Két mérőkísérlet az elektromosság tanából

A »Fizikai kísérletek gyűjteménye« c. közép­iskolai kísérletező könyv¹ 61. oldalán torziós mér­leget ismertet, amellyel a magnetosztatikai Cou­lomb-törvényt igazolja és a köráram hatását vizsgálja. Megemlíti azt is, hogy a torziós mérleg az elektrosztatikai Coulomb-törvény igazolására is felhasználható.

1. ábra

A következőkben ezt a kísérletet írjuk le, valamint az egyenes áramvezető mágneses hatá­sát tesszük kísérleti vizsgálat tárgyává.

A torziós mérleg kb. 60 cm magas faállvány­ban szorítók között függőlegesen kifeszített vékony acéldrót (hegedű e-húr), amelynek közepén a konduktor befogására alkalmas szorítócsavar van. Ugyancsak a drótra van szerelve celluloid­ból összeragasztott dobozban a 10 × 3 cm méretű csillapító papírvitorla (1. sz. ábra). Könnyű kon­duktorokat ping-gong-labdából készíthetünk. Elő­ször a labdát jó szigetelőből készült (pl. plexi­üveg) nyéllel látjuk el. (A szigetelő nyélbe hossz­tengelye mentén lyukat fúrunk és egy szeget ragasztunk bele. A szeg fejét pedig a labdához ragasztjuk acetonban oldott labdaanyaggal.) Ez­után a nyéllel ellátott labda felületét vezetővé tesszük. Vagy puha ceruzával gondosan grafi­tozzuk, vagy ezüstözzük. Az ezüstözés bonyolultabb művelet, de igen tartós ezüstréteg érhető el, ha az alkohollal előzően zsírtalanított felületű labdát az alábbi recept szerint készített ezüstöző oldatba mártjuk:

1. oldat. 6 gr ezüstnitrátot (AgNO₃) feloldunk 100 ccm vízben és annyi ammoniumhidroxidot (NH₄OH) adunk hozzá, hogy a csapadék fel­oldódjék. Ezután 3%-os NaOH oldatból 70 ccm-t öntve hozzá, újra csapadék keletkezik. Ismét annyi NH₄OH-t öntünk hozzá, hogy a folyadék tiszta, átlátszó legyen. Az oldatot desz­tillált vízzel 500 ccm-re egészítjük ki és sötét üvegben tároljuk.

2. oldat. 8 gr szőlőcukrot 150 ccm desztillált vízben feloldunk, adunk hozzá 0,5 gr koncentrált salétromsavat (HNO₃) és két percig forraljuk. Ezután 150 ml alkoholt adunk hozzá.

Használatkor az első oldathoz a másodikból 1/10-edrésznyit keverünk.

Az ezüstözéshez főzőpohárba annyi oldatot öntünk, hogy a labdát ellepje (a nyelét termé­szetesen nem). 6-10 perc alatt az oldatból az ezüst a labdára (és a főzőpohár falára) csapódik. Friss oldattal annyiszor ismételjük a műveletet, míg a labda felületén összefüggő ezüstréteget nem kapunk. Ezután desztillált vízben óvatosan leöblítjük és megszárítjuk a kész konduktort. A kísérletekhez három darabra van szükség.

A kísérleti berendezés összeállításakor az egyik konduktort (K₂) a torziószál közepén lévő szorí­tóba erősítjük, a másikat (K₁) olyan állványba, amely a konduktorral együtt könnyen eltolható. Az elrendezést felülnézetben a 2. ábra mutatja.

Az L lámpaházban lévő autó-stoplámpának hosszú, egyenes izzószálát a lencsével a T tükör beikta­tásával élesen leképezzük az eszköztől mintegy 2 m távolságban elhelyezett nagyméretű skálára (S_l). A mozgatható állványba szerelt K₁ konduk­tort olyan közel visszük a torziószálra erősített K₂ konduktorhoz, hogy azt éppen érintse. Az S_l skálát most úgy állítjuk be, hogy a fénycsík éppen az O középosztályzatra essen. A két kon­duktor középpontjának távolsága ekkor a ping­pong-labda átmérője (3,6 cm). A mozgatható áll­vány mellé helyezett S₂ skálát úgy helyezzük el, hogy ebben a helyzetben az r távolságot jelző mutató a 3,6 cm-en álljon.

Ha a harmadik konduktorral elektromozó gépről vagy feltöltött leydeni palackról töltést szállítunk a K₁ és K₂ konduktorokra, a taszító­erő következtében K₂ és vele együtt a rászerelt tükörről visszaverődő fénymutató is elfordul. Az elfordulás szöge arányos a töltések között ható taszító erővel.

A mérést r = 8 cm távolságban kezdjük. 2 cm-­ként távolítva K₁-et K₂-től, minden esetben le­olvassuk a fénymutató helyzetét. Táblázatot és grafikont készítünk (1. sz. grafikon). A görbe kiértékelése a szokásos módon történik.

