ATOMKI PÁLYÁZAT EREDMÉNYE, 1995

Pécskay Zoltán
MTA ATOMKI, Debrecen

A Debreceni FIZIKUSNAPOK-ra 16. alkalommal írtunk ki fizika pályázatot középiskolai tanulók számára. A meghirdetett pályázatunkra 26 dolgozat érkezett, amelynek összeállításában 42 diák vett részt. Ezek a számok azt igazolták, hogy továbbra sem csökkent ezen pályázati forma iránt az érdeklődés. Külön örömünkre szolgált, hogy ebben az évben első alkalommal, szlovákiai magyar diákok is bekapcsolódtak a versengésbe.

Az erdélyi tanulók - igényes, kitartó munkájuk következményeként - változatlanul kitűnő eredménnyel szerepelnek. Reméljük, hogy hamarosan élő kapcsolatot létesíthetünk a kárpátaljai magyar iskolák tanulóival is.

A pályázatot - a korábbi évekhez hasonlóan - két témakörben írtuk ki:

“Fedezzük fel újra a hőerőgépeket!" és
“Transzportjelenségek tanulmányozása laboratóriumi kísérletek segítségével".

Az első témakörben olyan elméleti dolgozat összeállítása volt a cél, amely átfogó képet ad a hőerőgépek működésének fizikai hátteréről, és egyben bemutatja a hőerőgépek alkalmazásának legújabb lehetőségeit.

A másik témakörben a megjelölt fejezetből kiválasztott kísérlet (sorozat) tapasztalatainak ismertetése volt a feladat. Részletes leírást kértünk az alkalmazott kísérleti berendezésről, és a mérési adatok kiértékeléséről.

A beérkezett pályázatokat KLTE Kísérleti Fizikai Tanszékének és az MTA ATOMKI tudományos munkatársai és oktatói bírálták el, illetve alakították ki a végleges sorrendet.

A részleges termodinamikai ismeretek birtokában mindenképpen önálló munkát igényelt az adott téma középiskolás szinten történő összefoglalása. Széleskörű irodalmazás után, a szerzett ismereteket rendszerezni, majd az anyagot egy adott szemléletet követve kellett feldolgozni. Sajnálatos, hogy több pályázó csupán az anyaggyűjtés bizonyos szakaszáig jutott el, de a rendszerezésre, az anyag önálló összeszerkesztésére nem fordítottak figyelmet.

Az elméleti témakörben a pályázati kiírás célkitűzéseit legsikeresebben KISS ANITA és TÓTH ANITA a nyíregyházi Zrínyi Ilona Gimnázium első osztályos tanulói (szaktanár: Izsépi Béla) oldották meg. A bírálóbizottság javaslata alapján mindkét tanuló ELSŐ DÍJBAN részesült.

Kiss Anita dolgozata szépen rendezett munka, jó és következetes gondolatmenettel, pontosan megértett fogalmakkal és állításokkal felépítve. A pályázat első részében a tanuló ismerteti a hő fogalmának történelmi kialakulását, a kísérleti tapasztalatok alapján a téves elméletek (“hőanyag elmélet") ellentmondásainak feloldását, helyes értelmezését. A következő fejezetben a hőerőgépek működési elvét és azok hatásfokának befolyásoló tényezőit foglalja össze. A mechanikai, műszaki tudnivalókat csak érintőlegesen tárgyalja, viszont kitűnő összeállítást ad a hőerőgépek elkövetkezendő évtizedekben történő alkalmazásának lehetőségeiről.

Tóth Anita dolgozatának első részében áttekintést ad a hőerőgépek történeti fejlődéséről, és a működésükkel kapcsolatos fizikai fogalmakról, azok helyes értelmezéséről. A következő részben külön tárgyalja a gőzgépek és a gázgépek sajátságait. A gőzgépeknél részletesebben foglalkozik a gőzturbinák hatásfokának növelésére tett erőfeszítésekkel (az alkalmazott felső nyomás és hőmérséklet növelése, a közbenső túlhevítés és a regeneratív tápvíz-előmelegítés). A gázgépeknél ismerteti a belső égésű motorok működési elvét és összehasonlítja az Otto-motor és Diesel-motor előnyös és hátrányos tulajdonságait. A pályamű végén a korszerű technikai megoldások alkalmazásának alapján megépített modern gépekről (Stirling-motor, gázsugaras és rakétameghajtású gépek) kapunk képet.

