Háztartásfizika - fizikai jelenségek a házban és a ház körül
A Háztartáskémia című részben a házban
(lakásban), ház körül, kertben található, kémia
tárgykörébe tartozó témákat, címszavakat gyűjtöttem össze.
Ebben a részben a fizikai
vonatkozásokat "listázom". Itt most bizonyos témakörökhöz csoportosítva
próbálom meg összeszedni a lényegesebbeket, hivatkozva azokra a címszavakra,
ahol részletesebben megtalálhatók.
A házban és a ház körül szinte mindennek van valami köze a fizikához, még akkor
is, ha erről nem tudunk.
Számtalan olyan eszközt használunk, amelynek működési elve a fizika
tárgykörébe tartozik.
Nézzünk szét kicsit "fizikai"
szempontból a lakásunkban, kertünkben.
(Ez csak egy ízelítő, lexikonomban ennél sokkal több címszó található ebben
a témakörben, a Szójegyzék keresőjébe a háztartásfizika keresőszót
beírva ezek a címszavak legyűjthetők. Egy ennél bővebb "csoport" érhető
el a mindennapokfizikája keresőszóval.)
Magával a házzal Érdekességek részben Az építkezés fizikája és kémiája címszónál foglalkozom részletesebben.
Egyébként egy lakóház számos kompromisszumot tesz szükségessé.
Hőtechnikailag pl. egy négyzet alapterületű épület lenne a legpraktikusabb,
mindenféle "kiugró" nélkül, kevés üvegfelülettel, (mivel az egyébként
legkisebb felületű gömb nem igazán lakható).
A hőátadás
a hőmérsékletkülönbséggel
és a felülettel arányos.
Világítás szempontjából viszont jó sok ablak lenne célszerű, ami rontja a hőszigetelést
és beengedi a nyári napfényt, vele a hőenergiát és akkor jöhet az energiafaló
légkondi.
Ezzel szemben, "esztétikai okokból" mindenféle kiálló és beugró részeket
építenek be, ami nagyon megnöveli a felületeket és növeli a fűtésigényt, még
korszerű, jó hőszigetelésű építőanyagok esetén is.
Most (2022) már tudunk teljesen energiafogyasztás nélküli házakat építeni. Az energetikai szabványok egyébként is sokat szigordtak. Egy most épülő ház fűtési energiaigénye már sokkal kisebb, mint a jelenlegi lakásállomány többségéé. A rendkívüli módon megelemkedett energiaárak sokakat ösztönöznek hőszigetelésre, fűtéskorszerűsítésre.
Az ember
olyan 20°C körül ("szobahőmérsékleten") érzi jól magát, persze attól
függően, hogy mit csinál és milyen ruha van rajta. (Nedvesen, ruha nélkül ácsorogva
pl. még ennél jóval nagyobb hőmérsékleten
is fázik, ha meg erős fizikai munkát végez akkor ez is sok.)
E miatt viszonylag hamar rájöttek, hogy télen be kell húzódni valahova és tüzet
kell rakni.
Fűtésre még most is általában a tüzelést alkalmazzuk, vagyis valamilyen
vegyileg kötött energiát szabadítunk fel oxidációval.
(Tehát földgázt,
szenet, olajat
esetleg fát vagy egyebet égetünk (ez idáig kémia)
egy megfelelően kialakított eszközben, és ennek hőjét hasznosítjuk - általában
víz "közvetítésével".) A keletkezett hőmennyiség hasznosítása, a fűtőrendszer elemeinek működése már a fizika tárgykörébe tartozik.
Az utóbbi időben egyre jobban terjednek a föld melegét hasznosító hőszivattyús
megoldások (főleg a mostani /2022/ földgázárak mellett), illetve a napenergiát
felhasználó rendszerek is. Ezek azonban még elég drágák a "hagyományos"
fűtéshez viszonyítva, megtérülésük nagyban függ az adott áraktól, szabályozóktól. (A "tüzelés" végső soron ezekkel sem teljesen úszható
meg, mert a szükséges - nem kevés - elektromos energia nagy részét jelenleg még
hőerőművekben állítják
elő.)
