• 1
  • 2

Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 14. Virágéknál ég a világ

Az akusztika néhány fogalma után az elektromosság legfontosabb törvényei következnek. Többségüket bizonyára ismered ugyan, legalábbis ködlik valami, ám most is kicsit más szemmel tekintünk az elektromos jelenségekre, mint ahogy azt az iskolában próbálták a fejedbe tömni.

A fizika történetének már a kezdeteinél láthatunk példákat arra, hogy felismertek egy-két elektromos tüneményt, ám az igazi kutatások a 18. században kezdődtek meg, mert a modern termelés új energiaforrást igényelt. A legismertebb fölfedezés Galvani békacomb kísérletén alapult. Galvani nem fizikus volt, hanem orvos, az anatómia professzora, aki imádott boncolni.

1
Egyik tanítványa hívta fel a figyelmét arra, hogy a béka preparálása közben a kés érintésére a békacomb összerándult, ha egy másik fémmel a gerincvelőhöz értek. Még erősebb volt ez a hatás, ha egy géppel szikrát keltettek, s a béka a földhöz kötött, leföldelt asztallapon feküdt. Később laboratóriumban végzett kísérletet úgy, hogy a békatetem vaslemezen feküdt, s amikor a tetemen átszúrt rézkampót a vashoz érintette: az izmok mindannyiszor összehúzódtak.

Galvani azt hitte, hogy felfedezte az állati elektromosságot, s úgy magyarázta, hogy az idegeket és az izmokat ellentétes elektromosság tölti fel, majd ezek kisülése okozza a rándulást.

Egy másik fazon, akit Voltának hívtak, és aki valószínűleg utált boncolni, rájött, hogy a cucchoz hál’ istennek, nincs szükség békára.

2

Elég, ha két, különböző tulajdonságú fémet valamilyen löttybe, úgynevezett elektrolitba merítünk, s így munkára lehet fogni az elektromosságot. Ő kénsav-oldatba merített cink- és rézdrótot.

3

Mivel az ilyen elem veszélyes volt, a későbbiekben születtek meg az úgynevezett szárazelemek.

A Volta-féle elemben a cink és a réz között feszültség keletkezik, és ha e két pólus közé valamilyen, az elektromosság szempontjából vezetőt kötünk, azon áram fog folyni. Az áram nagysága a vezetőnek az árammal szembeni tulajdonságától, az ellenállásától függ.

Erre az összefüggésre Georg Simon Ohm jött rá.

4

Mit mondjak, egyik tudós szebb, mint a másik, de nem ezért szeretjük őket.

Szóval, Ohm mérésekkel is igazolta, hogy minél hosszabb egy drót, annál nagyobb az ellenállása. Viszont minél vastagabb, annál kisebb. Ez eddig teljesen kézenfekvő, hiszen minél hosszabb utat kell megtennünk, annál jobban elfáradunk, és minél szélesebb az út, annál könnyebben megyünk rajta. Van azonban még egy tényező, ami attól függ, hogy a drót miből készült. Ezt a drót fajlagos ellenállásának hívják. Azt mutatja meg, hogy 1 m hosszú madzagnak mekkora az ellenállása.

Az SI mértékrendszerben az ellenállás jele R, a mértékegysége ohm, a rövidítése Ω. A hosszúság jele l, a mértékegysége méter (m). A vastagság, vagyis a keresztmetszet jele A, mértékegysége négyzetméter. A fajlagos ellenállást a görög ρ (ró) betűvel jelöljük, és Ωm-ben adjuk meg. A hosszúság, a keresztmetszet és a fajlagos ellenállás értékei az alapérték tört részeiben is megadhatók, miként ezt az alábbi honlapon található játékban is tették:
https://phet.colorado.edu/sims/html/resistance-in-a-wire/latest/resistance-in-a-wire_en.html
5

A játékban a hosszúságot L-lel jelölték, de te tudod, hogy ez nem szabványos jelölés. A vezetők elektromos ellenállása azért lényeges paraméter, mert nem mindegy, milyen hosszú és vastagságú kábellel kötheted össze a rock-koncerten vagy a diszkóban az erősítőt és a hangsugárzókat. Sőt, amikor bömböldét csinálsz az autódból autó Hi-Fi címen, nagyon nem mindegy, elég nagy keresztmetszetűek-e a vezetékek. Az elektromos áram hőt termel, és ha a drót nem bírja, kigyulladhat a kocsi. Ha netán benne ülsz ilyenkor, jól nézd meg a tüzet, mert a robbanás után már nem látsz többé semmit.



