin: Mi történhetett a japánatomerõmûvekben? A Kémia Tanítása. MO-ZAIK Oktatási Stúdió, Szeged. XIX. évfolyam2011/3. szám 3–11.

[6]Szatmáry Zoltán – Aszódi Attila (2005): Cser-nobil. Tények, okok, hiedelmek. Typotex,Budapest.

[7]Vidovszky István: A jövõ atomerõmûvei. Fizi-kai Szemle. LV. évfolyam 2005/4. szám118–122.

[8] http://atomeromu.hu/[9] http://www.magfuzio.hu/

[10]h t t p : / /www.wor l d -nuc l ea r-un i ve r s i -ty.org/about.aspx?id=8674&terms=atoms-%20for%20peace

[11]http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_reactor[12] http://www.world-nuclear.org/info/inf02.html[13] http://www.energyfromthorium.com/pdf/[14]h t tp : / /www.orn l .gov /~webworks /cp-

pr/y2001/pres/122842.pdf[15] http://www.reak.bme.hu/index.php?id=574[16]http://www.energyfromthorium.com/pdf/

ORNL-4812.pdf

MOZAIK KIADÓ14


8. ábraAz ITER felépítése

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 14

Az interneten böngészve számtalanszor ta-lálkozhatunk olyan kérdésekkel, melyeka ma már szinte minden háztartásban fel-

lelhetõ mikrohullámú sütõ mûködésével kap-csolatosak. Összegyûjtöttem néhányat, melye-ket érdemes lehet tanítványainknak isközreadni, hogy elgondolkodjanak rajtuk.

Mik azok a mikrohullámok?

A mikrohullámok ugyanúgy, mint a láthatófény vagy a láthatatlan rádióhullámok, elektro-mágneses hullámok, melyek valójában az elekt-romos és mágneses mezõk határtalanul gyorsegymásba alakulásai. Az elektromágneses hul-lámok egyes tartományait leggyakrabban hul-lámhosszuk vagy rezgésszámuk alapján külön-böztetjük meg egymástól. A mikrohullámokhullámhossza körülbelül 30 cm-tõl 1 mm-ig tart;

ez kisebb, mint a rádióhullámoké, de nagyobb,mint az infravörös sugárzásé, rezgésszámuk 3 ⋅ 108 Hz és 3 ⋅ 1011 Hz közé esik (a 1Hz az 1 s-onkénti rezgések számát adja meg).

Hogyan mûködik a mikrohullámú sütõ?

A mikrohullámú sütõkben a megfelelõ elekt-romágneses hullámokat egy speciális elektron-csõ (magnetron) állítja elõ, melynek a katódjárólkilépõ elektronok az elektromos és mágneses térhatására körpályára kényszerülnek s ezek rezo-nanciája miatt jönnek létre a mikrohullámok.

Ezek a hullámok az útjukba esõ anyagokbabehatolnak, s a fõzendõ ételben a víznek és másvegyületeknek egyes molekuláit fokozottabb re-zegésre késztetik, illetve forgatják, melyek ezáltalnagyobb mozgási energiára tesznek szert, ami azanyag hõmérséklet-emelkedésével jár.

MOZAIK KIADÓ 15


Schwartz Katalin

Kérdések és egyszerû válaszok a mikro-hullámú sütõ mûködésével kapcsolatosan

1. ábraTeljes elektromágneses színkép

Megnevezés Hullámhossz Frekvencia (Hz)

Technikai váltakozóáram 18 000–3000 km 16,67–102

Hangfrekvenciás váltakozóáram 3000–30 km 102–104

Herz-féle hullámok 30 km–0,03 mm 104–1013

Hosszúhullámok 2–1 km 1,5 ⋅ 105–3 ⋅ 105

Középhullámok 600–150 m 5 ⋅ 105–2 ⋅ 106

Rövidhullámok 50–15 m 6 ⋅ 106–2 ⋅ 107

Ultrarövid hullámok 15–1 m 2 ⋅ 107–3 ⋅ 108

Mikrohullámok 1 m–0,03 mm 3 ⋅ 108–1013

Infravörös fény 0,3 nm–760 nm 1012–3,9 ⋅ 1014

Látható fény 760 nm–380 nm 3,9 ⋅ 1014–7,8 ⋅ 1014

Ultraibolya fény 380 nm–10 nm 7,8 ⋅ 1014–3 ⋅ 1016

Röntgensugarak 10 nm–1 pm 3 ⋅ 1016–3 ⋅ 1020

g sugarak 0,3 nm–30 fm 1018–1022

Kozmikus sugarak 30 fm–0,3 fm 1022–1024

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 15

Miért forog a mikrohullámú sütõ tányérja?

A sütõben a mikrohullámokból állóhullá-mok alakulnak ki (az állóhullám olyan rezgés,melyeket hullámok rezonanciája vagy interfe-renciája hoz létre, s melyeknél a maximum illet-ve minimum helyek nem mozdulnak el), me-lyek hullámhossza kb. 12 cm, vagyis 6 cm-kénttalálunk egy-egy csomópontot, illetve egy-egyduzzadóhelyet.

A csomópontokban egyáltalán nem, a duz-zadóhelyeken pedig fokozottan melegszik azétel. Azért tehát, hogy a sütõbe helyezett ételt a mikrohullámok mindenhol egyenletesen ér-jék, mozgatnunk kell.

A forgó üvegtál segítségével tehát elérhetõ,hogy a ráhelyezett ételt a hullámok egyenlete-sen érik, s behatoláskor az ételben fokozzák a víz-, a zsír- vagy a cukormolekulák mozgását.

Tehát a mikrohullámok a sütõbe tett ételt,italt belülrõl melegítik fel, ellentétben például a gázlángon történõ melegítéssel, amikor azanyag hõvezetés, illetve hõáramlás révén me-legszik fel.

Miért van minden mikrohullámú sütõajtaján fémrács?

A készülék fémdoboza tartja benn a sütõbena mikrohullámokat.

Fontos, hogy azok ne jussanak ki a külsõlégtérbe, hiszen károsíthatnák az ott lévõ élõszervezeteket. A nyitható üvegajtónál ezt az ár-nyékolást az ajtóra helyezett, apró lyukú fém-rács oldja meg, melyen hullámhosszuk kö-vetkeztében a mikrohullámok nem tudnak

áthatolni, visszaverõdnek. A mikrohullámú sü-tõk csak sértetlen fémrács esetén biztonságosak.

Miért érezzük a mikrohullámú sütõveltörténõ fõzés közben az ételek illatát?

Mint ismert, a mikrohullámú sütõ fõzõterekörül fémháló van.

Ez lehetõvé teszi a levegõ ki- és beáramlá-sát. A fémháló lyukacskái elég kicsik ahhoz,hogy a mikrohullámok ne haladjanak át rajtuk,hanem a fõzõtérben visszaverõdjenek, viszontelég nagyok ahhoz, hogy a levegõ áthaladjonrajtuk. Ilyenkor az áramló levegõvel az ételek il-lata is kiszivárog.

Gyengülnek-e a levegõben a mikrohullámok?

Nem jelentõsen. A levegõ nem nyeli el a mikrohullámokat, ezért nem is melegszik felhatásukra.

A mobiltelefonok is mikrohullámokkalmûködnek. Telefonáláskor mégsem

„sütjük” meg a fülünket. Miért?

Nem minden sugárzás egyforma. A kis ener-giájú rádió- vagy mikrohullámú sugárzás ala-csony teljesítmény esetén nem okoz károsodástaz élõ sejteknél. Telefonáláskor maximálisancsak néhány tized Cº-os melegedés jöhet létre,amit nem is érzékelünk.

Miért nõhet a mikrohullámú sütõbehelyezett pohár víz hõmérséklete

100ºC fölé? Milyen veszélyforrás lehetez a poharat kivevõ számára?

Mielõtt a kérdést megválaszolnánk, nézzükmeg, mi történik a víz felületén.

A víz egyes részecskéi elhagyják a vízfelszínts légnemûvé válnak, míg a környezetben lévõvízgõz molekulák a felszínre ereszkedve folyé-kony vízzé alakulnak át. Ha a vízrészecskékgyorsabban hagyják el a felszínt, mint ahogyvisszatérnek, a folyadék mennyisége csökken,ezt a jelenséget nevezzük párolgásnak. A vízmelegítésekor a forrásponton a folyadék belse-

MOZAIK KIADÓ16


2. ábraMikrohullámú sütõ nyitott ajtóval

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 16

jében is megindul a gõzképzõdés, folyamatosangõzbuborékok keletkeznek, melyek megfelelõnyomásviszonyok között a felszínre törnek, ez a jelenség a forrás.

Ahhoz, hogy gõzbuborék képzõdjön, amely-be a vízrészecskék belepárologhatnak, igen sokvízmolekulának kell egyszerre elszakadnia egy-mástól. Tûzhelyen történõ vízforraláskor rend-szerint az edény forró pontjai, egyenetlen belsõfelülete, vagy a vízben lévõ egyéb szennyezõdé-sek segítik a buborékok kialakulását. De ha egysima belsõ felületû pohárban, mikrohullámú sü-tõben történik a vízmelegítés, szinte semmi semsegíti a buborékképzõdést. A víz a forráspontjafölé melegszik, túlhevül, de nem indul meg a forrás. Amikor megmozdítjuk a poharat, vagyszórunk bele cukrot vagy kávéport, megindítjuka buborékképzõdést és a víz heves forrásbakezd, szinte felrobban.

