Jelenség leírása
Mérjük meg három különbözõ 1,5 V-os galvánelem (pl. ceruza-, bébi-, góliátelem) belsõ ellenállását és hasznosítható energiáját! Milyen mérhetõ elektromos tulajdonságtól függ az elem ára?
Eszközök
galvánelemek, multiméter, stopper
Magyarázat
M. 179. Mérjük meg három különbözõ 1,5 V-os galvánelem (pl. ceruza-, bébi-, góliátelem) belsõ ellenállását és hasznosítható energiáját! Milyen mérhetõ elektromos tulajdonságtól függ az elem ára?
Megoldás. A galvánelemekkel általában elektromos berendezéseket (zseblámpát, rádiót, elemes játékokat) akarunk mûködtetni, ezért elég természetes, hogy ,,hasznosítható energián'' az elembõl ,,kivehetõ'' elektromos energiát értjük. Négyesi Gábor (Eger, Szilágyi E. Gimn., III. o.t.) megjegyezte, hogy amennyiben hõfejlesztésre kívánjuk használni az elemet, legegyszerûbb, ha beletesszük egy kaloriméterbe, rövidrezárjuk, s a kaloriméter felmelegedésébõl kiszámíthatjuk a keresett energiaértéket.
A ,,termelt'' hasznos elektromos energia is mérhetõ kalorimetrikus úton, ha a terhelõ ellenállást helyezzük kaloriméterbe, az ugyancsak melegedõ galvánelemet azonban kívül hagyjuk. Legtöbben azt a módszert választották, hogy folyamatosan (bizonyos idõközönként) mérték a terhelõ ellenálláson esõ feszültséget, illetve az áramkörben folyó áram erõsségét. E két mennyiség szorzata a pillanatnyi teljesítmény, melyet az idõ függvényében ábrázolva a görbe alatti területbõl megkaphatjuk a elem által leadott ,,hasznos'' energiát. (Az áramerõsséget a terhelésen esõ feszültségbõl ki is számíthatjuk, ha ismerjük a terhelés ellenállását. Ennek ellenére érdemes a feszültség mellett külön mérni az áramot is, hiszen a terhelés ellenállása a mérés során megváltozhat! Gondoljunk csak az izzólámpák ellenállásának erõs hõmérsékletfüggésére!)
Az elem ,,lemerülési üteme'' természetesen függ a terhelés nagyságától, s a leadott összes energia is függ(het) a kisütés gyorsaságától. Az elem ,,üresjárati'' (terhelés nélküli) feszültségébõl, valamint a (viszonylag kis ellenállású terheléshez tartozó) kapocsfeszültségbõl és az áramerõsségbõl kiszámíthatjuk az elem belsõ ellenállását. A tapasztalat szerint ez a mennyiség is függ az elem ,,elõéletétõl''.
Megyeri Ágnes (Monor, József A. Gimn., I. o.t.) kerékpárizzókkal (négy különbözõ terheléssel) mérte különféle elemek kapocsfeszültségét és az áramerõsséget. Kezdetben 5 percenként olvasta le a mûszereket, de mivel azok alig változtak, áttért a félóránkénti mérésre. Mérés közben kétszer is változtatta a terhelõ ellenállást, mert csak ,,lassan fogyott'' az energia. Ronyecz Andrea (Kazincbarcika, Ságvári E. Gimn., I.o.t.) különbözõ gyártmányú elemekkel igen hosszú (egy héten át tartó) méréssorozatokat végzett. A teljesítmény idõben nemlineárisan változott, ezért szakaszonként egyenessel közelítve határozta meg a görbe alatti területet. Hauth Gábor (Baja, Tóth Kálmán Gimn., III. o.t.) automatizált mérõberendezéssel, számítógéphez kapcsolt mûszerekkel mérte a feszültséget és az áramerõsséget. A mérési adatokat is számítógéppel dolgozta fel (integrálta a teljesítmény-idõ függvényt).
A mérési adatok típusonként és országonként elég tág határok között szórtak. Az elemek belsõ ellenállása 1 
nagyságrendû, a tárolt (hasznosítható) energia pedig 5-10 kJ körüli érték volt. Az elemek ára durván arányosnak vehetõ a bennük tárolt (hasznosítható) energiával, az arányossági tényezõ nagyságrendileg 10 Ft/kJ, azaz kb. 30 000 Ft/kWh. Érdemes ezt a számot összehasonlítani a vezetékes áram árával (kb. 10 Ft/kWh). Látható, hogy több mint ezerszeres árat kell fizessünk az elektromos energiáért, pusztán azért, hogy a zsebünkbe rakhassuk!
