Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
Fizikai Szemle 2001/09. 284.o.
ELEKTROSZTATIKAI KÍSÉRLETI ESZKÖZÖK MŰANYAG PALACKOKBÓL
Hans-Joachim Wilke
Drezdai Műegyetem
Alkalmazott Fizikai és Módszertani Tanszék
Az elektrosztatika témakörében elvégezhető látványos kísérletek csaknem olyan motivációs lehetőséget kínálnak a fizika tanítása és népszerűsítése során, mint a fényjelenségek. Sokan azért nem mutatják be őket, mert iskolájuk nem tudja megvásárolni az igen drága berendezéseket. Pedig a háztartásban megtalálható eszközök is alkalmasak a legfontosabb jelenségek élőidézésére, jelzésére, mérésére. A következőkben néhány, az elektrosztatikai kísérletek elvégzéséhez szükséges eszköz (elektroszkóp, leideni palack, dörzselektromos gép), valamint néhány alkalmazás (elektrosztatikus motor, elektromos légtisztító) elkészítésének munkamenetét, működési elvét mutatom be.
Elektroszkóp
1. ábra |
Műanyag palackból jól működő elektroszkópot tudunk készíteni. A palack zárókupakjába akkora lyukat fúrunk, hogy egy vastagabb kötőtű éppen átférjen rajta. Hogy a rögzítést biztonságossá t tegyük, ragasszuk a kötőtűt a kupakhoz! Ehhez egy kétkomponensű ragasztót érdemes használnunk, amiből olyan vastag réteget öntünk a kupakba, hogy a menetes részt már ne borítsa be. Ha a ragasztó megszárad, rendkívül erős rögzítést ad a kötőtűnek. A kötőtű felső vége legalább 5 cm-re nyúljon ki a zárókupakból, s rögzítsünk rá egy körülbelül 2 cm átmérőjű, alufóliából gyúrt golyót! A kötőtű alsó végére rögzítsünk erős cérnával két, körülbelül 7 cm hosszú alufólia csíkot az ábra szerint! Hogy a palack belsejében kicsi legyen a páratartalom, a zárókupak becsavarása előtt tartsuk az alkatrészeket fűtőtest közelében! Hogy az elektroszkóp érzékenységét növeljük, ragasszunk a külső falára egymással szemben két azonos méretű alufólia csíkot úgy, hogy azonos magasságban legyenek a belső lemezekkel, de a közöttük szabadon hagyott "ablakon" át jól láthassuk az alufólia csíkokat! A külső felületre ragasztott fólialemezeket kössük össze keskeny alufólia szalaggal és földeljük! Ha az elektroszkóp vezető gömbjét megérintjük egy megdörzsölt műanyag fésűvel, az elektroszkóp belsejében lévő fóliacsíkok eltávolodnak egymástól. A töltés többszöri megismétlésével egyre távolabb kerülnek egymástól. A hatást a külső falra ragasztott alumínium lemezek az elektromos megosztás révén növelik. |
Leideni palack
Egy műanyag palack külső és belső felületét ragasszuk körül alumínium fóliával úgy, hogy a fólia felső széle a palack kifolyónyílása alatt 5 cm-rel fusson! A külső felületre viszonylag könnyen tudunk ragasztani, a belső felület bevonásánál viszont kellő türelemmel és gondossággal kell eljárnunk, annál is inkább, mert a ragasztó a palack belsejében nehezen szárad. Először is be kell kennünk ragasztóval a palack belső falát. A palack fenéklapjának beborításához kivágunk egy körlapot alufóliából, és csövet formálnunk belőle. A palack száján bejuttatott csövet óvatosan kibontjuk, és a ragasztóra fektetjük. Hasonlóan csővé tekerve juttatjuk be a palack belső falának bevonására szánt alufóliát, majd kibontjuk és rögzítjük. A belső fegyverzetet helyettesíthetjük faszénnel, nedve fűrészporral, vagy vízzel is. Az elektromos táplálást úgy is megoldhatjuk, hogy például a palackot egy banándugóval kondenzátorlemezhez csatlakoztatjuk. A másik elektromos csatlakozás egy a palack átfúrt zárókupakján át a palackba juttatott kötőtűvel oldható meg. A biztonság kedvéért ragasszuk a kötőtűt a palack kupakjához az elektroszkóp elkészítésének leírtak szerint! A kötőtű palackból kiálló felső végére erősítsünk alufóliából gyúrt golyót! A kötőtű alsó végér rögzítsünk egy alumínium csíkot úgy, hogy az érjen palack aljáig! A vékony falvastagság és a műanyag viszonylag nagy dielektromos állandója miatt ennek a leideni palacknak sokkal nagyobb a kapacitása, mint egy hasonló méretű üvegből készült palacknak. A leideni palackot feltölthetjük, ha egy megdörzsölt műanyag vonalzóval újból és újból megérintjük. Ha ezután a palack külső és belső fegyverzetét egy szigetelő fogantyúval ellátott mérőzsinórral rövidre zárjuk (vigyázat!), hatalmas szikra keletkezik. |
2. ábra |
Dörzselektromos gép
