ZESZYT DO ĆWICZEŃ Z BIOFIZYKI

Transkrypt

1 ZESZYT DO ĆWICZEŃ Z BIOFIZYKI Imię i nazwisko:. Kierunek:.. 1

2 Regulamin zajęć dydakycznych z biofizyki Wydział Nauk o Zdrowiu UMB, kierunek raownicwo Sprawy ogólne 1. Zajęcia dydakyczne z biofizyki odbywają się w formie wykładów oraz ćwiczeń laboraoryjnych i kończą się egzaminem. 2. Obecność na wykładach i ćwiczeniach jes obowiązkowa. 3. Każdą nieobecność na ćwiczeniach należy usprawiedliwić, a ćwiczenie odrobić w erminie usalonym z asysenem (usprawiedliwieniem może być zwolnienie lekarskie, bądź poświadczone przez Kierownika Zakładu oświadczenie o zaisnieniu wypadku losowego). 4. Liczba realizowanych godzin dydakycznych wynosi: 10 godzin wykładów i 20 godzin ćwiczeń laboraoryjnych. 5. Ćwiczenia laboraoryjne odbywają się w budynku Zakładu Biofizyki UMB w grupach ćwiczeniowych. 6. Pierwsze zajęcia z ćwiczeń laboraoryjnych przeznaczone są na: - zapoznanie sudenów z regulaminem zajęć, - szkolenie BHP, - przydział ćwiczeń grupom sudenckim - zajęcia wprowadzające. 7. Na kolejne ćwiczenia laboraoryjne sudenci powinni zgłosić się przygoowani do zajęć. W ramach przygoowania należy: Wypożyczyć skryp Maeriały do Ćwiczeń z Biofizyki z Sekreariau Zakładu. Warunkiem uzyskania wpisu do indeksu jes oddanie skrypu po zakończeniu zajęć z Biofizyki. Wydrukować Zeszy do Ćwiczeń z Biofizyki, dosępny na sronie inerneowej Zakładu. Zapoznać się z przydziałem do zespołu ćwiczeniowego oraz zakresem maeriału do samodzielnego przygoowania do pierwszego ćwiczenia - informacje podane są na sronie inerneowej Zakładu Biofizyki UMB.- Zaoparzyć się w kalkulaor przeznaczony do samodzielnego prowadzenia obliczeń w rakcie ćwiczeń, sprawdzianów, kolokwium i egzaminu. Niedopuszczalne jes korzysanie z elefonów komórkowych, kóre w rakcie zajęć muszą być wyłączone. 8. Polecane podręczniki: Wybrane zagadnienia z biofizyki pod red. prof. S. Miękisza Biofizyka pod red. prof. F. Jaroszyka Elemeny fizyki, biofizyki i agrofizyki pod red. prof. S. Przesalskiego Podsawy biofizyki" pod red. prof. A. Pilawskiego 2

3 Ćwiczenia 1. Ćwiczenia podzielone są na 3 działy emayczne obejmujące po 3 ćwiczenia laboraoryjne i sprawdzian. 2. Warunkiem zaliczenia ćwiczenia jes wykazanie się przez sudena wiedzą eoreyczną z zakresu przygoowanego maeriału, prawidłowe przeprowadzenie eksperymenu przez sudena (lub zespół), analiza wyników i przedsawienie ich wraz z wnioskami w formie sprawozdania w Zeszycie do Ćwiczeń z Biofizyki. 3. W przypadku niezaliczenia ćwiczenia należy poprawić je przed erminem pisania sprawdzianu z danego bloku ćwiczeniowego. 4. Dział ćwiczeniowy kończy sprawdzian podsumowujący dany okres nauki. Przysąpić do niego mogą sudenci, kórzy zaliczyli wszyskie ćwiczenia. 5. Sprawdzian składa się z 2 pyań owarych z zakresu ćwiczeń oraz jednego pyania owarego obejmującego maeriał omawiany na wykładach. Każde z pyań oceniane jes w skali 0 3 punków. Wynik sprawdzianu jes osaeczny. 6. W czasie każdego ćwiczenia suden może uzyskać 1 dodakowy punk za akywność i wykazanie się ponadprzecięną wiedzą. 7. Warunkiem zaliczenia z Biofizyki jes zaliczenie wszyskich ćwiczeń i uzyskanie co najmniej 16 punków. 8. Końcowa ocena pracy sudena na ćwiczeniach jes sumą punków uzyskanych za sprawdziany i punków dodakowych. 9. Maksymalna liczba punków możliwych do zdobycia wynosi: 27(3x9)+9(9x1)= W przypadku uzyskania oceny końcowej mniejszej niż 16 punków suden ma prawo jeden raz przysąpić do kolokwium poprawkowego. Warunkiem zaliczenia kolokwium poprawkowego jes uzyskanie co najmniej 60% punków możliwych do zdobycia. 11. Sudenci, kórzy uzyskali 27 punków i więcej są zwolnieni z egzaminu i uzyskują ocenę bardzo dobrą. 3

