Az alábbi a három esszétéma egyike, melyek közül válasszon ki egyet és 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.
3. Forráselemzés
Mire jó a mikrohullámú mumus?
A mikrohullámú sütő legalább akkora mumus a konyhában, mint a nátrium-glutamát, pedig bevetése az ételkészítésben az emberiség egyik legnagyobb kulináris újítása azóta, hogy rájöttünk, milyen jót tesz a húsnak a tűz. A hetvenes évek óta el is terjedt a mikrohullámú sütő, hiszen gyors és energiatakarékos. Ahogy nőtt a mikró népszerűsége, úgy támadt körülötte egyre több városi legenda, persze főleg arról, hogyan pusztít majd el minket. A mikróval kapcsolatos aggodalmak egy részét valószínűleg az okozza, hogy legtöbbünknek fogalma sincs, hogy hogyan működik valójában.
Hogyan működik a mikró?
Ahhoz, hogy jobban megértsük, hogyan keletkezik a hő a mikróban, megnéztük, mit ír a témáról Robert L. Wolke: A tudós szakács című könyvében. Kiderült, hogy az ételekben lévő molekulák, különösen a vízmolekulák, elektromos dipólusként viselkednek, azaz elektromos térben a mező irányába állnak be. A mikróban lévő elektromos tér másodpercenként 2,45 milliárdszor változtatja meg az irányát. A molekulák minden alkalommal igyekeznek beállni az új irányba, a nagy forgolódás közben pedig egymásnak ütköznek, lökdösődnek, amitől mindegyik gyorsabban kezd mozogni. A gyors molekula pedig meleg molekula.
A kémiaprofesszor leírja, hogy a közhiedelemmel ellentétben a mikró nemcsak a vizet, de a zsírt és a cukrokat is fel tudja melegíteni. Mondjuk mindent csak két centi mélységben. Ez az oka annak, hogy a mikróban melegített krumplipüré széle forró, belseje pedig teljesen hideg.
A városi legendák
A mikróval kapcsolatos leggyakoribb félelem, hogy a mikrózott étel magába szívja a sugarakat, a sugárzott étel elfogyasztása pedig rákot okoz. Ahogy a mikró működéséből kiderül, a molekulák nem azért nyelik el a hullámokat, hogy aztán raktározzák, és a megfelelő pillanatban ránk szabadítsák őket. Egyszerűen csak próbálnak az elektromos tér megfelelő irányába állni. Az azonban igaz, hogy a mikró megváltoztatja az étel molekuláris szerkezetét. Épp úgy, ahogy a főzés. A nyers tojás is más, mint a kemény.
A mikrohullámú sütő és a rák kapcsolatát számos tanulmány vizsgálta, de a jelenlegi tudományos álláspont szerint a mikró használata nem okoz rákos megbetegedést. Nem úgy, mint az eszetlen napozás.
Akit nem győz meg a rákkutatók véleménye, annak sem kell izgulnia, a mikrohullámok ugyanis nem szöknek ki a dobozból. Persze csak ha nem sérült az ajtaja. A mikró fala fém, az ajtókban pedig kis lyukú fémrács van, amin ugyan átlát az ember, de a mikrohullámokat megakadályozza a kijutásban. Ma csak az a sütő kerülhet kereskedelmi forgalomba, amely a sütő ajtajától 5 centire maximum \(0,005\ \mathrm{W}\) sugárzást bocsát ki négyzetcentiméterenként, ami jóval kevesebb, mint amennyit kánikulában UV-ban kapunk a Naptól. Az tehát, hogy mikró előtt nem szabad állni, vagy bekapcsolt masinától jó két méter távolságot kell tartani, felesleges óvintézkedés. Hogy mi a helyzet a mikrohullámokkal, ha kinyitjuk a sütő ajtaját? Semmi. A magnetron kikapcsol, és azonnal megszűnik a sugárzás.
