Változások a blogon

Az előadásaink közeledtével egyre több időt fordítunk a az elméleti rész tanulására, a kísérletek tervezgetésére, illetve a blog szépítgetésére. Nemrég például egységes formázást kaptak a bejegyzések, valamint olyan sorrendbe állítottam őket, amilyenben a prezentációkban is szerepelni fognak. Az oldalsávba elhelyeztem a fontos információkat, illetve itt lehet könnyen váltani a fizikai és kémiai témájú bejegyzések között is (a fizikás írások fizika, a kémiások pedig értelemszerűen a kémia címke alatt futnak; a blogot magát érintő posztok blog címkével vannak ellátva).
Mivel a csapat megszavazta a korábbi, minimalista dizájn leváltását, így a kinézet is változik (a fejléc Kun Dániel munkája), azonban a fő szempont továbbra is az olvashatóság és az egyszerűség is marad, ahogyan az előadásunknál is a minél nagyobb érthetőségre fogunk törekedni.

Az ék

Egyszerű gépek

Ék

Az ék egyike az egyszerű gépeknek két, többnyire szimmetrikusan összeillesztett lejtőből származtatható. Az ék igen régi eszköz, használata a messze történelem előtti időkben kezdődött.

Az éket igen széleskörűen használják:

• Az első kőszerszámok nagy részénél is az ékhatást használták ki.
• Kőbányászatban nagy kőtömbök leválasztására használatos.
• Tulajdonképpen minden kés, fejsze, balta – ék. Favágók nagy fatörzsek hasítására is éket használnak.
• A szög, ácskapocs szintén ék.
• A régi rusztikus bútorok, kocsik, faépületek kötőeleme igen gyakran a fa-ék.
• Gépelemként gyakran használják, mivel egyszerűbb technológiával is pontosan gyártható.
• Gépállványok magasságának pontos beállítására gyakran két összefordított éket használnak.
• Gőzgépek dugattyúrúdjainak összekötése.
• Tárcsák felerősítése tengelyekre (orros ék, tangenciális ék).

Írta: Gremsperger Márton

A csavar

Egyszerű gépek

Csavar

A csavar egyike az egyszerű gépeknek. Csavarokat gépek működtetésére, erő sokszorozásra és kötőelemként használják. Csavarok csoportosításának szempontjai: alapanyaguk, szilárdságuk, a meneteik típusa, fejkialakításuk.

A csavarfejek kialakítása 

A csavarfej biztosítja a csavar tengelyirányú forgatását az össze- és a szétszereléshez. A csavarfejek különböző síklapokkal, hornyokkal vannak ellátva, annak érdekében, hogy a csavarkulcsokkal meg lehessen fogni és megfelelő nyomatékot lehessen kifejteni.

Csavarfej-típusok:

§  Hatlapfejű csavarok

§  Hengeresfejű belső kulcsnyílású csavarok

§  Fej nélküli csavarok

§  Süllyesztettfejű csavarok

§  D-fejű csavarok

Hatlapfejű csavar 

A legelterjedtebb és legolcsóbb csavartípus. Jellemzője, hogy a csavarfejhez kívülről kell hozzáférni, ezért alapvetően olyan helyeken alkalmazzák, ahol erre lehetőség van. Szinte minden kivitel kapható, így például facsavar, lemezcsavar, metrikus és collos kivitelű (anyás) változatok és sok más. A szereléséhez villáskulcs, csillagkulcs, dugókulcs használható. Létezik tövig- (MSZ 2363, DIN 933, EN 4014) és részmenetes (MSZ 2360, DIN 931, EN 4017) változat, illetve peremes (DIN 6921) és recézett peremű változat is.