4 Egzamin 1. Egzamin w pierwszym erminie i erminach poprawkowych przeprowadzany jes w formie esu składającego się z pyań zamknięych i owarych (pyania opisowe i rachunkowe). 2. W zależności od osiągnięej liczby punków z egzaminu suden orzymuje nasępującą ocenę: Procen punków z egzaminu ocena Nieobecność nieusprawiedliwiona skukuje oceną niedosaeczną. Usprawiedliwienie nieobecności na egzaminie należy dosarczyć w ciągu 7 dni od dnia egzaminu. 4. W sprawach nie objęych niniejszym regulaminem decyzję podejmuje Kierownik Zakładu. 4

5 SPIS TREŚCI Ćwiczenie nr 1.2. Pomiar ogniskowej i zdolności skupiającej soczewek....7 Ćwiczenie nr 1.4. Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą spekrofoomeru absorpcyjnego...8 Ćwiczenie nr 1.6. Osłabienie wiązki świała laserowego przy przejściu przez ciała sałe. Wyznaczanie współczynnika eksynkcji Ćwiczenie nr 2.1. Oscyloskop. 15 Ćwiczenie nr 2.4. Elekrokardiografia Ćwiczenie nr 2.6. Dynamika krążenia krwi podsawy fizyczne...26 Ćwiczenie nr 3.1. Radioakywność. Pomiar akywności z użyciem wzorca. Podsawy dozymerii...30 Ćwiczenie nr 3.2. Oddziaływanie foonów z maerią. Meody doświadczalnego wyznaczanie współczynników osłabienia promieniowania gamma.32 Ćwiczenie nr 3.3. Oddziaływanie cząsek naładowanych z maerią