Ha mirelit ételt akarunk a mikrohullá-mú sütõben felolvasztani, a készülék

szakaszosan ki-be kapcsol. Miért?

A mikrohullámú sütõ programjai közül az,amely a fagyott étel kiolvasztására szolgál, sza-kaszosan mûködteti a készülék magnetronját.

Amikor vizet melegítünk a mikrohullámú sü-tõben, az egymással szoros kapcsolatban lévõvízrészecskék egymással ütköznek, s így növek-szik mozgási energiájuk. Jég esetében viszont a mikrohullám nem csak a molekulákat, hanemaz egész kristályt fokozott rezgésbe hozza, s en-nek a rezgésnek a csillapodása révén növekszikaz anyag belsõ energiája, de ez sokkal rosszabbhatásfokkal megy végbe, mint a víz melegítése,ezért, hogy egyenletesen olvadjon ki az étel, a készülék szakaszosan mûködik.

A mûködõ fázisban, a kibocsátott mikrohul-lámok hatására az anyag felmelegszik, a kikap-csolt fázisban pedig a fagyott részek természetesmódon, melegebb környezetük hatására olvad-nak meg.

Milyen edényeket használjunk a mikroban?

Természetesen csak olyan edények haszná-latosak a mikrohullámú sütõben, amelyek áten-gedik a mikrohullámokat. A mikrohullámok

hullámhosszát meghaladó fémtárgyak a hullá-mokat visszaverik, ezért a fémedények csak nagyon kismértékben melegszenek fel, tehátbennük az étel sem melegszik. Ilyenkor az álló-hullámok elhangolódnak, melynek következté-ben a készülék túlhevülhet és a magnetroncsõtönkremegy.

Fém evõeszközöket vagy alufóliát sem sza-bad a mikrohullámú sütõkbe betenni. Az eszkö-zök éles, hegyes részein az elektromos töltésekösszegyûlnek, s heves szikrakisüléseket hoznaklétre.

Hogyan lehet megmérni, hogy mekkoraa hõmérséklet a mikrohullámú sütõ

belsejében?

Mivel a mikrohullám nem hõhatás alapjánfõz, közömbös, hogy mekkora a hõmérséklet a sütõben. Ezért nem a mikro hõmérsékletétmérik, hanem az ételbe helyezik az arra alkal-mas hõmérõt, s így állapítják meg annak hõ-mérsékletét. Ezeket a hõmérõket gondosan ár-nyékolják, azaz fém tokkal veszik körbe, amelyvisszaveri a mikrohullámokat, tehát ezektõl nemmelegszik fel, s így valóban csak a vele érintke-zõ étel hõmérsékletét mérik.

Lehet-e a mikrohullámú sütõbe higanyos hõmérõt betenni?

Nem lenne túl jó ötlet higanyos hõmérõttenni a mikroba. Bár a higany fém, tehát a rá-esõ mikrohullámok nagy részét visszaveri, demindig lennének olyan elektromos részecskék,melyek a vékony higanyszálba jutnának, s jócs-kán felmelegítenék azt. A felhevült higany gyor-san párologna, s felrobbantaná az üvegcsövet.Ráadásul a higany fölötti térrészben gyors, fé-nyes szikrakisülések keletkeznének, melyektõlszintén károsodna a hõmérõ.

Néhány érdekes megfigyelés, melyek-hez mikrohullámú sütõ szükséges

1. Két egyforma fõzõpohár közül az egyikbetöltsünk paraffinolajat, a másikba ugyanannyiglicerinolajat. Mindkettõt helyezzük be a mikro-hullámú sütõbe és kb. fél percig mûködtessük

MOZAIK KIADÓ 17


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 17

Anyolcadik osztályos korú általános iskolá-sok számára már 22 éve rendez az ELFTÁltalános Iskolai Oktatási Szakcsoportja

fizikaversenyt. Tizedik éve társrendezõje e ran-gos eseménynek Gyõr-Moson-Sopron MegyeKözgyûlése, illetve a Kormányhivatal, Gyõr Me-gyei Jogú Város Polgármesteri Hivatala ésGyõr-Moson-Sopron Megye Pedagógiai Intéze-te. A Kazinczy Ferenc Gimnázium pedig a ko-rábbi évekhez hasonlóan nagy szeretettel, a már „hagyománnyá” vált szívélyes vendég-látással fogadta a versenyzõket és kísérõiket.

Immár természetes, hogy az országos döntõ-re meghívást kapnak minden évben a határain-kon túl fizikát magyar nyelven tanuló diákoklegjobbjai is. E meghívásra Erdélybõl (Románi-

ából) 3, Csallóközbõl (Szlovákiából) 2, Vajda-ságból (Szerbiából) 2 versenyzõ érkezett, akiketfizikatanáruk kísért el. Az elõzõ két forduló ered-ményei alapján a verseny döntõjében a legjobb59 hazai és 7 határon túli tanuló küzdhetett a helyezésekért és a különbözõ díjakért.

Az idei verseny fõvédnökségét dr. FazekasSándor vidékfejlesztési miniszter és a MagyarInnovációs Szövetség vállalta.

Természetesen a tömeges részvétellel lebo-nyolított elõzetes fordulókat és a döntõ meg-szervezését sem lehetett volna sikeresen meg-rendezni a sok lelkes és elkötelezett fizikatanárés a tehetséges tanulóik fejlõdését elõsegítõ in-tézményvezetõk nélkül. Nekik is nagyon indo-kolt a köszönet.

a készüléket. Kivéve a két poharat, mérjük mega folyadékok hõmérsékletét. Azt tapasztaljuk,hogy a glicerin felforrósodott, míg a paraffin hõ-mérséklete alig változott. A kétféle olaj eltérõ vi-selkedésének magyarázata molekulaszerkeze-tükben keresendõ. A paraffinolajban apoláriskötések vannak (a CH3 – (CH2) – CH3 láncmole-kula végig semleges), a glicerinben viszont a köté-sek polárosak (CH2OH –. CHOH – CH2OH mo-lekulában az O negatív, a H és C pozitív töltésû).

2. Borítsunk be egy akkora kartonlapot „lapka-sajt darabokkal”, amekkora a mikrohullámú sü-tõ alaplapja. Vegyük ki a készülékbõl a forgótá-nyért s tegyük a helyére a sajtos lapot.Mûködtessük a készüléket kb. 20 másodpercig,majd figyeljük meg, mi történt a sajtokkal! Mivel

nem forgótálcán volt a lap, a mikrohullámoknem egyenletesen érték a sajtlapokat, ezért leszolyan hely, ahol megolvadt a sajt, máshol nemtörtént változás. Mérjük meg vonalzóval a kétlegközelebbi olvadt folt középpontja közötti tá-volságot! Ez a hossz a mikrohullámok hullám-hosszának fele, mert ez két duzzadóhely közöttitávolság. Nézzük meg a készülék adatait feltün-tetõ lapon, hogy mekkora frekvenciával mûkö-dik (esetünkben ez 2,45 GHz volt, ami azt jelen-ti, hogy másodpercenként 2 450 000 000 a rezgésszám). Ha ezt a számot megszorozzuk azolvadt foltok közötti távolság duplájával (azaz a hullámhosszal), jó közelítéssel megkapjuk a fénysebesség nagyságát, azaz az elektromág-neses hullám terjedési sebességét.

MOZAIK KIADÓ18


Juhász Nándor

XXII. Öveges József Országos Fizikaverseny

HANGSZÓRÓ

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 18

Az országos döntõ a versenyzõk számáraebben az évben is térítésmentes volt. A Nemze-ti Erõforrás Minisztérium és a szponzorok anya-gi támogatása, a Szakcsoport vezetése, a ver-senybizottság és a helyi szervezõ kollégákhathatós segítsége mind hozzájárult a sikeres le-bonyolításhoz. A támogatásokat, a segítõkmunkáját köszöni a szervezõbizottság.

A versenyzõk 2012. május 18-án (pénte-ken) érkeztek Gyõrbe. A regisztráció, a szálláselfoglalása és az ebéd elfogyasztása után 14

órakor kezdõdött az ünnepélyes megnyitó a gyõri városháza impozáns dísztermében. A megnyitó ünnepély programját HorváthnéFazekas Erika, a Szakcsoport vezetõségénektagja vezette, aki név szerint mutatta be és kö-szöntötte a díszelnökségben helyet foglaló ma-gas rangú vendégeket, a versenyzõket és felké-szítõ tanáraikat.

A díszelnökség résztvevõi voltak: LévainéKovács Róza, az Eötvös Loránd Fizikai TársulatÁltalános Iskolai Oktatási Szakcsoportjának el-

MOZAIK KIADÓ 19


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 19

nöke, Kiss Gyula, a versenybizottság társelnö-ke, Barla Ferenc, az Eötvös Loránd Fizikai Tár-sulat Gyõr-Moson-Sopron megyei csoportjánakelnöke, Vida József, a versenybizottság elnöke,Major Ernõ, a Megyei Intézményfenntartó Köz-pont vezetõje, Nagy Dénes Lajos, az Eötvös Loránd Fizikai Társulat alelnöke, Németh Tibor,a gyõri Kazinczy Ferenc Gimnázium igazgatója,Széles Imre, a Gyõr-Moson-Sopron megyei Pedagógiai Intézet igazgatója, Hadházy Tibor,a zsûri elnöke.

A megnyitóban Németh Tibor igazgató úrházigazdaként, Lévainé Kovács Róza elnök a versenyszervezõk vezetõjeként, majd NagyDénes Lajos, az Eötvös Loránd Fizikai Társulatalelnöke köszöntötte az ünnepség résztvevõit.

