Feladat: 259. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Gyenis András ,  Illés Máté ,  Lantos Judit 
Füzet: 2006/január, 57 - 58. oldal  PDF file
Témakör(ök): Elektromos mérés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2005/március: 259. fizika mérési feladat

Készítsünk különböző tömegszázalékú konyhasóoldatokat, majd helyezzünk beléjük különböző (Fe, Cu, Al stb.) fémelektródákat. Mérjük meg a fellépő elektromos feszültség kezdeti értékét és időbeli változását!

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

Megoldás. A mérés során lényegében galvánelemeket kellett készíteni, majd a kialakuló elektromos feszültség időbeli alakulását mérni.
A mérési berendezés összeállítása. A fémelektródákat ‐ melyek 2,5cm×5cm-es fémlapocskák voltak ‐ egy műhelyből szereztem be. A mérések során a következő fémpárokat használtam: vörösréz‐horgany, sárgaréz‐alumínium és sárgaréz‐szénacél. A fémek felületéről a szennyeződéseket dörzspapírral lecsiszoltam. (Ez azért is fontos volt, mert a többször felhasznált fémdarabokra a korábbi mérések alatt másféle fém is kiválhatott. Amikor pl. több napig a sóoldatban hagytam egy szénacéllemezt, azon rézkiválást figyeltem meg.)
A sóoldat készítésénél mindig m0=0,8 liter (vagyis 0,8 kg) vizet használtam, ezt egy konyhai mérőedénnyel mértem ki. Ha t tömegszázalékos oldatra volt szükségem, akkor a só tömegét a t(m0+m)=m képletből számoltam, majd konyhai mérlegekkel mértem ki. A só oldódását keveréssel segítettem, de a legnagyobb koncentrációjú (25 százalékos) oldat elkészítése így is hosszú időt vett igénybe.
A megtisztított fémelektródákat krokodilcsipeszekkel rögzítettem egy 6cm×9cm×15cm-es téglatest alakú műanyag edény oldalán, majd beleöntöttem az elkészített sóoldatnak a felét. (A felezés oka: párhuzamosan 2 mérést is végeztem ugyanazzal az oldattal, továbbá a sóoldat elkészítése pontosabb, ha nagyobb mennyiséget mérünk ki.) Az oldat nem érte el a csipeszeket, amelyek fémvezetékét digitális multiméterhez csatlakoztattam. A voltmérőn 1 mV pontossággal tudtam leolvasni a feszültség-értékeket.
A mérés elvégzése. Háromféle fém-párral, ötféle koncentrációnál (5, 10, 15, 20 és 25%-os oldatokkal) és mindegyiknél 5 óra hosszan végeztem a mérést (az első fél órában 5 percenként, ezután negyed óránként olvastam le a feszültséget). Eredményeimet táblázatba foglaltam és grafikusan is ábrázoltam.
Az eredmények kiértékelése. A mérési adatok azt mutatták, hogy mindhárom párnál a feszültség időbeli változása hasonlóan zajlott: a mérés kezdetekor a feszültség gyorsan növekedett (bizonyos esetekben csökkent), 30-50 perc alatt beállt az egyensúlyi értékre, ami 5 órán keresztül gyakorlatilag szinte semmit nem változott. A vörösréz-horgany pár és 15 százalékos sóoldat esetén érdekes jelenséget tapasztaltam: a feszültség többször viszonylag gyorsan és számottevően (több száz mV-nyit) csökkent, majd a leesett feszültség néhány perc múlva visszaállt a korábbi értékre. Mivel a többi esetben hasonló feszültség-zuhanást nem tapasztaltam, valószínűleg valamilyen ‐ általam nem ismert ‐ hiba okozhatta ezeket.
A kezdeti változások után stabilizálódott feszültséget a sóoldat koncentrációjának függvényében ábrázolva azt láttam, hogy a feszültség a tömegszázalék növelésével enyhén, lineárisnak tekinthető módon csökken.
A mérés hibájának becslése. A sóoldat készítésénél a só tömegének mérési pontatlansága kb. 0,02-0,03 kg-ra becsülhető, ez volt a legfontosabb hibaforrás. A mérést csapvízzel végeztem, az ebben levő ionok is okozhattak hibát. A multiméter mérési hibája elhanyagolhatóan kicsi. Az időmérés hibája a kezdeti gyors változásnál volt számottevő, később elhanyagolhatóvá vált, de még ebben a szakaszban is előfordultak kicsiny feszültségingadozások. Összefoglalva: a mérés (különösen annak az átlagfeszültségre vonatkozó része) igen pontosnak, 1-2 százalékra megbízhatónak tekinthető.