6 ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z OPTYKI Ćwiczenie nr 1.2. Pomiar ogniskowej i zdolności skupiającej soczewek. 1. Soczewki cienkie. 2. Równanie soczewki, powiększenie soczewki, rodzaje soczewek. 3. Układy soczewek. 4. Ogniskowa i zdolność skupiająca soczewki i układu soczewek. 5. Aberracje soczewek. 6. Budowa układu opycznego ludzkiego oka. 7. Soczewka oka ludzkiego. 8. Akomodacja ludzkiego oka, zakres akomodacji. 9. Zdolność rozdzielcza oka ludzkiego. 10. Energeyka procesu widzenia. 11. Model Younga widzenia barwnego. Ćwiczenie nr 1.4. Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą spekrofoomeru absorpcyjnego. 1. Promieniowanie elekromagneyczne: a. widmo promieniowania elekromagneycznego, b. źródła promieniowania elekromagneycznego i sposoby emisji ego promieniowania w zależności od długości fali promieniowania. 2. Model Younga widzenia barwnego. 3. Mechanizm powsawania widm absorpcyjnych. 4. Prawo Bougera-Lambera. 5. Prawo Beera. 6. Prawo Bougera-Lambera-Beera. 7. Eksynkcja i ransmisja. 8. Meoda najmniejszych kwadraów wyznaczania równania prosej. 9. Model Bohra budowy aomu wodoru. 10. Budowa aomu swobodnego, aomu w cząseczce, aomu w ciele sałym. 11. Wpływ promieniowania IR, VIS i UV na organizm człowieka. 12. Mechanizm powsawania widm emisyjnych i absorpcyjnych. 13. Widma liniowe, pasmowe, ciągłe. 14. Zasosowania analizy widmowej. 15. Funkcja logarymiczna i wykładnicza. Ćwiczenie nr 1.6. Osłabienie wiązki świała laserowego przy przejściu przez ciała sałe. Wyznaczanie współczynnika eksynkcji. 1. Zasada działania lasera. 2. Właściwości świała laserowego. 3. Rodzaje laserów. 4. Zasosowanie laserów w medycynie. 5. Zjawisko dyfrakcji. 6. Siaka dyfrakcyjna. 7. Zjawisko inerferencji. 8. Oddziaływanie promieniowania elekromagneycznego z maerią. 9. Funkcja logarymiczna i wykładnicza. LITERATURA: Wybrane zagadnienia z biofizyki pod red. prof. S. Miękisza Biofizyka pod red. prof. F. Jaroszyka Elemeny fizyki, biofizyki i agrofizyki pod red. prof. S. Przesalskiego Podsawy biofizyki" pod red. prof. A. Pilawskiego 6

7 ĆWICZENIE NR 1.2 Pomiar ogniskowej i zdolności skupiającej soczewek przedmio soczewka ekran źródło świała ława opyczna X Y Po usaleniu odległości przedmiou od soczewki regulujemy odległość ekranu od soczewki w celu uzyskania na ekranie osrego obrazu przedmiou. Mierzymy wielkości X i Y na ławie opycznej i z równania soczewki wyznaczamy ogniskową soczewki. Czynność ą powarzamy co najmniej pięciokronie zmieniając za każdym razem odległość przedmiou od soczewki o kilka cenymerów. Nasępnie, razem z soczewką poprzednio badaną, umieszczamy w oprawce soczewkę rozpraszającą aką, aby en układ soczewek sanowił soczewkę skupiającą. Ogniskową układu znajdujemy w sposób opisany dla soczewki skupiającej. Wszyskie orzymane wyniki noujemy w abelce sporządzonej według niżej podanego wzoru Tabela 1. Wyniki pomiarów odległości przedmioowej X i odległości przedmioowej Y X Y f f[m] średnia Z[D] średnia Soczewka skupiająca Układ soczewek Zdolność skupiająca soczewki rozpraszającej Z 2 = Z u Z 1 =. [D] f 2 =. [m] Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 7

8 ĆWICZENIE NR 1.4 Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą spekrofoomeru absorpcyjnego. a) Przygoowanie rozworów przygoować rozwory siarczanu miedzi w wodzie o sężeniach 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% i 10% po 10 ml każdego z rozworów. grupę ćwiczeniową dzielimy na dwie podgrupy. Każda z podgrup przygoowuje rozwór siarczanu miedzi w wodzie (10 ml) o sobie znanym sężeniu x 0. Tuaj wpisz warość x 0 swojej podgrupy, x 0 =...[%] Zbadać warości eksynkcji (absorbancji) świała w 10% rozworze siarczanu miedzi zmieniając długość fali co 10 nm w zakresie widzialnym fal elekromagneycznych. Wyniki przedsawić w posaci abeli Tabela 1. Warość warości eksynkcji (absorbancji) świała w 10% rozworze siarczanu miedzi w zależności od długości fali. λ[nm] E λ[nm] E λ[nm] E Wykres 1. Zależność eksynkcji (absorbancji) świała w rozworze od długości fali. 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, długość fali [nm] Długość fali przy kórej eksynkcja (absorbancja) jes maksymalna (ale mniejsza niż zakres pomiarowy spekrofoomeru dla specola 1300 maksymalna warość mierzonej absorbancji = 3) max =...[nm] 8