Az ünnepi szavak között felidézték NémethLászló gondolatait is: „Ha egy más bolygónmegkérdeznék, mi volt a Földi élet legnagyobböröme: a tanulást mondanám. Nem azt, amely-nek a végén egy vizsga áll, hanem amit az em-ber kíváncsiságból, kirándulásként tett egy újnyelvbe, az azon át megközelíthetõ világba, egyúj tudományágba.”

Annak igazolásául pedig, hogy a fizikát igenmagas szinten értõ és mûvelõ tudósok sem va-lami földönkívüli csodabogarak, hanem nagyonis hús-vér emberek, akiknek a mieinkhez hason-ló aggályaik, félelmeik is vannak, néhány perc-ben Richard Feynman Nobel-díjas fizikus életé-be pillanthattunk be. Ehhez segítségünkrevoltak a gyõri Kazinczy Ferenc Gimnázium nö-

vendékei: Kovács Barbara, Kovács Máté és Há-romszéki Bence.

Az üdvözlõ szavak és a rendkívül hangulatosFeynman-sztorik után Major Ernõ, a Gyõr-Moson-Sopron Megyei IntézményfenntartóKözpont vezetõje hivatalosan is megnyitotta azországos döntõt. Köszöntõjében Einstein egyikhíres mondását idézte: „A tudomány a hétköz-napi gondolkodás kifinomultabb formája”.Amennyiben e gondolat mentén tekintünk a tu-dományos érdeklõdés kialakulásának folyama-tára, rá kell jönnünk, hogy milyen komoly szerephárul a szülõkre és a pedagógusokra. A szülõi„alapozást” követõen az iskola az a színtér, aholegy jó tanár kellõ idõben felismeri a tanulókbanrejlõ értékeket, lehetõségeket, és akikkel lehet,megszerethetõ módon elsajátíttatja a fizika alap-jait, majd lehetõség szerint a mélységeit is.

A fizika törvényeit megismerõ fiatal olyan is-meretek birtokába jut, mellyel szélesre tágíthat-ja látókörét, aminek következtében mindennap-jai átláthatóbbá, rendezettebbekké válnak éstudásvágya fokozódik. Meggyõzõdésem, hogyazok a fiatalok, akik környezetük „mûködését”jobban ismerik, magabiztosabban járnak-kel-nek majd a világban.

Végezetül azt kívánom, hogy a tudásvágymindig legyen kielégíthetetlen, viszont az annakkielégítésére szolgáló eszközökben, lehetõségek-ben sohasem szenvedjetek hiányt!

A verseny szervezõinek, a felkészítõ tanárok-nak és nem utolsó sorban a versenyzõ diákok-

MOZAIK KIADÓ20


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 20

nak a továbbiakban is sok-sok erõt, kitartást ésjó egészséget kívánok annak érdekében, hogytovábbra se kopjon meg e rövid, de sokat sejte-tõ közmondás: „A tudás hatalom”!

Városnézés

Akövetkezõ napi, komoly szellemi erõfeszí-tést igénylõ versenyzés kísérõ eseménye-

ként minden évben – így most is – több érdekesés hangulatos programot szerveztek a helyi ren-dezõk a fiatalok és felkészítõik számára. A ven-déglátók nagy figyelmet fordítanak arra, hogyaz Öveges versenyre az ország minden részébõlGyõrbe érkezõk egy kis ízelítõt kapjanak a vá-rosról. A Városháza impozáns épületétõl a Ba-ross úton haladva – egy kis Rába-parti kitérõután – a Széchenyi térre érkeztek. Közép-Euró-pa legszebb barokk terét körüljárva a CzuczorGergely Bencés Gimnáziumban várták a ver-senyzõket, ahol a gimnázium egykori híres ta-nára, Jedlik Ányos munkásságával ismerked-hettek a kis fizikusok. Panykó János fizikatanártárlatvezetése során nagy élmény volt azokat az

eszközöket látni – némelyiket mûködés közbenis –, amelyeket Jedlik Ányos szerkesztett.

A csoport sétát tett a történelmi belváros-ban, közben megkoszorúzták Czuczor Gergelyés Jedlik Ányos közös szobrát, megtekintette a Káptalan domb épületegyüttesét és a Bazilikát.

Koncert a Zsinagógában

Avacsorát követõen a pár éve felújított zsi-nagógában rendkívüli élményt adtak

a Széchényi István Egyetem Varga Tibor Zene-mûvészeti Intézetének ütõs hallgatói Papp Balázs mûvésztanár vezetésével. A kamarakon-cert alatt bemutatták a különbözõ ütõhangszere-ket is. A diploma elõtt álló Fazekas Ádám kétszóló darabbal ajándékozta meg a hallgatóságot.

Ezt követõen pedig az épület történetérõl,felújításáról, mûvészi értékérõl, új funkciójáról,valamint a Vasilescu modern képzõmûvészeti

MOZAIK KIADÓ 21


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 21

állandó gyûjteményrõl (XX. századi modernmagyar festészet válogatott darabjairól, OrszágLili és a magyar avantgard mûvészek alkotásai-

ról) Varga Balázs mûvészettörténész tárlatveze-tésében adott érdekes, színes ismertetést.

2012. május 19-én (szombaton) 8 óra-kor kezdõdött az igazi verseny.

A döntõ feladatait dr. Vida József (Eger),Csákány Antalné (Budapest) állította össze, a kísérleti feladatot Janóczki József (Debrecen),a fizikatörténeti feladatot pedig dr. Halász Tibor(Csömör) készítette. A döntõ anyagát dr. Had-házy Tibor lektorálta.

A döntõ elsõ részében a helyszínen (a tante-remben) bemutatott kísérlet megfigyelése, a lá-tottak magyarázata, elemzése; (Mikola Sándor-ról szóló) fizikatörténeti feladat megoldása;önállóan végrehajtott (fénytani) kísérlet elvég-zése történt „fekete dobozzal”, majd egy számo-lásos feladat megoldására került sor az elektro-mosság témakörébõl. Az egyes feladatok közöttiszünetekben a versenyzõk tízórait kaptak és ki-csit felfrissíthették magukat.

Délelõtt, amíg a versenyzõk a kitûzött fel-adatok megoldását végezték, addig LévainéKovács Róza, Horváthné Fazekas Erika, Pál

MOZAIK KIADÓ22


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 22

Zoltán a Szakcsoport vezetõségébõl és SzabóMiklós, a helyi szervezõk irányítója a felkészítõtanárokkal beszélgetett a versenyszervezés ideitapasztalatairól, a következõ évi változtatási ter-vekrõl, a lebonyolításról.

Lévainé Kovács Róza köszöntõje után a ver-seny országos döntõjének szervezésében történt

változásokról szólt elsõként. Õsz György 21 évfáradhatatlan munkája után átadta a stafétabo-tot. A helyi szervezést Wernerné Pöheim Judités Szabó Miklós vette át.

Pál Zoltán a határon túli magyarok kapcso-lattartójaként vázolta munkáját. A Juhász Nán-dortól kapott címek segítségével próbálja a kap-csolatot ápolni a határon túli fizikatanárokkal.Sok a személyi változás, így az elérhetõségek

MOZAIK KIADÓ 23


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 23

módosulnak. Fontos lenne a folyamatos infor-mációcsere egy-egy verseny kapcsán. Ezt segíti,hogy honlapunk több címen is mûködik: a www.ovegesverseny.samfules.hu; a www.k-fki.hu/elftaisk , és a www.fizika.hu.

Kérte a felkészítõ kollégákat, hogy továbbrais népszerûsítsék a versenyt diákjaik körében,biztassák tanártársaikat, hogy nevezzenek be erangos versenyre.

Igen aktív eszmecsere zajlott, ahol szóba ke-rültek a benevezéssel kapcsolatos elvek és ad-minisztrációs teendõk éppen úgy, mint a tartal-mi arányok. Lévainé Kovács Róza felhívta a figyelmet, hogy a továbbiakban az Öveges ver-sennyel kapcsolatban a legfontosabb informáci-ók e-mail-en keresztül – [email protected] – jutnak el a versenyzõ iskolákhoz. Az idei verseny lebonyolításában, a nyilvántar-tások vezetésében is nagy segítség volt Reszegi

Miklós és az általa létrehozott felület, amelyenfolyamatosan nyomon lehetett követni az on-line nevezési rendszert és a verseny pillanatnyiállását. Ezúton is köszönet illeti a munkáját. A jövõ évi verseny ütemezése úgy készült el,hogy egyeztettek a Jedlik verseny, a Varga Ta-más matematikaverseny, Hevesy György kémia-verseny fordulóinak idõpontjaival: az I. forduló:2013. február 12. ; II. forduló: 2013. április 9. ;III. forduló (a döntõ) 2013. május 24–26. lesz.

13.15-tõl folytatódott a kemény munka. A döntõ második részében gondolkodtató (teszttípusú) kérdések és még egy (nyomással, egy-szerû gépekkel kapcsolatos) számolásos feladatmegoldása várt a versenyzõkre.

Ez idõ alatt a kísérõ tanárok a MOZAIK Kiadó e-tananyagainak interaktív táblán valófelhasználásának lehetõségeirõl láthattak egynagy sikerû bemutatót.

MOZAIK KIADÓ24


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 24

Közben a zsûri is folyamatosan értékelte a már elkészült munkákat.

