Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
James Prescott Joule 1840-es években végzett kísérlete elérhető közelségbe hozta az energia fogalmának megértését. A század második felében elméleti szempontból is sikerült tisztázni a mechanikai és a hőtani folyamatok energiával összefüggő kapcsolatát. Ennek alapjainál alig valamivel több kerül elő a közoktatásban: a relativitáselmélet említésekor a tömeggel hozzuk kapcsolatba az energiát, majd az atomi folyamatok ismertetésekor az elektronok állapota, állapotátmenete, később a nukleáris kölcsönhatás kapcsán merül fel.
Az, hogy az energia fogalma igen kuszán működik a közgondolkodásban, ezek után nem meglepő. (Az energia fogalma, mint köznyelvi képződmény abban az értelemben működik, amennyiben változni képes, hat az emberek gondolkodására.) Úgy tűnik, hogy javításra, fejlesztésre alig van esély. Két olyan momentumot látok, amelyen változtatni kellene ahhoz, hogy az energiafogalom használata korrektebbé váljék. Lazítani kellene az energia fogalmának a munkához való kapcsolásán, másrészt a hőenergia szavunkat le kellene cserélni a - már bevett - belső energia fogalmat takaró, jól használható elnevezésre. Sokéves tapasztalat mutatja, hogy a hőenergia fogalma bármennyire zavaró, sikeres túlélőnek tekinthető, amitől nem könnyű megszabadulni.
Az alábbiakban néhány gimnáziumi tankönyv szemlézésével próbálom meg érzékeltetni azt a problémát, amelyet az energiafogalom iskolai építése körül érzek.
A Makai Lajos nevével fémjelzett, hosszú időn át használt Fizika a gimnáziumok II. osztálya számára című könyvből idézem (a negyedik kiadás, 1976): "A testek munkavégző képességének jellemzésére alkalmas fizikai mennyiséget energiának nevezzük." (210. oldal)
A Dede Miklós és Isza Sándor által írt Fizika II. (1982) című tankönyv az 1982/83-as tanévtől (a gimnáziumokban) engedélyezett, amely próbálkozik új felfogást bevezetni. Az apró betűs bevezető részből idézem: "A munka az energiaközlés egyik mértéke." (157. oldal) Előtte a munkavégzés eredményeként értelmezi az állapot megváltozását, és az energiát az állapothoz köti. Később az energiát valamilyen megmaradási képzethez (rugalmas és rugalmatlan ütközés) és - természetesen - állapothoz köti. Mindez igen tiszteletre méltó próbálkozás!
Vermes Miklós Fizika II. (1986) című tankönyve az 1986/87-es tanévtől (a gimnáziumokban) engedélyezett, amely visszatér a régi fogalomhoz: "Energiának nevezzük valamely test vagy szerkezet munkavégzésre való képességét." (61. oldal)
Az eddigiek az 1978. évi tantervi reform történetét jellemzik a szemléletváltási kísérlet szempontjából. Ez figyelmeztet arra, hogy a szemléletet megváltoztatni igen nehéz! Megjegyzendő, hogy a szakközépiskolákban kisebb változások történtek ugyanebben az időszakban. A helyzet igazán színessé a 90-es években vált az iskolaszerkezet megváltozásával.
A hat-, illetve nyolcosztályos gimnáziumok egységesebb szemléletének (egyik) jele volt a tankönyvek korosztályhoz (iskolai évfolyamhoz) kötése. Ebben a szellemben született Zátonyi Sándor és ifj. Zátonyi Sándor hatkötetes tankönyvsorozata. Az 1. kötet (a 7. osztály számára) írja: "A testek állapotváltoztató képességét energiának nevezzük." (Idézet a 4. kiadás, 1996, 86. oldaláról.) A 3. kötet (9. osztály) szerint: "Egy test vagy mező állapotváltoztató képességének mértékét energiának nevezzük.... Megegyezés szerint egy testnek vagy mezőnek annyi energiája van, amennyi munkát végezni kellett ahhoz, hogy a test alapállapotból a megadott állapotba kerüljön." (1. kiadás, 1995, 97. oldal.) Ez már igen komoly próbálkozás, amely az energiát mégis az állapothoz igyekszik kötni.
Ez utóbbi tankönyv "örökösének" tekinthető ifj. Zátonyi Sándor Fizika 9. című (1. kiadás, 2002) könyve, majd ennek azonos című átdolgozása (1. kiadás, 2009). Előbbiben a 127., utóbbiban a 143. oldalon találjuk ugyanezeket a mondatokat. Az eddig említett könyvek a Tankönyvkiadó, később a Nemzeti Tankönyvkiadó kiadványai.
