Feladat: 179. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Hauth Gábor ,  Keszler György ,  Major Zsuzsanna ,  Megyeri Ágnes ,  Négyesi Gábor ,  Ronyecz Andrea 
Füzet: 1997/január, 61. oldal  PDF file
Témakör(ök): Elektromos mérés, Szárazelem, zsebtelep, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1996/április: 179. fizika mérési feladat

Mérjük meg három különböző 1,5V-os galvánelem (pl. ceruza-, bébi-, góliátelem) belső ellenállását és hasznosítható energiáját! Milyen mérhető elektromos tulajdonságtól függ az elem ára?

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A galvánelemekkel általában elektromos berendezéseket (zseblámpát, rádiót, elemes játékokat) akarunk működtetni, ezért elég természetes, hogy ,,hasznosítható energián'' az elemből ,,kivehető'' elektromos energiát értjük. Négyesi Gábor (Eger, Szilágyi E. Gimn., III. o.t.) megjegyezte, hogy amennyiben hőfejlesztésre kívánjuk használni az elemet, legegyszerűbb, ha beletesszük egy kaloriméterbe, rövidrezárjuk, s a kaloriméter felmelegedéséből kiszámíthatjuk a keresett energiaértéket.
A ,,termelt'' hasznos elektromos energia is mérhető kalorimetrikus úton, ha a terhelő ellenállást helyezzük kaloriméterbe, az ugyancsak melegedő galvánelemet azonban kívül hagyjuk. Legtöbben azt a módszert választották, hogy folyamatosan (bizonyos időközönként) mérték a terhelő ellenálláson eső feszültséget, illetve az áramkörben folyó áram erősségét. E két mennyiség szorzata a pillanatnyi teljesítmény, melyet az idő függvényében ábrázolva a görbe alatti területből megkaphatjuk a elem által leadott ,,hasznos'' energiát. (Az áramerősséget a terhelésen eső feszültségből ki is számíthatjuk, ha ismerjük a terhelés ellenállását. Ennek ellenére érdemes a feszültség mellett külön mérni az áramot is, hiszen a terhelés ellenállása a mérés során megváltozhat! Gondoljunk csak az izzólámpák ellenállásának erős hőmérsékletfüggésére!)
Az elem ,,lemerülési üteme'' természetesen függ a terhelés nagyságától, s a leadott összes energia is függ(het) a kisütés gyorsaságától. Az elem ,,üresjárati'' (terhelés nélküli) feszültségéből, valamint a (viszonylag kis ellenállású terheléshez tartozó) kapocsfeszültségből és az áramerősségből kiszámíthatjuk az elem belső ellenállását. A tapasztalat szerint ez a mennyiség is függ az elem ,,előéletétől''.
Megyeri Ágnes (Monor, József A. Gimn., I. o.t.) kerékpárizzókkal (négy különböző terheléssel) mérte különféle elemek kapocsfeszültségét és az áramerősséget. Kezdetben 5 percenként olvasta le a műszereket, de mivel azok alig változtak, áttért a félóránkénti mérésre. Mérés közben kétszer is változtatta a terhelő ellenállást, mert csak ,,lassan fogyott'' az energia. Ronyecz Andrea (Kazincbarcika, Ságvári E. Gimn., I.o.t.) különböző gyártmányú elemekkel igen hosszú (egy héten át tartó) méréssorozatokat végzett. A teljesítmény időben nemlineárisan változott, ezért szakaszonként egyenessel közelítve határozta meg a görbe alatti területet. Hauth Gábor (Baja, Tóth Kálmán Gimn., III. o.t.) automatizált mérőberendezéssel, számítógéphez kapcsolt műszerekkel mérte a feszültséget és az áramerősséget. A mérési adatokat is számítógéppel dolgozta fel (integrálta a teljesítmény‐idő függvényt).
A mérési adatok típusonként és országonként elég tág határok között szórtak. Az elemek belső ellenállása 1Ω nagyságrendű, a tárolt (hasznosítható) energia pedig 5‐10 kJ körüli érték volt. Az elemek ára durván arányosnak vehető a bennük tárolt (hasznosítható) energiával, az arányossági tényező nagyságrendileg 10 Ft/kJ, azaz kb. 30000 Ft/kWh. Érdemes ezt a számot összehasonlítani a vezetékes áram árával (kb. 10 Ft/kWh). Látható, hogy több mint ezerszeres árat kell fizessünk az elektromos energiáért, pusztán azért, hogy a zsebünkbe rakhassuk!