A verseny végeztével minden résztvevõ (ta-nár és diák) elvonult, hogy megtekintse Gyõrlegújabb oktatási-turisztikai attrakcióját, a 2012.március 15-én átadott MOBILIS Interaktív Kiál-lítási Központot. „... egy olyan különleges, ins-piráló intézmény, amely gondolkodásra és krea-tivitásra ösztönöz, felébreszti az alkotóvágyat, a kíváncsiságot. A tudományos játszóház tema-tikáját tekintve elsõdlegesen a jármûiparra és a közlekedésre, tágabb értelemben pedig a moz-gásra, a mobilitásra koncentrál úgy, hogy a ter-mészettudományok törvényeit és azok gyakor-lati alkalmazását játékos és színes formábanmutatja be” – olvasható az intézmény szórólap-ján. A helyszínen Mészáros Péter köszöntõjeután mesélt a Wankel-motor dugattyújáraemlékeztetõ épületrõl, a kiállítást létrehozókszándékáról, az Európában is egyedülálló,tematikus tudományos játszóházról.

Itt ki lehet próbálni, mekkora hely van egyForma 1-es versenyautóban, tesztelhetjük refle-

xeinket a közlekedési lámpáknál, de akár sajátszemélyre szabott mûszerfalat is tervezhetünk.74 interaktív játék, látványos és szórakoztató kí-sérleti bemutatók szórakoztatták a gyerekeket ésfelnõtteket. Volt itt víztornádó, tûztornádó, füst-dob, kísérletek folyékony nitrogénnel, dörzs-elektromosság a lufival, mágneses játékok,fénycsõ a mikrohullámú sütõben. A kísérleti be-mutató a szabadban folytatódott, ahol vízraké-ták hasították a levegõt.

A bemutató után mindenki kedvére kipró-bálhatta az érdekesebbnél érdekesebb interak-tív játékokat, elmélyülhetett a tengelykapcsolók,kerekek világában – akkor is, ha némelyik nemkerek, hanem szögletes volt. A fárasztó versenykimerítõ izgalmainak igazi levezetõ gyakorlata-ként szolgált ez a témán belüli szórakoztatóprogram. Alig lehetett véget vetni a sok-sok ki-állított eszköz kipróbálásának, mûködtetésének.

MOZAIK KIADÓ 25


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 25

A szombat esti vacsorát követõen még min-dig nem volt vége a fizikának! A Révai MiklósGimnáziumba átsétálva Stonawski Tamás fizi-katanár „Vidd haza a tudományt!” címmel, fõ-ként az általa készített eszközökkel mutatta beszórakoztató kísérleteit. Sok hétköznapi tárgyvolt az asztalon, amelyek ötletes címek mögébújva elevenedtek meg.

Így volt részünk: Megrázó élményekben,megtapasztaltuk a Súrlódás következményeit,mûködés közben láttuk a Flakonos autót, Palackrakétát. Cartesius búvár, Békahegedûkövetkezett, majd a bögre halálugrására figyel-hettünk. Okostojás után a Szívószál harsonaszólalt meg. Zömében olyan eszközt láttunk,ami környezetünkben megtalálható.

Versenyzõink a fárasztó nap után is szívesenbekapcsolódtak a kísérletezésbe. Az egész napifeszültségek elmúlására rendkívül jó oldószer-nek bizonyult ez a bemutató. A versenyzõk ésfelkészítõ tanáraik minden fáradtságuk ellenérelankadatlan figyelemmel kísértek minden kísér-letet. Az érdeklõdõ tekintetek arról árulkodtak,hogy a kísérletek nyújtotta sok-sok élménnyel a tarsolyukban tértek haza.

2012. május 20. vasárnap a Gyõr-Moson-Sopron Megyei Jogú Város Önkormányzatánakvárosházi dísztermében következett a XXII.Öveges József Országos Fizikaverseny ünnepé-lyes eredményhirdetése. Horváthné FazekasErika, a Szakcsoport vezetõségi tagja köszöntöt-

te a jelenlévõket: versenyzõket, felkészítõ taná-raikat, vendégeket, hozzátartozókat, a versenymegvalósítását támogató intézmények képvise-lõit és a verseny lebonyolításában résztvevõket,majd így folytatta:

Einsteint egyszer megkérték, hogy magyaráz-za el közérthetõen, hogy mit jelent a relativitás.

Erre Õ a következõket válaszolta:„Tartsd a kezed egy percig a forró kályhán,

meglátod, egy órának fogod érezni. Beszélgessegy csinos nõvel egy órát, mintha csak egy perclenne. Na, ez a relativitás.”

Úgy gondolom, hogy a péntek reggel óta el-telt idõ mindannyiunk számára csak egy pilla-natnak tûnik, a most hátra lévõ néhány perc,amíg megtudjátok, hogy ki hányadik helyenvégzett a versenyben, azonban egy örökkévaló-ságnak.

Az ünnepség díszelnökségében foglalt helyetDr. Kroó Norbert akadémikus, az ELFT elnöke,Széles Imre, a Gyõr-Moson-Sopron Megyei Pe-dagógiai Intézet igazgatója, Somogyi Tivadar,Gyõr Megyei Jogú Város alpolgármestere,Barla Ferenc, az ELFT Gyõr-Moson-SopronMegyei csoportjának elnöke, Németh Tibor, a gyõri Kazinczy Ferenc Gimnázium igazgatója,dr. Hadházy Tibor, a zsûri elnöke és dr. Vida József, a versenybizottság vezetõje, LévainéKovács Róza, a Szakcsoport elnöke, Kiss Gyu-la, a versenybizottság társelnöke.

A bemutatások után Horváthné Fazekas Eri-ka így folytatta: Egészen biztos vagyok benne,

MOZAIK KIADÓ26


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 26

hogy itt most mindenki érti minden szavát Albert Schweitzer következõ gondolatainak:

„Szellemi értelemben mindnyájan abbólélünk, amit mások adtak nekünk. Magában azemberben kell meglennie a jó és a gondolat fûtõ-anyagának, hogy legyen, ami tüzet fog bennünk.De ahhoz, hogy a láng föllobbanjon, külsõ, másembertõl származó szikra, egy nemes gondolatés nemes befolyás szükséges. Gyakran azután a mi saját lángunk is segít meggyújtani másokét.”

Ne felejtsétek el, hogy honnan, kiktõl kaptá-tok ezeket a szikrákat.

Ne felejtsetek köszönetet mondani szüleitek-nek, felkészítõ tanáraitoknak, akik hozzásegítet-tek Benneteket ehhez a mai naphoz! Köszönetjár mindenkinek, aki tudásával, támogatásával,biztatásával segítette az elért eredményeiket.

Hadházy Tibor, a zsûri elnöke így értékeltea versenyt:

„A tudás ismeretére és alkalmazásra voltszükség, hogy vegyétek az akadályokat. A szá-mításos feladatok mindig eredményesebbek. Az elektromosság témakörébõl választott fel-adat eredményesebb volt: 38 jó megoldás szü-letett.

A másik számításos – kicsit nehezebb – fel-adatot 18-an oldották meg hibátlanul. A fizika-történeti feladatban Bay Zoltán neve is szere-pelt, az õ munkásságára nagyobb figyelmetjavasolt. A kísérleti feladatnál, ami egy izgalmasoptikai kérdés volt, 9 hibátlan megoldást olvas-hattak a zsûri tagjai. Kiemelte a versenyzõk ma-gas színvonalú problémamegoldását, élvezetesmagyarázatát.

Az elemzésnél ugyancsak 9 helyes megoldástkaptunk, sok szép, szabatos megoldással. A teszt80% átlagértéket mutatott, a korábbi eredménye-ket tekintve a versenyzõk szép munkát végeztek.”

Végezetül megköszönte a zsûri pontos mun-káját, és minden versenyzõnek gratulált.

Ezek után Kroó Norbert akadémikus, azEötvös Loránd Fizikai Társulat elnöke köszön-tötte a jelenlévõket és kifejezte örömét, hogyszemélyesen adhatja át a Szakcsoport által ala-pított díjat, hiszen az Öveges József Fizikaver-seny az egyetlen általános iskolások részére kiírtverseny, amit a Társulat is támogat.

Igazi öröm számára találkozni leendõ kis fi-zikusokkal. Öveges József alakját idézte, aki a legtöbbet tette a fizika népszerûsítéséért.

A fizikát megszerettetni azt is jelenti, hogy lo-gikus gondolkodásra ösztönözni, agyat mozgat-ni, kérdéseket feltenni és azokra válaszolni. Bátorította a versenyzõket, hogy a megszerzett

MOZAIK KIADÓ 27


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 27

fizikai tudásukat gyarapítsák, majd adják to-vább. Gratulált a versenyzõknek, s azt kívánta,úgy mûveljék a kísérleti fizikát, hogy örömet ta-láljanak benne.

Idén 21 díjazott versenyzõ vehette át azELFT elnökétõl az okleveleket és az értékes ju-talmakat.

A XXII. Öveges versenyen is ugyanazzal a versenyanyaggal, együtt versenyeztek ugyanaz általános iskolákban tanuló nyolcadikosok ésa hasonló korú gimnazisták, de sokak többszörikezdeményezésére idén megvalósult, hogy a dí-jazáskor a versenybizottság külön rangsorolta azelsõ legjobb 9 általános iskolást és a legjobb 12 gimnazistát. Természetesen ettõl függetlenülidén is lett – a megszerzett pontjai alapján – ab-szolút I. helyezett, aki tanárával együtt megkap-ta az Öveges plakettet. Õ Forrai Botond, a bu-dapesti Baár-Madas Református Gimnázium,Általános Iskola és Diákotthon tanulója, Hor-váth Norbert tanítványa.