Ugyancsak a Nemzeti Tankönyvkiadó kiadványa a Prizma-könyvek Fizika 9. című könyve (szerző: Medgyes Sándorné) szerint: "Két test kölcsönhatásakor mindkét test állapota megváltozik. A testek állapotváltoztató képességét energiának nevezzük." Itt a bevezető mondat átértelmezi a meghatározást, és később is a kölcsönhatásra, annak állapotváltozásban megnyilvánuló eredményére utal. A különböző energiafajtákat is állapotokhoz köti. (Meg kell jegyezni, hogy ez a könyv igen szűkszavú, kicsiny szöveges terjedelmű.)
A 90-es években több szereplő is megjelent a tankönyvpiacon, így a Mozaik Kiadó (többszerzős) Fizika 7 című könyve a második, javított kiadásban (2004) így ír: "Azt a mennyiséget, amellyel megadjuk, hogy mekkora egy test változtató képessége, energiának nevezzük." (88. oldal, a könyv már 1997-ben több díjat nyert.) A sorozat Fizika 9 című kötete Halász Tibor munkája, amely korábbi tanulmányokra utalva (Emlékeztető címmel) ezt írja: "Az energia az anyagi rendszerek állapotára jellemző skalármennyiség, amely zárt rendszer esetén minden eddigi tapasztalat szerint bármely állapotváltozásnál állandó marad." (6. kiadás, 2005, 124. oldal) Ez már komoly eredmény! Kár, hogy itt még a skalár fogalmával kevesen vannak tisztában, az viszont jó, hogy állapotváltozással is kapcsolatba kerül.
A Maxim Könyvkiadó Út a tudáshoz című sorozatában Fizika 9 (szerzők: Nagy Anett és Mező Tamás) című könyvében ezt találjuk (161. oldal): "Mindenképpen a testek állapotának jellemzője az energia." Ez a "családi beszélgetés" jelzésű szövegrészben jelenik meg. Később a "tanulhatóbbnak, számon kérhetőbbnek" tartott megfogalmazás már - leckeszerűen - így fogalmaz: "Az energia a testek, illetve a közöttük levő kölcsönhatások, fizikai mezők (erőterek) munkavégző, melegítő képességének mértéke. Előjeles skalár mennyiség." Ebből azt emelném ki, hogy megpróbálja a régi fogalmat átértelmezni.
Végül meg kell jegyezni, hogy a belső energia fogalmának használata már több mint 30 éve korrekt. A termikus folyamatok során sem beszélnek a fizika tankönyvek hőenergiáról. Más tantárgyak esetén sajnos előfordul ilyen eset!
Szerintem megérett a helyzet arra, hogy az energiát egyértelműen állapotjellemzőként értelmezzük. Ez azért lehetséges, mert az anyagok, anyagi rendszerek, mezők állapotaihoz különféle energiafajták rendelhetők; állapotváltozáskor legalább az történik, hogy az anyag, rendszer, mező egyik fajta energiája másik fajtává alakul.
A belső energia kifejezést fel kellene cserélnünk az egybeírt változattal, mert a jelzős szerkezetet nem érzi a közgondolkodás eléggé egy fogalomnak. Ez lehet az oka az egy szóba írt hőenergia szó ilyen sikeres túlélésének. A különírt változatot olyan esetekre kellene fenntartanunk, mint az ember, szervezet belső energiatartaléka.
A változás szükségességét azzal lehetne indokolni, hogy a hő(mennyiség) az átadott energia mennyiségét megadó folyamatjellemző, hasonlóan a munkához. Ahogyan a "munkaenergia" szót nem érezzük értelmesnek az állapot és a folyamat összekeveredése miatt, ugyanúgy a hőenergia szó is nehezen értelmezhető.
Természetesen foglalkozni kell azzal, hogy mit szolgáltat a hőerőmű! Ha azt mondjuk, hogy hő, akkor folyamatközpontúan gondolkodunk: a lakásunkba hő(mennyiség) kerül, amely a lakás belső energiáját növeli. Ha azt mondjuk, hogy a hőerőmű belső energiát szolgáltat, akkor állapotközpontúan gondolkodunk: az erőmű belső energiát termel (valamilyen anyag által tárolt energiát egy közvetítő anyag, közeg belső energiájává alakítja át), és ezt juttatja el a lakásunkba. Mindkét szemléletmód és a hozzá tartozó beszédmód korrekt.
Tudom, hogy a változás, a szemléletváltás lassú folyamat. Ennek ellenére most látok esélyt arra, hogy a fogalmakat a következő egy-két évtizedben sikerül átalakítani, mert az energiával kapcsolatos dolgokról a "hétköznapi" embernek egyre többet kell gondolkodnia. Ez már "zsebre megy", a környezetünket érinti - napi kérdéssé vált.
Theisz György