Hengeresfejű belső kulcsnyílású típus

Elsősorban szűk, nehezen hozzáférhető helyeken alkalmazzák, mert szerelésnél nem kell kívülről hozzáférni a fejhez, például gépekben, járművekben, motorburkolatok összeszerelésénél. Szereléshez "L" alakú, csavarhúzó formájú, illetve apró behajtószerszámok, ún. bitek használhatók. Létezik tövig- és részmenetes változatuk. A belső kulcsnyílás alakja szerint számos típus létezik: hatszögű belső kulcsnyílás, TORX kulcsnyílás (a szerszám és a kulcs találkozása nem a hatszög sarokpontjainál, hanem teljes lapokon valósul meg). A hengeresfejű belső kulcsnyílású csavar szabványszáma DIN 912. Az alacsonyfejű, belső kulcsnyílású DIN 6912. Az alacsonyfejű, kis kulcsnyílású DIN 7984 típusok. A belső kulcsnyílású csavarok nagyszilárdságú acélból készülnek. Az eddig felsorolt csavarok általában speciális csavargyártó gépeken készülnek, ma általában forgácsolás nélküli megmunkálással.

Fej nélküli csavarok 

Ilyenek elsősorban a menetes rudak, amelyek 1, 2 és 3 méteres csavarszárak, fej nélkül, valamint a tőcsavarok (ászokcsavarok) és a csővezetéki karimák kötéséhez használatos szegcsavarok. A szereléshez, csakúgy, mint az eddig felsorolt csavartípusok esetén, alátéteket és anyákat alkalmaznak. A különbség az, hogy a menetes rúd fejét valamivel helyettesíteni kell ahhoz, hogy a másik végére ráhajtott anyával és alátéttel valamit szorosan rögzíteni tudjunk. A fejet legegyszerűbben egy alátéttel és anyával pótolhatjuk, de megoldás lehet az is, ha a falba, vagy a betonba megfelelően beépített, vagy beragasztott acél foglalatba, ún. dübelbe hajtjuk bele a menetesrúd darabot, mielőtt valamit rögzíteni szeretnénk vele, két egymásnak feszített anyával.

A fejnélküli csavarok egy másik fajtája a hernyócsavar. Többféle kivitelben létezik: a lapos (DIN 913), a kúpos (DIN 914), a csapos (DIN 915) és a kráteres (DIN 916), illetve készülnek egyenes horonnyal és belső kulcsnyílással is. A hernyócsavarokat általában valamilyen mozgatható alkatrész pozicionálására használják, például az ajtókilincs párok rögzítésére.

Süllyesztettfejű és D-fejű csavarok 

Süllyesztettfejű csavarokat ott használnak, ahol a csavarfejnek nem szabad egy sík felületből kiállnia, míg a D fejű csavarokat ott, ahol a csavarfejnek teljesen fel kell feküdnie a sík felületre. Ezen csavarokból létezik egyeneshornyú, kereszthornyos (például Phillips és Pozidrive) és belsőkulcsnyílású változat is.

Egyéb csavarváltozatok 

Szemes, gyűrűs, kapupánt-, mosdórögzítő csavarok, különböző biztonsági csavarok.

Anyagminőség 

A csavarok anyag, anyagminőségek szerinti csoportosítása:

§  vas

§  edzett acél

§  rozsdamentes acél (A2)

§  saválló acél (A4)

§  sárgaréz

§  alumínium

§  vegyileg ellenálló műanyag (PA)

Írta: Gremsperger Márton

A lejtő

Egyszerű gépek

Lejtő

A lejtő az emberiség által legrégebben használt gépek egyike, feltalálása messze a történelem előtti időkbe nyúlik vissza. A megalitok felállításánál kellett, hogy használják, de a piramisok építésénél is felhasználták.

A 17.században Galilei használta a lejtőn legurított golyók vizsgálatára, ennek alapján fogalmazta meg híres tételét, hogy a szabadon eső testek mozgása nem függ a test tömegétől. Ez ellentmondott az akkoriban általánosan elismert arisztotelészi, hogy egy test annál gyorsabban esik, minél súlyosabb. Lejtős kísérletei vezettek annak felismerésére, hogy az egyenletesen gyorsuló mozgás során megtett út az eltelt idő négyzetével arányos.

A lejtő egy teher felemeléshez szükséges erő csökkentésére szolgáló egyszerű gép. A lejtő egyszerűen egy, a vízszintessel kis szöget bezáró sík, melyre sokkal könnyebb felvontatni egy nehéz tárgyat, mint függőlegesen felemelni. A kisebb erőszükséglet ára, hogy a vontatás hossza arányosan megnő, így munkát megtakarítani segítségével természetesen nem lehet. A lejtőre vezethető vissza az ék és a csavar is.