MOZAIK KIADÓ28


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 28

A különdíjak közül elsõként a dr. Vida Józsefáltal felajánlott, az egri Varázstoronyba szóló belé-põjegyek kerültek átadásra. A további 11 támoga-tó által felajánlott díjak kiosztása következett, amit9 tanuló és 8 felkészítõ tanár vehetett át.

A díjak és jutalmak átadása után a levezetõelnök, Horváthné Fazekas Erika minden részt-vevõ nevében köszönetet mondott:– Gyõr városának, hogy ismét, immáron sokad-

jára lehetõvé tették számunkra, hogy a meg-nyitó és a záró ünnepséget ilyen szép, exklu-zív környezetben rendezhessük meg.

– A Kazinczy Ferenc Gimnáziumnak, akik helyetadtak rendezvényünknek, szinte már hazajá-runk hozzájuk.

– A helyi szervezõknek, akik éjt nappallá tévedolgoztak azon, hogy minden tökéletes legyenés mi jól érezzük magunkat.

Zárszóként dr. Somogyi Tivadar, Gyõr Me-gyei Jogú Város alpolgármestere az Önkor-mányzat és a vendéglátók nevében búcsúzott a verseny minden résztvevõjétõl. Kiemelte,hogy jó úton indultak el a tanulók, amikor a fi-zikaversenyt választották, mert a verseny azt je-lenti, hogy valamiért küzdeni, teljesíteni kell.Gyõr befogadó iskolaváros, és kötelességénekérzi, hogy segítse a fiatalokat.

„Büszkék vagyunk városunkra, várunk ben-neteket késõbbi tanulmányaitok során is.”

Ebben az évben sem lehetett volna megszer-vezni a három fordulós versenyt az iskolákbanlelkesen dolgozó, nagy elhivatottsággal rendel-kezõ és elkötelezett fizikatanárok, az intézmé-nyek érdekeit jól képviselõ, a tehetséges tanulókfejlõdését szem elõtt tartó igazgatók, a megyeibázisiskolák hathatós közremûködése nélkül.

Köszönjük áldozatos munkájukat, a tehetsé-ges tanulók versenyre való felkészítését, hiszena ma még fizikából versenyzõ fiatalok lesznek a jövõ kutatói, fejlesztõmérnökei és felelõs dön-téseket hozó állampolgárai, akiknek józan, meg-fontolt gondolkodásán és tevékenységén múlika nemzet jövõje, gazdaságának fejlõdése.

Életpályájukat lehet, hogy éppen az e verse-nyekre való felkészülés során kialakuló világ-szemléletük, szorgalmuk, sikerélményük, eltö-kéltségük és a tudomány iránti tisztelethatározza meg.

A XXII. Öveges József Országos Fizikaver-seny lebonyolításában az alábbi kollégák mû-ködtek közre:

Lévainé Kovács Róza, Kiss Gyula, FülöpViktorné, Wernerné Pöheim Judit, Szabó Mik-lós felelõs szervezõk;

Dr. Vida József, Csákány Antalné, JanóczkiJózsef, dr. Halász Tibor feladatkitûzõk; dr. Had-házy Tibor lektor;

Horváthné Fazekas Erika, Juhász Nán-dorné, Juhász Nándor, Krakó László, Pál Zol-tán, Pápai Gyuláné, Varga István, Kleizerné Ko-csis Mária, Slezák Zsolt, Bodó Genovévazsûritagok;

Antoni Istvánné, Czinke Sándor, KukorellinéSzabó Mónika, Tóth Zsuzsanna, Vidáné PappCsilla, Horváthné Perger Zsuzsanna, VárhegyiLászlóné felügyelõtanárok;

Poócza József, Csatóné Zsámbéky Ildikó,Tasi Zoltánné, Szénási Istvánné, Nagy Zsig-mondné, Wöller Lászlóné, Õsz György szerve-zõk és a számítógépes feldolgozást végzõGesztesi Péterné, Gesztesi Péter.

A verseny teljes anyagát – a feladatokat ésmegoldásokat (az elõzõ fordulókat is!), azok ér-tékelését, elemzését, az eredménylistát – tartal-mazó kiadvány az idén is elkészült a MOZAIKKiadó segítségével.

MOZAIK KIADÓ 29


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 29

Feladatok

I. Kísérletelemzõ feladat

Egy szemeteszsákba beleteszünk egy szóda-szifon fejet patronnal, ezt követõen a zsák szájáterõsen bekötjük zsinórral. Mérlegre tesszük, éskiegyensúlyozzuk (kitárázzuk) a mérleget, majda zsákban lévõ patront kiszúrjuk.

Adj részletes magyarázatot a kísérletben ta-pasztaltakra és válaszolj az alábbi kérdésekre!

a) Mi az oka a tapasztalt változásnak?b) Hogyan változik a zsák tartalmának

össztömege a patron kiszúrása után? (Húzdalá a megfelelõ választ!) nõ – csökken – nemváltozik. Válaszodat indokold meg!

c) Hogyan változik a mérleg egyensúlya és a zsák súlya a patron kiszúrása után? Miért?

d) Hogyan változik a mérleg egyensúlya a zsákkiszúrása után? A zsákot tartalmazó kar le-süllyed – nem változik – felemelkedik. Húzdalá a megfelelõ választ!

e) Miért változik/nem változik a mérleg egyen-súlya a zsák kiszúrása után?

II. Fizikatörténeti feladat

1. A trianoni diktátum miatt ma melyik országterületén van Mikola Sándor szülõfaluja?

........................................................................

........................................................................

2. Hol járt elemi iskolába, hol érettségizett éshol szerzett tanári diplomát Mikola Sándor?

........................................................................

........................................................................

3. 1916-ban melyik országos szakmai szerve-zetben választották meg titkárnak? A diákok ér-dekében milyen két fontos dolgot szervezett itt?

........................................................................

........................................................................

4. Mi volt Mikola Sándor legnagyobb tudomá-nyos elismerése, amit Bay Zoltán javaslatárakapott? Mi Bay Zoltán legismertebb tudomá-nyos kísérlete?

........................................................................

........................................................................

5. Milyen új, hatékony módszerek elterjesztésé-vel segítette Mikola Sándor a fizikaoktatás fej-lesztését? Említs meg ezek közül legalább kettõt!

........................................................................

........................................................................

6. Mi volt a legjellemzõbb tanári munkájára,amit szeretnél, ha tanáraid is átvennének Miko-la Sándortól? Nevezz meg legalább 3 jellemzõt!

........................................................................

........................................................................

7. Az utókor mivel ismerte el Mikola Sándoréletmûvét? Mit neveztek el róla?

........................................................................

........................................................................

III. Kísérleti feladat

Az asztalon egy „FEKETE DOBOZ”-t találsz.A dobozban valamilyen optikai (fénytani) esz-közöket rejtettünk el. Rendelkezésedre áll egykis teljesítményû lézer-fénymutató, melynek fel-

MOZAIK KIADÓ30


Dr. Vida József

A XXII. Öveges József OrszágosFizikaverseny döntõjére kitûzött feladatok és megoldásuk

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 30

használásával határozd meg, milyen optikaieszköz(ök) lehet(nek) a dobozban!

A kísérlet során a lézer-fénymutató vörös szí-nét használd, ehhez a lézerdióda felõli kapcso-lót kell zárni! Vigyázz, a lézerfényt ne irá-nyítsd se a magad, se más szemébe!

A dobozon 1 ill. 2 számokkal ellátott nyílá-sok, és az A ill. B betûkkel jelölt nyílásokon lé-võ ernyõk vannak.

Egészítsd ki az ábrákat a dobozba jutó fényútját megváltoztató különbözõ optikai eszközökrajzával, és rajzold be az ábrákba, hogyan kép-zeled el az eszközök hatására az egyes nyílások-hoz érkezõ fények útját a dobozban!

Minden esetben írd le, mit tapasztalsz, majdrajzold be az ábrákba azt az eszközt, mely véle-ményed szerint a tapasztaltak szerint változtat-hatja meg a fény útját!

A doboz nyílásokkal ellátott falára merõlege-sen juttasd a fénysugarakat a dobozba!

Ha szükséges további ábra, azt pótlólag raj-zold meg!

Az egymástól különbözõ optikai elemekkeltörténõ 5 alapvetõen különbözõ megoldásért ésa hozzájuk tartozó helyes rajzokért 5–5 pontotkaphatsz. Egyéb megoldásokat is elfogadunk,de maximálisan 35 pontot szerezhetsz erre a fel-adatra.

IV. Számolásos feladatok

1. feladat (elektromosságtan):

Változtatható ellenállású tolóellenállással U = 3,6 V feszültségû és P = 0,72 W teljesítmé-nyû izzólámpát mûködtetünk a névleges feszült-ségértékén. A tolóellenállás izzólámpával pár-huzamosan kapcsolt szakaszában másfélszernagyobb az áramerõsség, mint az izzón. a) Mekkora az izzó ellenállása?b) Mekkora a fõágban az áramerõsség? c) Mekkora a tolóellenállás teljes ohmikus ellen-

állása?

2. feladat (hidrosztatikai nyomás, egysze-rû gépek):

Víztartályba egy csövön felülrõl folyamato-san áramlik be a víz. A tartály aljából kinyúló 5 cm átmérõjû kifolyócsõ nyílását a súlyszelepvízzáró lapja zárja le. A súlyszelep egy kétoldalúemelõ, bal oldali végén a tartály kifolyócsövétlezáró lap, a kétoldalú emelõ jobb oldali karjánegy csúsztatható nehezék helyezkedik el. A súly-szelep feladata a túlfolyás megakadályozása: ki-nyit, amikor a vízszint a tartály aljától számítvaeléri a 25 cm-es magasságot.

