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
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
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
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
4. ábra

Elektromos gáztisztító

5. ábra
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.