Feladat: 150. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Csontos Piroska ,  Major Zsuzsanna ,  Mizera Ferenc ,  Simon Gábor ,  Soltész Attila ,  Végh Balázs 
Füzet: 1993/október, 334 - 335. oldal  PDF file
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Elektromos mérés, Egyenáramú motor, Egyéb kondenzátor, Elektromos mező energiája, energiasűrűsége, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1993/február: 150. fizika mérési feladat

Mérjük meg egy feltöltött kondenzátor munkavégzőképességét úgy, hogy rákapcsoljuk egy kis egyenáramú játékmotorra, s e motor működtetésével felemelünk egy testet bizonyos magasságba. Mekkora az energiaátalakítás hatásfoka?

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

A mérési elrendezést az 1. ábra szemlélteti. A K kapcsoló A állásánál a kondenzátor U feszültségre töltődik, míg a B állásnál az M villanymotoron keresztül kisül. A villanymotor rövid időre forgásba jön, és egy csigán keresztül h magasságba emeli az m tömegű terhet.

 
 

1. ábra
 

A jelenség lefolyása nagymértékben függ az egyes paraméterértékek megválasztásától. Célszerű viszonylag nagy kapacitású (néhány mF-os) kondenzátort használni 5‐20 V-os töltőfeszültség mellett, és érdemes a teher tömegét kicsire (néhány grammosra) választani, így jól mérhető (néhány deciméteres) emelkedést érhetünk el. Az sem mindegy, hogy a motor milyen forgatónyomaték mellett adja le a teljesítményét; ezt a motor tengelyéhez kapcsolt kerék méretének megfelelő megválasztásával állíthatjuk optimálisra.

Mivel a C kapacitású, U feszültségre feltöltött kondenzátor energiája E1=CU2/2, és az m tömegű teher h magasságba való fölemelésekor a motor E2=mgh munkát végez, a hatásfok:
η=E2E1=2mghCU2.

mUhE1=CU2/2E2=mghη=100E2/E1
[g]
[V][cm][mJ][mJ][%]
10812160127,5101019,625019,67,8101434,449034,47,0202037,51000757,5

1. táblázat. A mérési eredmények

 

Végh Balázs (Dunaújváros, Széchenyi István Gimn., I. o. t.) 10, illetve 20 g-os terhek emelkedését vizsgálta egy 5 mF-os kondenzátor kisütésekor. Eredményeit az 1. táblázat tartalmazza. (Minden mérési adat 7 független mérés átlagolt eredménye.) Az energiaátalakítás hatásfoka igen csekély, η¯=7,45%. Az energiadisszipáció nagy részét a motoron belüli mechanikus súrlódás, illetve a motor tekercsein fellépő hőveszteség okozza.