Egy ház (lakás) esetén a falak és nyilászárók hőszigetelése
nagyon lényeges, de számtalan egyéb tényező is drasztikusan tudja növelni az
energiaigényt. (Pl. a már említett ház kialakítás, "ideálistól" eltérő
alakzat, elhelyezkedés, benapozottság, stb.)
Egy körültekintően tervezett, megépített épület a mi éghajlatunkon nem igényel hűtést nyáron. Meglévő épületeink, lakásaink nagy része azonban egyáltalán nem ilyen, ezért egyre több helyen jelennek meg a légkondicionálók. Ráadásul ezeket is hozzáértés nélkül, választják ki, szerelik fel és üzemeltetik. Így aztán nem csoda, ha a meleg nyári napokon mostanában rengeteg áramot pazarlunk el és több helyen az elektromos rendszerek összeomlását okozták a kánikula időszakában.
Elektromosság
A korszerű háztartás szinte elképzelhetetlen elektromos eszközök nélkül.
Az elektromos áram
nagyon "praktikus", mert mindössze "két szál drót" kell
a továbbításához és bármire használható (fűtés, világtás, mechanikai munkavégzés).
Amikor látszólag semmi sincs bekapcsolva, akkor is számtalan "fogyasztó"
működik. Ha az ember szétnéz éjszaka a sötét lakásban, akkor tűnik igazán szembe,
hogy mennyi kontrollfény (általában LED) világít, TV készüléken, DVD játszón,
telefonon, hűtőgépen, bojleren, stb. Időnként bekapcsol a fűtés keringető szivattyúja,
bekapcsol a vízmelegítő, a hűtőgép, stb.
Amikor "zajlik az élet" akkor pedig elektromos eszközök tucatjai fogyasztják
a kilowattórákat.
Az alábbi fejezetek a "háztartási elektromossággal" foglalkoznak.
Az elektromosság "alapjaival" az Érdekességek rész Villamosság - amit tudni illik címszavában foglalkozom. Ott megtalálhatók a háztartások elektromosellátásával kapcsolatos információk is. Az elektromos hálózat a legtöbb lakásba 230 voltos egy fázisú vátóáramú forrásként érkezik be egy 16 (25) amperes biztosítékkal. Ez valamivel több, mint 3,5 (5,7) kilowattnyi (egyidejű) fogyasztást tesz lehetővé. (Egy komolyabb elektromos tűzhely már hálózatfejlesztést igényel, a hőszivattyúról nem is beszélve!)
Mivel az elektromos
áram egyik legalapvetőbb hatása a hőhatás a vezetékek védelme és a tűzveszély
elkerülése miatt valamilyen "biztosíték"
szükséges. Erre a célra már nem igen találunk "olvadót",
csak "automatát"
(a kép alján) a mostani házakban.
A "korszerű" lakásokban a világítás és a többi elektromos eszköz is
("darabonként") egyre kevesebbet fogyaszt. Ugyanakkor a háztartás
elektromos rendszerei, összességében egyre többet fogyasztanak.
Az elektromos melegítőeszközök (pl. villanytűzhelyek), légkondik
stb. tekintélyes elektromosenergia-fogyasztók.
A meleg nyári napokon mostanában több áram fogy a háztartásokban, mint télen.
Bláthy találmánya,
a villanyóra
(a kép felső részén) pedig könyörtelenűl forog télen-nyáron. (Mostmár nem forog, az új villanyórák elektronikusak.)
Ma már egy "közönséges háztartás" is többféle, jó hatásfokú, kis fogyasztású fényforrást alkalmazhat (LED-izzó (baloldali kép), fénycső (eltűnőben), kompakt fénycső (középső kép - eltűnőben), halogén izzók (eltűnőben)). Ugyanakkor még előfordulnak, de már nem kaphatók a "jó öreg, energiafaló, hagyományos izzólámpák" (jobboldali kép) is.
A Szójegyzék keresőjébe a fényforrások keresőszót beírva valamennyi
legyűjthető - nem csak a lakásban alkalmazottak.
Fény minden esetben úgy keletkezik, hogy az anyag külső elektronját gerjeszti valamilyen energia és az visszatérve a nyugalmi helyzetébe egy fotont (tehát valamilyen elektromágneses hullámot) bocsát ki. (Ezt mutatja be az alábbi animáció.) Az elektromágneses hullámoknak egy kis tartományát a szemünk képes fényként észlelni.