9 Przy max dokonaj pomiaru eksynkcji (absorbancji) dla dziesięciu rozworów siarczanu miedzi o sężeniach od 1% do 10%. Wyniki przedsawić w posaci abeli. Zwróć uwagę na o by każdy pomiar odbywał się w ych samych warunkach, j. w ej samej wyarej do sucha kuwecie i przy ej samej długości fali. Tabela 2. Wyniki pomiarów eksynkcji (absorbancji) w rozworach siarczanu miedzi o różnych sężeniach. Nr sężenie rozworu c [%] warość E Na wykresie poniżej nanieś warości pomiarowe i wykreśl zależność eksynkcji (absorbancji) od sężenia rozworu. Wykres 2. Zależność eksynkcji (absorbancji) od sężenia rozworu. 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, sężenie [%] Dla orzymanych warości eksynkcji (absorbancji) świała w zależności od sężenia rozworu znajdujemy, z wykorzysaniem programu kompuerowego, zależność liniową (równanie prosej i współczynnik korelacji). 9

10 Tuaj wpisz wyniki obliczeń z programu Excel: orzymane równanie: y =... warość współczynnika korelacji R 2 =... Nasępnie dokonujemy pomiaru warości eksynkcji (absorbancji) świała w rozworze przygoowanym przez drugą podgrupę. Tuaj wpisz zmierzoną warość eksynkcji (absorbancji) E =... Korzysając z orzymanej zależności warości eksynkcji (absorbancji) świała od sężenia rozworu obliczamy sężenie rozworu x przygoowanego przez drugą podgrupę. Tuaj wpisz obliczenia sężenie rozworu x przygoowanego przez drugą podgrupę. Tuaj wpisz: obliczona warość sężenia x =...[%] Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 10

11 ĆWICZENIE NR 1.6 Osłabienie wiązki świała laserowego przy przejściu przez ciała sałe. Wyznaczanie współczynnika eksynkcji. 1. W pierwszej części ćwiczenia badamy warość współczynnika α dla różnych subsancji. W ym celu należy: a. zmierzyć naężenie świała laserowego bez subsancji pochłaniającej, b. zmierzyć naężenie świała laserowego po włożeniu płyki pochłaniającej do saywu, c. zmierzyć grubość płyki i znając warości I i I o wyznaczyć warość α. Tabela 1. Warość współczynnika α dla różnych subsancji. maeriał d 10-3 [m] I 0 I lni/i 0 [m -1 ] 2. W drugiej części ćwiczenia badamy zależność naężenia świała przechodzącego przez układ od grubości warswy pochłaniającej. W ym celu należy: a. wybrać zesaw płyek sporządzonych z ego samego maeriału, grubość zmierzyć za pomocą mikromierza, b. zmierzyć naężenie świała laserowego bez subsancji pochłaniającej, c. umieszczając w saywie coraz większą liczbę płyek (1, 2, 3, 4 id.) odczyywać za każdym razem warość naężenia świała docierającego do deekora i wpisać do abelki, d. uzyskane wyniki zilusrować graficznie na dwóch wykresach: na pierwszym umieszczamy warości I i d, na drugim lni i d (równanie (1) po logarymowaniu przyjmuje posać lni = lni o - α d) Z wykresu drugiego odczyać warość α dla badanego maeriału (w jaki sposób?), porównać orzymaną warość z warością orzymaną w pierwszej części ćwiczenia Tabela 2. Zależność naężenia świała przechodzącego przez układ od grubości warswy pochłaniającej. Grubość warswy absorbena [10-3 m] Bez absorbena - 1 płyka 2 płyki 3 płyki 4 płyki 5 płyek 6 płyek 7 płyek 8 płyek 9 płyek Warość naężenia świała I ln I 11

12 Wykres 1. Zależność naężenia promieniowania I od grubości absorbena I d [mm] Wykres 2. Zależność logarymu nauralnego naężenia świała laserowego po przejściu przez absorben od grubości warswy absorbena 1100 lni d [mm] 12