Tervezd meg azt az automatikusan mûködõrendszert, amely a fenti feltételnek eleget tesz! A tervezésnél vedd figyelembe, hogy a nehezéktömege legfeljebb 0,75 kg lehet, és tekintsdpontszerûnek, hogy a kar végéig kihúzható le-hessen. A vízzáró lap súlya elhanyagolható a vízhidrosztatikai nyomásából származó nyomóerõ-höz viszonyítva.

MOZAIK KIADÓ 31


12 V

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 31

a) A forgástengelytõl milyen távolságban tud meg-felelni a feltételeknek a 0,75 kg-os nehezék?

b) Mekkora tömegû nehezékkel lehet az elõírtfeltételeket teljesíteni, ha a forgástengelytõl20 cm távolságban lévõ nehezékkel akarjuklétrehozni az egyensúlyt?

V. Tesztek

Karikázz be minden jó válasz elõtti be-tût, és minden rossz válasz elõttit pedighúzz át!

Ha helyesen választod ki a jó és a rossz vála-szokat, akkor minden feladatra 4 pontot kaphatsz.

1. Egy terület tisztítására A és B gépet használ-hatják. A táblázat mutatja, hogy milyen nagysá-gú területeket tisztítanak meg egy óra alatt, ésközben mennyi üzemanyagot fogyasztanak.Melyik gép alakítja át nagyobb hatásfokkal azüzemanyag energiáját munkává?

a) Az A gépb) A B gépc) Azonos a hatásfokukd) A munka kiszámításához ismerni kellene

a megtett utat és a munkát végzõ erõt. Ebbenaz esetben ezek ismeretlenek, ezért nem le-het válaszolni a kérdésre.

2. Az izzólámpák üzemeltetésére elektromosenergiát használunk. A nyert fényenergia meny-nyisége a felhasznált elektromos energiánál a) többb) kevesebbc) ugyanakkorad) függ a keletkezõ fény színétõl.

3. Ha egy vízszintes felületen mozgó, 5 kg tö-megû, hasáb alakú testre 23 N erõ hat keletiirányban és a hasábra közben 8 N súrlódási erõhat, akkor a hasáb

a) állandó 5 m/s sebességgel mozog keletiirányban

b) állandó 3 m/s sebességgel mozog keletiirányban

c) állandó gyorsulással mozog keleti iránybad) állandó gyorsulással mozog nyugati irányba

4. Egy egyenletes vastagságú fémlemezbõl úgyvágunk ki egy kör, egy négyzet és egy L alakúformát, hogy a tömegük azonos legyen. Melyik-nek legnagyobb a sûrûsége?

a) A legnagyobb felületûnek.b) A négyzetnek.c) Mindegyiké ugyanakkora. d) Ennyi adatból nem lehet meghatározni.

5. Az alábbi ábrák Torricelli csöveket mutatnak.Melyik távolságot kell lemérnünk, ha meg akar-juk állapítani a légnyomás értékét? a)b)c)d)

6. Az alábbi közlekedõ edényben víz van. Mek-kora erõ hat a 2 cm2 keresztmetszetû dugattyúra?

a) 1 Nb) 4 Nc) 80 Nd) 1600 N

7. Egy folyadékos hõmérõ érzékenysége függ a folyadéktartályában lévõ folyadék mennyisé-gétõl és az ehhez csatlakozó üvegcsõ belsõ át-mérõjétõl. Melyik változat eredményezi a legna-gyobb érzékenységet?

MOZAIK KIADÓ32


1 óra alattmegtisztított

terület

1 óra alattfölhasználtüzemanyag

A gép 2 hektár 3/4 liter

B gép 1 hektár 1/2 liter

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 32

8. Mire fordítódik az az energia, amely a folyé-kony víz azonos hõmérsékletû gõzzé alakításá-hoz szükséges?

a) Növeli a folyadék részecskéinek átlagos tá-volságát.

b) Növeli a folyadékrészecskék átlagos mozgásienergiáját.

c) Növeli a folyadékfelszín közelében lévõ leve-gõ hõmérsékletét.

d) Atomjaira bontja a folyadék molekuláit.

9. Áramkört létesítünk egy R ellenállásból ésegy 3 V-os telepbõl. Mely I áramerõsség és R el-lenállás értékek tartozhatnak össze?

a) 1,5 A; 1,5 Ωb) 1,5 A; 2 Ωc) 6 A; 2 Ωd) 4 A; 12 Ω

10. Két egyforma mágnes közülaz alsó 1 N erõvel nyomja az asz-talt, miközben a felette lévõ, dehozzá nem érõ 5 N erõvel húzzaaz õt tartó erõmérõt. Mekkora sú-lyúak a mágnesek és mekkoraerõvel vonzzák egymást?

a) G = 3 N; F = 2 N b) G = 3 N; F = 1 Nc) G = 5 N; F = 1 Nd) G = 1 N; F = 5 N

11. Kétoldalú emelõ egyik karján 1 kg-os alu-mínium, másik oldalán 1 kg tömegû vasgolyótart egyensúlyt egymással. Ha mindkettõt egy-szerre vízbe merítjük,a) továbbra is egyensúlyban marad a rendszer.b) a vasgolyóra hat nagyobb felhajtóerõ.c) mindkét golyóra hat felhajtóerõ. d) a vasgolyó billen lefelé.

12. A Földet körülvevõ levegõréteg a) a Föld felszínén a legsûrûbb, mert a levegõt

is vonzza a Föld.b) több km vastagságban veszi körül a Földet.c) eltûnne, ha nem volna elég nagy a rá ható

gravitációs erõ.d) nyomása csökken a Föld felszínétõl mért tá-

volsággal.

13. Kétoldalú mérlegen apró szögekkel ki-egyensúlyozunk két egyforma mágneses gyûrûtés egy farudacskát, melyre ráhúzhatóak a gyû-rûk. Eredetileg csak az egyik gyûrû van a hen-geren, a másik a henger mellett van a mérlegserpenyõjében.

a) Ha a másik gyûrût úgy húzzuk rá a hengerre,hogy a gyûrûk vonzzák egymást, a mérlegmágneseket tartalmazó tányérja lesüllyed.

b) Ha a másik gyûrût úgy húzzuk rá a hengerre,hogy a gyûrûk taszítsák egymást, akkor a mérleg mágneseket tartalmazó tányérja fel-emelkedik.

c) Ha a másik gyûrût úgy húzzuk rá a hengerre,hogy a gyûrûk taszítsák egymást, a mérlegmágneseket tartalmazó tányérja lesüllyed.

MOZAIK KIADÓ 33


A folyadék térfogata Üvegcsõ átmérõ

a) Minél kisebb Minél kisebb

b) Minél kisebb Minél nagyobb

c) Minél nagyobb Minél kisebb

d) Minél nagyobb Minél nagyobb

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 33

d) Ha a másik gyûrût úgy húzzuk rá a hengere,hogy a gyûrûk taszítsák egymást, akkor a mérleg egyensúlya nem változik.

14. Mûanyag mérõhengerbe tettlaza csavarrugóra a rugó átmérõ-jével nagyjából megegyezõ átmé-rõjû égõ gyertyát helyezünk, majdelejtjük a hengert. Mi történik a gyertyával esés közben? (Az áb-ra az elejtés pillanatát mutatja.)

a) Esés közben elalszik a gyertya. b) Esés közben a gyertya „kiug-

rik” a mérõhengerbõl. c) Földet érés után kivehetjük az

égõ gyertyát a mérõhengerbõl. d) Esés közben a rugó nincs összenyomva.

15. Két egyforma elektroszkópra egymástól füg-getlenül elektromos töltéseket viszünk, majd ve-zetõvel összekötjük az elektroszkópokat. Azt ta-pasztaljuk, hogy az összekötés után mindkételektroszkóp lemezei elmozdulnak, de úgy, hogyazonos mértékben ágaznak szét. Mit állapítha-tunk meg az elektroszkópok eredeti töltésérõl?

a) Azonos elõjelûek és azonos nagyságúak voltak.

b) Azonos elõjelûek, de különbözõ nagyságúakvoltak.

c) Ellentétes elõjelûek és azonos nagyságúakvoltak.

d) Ellentétes elõjelûek és különbözõ nagyságú-ak voltak.

16. Lehetséges az, hogy egy test észak felé ha-lad, és dél felé gyorsul?a) Nem, hiszen a test észak felé halad.b) Lehetséges, de csak északi erõ hatására. c) Lehetséges, de csak déli erõ hatására. d) Lehetséges, de csak ha azonos nagyságú

északi és déli irányú erõ hat rá.

17. Áramkört létesítünk egy izzólámpából, egykapcsolóból és egy 1,5 V-os elembõl.

a) A kapcsoló nyitott állása esetén az izzón1,5 V feszültség mérhetõ.

b) A kapcsoló nyitott állása esetén az izzó végeiközött mérhetõ feszültség 0 V.

c) A kapcsoló zárt állása esetén az izzó végeiközött 1,5 V feszültség mérhetõ.

d) A kapcsoló zárt állása esetén az elem két vé-ge között 1,5 V feszültség mérhetõ.