A képre kattintva az atommag körül mozgó elektron egy nagyobb energiájú pályára ugrik, majd
onnan visszazuhanva egy fotont bocsát
ki. A gerjesztés történhet pl. hő hatására, vagy egy másik foton által. |
Régen "fénykeltési célra" is valamilyen lángot használtak (fákja, gyertya,
mécses, gázláng) csak Edison
fejlesztette ki az első használható izzólámpát
(1879). Ezekben a hő készteti fénykibocsátásra
az atomokat.
Tehát a "hagyományos izzólámpák"
és a halogén izzók
egyaránt elektromos áram hőhatását
alkalmazó eszközök körébe tartoznak.
A "hagyományos" és a kompaktfénycsövek
esetén a látható fény
a cső belsejében az elektromos
ívben létrejövő UV
sugárzás készteti fénykibocsátásra
a bevonat (fénypor)
atomjait. A LED-ek teljesen másképp működnek.
A megvilágítást
számos egyéb tényező is befolyásolja a fényforrás
mellett.
Nem árt tudni pl. azt is, hogy a fehér fal kétszer annyi fényt ver vissza, mint
a világoszöld, a divatos sötétebb színekről nem is beszélve.
Bár a világítás a háztartások energiaszükségletének
csak kis hányadát jelenti, nagyon sok energia
(és pénz) takarítható meg megfelelően kialakított, megfelelően festett lakással
és megfelelő fényforrások használatával.
Hihetetlen mennyiségű elektromos eszközt használunk, hálózati és elemes (akkumulátoros) készülékek tucatjait.
Az elektromos áram mágneses hatását alkalmazó eszközök
Villanymotorok
Valamikor
a 60-as években hallottam egy beszélgetést Szentgyörgyi
Alberttel. Nagyon megmaradt bennem az, hogy említette a lakásában tucatnyi
villanymotor
működik, és ezek mennyire fontosak.
Most összeszámolni is nehéz lenne, hogy hány villanymotor
van a házamban (csak a számítógépben több mint egy tucatnyi). Villanymotor
van a mosógépben, a porszívóban, a hűtőgépben,
az keringeti a fűtési rendszer vizét (a képen egy ilyen kerigetőszivattyú
látható).
Elektromágnesek
Nagyon sok
eszközben alkalmaznak elektromágneseket (szolenoid).
Ilyen elven működik pl. a fentebb látható elektromos
megszakító (automata biztosíték).
Elektromágnest tartalmaznak a csengők
(a képen), a mosógépek mágnesszelepei, stb.
Transzformátorok
Szinte minden
hálózatról üzemelő elektronikus eszközben alkalmaznak transzformátorokat,
hiszen a hálózati 230 voltos
feszültséget át kell
alakítani kisebbre, vagy éppenséggel nagyobbra pl. a már eltűnőben lévő TV
készülékek CRT képcsövei
számára.
A képen egy mobiltelefon töltőjének belsejében látható egy kis transzformátor
a nyomtatott áramkör fölött.
Az elektromos áram hőhatását alkalmazó eszközök
Hő gyakorlatilag
minden elektromos eszközben keletkezik (akkor is, ha nem akarjuk). Ide a kifejezetten
fűtés céljára szolgáló eszközök tartoznak pl. a bojler, vasaló, elektromos tűzhely,
mosógép, hősugárzó fűtőszála, stb. - bár a két utóbbi villanymotor(oka)t
is tartalmaz(hat). Ezekben valamilyen nagyobb elektromos
ellenállású fémszál
melegszik (úgynevezett ellenállásfűtés).
Általában ezek a legnagyobb teljesítményű
fogyasztók a lakásban, akár több kilowattosak.
Az elektromos áram vegyihatását alkalmazó eszközök
A ház körül gyakorlatilag a (tölthető) akkumulátorok
és az ("eldobható") elemek
vagyis az elektrokémiai
áramforrások tartoznak ide. (Működési elvüket a Kémia részben a galvánelemek címszónál
egy animáció mutatja be.)
Számtalan eszközben (mobiltelefon, elemlámpa, távvezérlők, stb.) használunk,
többféle elektrokémiai
áramforrást (Li-ion akku
- baloldali kép, Ni-Cd
akku - jobboldali kép, stb.).