Írta: Makács István

Az emelők

Egyszerű gépek

Emelők

Fogalmak:
Erőkar: Az erő hatásvonalának a forgástengelytől mért távolsága.

Forgatónyomaték: Erő és erőkar szorzata.

Emelő: Tengely körül elforgatható merev rúd.

Egykarú emelő: Az alátámasztás a rúd végén található, a forgáspont ugyanazon oldalán található a teher súlya és az emelő erő.

Kétkarú emelő: Ha a rúd úgy van alátámasztva, hogy a teher súlya és az emelő erő a forgástengely két különböző oldalán található.

Egykarú emelők:

Az egyoldalú emelőknél az a lényeg, hogy a két ellentétes irányú erő különböző távolságra van a forgásponttól, de a forgatónyomatékuk (erőkar és súly szorzata) megegyezik. Tehát, ha az egy kilogrammos terhet egy pontszerű testnek vesszük, és 10 cm-re található a forgásponttól, akkor egy egyméteres (100 cm) emelőkarra kifejtett erő pont a tizede az eredeti test tömegének. Tehát ahhoz, hogy megmozdíthassuk, az emelő nélkül 10 N erő befektetésére lenne szükség, de az emelőnek köszönhetően így elegendő 1 N erő befektetése.

Kétkarú emelő:

A kétkarú emelő működési elve megegyezik az egykarúéval, csak abban különbözik, hogy a forgáspont nem a rúd végén található, illetve nem a két erő ellentétes irányú, hanem az emelőkarok azok.

Hengerkerék:
A hengerkerék hasonló elven működik mint az emelők, de nem sorolható be igazán egyikbe se.

A hengerkeréknek is két fajtája van.

Egyszerű hengerkerék:

Két része van a hengerkeréknek, van egy a kötéldob, és van egy kör alakú fogantyú azonos középponttal, de különböző sugárral.

Ha a kötéldob átmérője a tizede a fogantyú kerekének átmérőjének, akkor a 20 kg tömegű testet tizedannyi erő befektetésével emelhetünk meg. A henger sugara az egyik kar az emelőben, a fogantyú sugara a másik, és az elv megegyezik a kétkarú emelőtől, bár itt nem egy merev rúd, hanem megtört, szöget bezáró sugarak alkotják a karokat. Fontos, hogy a két test középpontjuk egy helyre essenek, és jól legyenek rögzítve.

Differenciál hengerkerék:

A differenciál hengerkerék kötéldobja két, egymástól különböző sugarú részből tevődik össze. Az r sugarú félhez rögzítik a kötél egyik végét, az r' sugarú félhez a másik végét. A kötélet úgy csévélik fel a két dob-félre, hogy középső része egy laza hurkot képezzen, melyen egy R sugarú mozgó csiga közvetítésével függ a Q teher. A hengerkereket kezelője a ρ hosszúságú kar végére szerelt fogantyúval forgatja P erővel. Ha a kart jobbra (az óramutató járásával egy irányba) forgatják, az ábra szerinti elrendezésnél a kisebb hengerről le-, a nagyobbra feltekeredik a kötél. Mivel a két dob sugara különböző, a nagy dobra több kötél csévélődik fel, mint amennyi a kicsiről lecsévélődik, a különbség felével megemelkedik a csiga és rajta a teher.

A súrlódástól való eltekintés esetén a csiga két kötélágában azonos nagyságú S és S' erő van:

ezek M nyomatéka tart egyensúlyt e kezelő által kifejtett nyomatékkal, és innen a teher emeléséhez szükséges emberi erő és az áttétel.

Írta: Mézes Tamás

A csigák

Egyszerű gépek

A csigák

A csiga egyike az egyszerű gépeknek, melyeket az ősidőktől kezdve (de az ókortól bizonyíthatóan) használtak az emberek mindennapi életükben és összetettebb gépeikbe beépítve.
A csiga egy kerületén horonnyal ellátott tárcsa, mely a kötél vagy kábel vezetésére szolgál. A csigákat általában nem egyenként, hanem csigasorokba építve használják, abból a célból, hogy csökkentsék például egy súly felemelésére fordítandó erőt. Használatával ugyanakkor a munka nem csökken, mivel a kisebb erő ára a kötélvég ugyanannyiszor nagyobb elmozdulása. A teher felemeléséhez szükséges erő közelítően a teher súlya osztva a csigák számával. Azonban ahogy nő a csigák száma, a kötélsúrlódásból és a csapágyak súrlódásából származó veszteségek is nőnek, így a rendszer hatásfoka csökken.