Amire figyelni kell
Bár az Egészségügyi Világszervezet szerint a mikró nem veszélyes, azért vannak olyan biztonsági előírások, amit a használatakor be kell tartani. Például azt, hogy ne öntsük le magunkat a felforralt teavízzel. Vagy azt, hogy ne tegyünk bele fémet, és ne melegítsük üresen, ha ugyanis nincs, ami elnyelje a mikrohullámokat, a magnetron károsodhat. A fém pedig nemhogy nem nyeli el, de vissza is veri őket. Különösen a kis hegyes fémtárgyakat kell a mikrótól távol tartani, ha nem szeretnénk mini-villámokat cikáztatni a sütőnkben.
Miután figyelmesen elolvasta a fenti szöveget, összefüggő szöveg formájában válaszoljon az alábbi kérdésekre! A szöveg tartalmazza állításainak indoklását is, ha szükséges, az indoklást egészítse ki számítással, ábrával!
a) Indokolja meg a cikk állítását, hogy a mikrohullámú melegítés energiatakarékos! Miért energiatakarékosabb mondjuk a gáztűzhelynél?
b) Röviden foglalja össze, hogy milyen elven működik a mikrohullámú sütő!
c) Írja le, hogy mit tud a rezonanciáról és az hogyan kapcsolódik a mikrohullámú sütő működéséhez! (Vajon miért éppen \(2,45\ \mathrm{GHz}\) a mikrohullámú sütő frekvenciája?) Gondoljon arra, hogy a mikrohullámú sütőkben általában a vizet tartalmazó anyagokat tudjuk jól melegíteni!
d) „A gyors molekula pedig meleg molekula.” – írja a szöveg. Milyen kapcsolat van egy test hőmérséklete és a benne lévő részecskék mozgási sebessége között?
e) A szöveg szerint a mikrohullámok következtében a „krumplipüré széle forró, belseje pedig teljesen hideg”. Milyen hőtani folyamat következtében egyenlítődik ki egy idő után a hőmérséklet az ételben?
f) Mit értünk Faraday-kalitka alatt, és mi köze ennek a mikrohullámú sütőhöz?
g) Milyen fizikai jelenségre utal a szöveg utolsó mondata? Hol használjuk ki ezt a jelenséget a gyakorlati életben?
h) A mobiltelefonok is a mikrohullámú sütőhöz hasonló frekvenciatartományban működnek (Európában \(1800\ \mathrm{MHz}\), az USA-ban \(1900\ \mathrm{MHz}\)). Hány százalékkal tér el az európai GSM frekvencia a mikrohullámú sütő frekvenciájától? A rezonanciáról tanultak ismeretében fejtse ki, hogy veszélyes-e a mobiltelefonálás az agy mikrohullámú sugarakkal való melegítése szempontjából!
A cikk ezt írja:
"A mikróban lévő elektromos tér másodpercenként 2,45 milliárdszor változtatja meg az irányát."
A mikrohullámú sütő sugárzásának a frekvenciája ugyan valóan kb. $2,45$ milliárd $\mathrm{hertz}$, de mivel egy periódus alatt kétszer vált irányt egy periodokusan változó, rezgő mennyiség (jelen esetben az elektromos térerősség), ezért az idézett mondat hibás, helyesen úgy szólna, hogy:
"A mikróban lévő elektromos tér másodpercenként 4,9 milliárdszor változtatja meg az irányát."
a) Indokolja meg a cikk állítását, hogy a mikrohullámú melegítés energiatakarékos! Miért energiatakarékosabb mondjuk a gáztűzhelynél?
A mikrohullámú sütő közvetlenül az ételt melegíti, és nem az azt tartalmazó edényt (kivéve, ha „nem jó” az edény) vagy a környező levegőt. A gáztűzhely esetén a felszálló forró levegő és égéstermék egy része a konyha levegőjét melegíti, ilyen hatás a mikrohullámú sütőnél nincs.
2 pont
a) Röviden foglalja össze, hogy milyen elven működik a mikrohullámú sütő!
A sütő magnetronja által kibocsátott, nagyfrekvenciás elektromágneses hullám hat az ételben levő dipól molekulákra (elsősorban a benne levő vízmolekulákra). A molekulákat az elektromos térrel párhuzamos helyzetbe próbálja forgatni a tér, de mivel az folytonosan változik, a molekulákat forgó rezgésekre kényszeríti, azaz növeli az energiájukat. Ezek a molekulák ezt a hatást ütközés révén a környező, nem dipólus részecskéknek is átadják.
