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.
1. A mechanikus sebességmérő
Ma már a járművek zömében elektronikus sebességmérőt találunk. Ám régebben, a miniszámítógépek megjelenése előtt is alaptartozékuk volt a sebességmérő. A jármű tengelye nemcsak a kerekeket forgatja, hanem egy áttéten keresztül egy hajlékony fémszálat, úgynevezett bovdent is, ami hossztengelye körül forog annál gyorsabban, minél gyorsabban pörög a jármű kereke. A bovden végén egy kis mágnes van, amit a bovden forgat. A mágnes egy nem ferromágneses fémkehely (pl. alumínium) belsejében van, amihez nem ér hozzá. A kehelyhez egy mutató csatlakozik, és egy hajszálrugó akadályozza a szabad forgásban. Amikor a mágnes forogni kezd, a kehelyben örvényáramok keletkeznek, amik miatt a kehely a mágnessel együtt igyekszik forogni. Ám a hajszálrugó ebben akadályozza. Viszont minél gyorsabban forog a mágnes, annál nagyobb forgatónyomatékot fejt ki a kehelyre a mágnes forgása. A kehely a sebesség növekedésével egyre jobban igyekszik elfordulni, ezzel egyre jobban feszíti a rugót. Ezért a kehely és a mutató annál nagyobb elfordulás esetén veszi fel az egyensúlyi helyzetét, minél gyorsabb a jármű. A számlapot a sebességmérő kalibrálása után alakítják ki.
a) Ismertesse az elektromágneses indukciót leíró Faraday‑törvényt a benne szereplő mennyiségekkel!
b) Mit nevezünk örvényáramnak, hogyan jön létre?
c) Ismertesse Lenz törvényét!
d) Mutassa be, hogy miért alakulnak ki örvényáramok az alumíniumkehelyben! Magyarázza el, hogy miért tér ki jobban a mutató, ha a jármű sebessége nagyobb?
e) Miért fordul el az alumíniumkehely a mágnes forgásának hatására? Térjen ki az örvényáramok és a Lenz‑törvény szerepére a jelenség értelmezésénél!
f) Miért fordul el jobban a mutató a jármű nagyobb sebessége esetén?
a) Az indukciós törvény felírása és a benne szereplő mennyiségek ismertetése:
3 pont
Képlet + az elektromotoros erő, illetve a mágneses fluxus megnevezése, 1 + 1 + 1 pont.
(A Lenz‑törvényre utaló negatív előjel hiánya esetén legfeljebb 2 pont adható.)
b) Az örvényáram meghatározása és létrejöttének ismertetése:
2 pont
Változó mágneses térben (1 pont), vezető anyagban vagy zárt vezetőhurokban (1 pont) keletkező áram.
c) Lenz törvényének ismertetése:
2 pont
Az örvényáramok által létrehozott mágneses mező (1 pont) csökkenti / akadályozza (1 pont) az áramot létrehozó hatást.
d) Az örvényáramok kialakulásának leírása az adott helyzetben:
5 pont
A bovden által forgatott mágnes időben változó mágneses teret (1 pont) hoz létre, amely a kehely fém (vezető) falában (1 pont) örvényáramot indukál. Minél nagyobb a jármű sebessége, annál gyorsabban forog a mágnes (1 pont), annál nagyobb a mágneses tér változása (1 pont) így a létrejövő örvényáram erőssége is (1 pont).
e) A kehely elfordulásának indoklása és a Lenz‑törvény szerepének leírása:
4 pont
Az örvényáramok is mágneses teret (1 pont) hoznak létre, így a kehely és a mágnes között erőhatás lép fel (1 pont). Lenz törvényének értelmében ez olyan, hogy a kelyhet elforgatja (1 pont), hogy a kehely és a mágnes közti sebességkülönbséget csökkentse (1 pont)
f) A mutató nagyobb elfordulásának indoklása nagyobb sebességek esetén:
2 pont
Ha nagyobb a jármű sebessége, gyorsabban forog a mágnes, tehát nagyobb az indukált feszültség (1 pont), ezért erősebbek az örvényáramok, így a kelyhet forgató erőhatás is nagyobb (1 pont).
Összesen 18 pont