13 Dla orzymanych warości naężenia świała laserowego (I) po przejściu przez absorben od grubości warswy absorbena (d), wykorzysując program kompuerowy Excel, znajdź zależność (równanie krzywej logarymicznej i współczynnik korelacji). Tuaj wpisz wyniki obliczeń z programu Excel: orzymane równanie: y =... warość współczynnika korelacji R 2 =... Na podsawie wykresu 2 i równania krzywej wzorcowej wyznacz warość współczynnika. =...[m -1 ] Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 13

14 ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z ELEKTROMEDYCYNY Ćwiczenie nr 2.1 Oscyloskop. 1. Elemeny elekrosayki: ładunek elekryczny, dipol elekryczny, pole elekryczne, ruch ładunku w polu elekrycznym, poencjał elekryczny, prąd (znać i rozumieć pojęcia), prawo Ohma, przewodniki I i II rodzaju, dielekryki i ich polaryzacja. 2. Luminescencja i jej rodzaje. 3. Budowa i zasada działania oscyloskopu. 4. Zjawiska wykorzysywane w oscyloskopie. Ćwiczenie nr 2.4 Elekrokardiografia. 1. Fizyczne podsawy elekrokardiografii (pojęcie dipola elekrycznego i momenu dipolowego, naężenie pola elekrycznego, poencjalna energia elekrosayczna, poencjał elekryczny; wyznaczanie naężenia pola i poencjału elekrycznego wokół dipola; linie sił pola i linie ekwipoencjalne) Model źródła prądowego, Model dipolowy. 2. Typy odprowadzeń sosowane w ekg. 3. Budowa i rola układu bodźco-przewodzącego serca. 4. Poencjały czynnościowe różnych komórek mięśnia sercowego. komórki roboczej serca, komórki węzła zaokowego (zjawisko powolnej spoczynkowej depolaryzacji). 5. Główny wekor elekryczny serca. 6. Wekokardiografia. Ćwiczenie nr 2.6 Dynamika krążenia krwi podsawy fizyczne. 1. Hydrosayka: definicja ciśnienia (jednoski), naczynia połączone, prawo Archimedesa i Pascala, prasa hydrauliczna, ciśnienie hydrosayczne. 2. Równania: ciągłości srumienia cieczy, Bernoulliego, Hagena-Poiseulle a, liczba Reynoldsa. 3. Przepływ laminarny i burzliwy cieczy. Warunki niezbędne do ich powsania. 4. Zasada pomiaru RR meodą osłuchową. 5. Zjawiska fizyczne wykorzysywane przy pomiarze RR meodą osłuchową. 6. Wpływ różnych czynników na warość ciśnienia ęniczego. LITERATURA: Wybrane zagadnienia z biofizyki pod red. prof. S. Miękisza Biofizyka pod red. prof. F. Jaroszyka Elemeny fizyki, biofizyki i agrofizyki pod red. prof. S. Przesalskiego Podsawy biofizyki" pod red. prof. A. Pilawskiego 14