Megoldások

I. Kísérletelemzõ feladat megoldása

a) A patron kiszúrásával a zsákban lévõ anya-gok zárt térben maradnak, de a patronból ki-áramló szén-dioxid felfújja a zsákot.

b) A zsákban lévõ össztömeg nem változik(aláhúzva), mert a patronban a kiszúrás elõttlévõ gáz teljes egészében a zsákban maradt.

c) A mérleg zsákot tartó karja felemelkedik. Mivel a zsák térfogata megnõtt, így az általa ki-szorított levegõ térfogata és a kiszorított levegõsúlya is több lett, vagyis a zsákra nagyobb fel-hajtóerõ hat, emiatt kisebb erõvel húzza a zsáka mérleg zsákot tartó karját.

d) A mérleg zsákot tartó karja a zsák kiszúrásaután nem változik (aláhúzva).

e) Ha kivágjuk a zsák alját, a benne lévõ szén-di-oxid gáz – amely nagyobb sûrûségû, mint a le-vegõ – távozik a zsákból, ezért csökken a zsáktérfogata és a zsákra ható felhajtóerõ is. A zsákban lévõ össztömeg (az eredetihez viszo-nyítva) csökken, tehát a súly is, így a mérlegzsákot tartó karja felemelkedve marad.

II. Fizikatörténeti feladat

1. A trianoni diktátum miatt ma melyik országterületén van Mikola Sándor szülõfaluja?

– Szlovénia

2. Hol járt elemi iskolába, hol érettségizett éshol szerzett tanári diplomát Mikola Sándor?

– Körtvélyesen,– A soproni evangélikus líceumban,– A budapesti Tudományegyetemen.

3. 1916-ban melyik országos szakmai szerve-zetben választották meg titkárnak? A diákok ér-dekében milyen két fontos dolgot szervezett itt?

– A Mathematikai és Physikai Társulatban.

MOZAIK KIADÓ34


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 34

– A Mathematikai és a Physikai lapok fi-zikai részét szerkesztette.

– A matematika és fizika középiskolaiversenyeket szervezte.

4. Mi volt Mikola Sándor legnagyobb tudomá-nyos elismerése, amit Bay Zoltán javaslatárakapott? Mi Bay Zoltán legismertebb tudomá-nyos kísérlete?

– A Magyar Tudományos Akadémia tagjaiközé választotta.

– Bay Zoltán mérte meg radarhullámok-kal elõször a Föld – Hold távolságot.

5. Milyen új, hatékony módszerek elterjesztésé-vel segítette Mikola Sándor a fizikaoktatás fej-lesztését? Említs meg ezek közül legalább kettõt!

– A tanári és tanulói kísérletre épülõ fizi-kaoktatás népszerûsítésével.

– A tanulói aktivitás fontosságának ki-emelésével.

– A tiszta fogalmak fokozatos fejlesztésé-nek fontosságával.

– A tehetséges tanulók támogatásával, ta-nulmányi versenyek szervezésével. Stb.

6. Mi volt a legjellemzõbb tanári munkájára,amit szeretnél, ha tanáraid is átvennének Miko-la Sándortól? Nevezz meg legalább 3 jellemzõt!

– Kísérletekre épülõ, felfedeztetõ fizika-oktatás.

– A tanulók bevonása az órai munkába.– Órán kívüli programok szervezése.– Tanulmányi versenyekre felkészítés.

Stb.

7. Az utókor mivel ismerte el Mikola Sándoréletmûvét? Mit neveztek el róla?

– Mikola Sándor emlékdíj, a sokat kísér-letezõ kiváló fizikatanároknak.

– Mikola Sándor középiskolai fizikaver-seny.

III. Kísérleti feladat megoldása

Tapasztalat:Az 1-es nyíláson bejutó fénysugár az A er-

nyõn jelenik meg, ami nincs szemben a nyílással.

Ha a fény a 2-es nyíláson jut a dobozba, ak-kor ugyanez a helyzet, a B ernyõn jelenik mega fényfolt.

Következtetés: Valami megváltoztatta a fénynyaláb haladá-

si irányát. Ez lehet pl. egy síktükör.

Egy megfelelõen elhelyezett prizma is ered-ményezheti ugyanezt a tapasztalatot.

Megfelelõen elhelyezett párhuzamos falúüveghasáb is lehet a dobozban, melynek azegyik felületén teljes visszaverõdés jön létre.

A tapasztaltakat okozhatja egy hosszúüveghasáb is, melyben többszörös teljes fény-visszaverõdés következik be.

Homorú és domború tükrök is lehetneka dobozban, azokról is visszaverõdik a fény.

MOZAIK KIADÓ 35


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 35

Pl. két domború tükör

vagy két homorú tükör

10 pont

Tükröknek és egyéb optikai eszközöknek bár-melyik más, jó variációja hasonlóan pontot ért.

IV. Számolásos feladatok megoldása

1. feladat megoldása

Az izzón átfolyó áramerõsség:

Az izzó ellenállása:

A tolóellenállás izzóval párhuzamos szakaszánfolyó áram erõssége:I1 = 1,5 ⋅ 0,2 A = 0,3 A.

A tolóellenállás izzóval párhuzamos szakaszá-nak ellenállása:

A tolóellenállás fõágbeli szakaszára esõ feszült-ség: Ufõ = 12 V – 3,6 V = 8,4 V.

A tolóellenállás fõágbeli szakaszának ellenállása:

A tolóellenállás teljes ellenállása:

2. feladat megoldása

Hidrosztatikai nyomás a kifolyó nyílásnál:

A víz által a kifolyószelepre ható erõ:

Ezzel tart egyensúlyt a szelep, ekkora erõ forga-tó hatását kell kiegyensúlyoznia a csúsztathatónehezéknek.

Amennyiben a nehezék m = 0,75 kg tömegû,G = 7,5 N súlyú, akkor a forgatónyomatékok,ill. az egyensúlyuk:

F ⋅ (0,2 m + 0,025 m) = l ⋅ G, 5,889 N ⋅ 0,225 m = l ⋅ 7,5 N, amelybõl a jobb oldali kar hossza (a nehezék tá-volsága a forgástengelytõl):

l ≈ 0,177 m = 17,7 cm.

Ha pedig a kar végére toljuk ki a nehezéket,aminek a súlya (G*) most nyilvánvalóan ki-sebb, mint 7,5 N, akkor a forgatónyomaték:

F ⋅ 0,225 m = 0,2 m ⋅ G*,

5,889 N ⋅ 0,225 m = 0,2 m ⋅ G* ,innen a nehezék által kifejtett erõ (a nehezék súlya):

tömege pedig: m* = 0,66 kg.

V. Tesztek megoldása

G∗ = ⋅ ≈5,889 N 0,225 m0,2 m

6,6 N,

F p A= ⋅ = ⋅ ⋅ =−3000 1 963 10 5 8893 Pa m N.2, ,

p g h= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =ρ 1000 10 0 3kg

m

m

s m 3000 Pa.3 2 ,

h

Ad

,

= + = =

= ⎛⎝⎜

⎞⎠⎟⋅ = ⋅ ≈ ⋅

25 5 30 0 3

20 025 1 963 10

22 2

cm cm cm m

m

,

,π π −−

−⋅ = ⋅

3 2

2 3 23 14 1 9625 10

m ,

(ill.: 0,025 m m2 , , ).

R R Rö fõ 16,8 = + = + =1 12 28 8Ω Ω Ω, .

RUIfõ

fõ

fõ

8,4 V0,5 A

.= = = 16 8, Ω

A fõágban az áramerõsség

A A Afõ( ) :

, , , .

I

I I Ifõ = + = + =1 0 2 0 3 0 5

RUI11

12= = =3,6 V0,3 A

.Ω

RUI

= = =3,6 V0,2 A

18 Ω.

IPU

= = =0,72 W3,6 V

,2 A,0

MOZAIK KIADÓ36


1. e);4. c);7. c);10. a);13. d);16. c);

2. f);5. b);8. a);11. c), d);14. a), b), d);17. b), c), d);

3. c);6. b);9. b);12. a), b), c), d);15. b), d);

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 36

Inogni látszik az elektromágne-sesség eddigi elmélete

Átértékelésre szorulhat a fizika egyik alap-pillére, amennyiben igazolást nyernek azEgyesült Államok Nemzeti Szabványügyi

és Technológiai Intézete (NIST) új ion-csapdájá-val végzett kísérleteinek eredményei.

A Physical Review Letters-ben közzétetteredmények szerint az elektromágnesességenalapuló jóslatok nem teljesen fedik le az atomokegzotikus állapotokban tanúsított viselkedését. A kérdéses elmélet az úgynevezett kvantum-elektrodinamika (QED), ami a modern fizikaegyik fõ támasza az anyagra gyakorolt elektro-mágneses hatások pontos leírásának köszönhe-tõen, különös tekintettel az elektronok viselkedé-sével kapcsolatos magyarázatára. Az elmélettelkapcsolatos kiváló tapasztalatok ellenére a fiziku-sok jó ideje gyanítják, hogy a QED nem ad teljesképet a valóságról. Az NIST legfrissebb eredmé-nyei igazolni látszanak ezeket a feltevéseket,amik a fizika más területeire is kihathatnak.

Az NIST ion-csapdája A QED tesztelésénekegyik módja, hogy veszünk egy viszonylag ne-héz atomot – például titánt, vagy vasat – ésmegfosztjuk a mag körüli elektronjainak többsé-gétõl. „Ha a titán huszonkét elektronjából hú-szat eltávolítunk, egy magasan töltött iont ka-punk, ami sok tekintetben hasonlít egy, azeredeti méretének tizedére összezsugorított héli-um atomra” – magyarázta John Gillaspy, a NIST fizikusa. „Ironikus, de ebben a szokatlanállapotban a QED hatásai felerõsödnek, ígyrészletesebben vizsgálhatjuk azokat.”