A mérés második részében az előbbi módon feltöltött konduktorokat r = konstans távolságon (pl. r = 10 cm) tartjuk és K₁ töltését többször megfelezzük úgy, hogy a töltésnélküli harmadik konduktort hozzáérintjük. Minden esetben le­olvassuk a fénymutató helyzetét. A már ismert módon elkészített táblázat és grafikon (2. sz. grafikon) alapján értelmezzük a kapott mérési eredményt.

Mivel minden elektrosztatikus kísérletnél a szigetelés kérdése igen lényeges, a kísérlet napján célszerű megvizsgálni, milyen mértékben tartják, ill. vesztik a konduktorok töltésüket. A vizsgá­latot a kísérlet második részéhez szükséges össze­állításban végezzük, csak K₁ töltését nem felez­zük, hanem érintetlenül hagyva kétpercenként le­olvassuk a fénymutató helyzetét. A mérések azt mutatják, hogy a konduktorokra túl sok töltést nem érdemes vinni, mert kezdetben elég nagy a veszteség. A készülék érzékenységét és a jobb leolvasás lehetőségét inkább az S₁ skála távolabbra helyezésével növeljük.

Az eszköz beállításánál ügyelnünk kell arra, hogy a torziószál függőleges legyen, mert ellen­kező esetben a mérési eredményeket lényegesen rontó nyomatékok lépnek fel.

A torziós ingával bemutatható másik kísérlet egyenes áramvezető mágneses hatását vizsgálja (3. ábra). A torziószál tartójába 8-10 cm hosszú mágnesezett acéldrótot teszünk (M). Az S₁ skálát úgy állítjuk fel, hogy a nyugalmi helyzetben a fényfolt a skála közepén lévő 0 pontra essék. A függőleges egyenes vezetőt (V) a mozgatható állvánnyal a tű elé helyezzük és a mérésnél a nyíl irányában mozdítjuk el az S₂ skála mellett. A vezető és a mágnestű pólusa közötti távolságot jelöltük az ábrán r-rel. Az áramkört az ábra szerint kapcsoljuk össze. Az (1)-gyel jelzett pontja az egyenes vezető aljához, (2)-vel jelzett pontja a felső végéhez csatlakozik. A R ellenállását kb. 2 m hosszú, 0,8 mm átmérőjű vashuzalból készít­jük megfelelő leágazásokkal. Az árammérő 15 A méréshatárú.

A kísérlet elvégzéséhez 10 A nagyságrendű egyenáramra van szükség. Ennek előállítása sok­helyütt nehézséget okoz. Itt tesz jó szolgálatot H. Abraham¹ által ismertetett egyszerű galván­elem, melynek + elektródja rézlemez, - elek­tródja cinklemez. Összeállítható fényképezőtál­ban, kristályosító csészében, porcelántányérban. Az edény aljára tesszük a rézlemezt, amelyre sűrűn szórunk kb. 1/2 cm-es rétegben apróra tört rézszulfátot. Ettől 1 cm távolságban üvegcső vagy fakockaalátétre fektetjük a cinklemezt. Ha az edényt megtöltjük ammóniumklorid telített olda­tával, az elem használatra készen áll. Elektromotoros ereje 0,9 V, a szemben álló elektród­felületek cm2-jeként 68 mA áramot ad és 2-3 órán át tartható üzemben. A rézszulfát és az elek­trolit cserélésével újra üzemképessé tehető. Fel­töltött állapotban nem tárolható, használat után bő vízben tisztára mossuk és úgy tesszük el.

A telep bekapcsolásakor a mágnestű (és vele együtt a fénymutató is) elfordul. A kérdéses mérést két lépésben végezzük. Először az »r«-­től való függést vizsgáljuk állandó áramerősség mellett úgy, hogy az egyenes vezetőt tartójával együtt mind távolabb visszük a mágnestűtől. A fénymutató helyzetét az S₁ skálán, az »r« távolságot az S₂ skálán olvassuk le. A kapott mérési értékeket a 3. grafikonon ábrázoltuk.

Másodszor konstans »r« távolság mellett az áram­erősségtől való függést vizsgáljuk. Mind hosszabb és hosszabb vasdrótot (R) iktatunk az áramkörbe, leolvassuk az áramerősséget (A) és a fénymutató kitérését. Az összefüggést ugyancsak grafikon fogja mutatni.

Nem véletlen, hogy méréseinknél előszeretet­tel készítünk grafikonokat. A fizikai kutatások­nál ez általánosan használt eljárás. E mellett azonban a politechnikai oktatás egyik feladata is az, hogy tanítványaink megtanuljanak grafikono­kat készíteni és grafikon alapján következtetése­ket tenni.

Makai Lajos
Kísérleti Fizikai Intézet, Szeged.

__________________

¹ Abraham-Szíjjártó: Elemifizikai kísérletek gyűj­teménye. Franklin, 1909.

__________________

¹ Szocialista Nevelés Könyvtára