Állócsiga

Az állócsiga tengelye rögzített. Ezt a csigát arra lehet használni, hogy a kifejtéshez szükséges erő irányát megfordítsa, erőcsökkentést nem lehet vele elérni. A csiga egyensúlyából következik, hogy a két kötélágban ébredő erőnek egyenlőnek kell lennie, a felfüggesztést terhelő erő viszont a teher kétszerese (ha a kötelet függőlegesen lefelé húzzuk).

Mozgó csiga

A mozgócsigát az erő nagyságának csökkentésére lehet használni. Ha a kötél egyik vége rögzített, csak a mozgócsiga tengelyére erősített teher felének megfelelő erővel kell a kötél másik végét húzni. Mozgócsigát mindig csigasorba építve használnak.

Egyszerű csigasor

A csigasor álló- és mozgócsigákból összeállított gép. Az egyes csigákat úgy építik be, hogy az egy tengelyen elhelyezkedő csigák nemcsak a tengelyhez, hanem egymáshoz képest is el tudnak fordulni. A gyakorlatban a csigasort gyakran úgy készítik el, hogy az állócsigákat és a mozgócsigákat is egy-egy közös tengelyre szerelik, a tengelyt pedig zárt keret tartja. Ennek a megoldásnak az az előnye, hogy a kötél vezetése minden irányú kiugrás ellen biztosított.

Egy mozgócsiga terhelése a két kötélág között egyenletesen oszlik meg, tehát egy kötélre a terhelés fele jut. Az mozgócsigából álló csigasor utolsó állócsigájáról lefutó kötél meghúzásához a teher -ed részére van szükség:

Arkhimédészi csigasor:

Ez a csigasor egy állócsigából és több mozgócsigából áll. A mozgócsigák egyik kötélágát rögzítik, a másik kötélág az előző mozgócsiga tengelyét terheli. Az első mozgócsiga mozgó kötélága az állócsigán van átvetve. Ezzel az elrendezéssel nagyon nagy áttételt lehet megvalósítani, ennek ellenére a gyakorlatban ritkán használják. Plutarkhosz leírja, hogy ezzel a fajta csigasorral Arkhimédész egy teljes felszereléssel és katonákkal teli hadihajót egymaga elvontatott.

Differenciális csigasor

Az állócsiga két különböző átmérőjű tárcsája egymáshoz rögzített, együtt forognak a tengelyen. Itt kötél helyett általában láncot alkalmaznak, hogy a megcsúszás ellen a rendszer biztosítva legyen. A láncot végtelenítik. A kezelő személy a nagyobbik álló csigáról lecsüngő láncágat húzza, a végtelenített lánc terheletlen ága a kisebbik álló csigára (lánckerékre) csévélődik fel. Szereléseknél használt kézi emelőberendezéseknél elterjedt ennek a használata.

Írta: Kántor Dezső

Az egyszerű gépek

Egyszerű gépek

    Egyszerű gépnek nevezzük azokat a berendezéseket, melyek alkalmasak egy erő nagyságát és/vagy irányát megváltoztatni kényszermozgások révén. Ezek az egyszerű gépek alkalmasak arra, hogy egy adott terhet annál lényegesen kisebb erővel mozgassunk meg, nagyobb munkavégzési út megtétele során. A legismertebb egyszerű gépek a csiga, a hengerkerék, a csavar az emelő, az emelkedő, az ék és a lejtő. Fő jellemzőjük az áttétel és a módosítás, amely a teher súlya és az azt egyensúlyban tartani képes erő egymáshoz való viszonyát fejezi ki. Tehát az egyszerű gépek dióhéjban olyan gépek, melyek nehéz munkák elvégzését könnyítik meg áttételek és módosítások segítségével.
    Van néhány alapfogalom, amelyekkel nem árt tisztában lenni:
F: mozgató- vagy kiegyensúlyozó erő
G: súlyerő (a mozgatni kívánt teher súlya)
m: módosítás vagy áttétel
rF: erőkar (az F erő hatásvonalának a forgástengelytől mért távolsága)
rG: teherkar (a G erő hatásvonalának a forgástengelytől mért távolsága)