Második díjat nyertek Bozsaky Tamás és Diósy Tamás, a komáromi (szlovákiai) Ipari Középiskola második osztályos tanulói (szaktanár: Konkolyi Ferenc). A diákok a gondosan kiválasztott szakirodalom segítségével jól-követhető, logikusan felépített oktatási anyagot szerkesztettek. A többi pályázótól eltérően egy szűkebb témakör részletesebb kidolgozását végezték el. Nevezetesen a hő mechanikai munkává való átalakításának elemzéséhez a Carnot által elképzelt hőerőgép (lásd ábra) működésének korrekt fizikai magyarázatát írták le. A körfolyamat pontos tárgyalása kapcsán jutnak el a reverzibilis és irreverzibilis körfolyamatok alapján működő gépek termodinamikai hatásfokának meghatározásához, azok eltérésének fizikai okához.

Szintén második díjban részesült Pásztor Hajnalka a bajai III. Béla Gimnázium tanulója (szaktanár: Polgár László).

A pályamunka felépítésében az önállóságra való törekvést mutatja. Igen szép kivitelű, gondos munka. Kiemelkedő minőségű a dolgozat illusztrációs anyaga, amely nagymértékben elősegíti a leírt fizikai jelenségek megértését. A pályamű első részében a hőtan fizikatörténeti összefoglalása található, melyben azokról a legfontosabb kísérletekről, elméletekről kapunk átfogó képet, amelyek alapvetően elősegítették az első gőzgépek megalkotását. A dolgozat második részében, a Carnot-körfolyamat elemzése után, a hőerőgépek alkalmazási lehetőségeit és azok környezeti hatásait foglalta össze. Ebben a fejezetben külön hangsúlyt kap a hőerőművek működésével kapcsolatos környezeti ártalmak és veszélyforrások taglalása.

Harmadik díjban részesült Pólik Imre, a pannonhalmi Bencés Gimnázium diákjai (szaktanár: Rábai László). “A villamosenergia-termelés kalorikus gépei" című dolgozatában a pályázó kitűnő összefoglalást ad az erőművekben alkalmazott fizikai folyamatokról. A gőzturbinák működésének leírásánál fontos szerepet kap a Joule- és Rankine-Clasines-körfolyamat közötti különbség elemzése, továbbá á gőzkörfolyamatok hatásfoknövelésére tett erőfeszítések összefoglalása. A gázturbinák ismertetésénél - a munkafolyamat leírásán túlmenően - fontos szerepet kap a kombinált ciklusú erőművek bemutatása.

Ugyancsak harmadik díjat nyertek Egyed Krisztina és Keresztes Anikó, a kolozsvári Brassai Líceum XIII. osztályos tanulói (szaktanár: Darvay Béla). A pályázat az alapvető hőtani ismeretek széles körét foglalja össze. Egységes szemléletű, logikusan felépített, szakmai tévedésektől mentes munka, amely jól beépíthető a középiskolai fizika ismeretanyagba.

Különösen jól sikerült része a dolgozatnak a klasszikus hőerőgépekről készített áttekintő összeállítás, és a termikus hatásfok, problémájának elméleti tárgyalása.

Az elméleti témakörben dicséretben részesültek az alábbi diákok: Tóth Diána és Szobota Ágnes, Szent Imre Katolikus Gimnázium, Nyíregyháza (szaktanár: Nagyidai Sándorné), Simon Kinga és Szilágyi Karolina Erika, Kereskedelmi Iskolaközpont Sepsiszentgyörgy (szaktanár: Nagy Méhész Gyöngyi), és Nagy Zsolt, Mikes Kelemen Líceum, Sepsiszentgyörgy (szaktanár: Baló Árpád).

Képzeletbeli Carnot-gép elrendezése. A tolózárakkal bármely pillanatban hőt vihetünk be a gázba és hőt vonhatunk ki a gázból.

A kísérleti témakör iránt sajnos változatlanul jóval kisebb az érdeklődés. Ebben az évben csupán öt dolgozat érkezett pályázati felhívásunkra. Nyilván ez azzal függ össze, hogy a kísérleti munka sokkal nehezebb és időigényesebb feladat. Éppen ezért külön elismerés illeti Simon Lászlót, a túrkevei Ványai Ambrus Gimnázium fizika tanárát, aki évről-évre szívügyének tekinti a diákjai felkészítését, a pályázatunkon való sikeres szereplés elősegítését.

ELSŐ DÍJBAN részesültek KARDOS ADÉL és NAGY GÁBOR, a túrkevei Ványai Ambrus Gimnázium második osztályos tanulói (szaktanár: Simon László) “Az alumínium hővezetésének kísérleti vizsgálata" című dolgozatukért.