3 pont
c) Írja le, hogy mit tud a rezonanciáról és az hogyan kapcsolódik a mikrohullámú sütő működéséhez! (Vajon miért éppen \(2,45\ \mathrm{GHz}\) a mikrohullámú sütő frekvenciája?)
A rezonancia során egy rezgésre képes rendszert a saját rezgési frekvenciáján gerjesztünk, ilyenkor általában nagy amplitúdójú rezgések jönnek létre (felerősödik a rezgés). Mivel a mikrohullámok elsősorban a vízmolekulákat hozzák forgó rezgésbe, az ő forgó rezgési frekvenciájukat alkalmazva lesz a leghatékonyabb a jelenség, ez pedig \(2,45\ \mathrm{GHz}\).
2 pont
d) „A gyors molekula pedig meleg molekula.” – írja a szöveg. Milyen kapcsolat van egy test hőmérséklete és a benne lévő részecskék mozgási sebessége között?
Magasabb hőmérsékletű anyagban nagyobb a részecskék átlagos mozgási energiája, átlagsebessége.
\[v=\sqrt{\frac{3\cdot R\cdot T}{M}}\]
(A két pont képlet nélkül, a szöveges megfogalmazásra is megadható.)
2 pont
e) A szöveg szerint a mikrohullámok következtében a „krumplipüré széle forró, belseje pedig teljesen hideg”. Milyen hőtani folyamat következtében egyenlítődik ki egy idő után a hőmérséklet az ételben?
Az ételben a melegítés során keletkező hőmérsékletkülönbség a hővezetés következtében egyenlítődik ki egy adott idő után.
2 pont
f) Mit értünk Faraday-kalitka alatt, és mi köze ennek a mikrohullámú sütőhöz?
A szövegnek az a része, miszerint a sütő „fala fém, az ajtókban pedig kis lyukú fémrács van”, éppen a Faraday-kalitkát írja le, mert a Faraday-kalitka egy vezető anyaggal (jellemzően fémmel) körülvett térrész.
2 pont
g) Milyen fizikai jelenségre utal a szöveg utolsó mondata? Hol használjuk ki ezt a jelenséget a gyakorlati életben?
Az utolsó sor a csúcshatás jelenségére utal, ami azt jelenti, hogy egy fémtesten a kis görbületű részeknél, a csúcsoknál nagy az elektromos térerősség, ezért itt könnyen keletkezik szikra. Ezt a hatást használja ki pl. a villámhárító, az elektrosztatikus légtisztító, a porleválasztó is. (Bármilyen gyakorlati példa elfogadható.)
3 pont
h) A mobiltelefonok is a mikrohullámú sütőhöz (\(2,45\ \mathrm{GHz}\)) hasonló frekvenciatartományban működnek (Európában \(1800\ \mathrm{MHz}\), az USA-ban \(1900\ \mathrm{MHz}\)). Hány százalékkal tér el az európai GSM frekvencia a mikrohullámú sütő frekvenciájától? A rezonanciáról tanultak ismeretében fejtse ki, hogy ön szerint veszélyes-e a mobiltelefonálás az agy mikrohullámú sugarakkal való melegítése szempontjából?
A mikrohullámú sütő \(2,45\ \mathrm{GHz}\)-es és az európai \(\mathrm{GSM}\) \(1800\ \mathrm{MHz= 1,8\ GHz}\)-es értéke \(\displaystyle \frac{2,45}{1,8} = 1,36\) miatt mintegy \(36\%\)-kal tér el egymástól. A rezonancia jelensége miatt a gerjesztés a sajátfrekvencián okoz jelentős rezgéseket, attól \(36\%\)-kal eltérő frekvencián már nem. Ezért nem veszélyes a mobiltelefonálás az agy mikrohullámú sugarakkal való melegítése szempontjából.
2 pont
Kifejtés módja: 3 + 2 = 5 pont
Összesen:
23 pont