m=G/F

Írta: Kun Dániel

Oxidáló- és redukálószerek

Redoxireakciók

Oxidáló- és redukálószerek

Redukálószerek:  elektron leadására hajlamos elemek, különösen az első két főcsoport tagjai (alkáli- és alkáliföldfémek, valamint a hidrogén), de a legtöbb fém és néhány nemfémes elem (pl.: szén, nitrogén) is képes redukáló szerként szerepelni a redoxifolyamatokban.  Olyan anyag, amely egy kémiai reakcióban elektront ad át a reakciópartnernek.(oxidálódik)

Oxidálószerek : a nagy elektronegativitású elemek, jellemzően a VI. és VII. főcsoport elemei, (pl.: O₂, O₃, F₂, Cl₂, Br₂) valamint olyan vegyületek (molekulák, ionok), melyekben magas oxidációfokú elemek találhatók . Olyan anyag, amely egy kémiai reakcióban elektront vesz át a reakciópartnertõl .(redukálódik)

Használják folyékony rakéta-hajtóanyagoknál például: cseppfolyós oxigén (LOX), nitrogén-tetroxid, hidrogén-peroxid.

Írta: Gremsperger Márton

A redoxireakciók típusai

Redoxifolyamatok

    A redoxireakciók típusai (forrás)
A redoxireakciók a legfontosabb kémiai folyamatok közé tartoznak. A redoxifolyamatok során elektron-átadás történik, és így a reakcióban részt vevő részecskék oxidációs állapota megváltozik.
    Az egyszerű redoxi átalakulások között van egyesülés, bomlás és helyettesítés.
Az egyesülés nagyon sokszor oxigénnel történő reakciót jelent, de természetesen más reagens is szerepelhet.
Pl. 2 CO (g) + O2 (g) => 2 CO2 (g)

A bomlás során a vegyület összetevőire esik szét, ami a redoxireakciókban elektronátmenethez kapcsolódik.
Pl. 2 HgO (sz) => 2 Hg (f) + O2 (g)

A helyettesítés olyan átalakulás, amelynél valamely vegyület egyik alkotórészét egy másik alkotórész foglalja el. Minden esetben ez a folyamat játszódik le fémek savban történő oldódásakor, amikor hidrogéngáz fejlődik.
Pl. Zn (sz) + H2SO4 (f) => ZnSO4 (f) + H2 (g)

    Ezek a folyamatok egyszerű redoxireakciók, amelyeket lehet rendezni a korábban megismert módon is, egyenletrendezéssel, tehát nem kell az egyenleteket az oxidációs szám használatával elvégezni.
    A vizes oldatban általában ennél bonyolultabb átalakulási folyamatok játszódnak le. Az összetett redoxireakciókban sok esetben a víz, illetve ionjai is a reakció résztvevői.
Pl. 2 HCl (f) + 2 HNO3 (f) => 2 NO2 (g) + Cl2 (g) + 2 H2O (f)

A redoxifolyamat egyenletének felírásának szabályai:

1.    Megállapítjuk a helyes képletekkel felírt folyamatban az egyes atomok oxidációs számát (elegendő azokat megkeresni, amelyeknek változik az oxidációs száma).

2.    Ezen atomokra felírjuk az oxidációs és redukciós lépést.

3.    Összhangba hozzuk a felvett és leadott elektronok számát (legkisebb közös többszörös).

4.    Ezeket az együtthatókat beírjuk az egyenletbe.

5.    A többi atomot a korábban megismert módszer szerint vizsgáljuk meg.

Írta: Kun Dániel

Oxidáció

Redoxireakciók

Oxidáció

Egyszerűen értelmezve oxidáció az a folyamat, amikor egy anyag oxigénnel egyesül.

például a hidrogén égése vízzé: 2H2+ O2 = 2 H2O

Általánosabb értelmezésben oxidációnak nevezzük azt a folyamatot, amikor a vegyület pozitív alkotórészének (kation) vegyértéke nő, vagyis, amikor egy ion vagy molekula elektronokat ad le.

