Kezdőlap


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 \| MathML
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

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

E_{1} = C U^{2} / 2

, és az

m

tömegű teher

h

magasságba való fölemelésekor a motor

E_{2} = m g h

munkát végez, a hatásfok:

\begin{matrix} η = \frac{E_{2}}{E_{1}} = \frac{2 m g h}{C U^{2}} . \end{matrix}

\begin{matrix} \begin{matrix} m & U & h & E_{1} = C U^{2} / 2 & E_{2} = m g h & η = 100 \cdot E_{2} / E_{1} \\ [g] & [V] & [cm] & [mJ] & [mJ] & [%] \\ 10 & 8 & 12 & 160 & 12 & 7,5 \\ 10 & 10 & 19,6 & 250 & 19,6 & 7,8 \\ 10 & 14 & 34,4 & 490 & 34,4 & 7,0 \\ 20 & 20 & 37,5 & 1000 & 75 & 7,5 \end{matrix} \end{matrix}

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,

\bar{η} = 7,45 %

. Az energiadisszipáció nagy részét a motoron belüli mechanikus súrlódás, illetve a motor tekercsein fellépő hőveszteség okozza.