Kezdőlap


Feladat:	205. fizika mérési feladat	Korcsoport: 14-15	Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):	Hegedűs Ákos , Horváth György , Katona Gergely , Kóspál Ágnes , Lengyel Tímea , Soós Péter , Szatmári Emöke , Tamás Levente
Füzet:	1999/november, 508 - 510. oldal		PDF \| MathML
Témakör(ök):	Hőtani mérés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):	Feladatok: 1999/március: 205. fizika mérési feladat

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

A mérésnél hőmérsékleteket és távolságokat kell meghatároznunk. Az előbbi viszonylag könnyebb, a kicsiny távolságnövekedés mérése azonban nehéz feladat. A hőtágulás során bekövetkező hosszváltozás arányos a hőmérsékletváltozással és a test eredeti hosszával. A hosszváltozás általában igen kicsiny, tehát vagy nagyon pontosan kell mérnünk, vagy valamilyen módszerrel meg kell növelnünk a mért effektust. Természetes gondolat, hogy jó hosszú test hosszváltozását mérjük, vagy nagyon megváltoztatjuk a test hőmérsékletét. Gáspár Merse Előd (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn. 12. o.t.) egy balatoni vitorlás árbocrúdjának hosszát mérte kora reggel, déli hőségben és késő este. Ugyancsak megmérte egy nagyobb faszobor talapzatának kerületét, s annak változásából a szálirányra merőleges hőtágulási együtthatóra következtetett. Ezeknél a méréseknél nem szabad megfeledkezni arról, hogy a mérőeszköz (pl. a mérőszalag) hossza is megváltozik a hőmérsékletváltozás hatására; ez azonban ismert hőtágulású fémeknél kiszámítható és a mérés kiértékelésénél figyelembe vehető.
Kóspál Ágnes (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn. 12. o.t.) a precíziós mérési módszert választotta. Vaslapra két deszkadarabot csavarozott, egy nagyobbat az egyik szélénél rögzítve és egy kisebbet. A deszkák szabad végébe egy-egy zsilettpengét rögzített, és a pengéket úgy állította be, hogy közöttük egy nagyon vékony rés maradjon csupán. Ennek a résnek a méretét, a méretének megváltozását mérte fényinterferencia módszerével. A résre ismert hullámhosszúságú lézerfényt bocsátott, és mérte az elhajlási rendek helyeit, melyekből a rés távolságára tudott következtetni. A mérést megismételte különböző hőmérsékletű szobában, kályha tetejére helyezve az eszközt, továbbá szabadban is. Az alaplap (vaslemez) hőtágulását táblázatbeli adatok felhasználásával kiszámította és a mérési adatokból levonta. Sok mérés kiértékelése után azt találta, hogy szálirányra merőlegesen a fa hőtágulási együtthatója $(44 \pm 13) \cdot 10^{- 6} K^{- 1}$ , szálirányban pedig $(- 6 \pm 4) \cdot 10^{- 6} K^{- 1}$ . Szálirányban tehát a fa ,,hőtágulása'' negatív, a felmelegített fa összehúzódik! Szálirányra merőlegesen a fa hőtágulása viszonylag nagy, a vasénak kb. 4-szerese.

Tamás Levente (Marosvásárhely, Bolyai Farkas Líceum 11. évf.) vízszintes helyzetű, két oldalán függőleges rudakkal alátámasztott zsebtükörre lézerfényt ejtett, s a visszavert sugarat a falon észlelte. Amikor az egyik alátámasztó farudat felmelegítette, a tükör kicsit megbillent. (A melegítést vízfürdővel oldotta meg, a fa átnedvesedését csomagolással és zsírozással próbálta megakadályozni.) Fénymutató segítségével mérte a tükör elfordulásának szögét, abból és a többi hosszúságadatból pedig ki tudta számítani a fa hőtágulási együtthatóját.

Hegedűs Ákos (Pécs, Ciszterci Nagy Lajos Gimn., 11. o.t.) bútorlapból kifűrészelt egy-egy

10 \times 30

cm-es darabot, az egyiket a hosszabb oldallal párhuzamos száliránnyal, a másikat arra merőlegesen futó szálakkal. A falapra íjszerűen enyhén meghajlított fényszalagot csavarozott, és különböző hőmérsékleteken mikrométer órával mérte a fémszalag kidudorodását. A hőmérsékletet gáztűzhely sütőjében 20

^{\circ}

C és 200

^{\circ}

C között (tehát nagy tartományban) változtatta, a hosszváltozást (melyet a szinuszgörbe amplitúdójából és a görbe ívhosszának számított értékéből határozott meg) a mikrométerrel igen pontosan tudta mérni. Mérési adatai szerint a fa szálirányú hőtágulási együtthatója

(4, 9 \pm 0, 3) \cdot 10^{- 6} K^{- 1}

, a szálirányra merőlegesen pedig kb. 1 nagyságrenddel nagyobb:

(4, 87 \pm 0, 09) \cdot 10^{- 6} K^{- 1}

.
Hasonló módon (sütő és mikrométer segítségével) mérte egy fahasáb méretváltozását Lengyel Tímea (Kaposvár, Munkácsy M. Gimn. 12. o.t.) is. Ő mindkét irányú hőtágulást negatívnak találta, s ezt a megfigyelést a fa víztartalmának csökkenésével hozta kapcsolatba.
Horváth György (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn. 10. o.t.) fenyődeszkából kivágott léceket sütőben egyenletesen átmelegített, majd egy 15

^{\circ}

C-os pincében a lassan kihűlő léc árnyékának megfigyelésével mérte a hosszváltozást. A hőmérsékletet egy (a fába előzőleg belefúrt lyukba helyezett) hőmérővel folyamatosan ellenőrizni tudta.