A régebbi értelmezés szerint oxigénfelvétel, ill. hidrogénleadás. Ma ennél kiterjedtebb az oxidáció fogalma: minden olyan folyamatot, amelyben atomok, molekulák vagy ionok elektront adnak le oxidációnak nevezünk (az elektronfelvétel a redukció). oxidáció csak akkor mehet végbe, ha egy másik anyag (atom, molekula. ion) az elektronokat felveszi, azaz redukálódik.

Az oxidációs folyamatok többnyire a kémiailag kötött energia felszabadulásával járnak, ezért energiatermelők. Oxidáció során keletkezik hőenergia például a szén, illetve egyéb energiahordozók elégetése során a hőerőművekben. C + O2

Oxidációs szám

Az oxidációs szám változásával járó reakciókat nevezzük redoxi reakciónak. Az oxidációs szám a kémiában az egyes atomok oxidációs állapotának leírására szolgáló előjeles egész szám. Az elemi állapotú anyagok oxidációs száma 0 (nulla), a pozitív értékek oxidált, a negatív értékek pedig redukált állapotra utalnak. Az oxidációs számok a redoxireakciók során változhatnak meg.

Az oxidációs számok változása oxidációt illetve redukciót jelent. (A két folyamat egymástól sohasem választható el!)

Az oxidációs számokat a kémiai egyenletekben az adott atomok vegyjele fölé írjuk, így könnyen számolhatunk velük, és követhetjük a változásokat.

Írta: Makács István

Redukció

Redoxireakciók

Redukció

Régen a redukció az oxigénelvonás, illetve a hidrogénnel való egyesülés elnevezése volt.

Mai felfogásunk szerint a redukció elektronfelvételt jelent, általánosabb értelmezésben redukciónak nevezzük azt a folyamatot, amikor a vegyület pozitív alkotórészének (kation) vegyértéke csökken, vagyis, amikor egy ion vagy molekula elektronokat vesz fel.

Az oxidációs szám növekedése oxidációt, csökkenése redukciót jelent. A redukció az a folyamat, amelynek során valamely vegyületből oxigént vonnak el. Ez az oxidáció ellenkezője. Például: vas-oxid (Fe2O3) redukciójakor fémvas keletkezik. Redukció útján fémeket lehet előállítani oxidjukból. Redukciónak nevezzük azt is, ha egy részecske (atom, ion vagy molekula ) elektront vesz fel. Ilyenkor a részecske redukálódik. Az atomok redukciójakor negatív töltésű ionok keletkeznek. Minden redukció oxidációval, és minden oxidáció redukcióval kapcsolatos.

Példák: elemek előállítása oxidjaikból, vasgyártás, alumíniumgyártás, vegyületekből más vegyületek létrehozása, fotoszintézis, ólom(IV)-oxidból ólom(II)-oxid

Írta: Kántor Dezső

Redoxireakciók

 Redoxireakciók

Régebben azokat a reakciókat hívták redoxinak, ahol oxigénelvonás, illetve oxigénnel való egyesülés történt. Ám a jelenlegi megfogalmazás szerint azokat a reakciókat hívjuk redoxifolyamatnak, amelyek az oxidációs szám megváltozásával járnak.

Ezekben a reakciókban az egyik reakciópartner felvesz, míg a másik átad, tehát veszít a saját elektronjaiból. Az oxidációs szám az egyes atomok oxidációs állapotának leírására szolgáló előjellel rendelkező egész szám. Az elemi anyagok oxidációs száma nulla, a pozitív értékek oxidált, míg a negatív értékek redukált állapotra utalnak.

Az elektront leadó partner oxidálódik, tehát az oxidációs száma (avagy fiktív vagy valós töltése) megnő. Ezek az anyagokat redukálószereknek hívjuk, mivel a kölcsönhatás során partnereiket redukálják.

Az elektront felvevő partner redukálódik, azaz az ő oxidációs száma csökken. Ezeket az anyagokat hívjuk oxidálószereknek.

Írta: Mézes Tamás

Helló világ!

Fizika projektünk témája: csigák, az egyszerű gépek