15 ĆWICZENIE NR 2.1 OSCYLOSKOP Cele emau badawczego: Celem ćwiczenia jes zapoznanie się z oscyloskopem analogowym i cyfrowym oraz ich prakycznymi zasosowaniami. Rozwój wiedzy Powórzenie wiadomości podsawowych z zakresu elekrosayki: ładunek elekryczny, zasada zachowania ładunku, prawo Coulomba i warunki jego sosowalności, dipol elekryczny, pole elekryczne i jego własności, ruch ładunku w polu elekrycznym, poencjał elekryczny, prąd, prawo Ohma, przewodniki I i II rodzaju, dielekryki i ich polaryzacja, pojemność, kondensaor, budowa aomu. Samodzielne przygoowanie wiadomości na ema: luminescencja i jej rodzaje, budowa i zasada działania oscyloskopu, zjawiska wykorzysywane w oscyloskopie. Odczyywanie i inerpreowanie wykresów, schemaów, rysunków. Przypomnienie wzorów maemaycznych opisujących zjawiska fizyczne. Przeliczanie jednosek, operowanie ułamkami, szacowanie niepewności pomiarowych i ich analiza. Wykorzysanie poznanej wiedzy. Rozwój umiejęności Sosowanie ze zrozumieniem pojęć fizycznych. Umiejęność fachowego wysławiania się i wyrażania swoich opinii. Przeliczanie jednosek, rozwiązywanie równań, wyznaczanie niepewności pomiarowych. Przewarzanie danych pomiarowych, worzenie wykresów oraz inerpreowanie wyników. Rozwój umiejęności manualnych związanych z obsługa urządzeń elekrycznych. Planowanie i przeprowadzanie eksperymenów i doświadczeń. Gromadzenie i analizowanie, wraz z szacowaniem niepewności pomiarowych, danych pomiarowych. Prezenacja i przewarzanie danych pomiarowych przedsawionych w formie abeli lub i wykresów. Analiza i omówienie wyników pomiaru, formułowanie wniosków. Poprawny opis i wyjaśnianie zjawisk fizycznych. Rozwój posaw Umiejęność przekonywania innych do swoich racji, prowadzenia rzeczowej dyskusji. Współpracy w grupie. Weryfikacji zdobyej wiedzy i umiejęności. Kulura echniczna. Przesrzeganie przepisów BHP. Rozwiązywania problemów. Szacunku dla pracy własnej i innych Podejmowania decyzji i kompromisu 15

16 Część doświadczalna Niezbędne przyrządy i maeriały: oscyloskop, generaor badanych napięć Wykonanie ćwiczenia 1. Zapoznać się z obsługą oscyloskopu 1a. Wskaż pokręło zmiany podsawy czasu. Odczyaj usawienie pokręła podsawy czasu, podaj odczyaną warość... Jeżeli przy odczyanym usawieniu podsawy czasu okres badanego przebiegu zajmuje 3 kraki o znaczy że okres ego sygnału wynosi...s. Obliczenia: 1b. Wskaż pokręło wzmocnienia badanego sygnału. Odczyaj usawienie pokręła wzmocnienia, podaj odczyaną warość... Jeżeli przy odczyanym usawieniu pokręła wzmocnienia ampliuda sygnału wynosi 2,5 kraki, o znaczy że ampliuda badanego napięcia wynosi...v. Obliczenia: 2. Wykreślić obserwowane przebieg, podaj warości podsawy czasu, wzmocnienia. a. napięcie sinusoidalne napięcie/podziałkę czas/podziałkę 16

17 b. napięcie piłokszałne lub prosokąne napięcie/podziałkę czas/podziałkę 3. Wyznaczyć wielkości charakerysyczne obserwowanych i rysowanych przebiegów: częsoliwość f, okres drgań T, warość maksymalna U max,. Uzupełnij jednoski. Wykonaj prawidłowe działania (oraz działania na jednoskach) Napięcie T [ ] f [ ] U max [ ] Obliczenia: 17

18 4. Po podłączeniu do wejścia oscyloskopu napięcia sinusoidalnego z generaora, usawić podsawę czasu w oscyloskopie ak, aby na ekranie orzymać jeden całkowiy przebieg sinusoidalny. Nasępnie zwiększyć częsoliwość generaora ak, aby na ekranie orzymać dwa pełne przebiegi. Nasępnie zwiększyć częsoliwość generaora ak, aby orzymać na ekranie 3 pełne przebiegi id. Zesawić e pomiary w abelce: f 1 = Częsoliwość generaora Ilość okresów Różnica częsoliwości f n - f n-1 f 2 = f 3 = f 4 = f 5 = Wnioski z przeprowadzonej obserwacji na podsawie wyników z abeli: Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 18

