Három esszétéma közül kell választania egyet (az alábbi az egyik). Fejtse ki másfél‑két oldal terjedelemben, összefüggő ismertetés formájában! Ügyeljen a szabatos, világos fogalmazásra, a logikus gondolatmenetre, a helyesírásra, mivel az értékelésbe ez is beleszámít! Mondanivalóját nem kell feltétlenül a megadott szempontok sorrendjében kifejtenie.
2. Elektrosztatikus porleválasztó
“Az elektrosztatikus porleválasztók működése (valamennyi, a szakmával foglalkozó könyvben, cikkben megtalálható) a villamos kisüléseken és a villamos erőtéren alapul. A poros levegőt átvezetik egy úgynevezett töltő- vagy szóróelektródból és felfogó- vagy gyűjtőelektródokból felépített „utcán”. A töltőelektródra nagy egyenfeszültséget kapcsolnak, a felfogóelektródot pedig földelik. A töltőelektródok csúcsain, élein a nagy feszültség hatására koronakisülés lép fel, amely töltéshordozókat (elektronokat, majd ionokat) termel. Az ionok rátelepednek a lebegő – mikrométer körüli átmérőjű – apró porszemcsékre, és azokat villamosan feltöltik. A feltöltött por (esetenként pernye, vagy folyadékcsepp) a nagyfeszültségre kapcsolt töltőelektród és a földelt felfogó elektród között kialakult villamos erőtérben (a levegőáramra merőleges irányban) a felfogóelektród (ellen- vagy gyűjtőelektród) felé repül, majd azt elérve rátapad. Egyben az apró porszemcsék egymással is összetapadnak, és néhányszáz mikronos „porcsomagok” alakulnak ki. Ezeket a porcsomagokat a felfogóelektródról eltávolítják (lerázzák, vagy lemossák) és az összegyűjtött port a porleválasztó aljából elszállítják. Eközben a megtisztított gáz a kéménybe, majd onnan a szabadba távozik. Ezzel az eljárással – ha jól működik – a porszennyezésnek jóval több, mint $\mathit{99\%}$‑át nem engedik ki a szabad légtérbe.”
(forrás: http://informatika.gdf.hu/wp‑content/uploads/sites/25/2017/04/informatika_39_6.pdf)
a) Véleménye szerint mit jelent a szövegben szereplő “villamos tér”? Erőhatás szempontjából melyik mennyiséggel jellemezhetjük ezt a teret? Mutassa be ezt a mennyiséget!
b) Ismertesse, hogyan szemléltethető erővonalak segítségével ez az erőtér?
c) Milyen elektromos erővonalkép jellemezi azt a teret, amelyben egy feltöltött fémes csúccsal szemben egy földelt vezető síklap helyezkedik el?
d) A töltőelektródnak miért a csúcsain jönnek létre a koronakisülések, milyen fizikai jelenség áll ennek a hátterében?
e) Mit jelent az, hogy a gyűjtőelektródot földelik? Mi ennek a szerepe?
f) Mi az oka annak, hogy az elektromosan feltöltött porszemcsék a levegőben nem tapadnak össze? A gyűjtőelektródra jutva miért tudnak összetapadni a porszemcsék porcsomagokká?
a) A “villamos tér” és az azt leíró mennyiség:
4 pont
Elektromos mező/erőtér vagy elektrosztatikus mező/erőtér (1 pont). Elektromos térerősség (1 pont), az elektromos térerősség mennyiség bemutatása (2 pont).
b) Annak bemutatása, hogy az erővonalakkal hogyan szemléltethető az erőtér:
4 pont
A térerősség nagyságának (2 pont) és irányának (2 pont) szemléltetési módja.
c) A porleválasztó elektródjai közötti tér erővonalképének leírása:
4 pont
A csúcs közelében erősen inhomogén (a csúcsok közelében nagy, a csúcsoktól távolodva kisebb erővonalsűrűség,), a síklap közelében közel homogén (az elektród felületére merőleges, egymással közel párhuzamos, egyenletes erővonalsűrűség) elektromos mező leírása.
Ha a vizsgázó ábrán szemlélteti, akkor is jár a pontszám.
d) A csúcsok közelében létrejövő koronakisülések magyarázata:
2 pont
A csúcshatás jelenségének ismertetése.
e) Mi a földelés, és mi a szerepe:
2 pont
A gyűjtőelektródot fémes vezetővel összekötjük a földdel (1 pont), a fémtesten lévő többlettöltéseket a földbe vezetjük (1 pont).
f) Annak magyarázata, hogy a porszemcsék a levegőben nem tapadnak össze, a gyűjtőelektródon viszont igen:
2 pont
A levegőben a porszemcsék a koronakisüléstől azonos előjelű többlettöltésre tesznek szert, az azonos előjelű töltések taszítják egymást (1 pont). A földelt gyűjtőelektród felületén a porszemcsék elveszítik töltésüket, így a köztük lévő taszítóerő megszűnik (1 pont).
Összesen: 18 pont