A pályázók a méréseket az általuk elkészített kísérleti eszközön végezték. Először egy 35 cm hosszú és 10 mm átmérőjű alumíniumrudat alkalmaztak, amelynek egyik végét fűtőpatronnal fűtötték, a másik végét eddig víztartályhoz csatlakoztatták. A rúd különböző pontjain elhelyezett termisztorok segítségével határozták meg a hőmérsékletet. A termisztorokon eső feszültségeket digitális multiméterrel mérték, és az adott hőmérsékleteket számítógép segítségével határozták meg. A hőmérséklet ismeretében a hővezetési együtthatót kiszámolták.

A második mérési sorozatban az alumíniumrúd két vége közötti hőmérsékletkülönbséget termoszban lévő meleg víz és a vízcsapból kifolyó hidegebb víz segítségével biztosították. Ebben az esetben az elérhető analitikai pontosság kisebb volt mint az első összeállítás esetében. Ki kell emelni, hogy a dolgozat külalak szempontjából is kifogástalan.

Második díjat nyert Nagy Péter, a túrkevei Ványai Ambrus Gimnázium második osztályos tanulója (szaktanár: Simon László), “A levegő fajhőjének mérése" című dolgozatával. A transzportjelenségek rövid elméleti összefoglalása után, egy olyan kísérleti összeállítás ismertetése szerepel, amely rendkívül egyszerű feltételek mellett lehetővé teszi a gázok fajhőjének kísérleti meghatározását, állandó nyomáson és állandó térfogaton. A rövid fűtési idők vezérlését (0,2-0,1 s) tranzisztor és számítógép segítségével oldotta meg. A gáz nyomásváltozását vízmanométerrel, a térfogatváltozást pedig tágulásmérővel mérte. A nagyszámú mérési adat kiértékelése hibátlan. A lehetséges kísérleti hibaforrások elemzése, azok kiküszöbölésére tett próbálkozások figyelemreméltóak,

Harmadik helyezést értek el Bencze Ivett, Ökrös Dóra és Spengler Gabriella, a budapesti Patrona Hungariae Gimnázium harmadik osztályos tanulói (szaktanár: Plósz Katalin) a “Transzportjelenségek vizsgálata folyadékokban" című dolgozatukkal. A szerzők érdeme, hogy a rendkívül szemléletes, ötletes kísérletek összeállításával, elvégzésével valóban középiskolás erejéhez, ismeretanyagához mért feladatot vállaltak, és azt kiválóan meg is oldották. Külön dicséretet érdemel a pályamű külalakja, gondos szerkesztése. A dolgozatban a következő kísérletek leírása található:

1. Anyagáramlás, áramlás erősségének meghatározása.
2. Az áramlás szemléltetése: áramvonalak tanulmányozása.
3. Nyomásviszonyok mérése áramlási csöveknél.
4. Torricelli-féle kiömlési törvény kísérleti tanulmányozása.
5. Lamináris áramlás vizsgálata - áramlási profilok szemléltetése.
6. Folyadékok viszkozitásának mérése.

A felsorolt mérésekben olyan, középiskolások részére könnyen érthető, szemléletes kísérleti összeállításokról van szó, amely bármely iskola számára elérhető, és hasznosan alkalmazható a fizika tanításában.

Dicséretet kapott Nagy Méhész László, a sepsiszentgyörgyi Székely Mikó Líceum tanulója (szaktanár: Ferenczi Irén), valamint a Patrona Hungariae nyolcadik osztályának hét tanulója: Bujtás Anna, Dellinger Fruzsina, Dóró Emese, Káptalan Rita, Majorovics Éva, Manhertz Mariann és Nyúl Patrícia (szaktanár: Fehérné Barcs Ágnes), akik még remélhetőleg további értékes dolgozattal fogják megörvendeztetni az ATOMKI pályázat szervezőit.

A pályázat ünnepélyes eredményhirdetésére a debreceni FIZIKUSNAPOK keretében került sor. A díjakat Pálinkás József, az ATOMKI igazgatója adta át. A díjkiosztás után Nagy Mihály, az ELFT megyei titkára beszélt a pályázat hagyományairól és jelentőségéről, majd Plósz Katalin az ELFT nevében az első helyezetteknek meghívó levelet adott át a Középiskolai Fizikatanári Ankéton való részvételhez.

Az eredményhirdetést követő kötetlen beszélgetésen és szerény megvendégelésén a pályázók betekintést nyerhettek egymás dolgozatába, megvitathatták a bírálatok szempontjait a meghívott tudományos munkatársakkal, akiktől egyben hasznos útmutatást kaptak további munkájukhoz.