Fizika (7-8.)
A Van de Graaff generátor működése
Információ ehhez a munkalaphoz
Módszertani célkitűzés
A Van de Graaff generátor működésének megismerése.
Az alkalmazás nehézségi szintje, tanárként
Közepes.
Felhasználói leírás
Az iskolai fizikaszertárak állandó szereplője a Van de Graaff generátor, amivel látványos és a gyerekek számára örök emlékül megmaradó kísérletek végezhetőek. Tényleg minden gyerek érti, hogy mi okozza a lélegzetelállító szikrákat? Ezzel az interaktív szimulációval segítünk, hogy a pozitív élmény megértéssel is párosuljon.
A fizikaórák egyik leglátványosabb kísérleti eszköze a szikrákat hányó Van de Graaff generátor. Vajon hogyan hozza létre a hangos pattogással kísért villámokat?
- FELADAT
Mikor töltődik a generátor fémgömbje? - FELADAT
Hol helyezkednek el a mozgás során generált töltések? - FELADAT
Meddig töltődik a generátor? - FELADAT
Milyen elrendezés esetén lesz a generátoron kialakuló feszültség értéke nagyobb, illetve kisebb? - FELADAT
Mi mozog a kisüléskor? - FELADAT
Miért töltődik folyamatosan a generátor?- 6.1. FELADAT
Hogyan válik pozitív töltésűvé a generátor fémgömbje? - 6.2. FELADAT
Hova lesz a szalagra került negatív töltések sokasága?
- 6.1. FELADAT
INFORMÁCIÓ: 1. FELADAT
VÁLASZ:
Akkor, amikor folyamatosan mozog a szalag a két hengeren.
INFORMÁCIÓ: 2. FELADAT
VÁLASZ:
A fémgömb külső felületén.
INFORMÁCIÓ: 3. FELADAT
VÁLASZ:
Addig, amíg a földelt gömb és a generátor közti feszültség el nem éri az átütési értéket.
INFORMÁCIÓ: 4. FELADAT
VÁLASZ:
Ha a földelt gömb közelebb van a generátorhoz, akkor kisebb, ha távolabb, akkor nagyobb feszültségre töltődik a generátor gömbje.
Az átütési feszültség normál levegő esetén körülbelül 20 000 Volt centiméterenként.
Az átütési távolság alapján megbecsülhető a generátor feszültsége.
Az átütési feszültség normál levegő esetén körülbelül 20 000 Volt centiméterenként.
Az átütési távolság alapján megbecsülhető a generátor feszültsége.
INFORMÁCIÓ: 5. FELADAT
VÁLASZ:
A térerősség hatására a levegő molekulái polarizálódnak. A polarizált molekulák helyzetüknek megfelelően vagy a generátorra, vagy a negatív töltéstöbblettel rendelkező, amúgy földelt gömbre jutnak, majd ott a többlettöltésből felvéve a másik irányba lévő felületre repülnek. A már töltéssel rendelkező molekulák elérik a másik fémfelületet, és ott létrejön a töltéskiegyenlítődés.
INFORMÁCIÓ: 6.1. FELADAT
VÁLASZ:
A csúcshatás miatt.
A szalag és a felső henger dörzsölődése során a szalagban a molekulák polarizálttá válnak, így szalag külső felülete pozitív lesz. A gömb belsejéhez kapcsolódó tüskén a polarizált szalag okozta megosztás miatt negatív töltések halmozódnak fel. A nagy térerősség miatt a levegőmolekulák is polarizálttá válnak. A polarizált levegőmolekulákat a tüske magához vonzza. A tüskére jutó molekulák elektront vesznek fel a fémről. A negatívvá vált molekulákat a tüske taszítja, a szalag pedig vonzza, így a szalagra negatív töltések kerülnek.
A szalag és a felső henger dörzsölődése során a szalagban a molekulák polarizálttá válnak, így szalag külső felülete pozitív lesz. A gömb belsejéhez kapcsolódó tüskén a polarizált szalag okozta megosztás miatt negatív töltések halmozódnak fel. A nagy térerősség miatt a levegőmolekulák is polarizálttá válnak. A polarizált levegőmolekulákat a tüske magához vonzza. A tüskére jutó molekulák elektront vesznek fel a fémről. A negatívvá vált molekulákat a tüske taszítja, a szalag pedig vonzza, így a szalagra negatív töltések kerülnek.
INFORMÁCIÓ: 6.2. FELADAT
VÁLASZ:
Az alsó, földelt tüske vége a szalagon lévő negatív töltések megosztó hatása miatt pozitív töltésű. Az előző folyamathoz hasonlóan most is a levegőmolekulák polarizálódnak a csúcs és a szalag közt. A polarizált molekulák a csúcsnak elektront leadva pozitívvá lesznek. Ezek a pozitív molekulák a szalag vonzása és a csúcs taszítása miatt a szalagra érnek és semlegesítik a negatív töltéseket. A szalag újból elektromosan semleges állapotba kerül. Amennyiben az alsó tüske hiányzik, akkor a generátor töltődése leáll, mert ekkor a felső tüskénél sem jönne létre a csúcshatás.