A kvantum-elektrodinamikának számos al-kalmazása van, például megjósolható vele, mitörténik, ha egy atommag körül keringõ elekt-ron összeütközik egy elhaladó részecskével. A gerjesztett elektron egy pillanatra egy maga-sabb energiaállapotba ugrik, azonban gyorsanvissza is tér eredeti pályájához. A folyamat fény-kibocsátást eredményez, egy foton szabadul fel,a QED pedig képes megjósolni ennek a foton-nak a színét, vagyis elõrejelezhetõ a hullámhos-sza. Az NIST csapata azt vette észre, hogy azerõs pozitív töltésû ionokban a fennmaradóelektronok észlelhetõen más színû fotonokat ge-nerálnak, mint amit a QED megjósol. Ez megin-gatja az elektromágnesesség, a világegyetemnégy alapvetõ erõi egyikének elméletét.

Gillaspy reméli, hogy eredményeik a kísérletmegismétlésére sarkallják majd tudóstársait,melyekbõl még pontosabb mérések születnek.Az NIST csapat jelenleg egzotikus atomok általkibocsátott fény mérésén dolgozik, ami Gillaspyszerint meg fogja erõsíteni a jelenlegi eredmé-nyeiket.

MOZAIK KIADÓ 37


NET-LESEN

Fiz12_04.qxd 2012.12.15. 10:23 Page 37

Az elektromágnesesség

Az elektromágneses kölcsönhatás, vagyelektromágnesesség az elektromágneses

mezõ fizikája. Az elektromágneses mezõ azelektromos és mágneses mezõk által létrehozott,a tér teljességét betöltõ hatásmezõ. Míg az elekt-romos mezõ a statikus elektromosságot elõidé-zõ töltés eredménye (amely elektromos vezetõ-ben elektromos áramot hoz létre), addig a mágneses mezõ az elektromos töltés mozgá-sából származik (mint egy elektromos vezetõ-ben folyó áram) és az állandó mágnesekhez ha-sonló mágneses erõben nyilvánul meg.

Az „elektromágnesesség” kifejezés az elekt-romosság és mágnesesség közeli kapcsolatárautal. Például a mágneses mezõ változása elekt-romágneses indukciónak nevezett elektromosmezõt hoz létre, amely lehetõvé teszi olyan hét-köznapi eszközök létezését, mint az áramfejlesz-tõ generátorok (és dinamók), villanymotorok éstranszformátorok. Az elektrodinamika az elekt-romágnesesség és a mechanika közös területe,amely az elektromágneses mezõnek az elektro-mos töltésû részecskékre gyakorolt mechanikaihatásait tanulmányozza.

Elektromágneses erõnek nevezik az elektro-mágneses mezõnek az elektromos töltésû ré-szecskékre gyakorolt hatását. Ez a fajta erõ a természet négy alap-erõinek egyike. A másikhárom 1) az atommagot összetartó erõs nukle-áris erõ, 2) a radioaktív bomlás bizonyos fajtái-ért (Béta-bomlás) felelõs gyenge nukleáris erõ3) a tömegvonzási (gravitációs) erõ. A fizikaitestek közötti minden kölcsönhatás (erõ) végsõ-soron e négy alapvetõ erõk következménye,mégis a hétköznapi életünkben a gravitációtóleltekintve, gyakorlatilag minden jelenségért azelektromágneses erõ felelõs.

Durva megközelítésben, az atomok közöttikölcsönhatásokban, minden erõ az atom belsejé-ben lévõ elektromos töltésû protonokra és elekt-ronokra ható elektromágneses erõre vezethetõvissza. Például, mikor húzunk, vagy nyomunkvalami tárgyat, az általunk kifejtett erõ a testünkés a tárgy egyes molekulái közötti kölcsönhatás

eredménye, sõt, az elektronok keringésébõl adó-dó kölcsönhatásokon keresztül minden kémiaifolyamat is ez erõkön keresztül zajlik le.

Mindezeken felül, a fény- és rádióhullámoknem mások, mint az elektrománeses mezõ meg-háborításának mozgása, amit elektromágneseshullámoknak hívunk. Tehát minden optikai,vagy rádió-frekvenciás jelenség ténylegesenelektromágneses természetû.

(Forrás: www.richpoi.com)

Magyar kutatók vették észre Da Vinci hibáját

Az õsemberek helyesebben ábrázolták a négylábú állatok járását, mint a mo-dern kori mûvészek, állapították meg

magyar kutatók. A természettudósként és mû-vészként is világhírû Leonardo da Vinci szinténhibásan ábrázolta a lovak járását.

Az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén HorváthGábor egyetemi docens kutatócsoportja az el-múlt években számos rendkívül érdekes tanul-mányt készített. A zebrák csíkozásának okát kutat-va megállapították, hogy a mintázat a rovaroktólvéd: a vérszívó böglyök látását ugyanis összeza-varják a zebrák csíkjai. Az efféle kutatások – bárelsõ pillantásra talán elvontnak tûnnek – az állat-tartásban, a parazita rovarok elleni védekezésmiatt nagy jelentõségûek.

Az ELTE kutatói most újabb érdekes vizsgá-latot végeztek, amelynek eredményeit a PLoSONE tudományos folyóiratban jelentették meg.Horváth Gábor és csapata (Farkas Etelka,Boncz Ildikó, Blahó Miklós, Kriska György) a négylábú állatok járásáról készített képzõmû-vészeti ábrázolásokat hasonlította össze a törté-nelem elõtti idõktõl fogva a jelenkorig. Kiderült,hogy az õsemberek pontosabban rajzolták a barlangok falára, élethûbben vésték kõbe azáltaluk megfigyelt négylábúak mozgását, mint a késõbbi korok mûvészei.

Az õsemberek 46,2 százalékos arányban té-vedtek, az 1887-ig, Eadweard Muybridge skótszármazású amerikai fényképész úttörõ fény-képfelvételeinek megszületéséig alkotó késõbbi

MOZAIK KIADÓ38


Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 38

mûvészek pedig 83,5 százalékban. Az 1887után készült alkotásoknál a hibaszázalék 57,9százalékos, tehát mintegy 25 százalékkal javultaz ábrázolások pontossága az elmúlt több mintegy évszázad során. De meglepõ módon mégaz 1887 óta készült rajzok, festmények, szobrokis több tévedést tartalmaznak, mint a történe-lem elõtti idõkbõl származó ábrák. Az eredmé-nyekrõl magyarul a Fizikai Szemle 2012. januá-ri számában is írtak az ELTE kutatói.

Érdekesség, hogy az egyik legnagyobb hiba-rátát (63,6%) éppen az állatanatómiai tanköny-vekben találták a magyar biofizikusok.

A négylábú állatok elvileg hatféle lépéssor-rendet használhatnának, a természetben azon-ban csak egy (BH-BE-JH-JE, ahol B a bal, J a jobb, H a hátsó, E az elsõ lábra utal) fordulelõ, mert ez a biomechanikailag legstabilabb já-rásmód. A mai mûvészek, grafikusok azonbannem sokat tanultak Muybridge fotósorozataibólés kutatásaiból, amelyekbõl 1887-ben kiderült,hogy a lovak természetes járása leírható a BH-BE-JH-JE sorozattal, vagyis a bal hátsó után a bal elsõ, majd a jobb hátsó és a jobb elsõ lá-bukat emelik. Az állatok számára azért fontos eza sorrend, mert ez biztosítja számukra a legbiz-

tonságosabb „talajfogást”, illetve alátámasztást.A mozgás jól leírható a súlypontvetülettel és

a lábak által bezárt háromszögek viszonylagos el-helyezkedésével. A stabilitást, például a felborulásesélyének minimalizálását az szolgálja, ha a súly-pont talajvetülete a lábak által bezárt háromszögekoldalaitól a lehetõ legtávolabb van. Az alátámasz-tási háromszögek és a súlypontvetület optimális vi-szonya pedig akkor áll elõ, ha a négylábúak a BH-BE-JH-JE lépéskombinációt követik.

A kutatók ezek ismeretében a négylábúakjárásának ezer képzõmûvészeti ábrázolását vizs-gáltak meg. Kiderült, hogy a lascaux-i barlang-ban az õsemberek sokkal élethûbben rajzoltákmeg a lépéseket, mint ahogyan az Leonardo daVinci egyik híres lórajzán látható. De egy õsi lí-biai elefántábrázolás, egy Tadrart Acacus kör-nyéki sziklavéset is pontosabbnak bizonyult,mint egy modern angol szobrász, Anna HyattHuntington lovas szobra. Ugyanakkor példáulGyõrfi Lajosnak a III. Sobieski János lengyel ki-rályt ábrázoló, Párkányban (Szlovákia) láthatólovas szobra helyesen mutatja a ló járását.

(Forrás: www.origo.hu)

Szegõ Iván Miklós

MOZAIK KIADÓ 39


Elefánt ábrázolása a líbiai Tardrart Acacusmellett (LH – bal hátsó, RH – jobb hátsó,

RF – jobb elsõ, LF – bal elsõ)

Fiz12_04.qxd 2012.12.14. 17:21 Page 39

Documents

TANÍTÁSA FIZIKA - Mozaik · 2013. 5. 10. · 2 MOZAIK KIADÓ A FIZIKA TANÍTÁSA 2012. december Közlési feltételek: A közlésre szánt kéziratokat gépelve (két példányban),