A dörzselektromos gép elkészítéséhez szükségünk van egy nagy műanyag palackra, amelynek zárókupakját átfúrjuk és a nyílásba egy körülbelül 13 mm átmérőjű pálcát ragasztunk. A pálca végével, amely legalább 3 cm hosszan kinyúlik a palackból, egy vízszintes tengelyű centrifugál géphez csatlakozunk. A palack alá egy körülbelül 20 cm x 5 cm méretű fémlemezt helyezünk el, amelyre szőrmét ragasztunk. A kísérlet folyamán a szőrmének lazán érintenie kell a palackot. A palack fölé vízszintesen egy szigetelő nyélbe fogott fémpálcát helyezünk el, amelyhez egy vékony alumínium lemezt rögzítünk, fésűszerű, párhuzamos bevágásokkal. A finoman rugózó alumíniumcsíkok épp a palack felületéhez érjenek! A fémpálcát egy vezetővel elektroszkóp gömbjéhez csatlakoztatjuk, a palack alá helyezett fémlemezt pedig az elektroszkóp földpontjához (1. ábra). Ha megforgatjuk a centrifugál gépet, a palack a szőrméhez dörzsölődik és megtörténik a töltésszétválasztás, a palack és a szőrme ellentétes elektromos állapotba kerül. A palack feltöltött felülete a fölé helyezett fémfésűhöz fordul, amely leszedi a töltéseket és az elektroszkóphoz vezeti. Ezzel a dörzselektromos géppel könnyen feltölthetünk egy leideni palackot is. |
3. ábra |
Elektrosztatikus motor
Az elektrosztatikus motor előállításához le kell vágnunk egy műanyag palack alját. A zárókupak közepére egy 2 mm átmérőjű lyukat fúrunk, s ebbe egy üres félgömb alakú nyomógombot ragasztunk, üreges részével lefelé fordítva. A zárókupakot rácsavarjuk a palackra. A palackot ráhelyezzük egy körülbelül 35 cm hosszú, a felső végén hegyes tűben végződő farúdra az ábra szerint. A farúdat egy állványtalphoz rögzítjük függőleges helyzetben. Most két Holtz-szorítóba 3-3 gombostűt rögzítünk úgy, hogy hegyes végük a szorítóból kifelé mutasson és egy függőleges vonalra illeszkedjen. A két tűsort elhelyezzük a felfüggesztett palack két oldalára úgy, hogy a tűk hegye 1 cm-re legyen a palack oldalfalától (4. ábra)! A tűsorokat kapcsoljuk egy i n f l u e n c i a g é p vagy más nagyfeszültségű áramforrás pólusaihoz! A palack előbb lassan, majd egyre gyorsabban forog: A csúcshatás miatt az egyik tűsorról elektronok lépnek a palackra, a másik tűsor pedig "leszívja" azokat. A tű sorok és a töltéssel rendelkező palack között fellépő taszító, illetve vonzó erők forgatónyomatéka azonos irányú forgást eredményez. A forgásirány esetleges. Azáltal is megszabhatjuk, hogy a kísérlet kezdetén egy mozdulattal kissé elfordítjuk a palackot. |
4. ábra |
Elektromos gáztisztító
5. ábra |
A csúcshatásra építve elektromos gáztisztító berendezést készíthetünk. Egy meglehetősen nagy űrtartalmú, vastag falú műanyag palackra van szükségünk. A palack alaplapját körülbelül 2 cm széles csíkban a közepéig felvágjuk. A palack tengelye mentén kifeszítünk egy vékony fémhuzalt. A huzal felső vége a palack zárókupakjához rögzített banánhüvelyhez kapcsolódik, alsó vége pedig a palack alján felvágott csík közepéhez. A drótot egy legalább 10 kV feszültségű áramforrás negatív pólusához kapcsoljuk. A másik elektródot két 5 cm széles, 15 cm hosszú alumíniumcsík képezi, melyeket a palack két szemközti oldalára ragasztunk úgy, hogy közöttük jól beleláthassunk a palackba. A két csíkot keskeny alufólia szalaggal összekötjük és az áramforrás pozitív pólusához kapcsoljuk (5. ábra).
A füstöt egy, a palack alsó nyílása alatt elhelyezett izzó papírcsík szolgáltatja. Egyszerűbb megoldás, ha a palack alatt felállított kis füstgyertyát gyújtunk meg. Különösen jól látható a füst a palackban, ha egy kis reflektorlámpával felülről megvilágítjuk azt. Ha a palackban elegendő füst van már, rákapcsolhatjuk a feszültséget. Két-három másodpercen belül leülepedik a füst a palackban. Mivel a füstgyertya folyamatosan termeli a füstöt, a kísérletet rövid időn belül megismételhetjük. A nagyfeszültségű drótról elektronok lépnek le, rátelepednek a füstszemcsékre és negatív töltésűvé teszik azokat. A füstszemcsék így a pozitív pólus felé vándorolnak, és lehullanak a palack fala mentén. |
_________________________
Hans Joachim Wilke a drezdai egyetem professzora, a fizikatanítás módszertanának nemzetközileg elismert szakembere, tankönyvíró. Fontos feladatának tekinti a fizika népszerűsítését az iskolák falain kívül is. Maga készíti eszközeit, látványos kísérleteit több országban bemutatta. A Nyíregyházi Főiskola Fizika Tanszékének vendégeként az 1998-as Őszi Fizikus Napok rendezvénysorozatán mintegy negyven látványos kísérlettei szemléltetett előadást tartott. Az előadás szövegét és néhány kísérletet a Fizikai Szemle 2000. évfolyamának 169. oldalán már ismertettük. Az itt közölt kísérleteket és eszközleírásokat is az előadás anyagából válogattuk, remélve, hogy kollégáink szívesen merítenek ötleteket kísérletező munkájukhoz.
Fordította: Erlichné Bogdán Katalin, a Nyíregyházi Főiskola Fizika Tanszékének docense.