(Az akkumulátorok címszóban a lexikonomban az összes elektrokémiai áramforrás listája látható és az egyes típusok címszavára ugorva részletesebb információ érhető el.)
Félvezetők
milliói találhatók az otthon előforduló különböző elektronikus eszközökben.
Egy "rendes lakásban" általában már több TV
készülék is található, szinte mindenütt van számítógép, telefon,
DVD játszó
(CD játszó),
kazettásmagnó (ha még előfordul), erősítő, hangdobozok,
néhol még a "régi" lemezjátszó
is megtalálható.
A "hangkeltő" eszközökkel külön foglalkozom az Érdekességek
részben A hangok birodalma
címszónál.
Szinte mindenütt található valamilyen fényképezőgép,
mostanában már szinte csak a "digitális"
változat. A fényképezéssel is foglakozom részletesebben az Érdekességek
részben A fotózás fizikai
és kémiai alapelvei címszónál.
Számtalan különböző érzékelő eszköz található egy háztartásban.
Ezeknek a működési elvével is külön foglalkozom az Érdekességek részben
az Érzékelés, észlelés, kölcsönhatás
címszónál.
Ilyenek pl. az automata mosógépek hőfok érzékelői, a vasalók és bojlerek bimetál
hőkapcsolója - amely szintén "hőre reagál", a riasztók mozgásérzékelői,
stb.
Az utóbbi időben különös hangsúlyt kaptak a füst
és szén-monoxid érzékelők.
Ezekben a készülékekben többféle mérési elvet alkalmaznak, pl.:
- a félvezetős érzékelők a felületükön megkötődő szén-monoxid
vezetőképességet növelő hatását használják ki
- az elektrokémiai-cellás
érzékelő 2 egymástól különböző elektródából és elektrolitból áll. A belsejébe
diffundáló szén-monoxid
hatására, a katód és az anód között a koncentráció nagyságával arányos elektromos feszültség jön létre.
Nagyon sok egyéb eszköz, jelenség fizikai
vonatkozásai megemlíthőtők még:
- A gépkocsi ugyan nem a háztartás része, de mindenképpen hozzátartozik
a család életéhez, ezzel fizikai
szempontból is foglalkozom az Érdekességek részben Az
autózás fizikai - kémiai alapelvei címszónál.
- Tükröket is
biztos találunk egy a lakásban (legalább a fürdőszobában egyet). A Fizika
részben animációk mutatják be a síktükör,
a homorú tükör és
a domború tükör leképezését,
alkalmazásait.
- Egész biztosan találunk lencséket
is szinte minden háztartásban. Ha szemüveges valaki akkor abban, ha nem akkor biztosan van a házban valami optikai eszköz
(színházi látcső,
mikroszkóp, fényképezőgép),
ha az sincs akkor pl. a CD
vagy DVD játszó lézerében, a mobiltelefonban.
A Fizika részben animációk mutatják be a homorú
lencsék és a domború
lencsék leképezését, alkalmazásait.
- Biztosan van a házban hőmérő.
Ebből mostmár elég sokféle előfordul a lakásokban a "hagyományos hőtágulásos"
változat mellett már többféle egyéb módon működő is előfordul (elektronikus,
folyadékkristályos).
Az Érdekességek részben az Érzékelés,
észlelés, kölcsönhatás címszónál a különböző hőmérséklet
észlelési módszerekkel is foglalkozom.
További a témával kapcsolatos információk találhatók még
- a rádió működési elvéről az Érdekességek részben az Szól
a rádió... címszónál
- a mikrosütőről az Érdekességek részben az Sütő-e
a mikrohullámú sütő? címszónál
- a vasalásról az Érdekességek részben az A
vasalás fizikája és kémiája címszónál
Számtalan "mindennapi" eszköz működésének fizikai elvei megtalálhatók lexikonomban a már említetteken kívül a már nem túl elterjedt diavetítő, mozgófilm vetítő, képmagnó, különböző típusú hűtőgépek stb.
Ha szeretné megismerni használati eszközeinek működési elvét írja be a Szójegyzék
keresőjébe a keresett eszközt, vagy a háztartásfizika illetve a mindennapokfizikája
keresőszóval gyűjtse le az összeset és abból válasszon.