Persze vannak, akik szeretnek játszani a tűzzel.

Az előbbi honlapon három tolattyú mozgatásával változnak az egyes értékek, és változik az ellenállás is. Az alsó hengerben meg a fekete pontok mennyisége változik. Bizonyára kitaláltad, hogy a pöttyök az elektronokat jelképezik.

S itt megint meg kell állni egy polgári szóra! Az atom szerkezetét magyarázó leírások többsége csal. Ennek nem valami aljasság az oka, hanem az, hogy a szerzők megpróbálják szemléltetni, érzékletessé tenni azokat a fizikai jelenségeket, amelyek köpnek arra, hogy miként szemléltethetők. Az atommag nem drazsé, az elektron nem kicsi bolygó, ami a drazsé körül kering. Mégis kell valamit mondani, hogy legalább némi képed legyen a parányi részecskék tulajdonságairól.

Az elektromosság az anyag egyik fizikai tulajdonsága. Az anyagokat alkotó atomok egyes alkotó elemei elektromos állapotokkal, töltésekkel írhatók le.

Az atom – nagyon leegyszerűsítve – atommagból és az atommag körül „keringő” elektronból vagy elektronokból áll. Az atommagban – lényegében – pozitív töltésű protonok és semleges neutronok vannak. A protonokat és a neutronokat együtt nukleonoknak nevezik. Az elektronok negatív töltésűek. Alapállapotban a protonok és az elektronok száma ugyanakkora, tehát kívülről nézve az atomok semlegesnek tűnnek.

6

Nade, mi a fene az a töltés? Idézem, hogy sírj!

„Az elektromos töltés néhány elemi részecske alapvető megmaradó tulajdonsága, amely meghatározza, hogy milyen mértékben vesz részt az elektromágneses kölcsönhatásban, ami egyike az alapvető kölcsönhatásoknak. Az elektromosan töltött anyag elektromágneses teret hoz létre, és a külső elektromágneses tér befolyásolja a mozgását.”

Ez bizony így igaz. Ám, ha lejött ebből valami, akkor nem neked szól ez a sorozat. A lényeg, hogy az elektromos töltés az egyik jellemzője az anyagnak. Ugyanolyan állandó, mint például a fénysebesség.

Korábban azt hitték, hogy a legkisebb töltése az elektronnak van, és meg is határozták a mértékét. Az SI-ben a töltés mértékegysége a coulomb, amit C-vel jelölnek. Az elektron töltése ennél sokkal kisebb, Olyan kicsi, hogy nem is írom ide, különben is mindegy. Néhány évtizeddel ezelőtt az is kiderült, hogy a kvarkok töltése az elektron töltésének +2/3-a vagy -1/3-a.

Hogy miért a pozitív meg a negatív előjel? Azért, mert az elektron töltését nevezték el negatív töltésnek. Az elektron töltése tehát -1 elemi töltés. A proton töltése +1 elemi töltés.

Na jó, mégis idevésem, mekkora az elemi töltés coulombban.

7

Az elektronok különböző pályákon keringenek az atommag körül. Az egyes pályákat héjaknak is nevezik. A legkülső héjon keringő elektronok a vegyértékelektronok, az ő segítségükkel képesek az atomok molekulákká egyesülni.



A semleges atom persze átverés, az atomon belül nagy erők gondoskodnak arról, hogy az elektronok ne kalandozzanak el. Ez az erő abból fakad, hogy az ellentétek vonzzák egymást – sőt, kapaszkodnak egymásba.

8

Ám ha az atommag protonjai nem elég óvatosak, az elektronok csapodárrá válnak, és szabad elektronként nyüzsögni kezdenek.

9

A szabad elektronok nyüzsgése a vezetőkben figyelhető meg; fordítva is mondhatjuk, vagyis sok szabad elektron csak azokban az anyagokban van, amelyek képesek jól vezetni az áramot. A szabad elektronok sokaságát elektronfelhőnek nevezzük.

A szabad elektronok mindig mozognak, mert a természetben a mozgás csak az abszolút 0 fokon, 0 K-n szűnne meg. A szabad elektronok rendezetlen, véletlenszerű mozgásának következménye a termikus zaj. A termikus zaj az elektromos áram legalapvetőbb formája. Termikus zaj mindig van, emiatt serceg, sistereg még a legeslegjobb erősítő is.

Megjelent: 649 alkalommal