19 ĆWICZENIE NR 2.4 ELEKTROKARDIOGRAFIA Cele emau badawczego: Celem ćwiczenia jes zapoznanie sudenów z czynnościami elekrycznymi błon biologicznych na podsawie akywności elekrycznej komórek serca. Celem szczegółowym jes zapoznanie się z echniką badania elekrokardiograficznego, wykonanie elekrokardiogramu i zapoznanie się z podsawami maemaycznej analizy orzymanego zapisu zjawisk elekrycznych. Rozwój wiedzy Powórzenie wiadomości podsawowych z zakresu elekrosayki: podsawowe prawa przepływu prądu elekrycznego: ładunek elekryczny, zasada zachowania ładunku, poencjał elekryczny, napięcie elekryczne, naężenie prądu, opór elekryczny; prawo Ohma, prawa Kirchhoffa, pole elekryczne i jego własności, Samodzielne przygoowanie wiadomości na ema: czynności elekryczne błon biologicznych: mechanizm powsawania poencjału spoczynkowego (mechanizmy urzymujące rozmieszczenie jonów wzdłuż błony komórkowej), mechanizm powsawania i przewodzenia poencjału czynnościowego na przykładzie komórek nerwowych i komórek serca (układ bodźcowórczo-przewodzący, mechanizmy biofizyczne powsawania i przewodzenia pobudzenia w sercu). Wekor elekryczny serca. Elekrokardiografia: meody rejesracji, elekrokardiogram Wykorzysanie poznanej wiedzy. Rozwój umiejęności Sosowanie ze zrozumieniem pojęć fizycznych. Umiejęność fachowego wysławiania się i wyrażania swoich opinii. Rozwój umiejęności manualnych związanych z obsługa urządzeń elekrycznych. Planowanie i przeprowadzanie eksperymenów i doświadczeń. Gromadzenie i analizowanie, wraz z szacowaniem niepewności pomiarowych, danych pomiarowych. Prezenacja i przewarzanie danych pomiarowych przedsawionych w formie abeli lub i wykresów. Analiza i omówienie wyników pomiaru, formułowanie wniosków. Poprawny opis i wyjaśnianie zjawisk fizycznych. Rozwój posaw Umiejęność przekonywania innych do swoich racji, prowadzenia rzeczowej dyskusji. Współpracy w grupie. Weryfikacji zdobyej wiedzy i umiejęności. Kulura echniczna. Przesrzeganie przepisów BHP. Rozwiązywania problemów. Szacunku dla pracy własnej i innych Podejmowania decyzji i kompromisu 19

20 Część doświadczalna Ćwiczenie A Cel: Demonsracja meody pomiaru elekrycznej czynności serca. Niezbędne przyrządy i przybory: apara EKG, elekrody, oscyloskop. Wykonanie ćwiczenia Sposób podłączenia elekrod, echnikę wykonania zapisu przy pomocy aparau EKG oraz współpracę z oscyloskopem poda asysen. Zadania: 1. Nazwij załamki w przedsawionych zapisach EKG 20

21 2. Wykonać zapis EKG przy prędkości przesuwu papieru 25 mm i 50 mm. Technikę wykonania poda asysen. Miejsce na wklejenie ekg 3. Na podsawie zapisu EKG obliczyć częsość uderzeń serca wszyskimi znanymi meodami (opisz wykonane obliczenia). 21

22 4. Na podsawie zapisu EKG obliczyć określić oś elekryczną serca (opis w części eoreycznej) Odprowadzenie I: Odprowadzenie III Q: Q: R: R: S: S: = = III I I III Ką wynosi:. Ocena osi elekrycznej serca:.. 22

23 5. Na podsawie zapisu EKG obliczyć: a) czas rwania: odsępu PP (s) i odsępu RR (s) b) czas rwania (wyniki podać w formie abeli) załamka P norma: 0,04-0,12 s w II odprowadzeniu odcinka PQ norma: 0,04-0,10 s odsępu PQ norma: 0,12-0,20 s zespołu QRS norma: 0,06-0,10 s odsępu QT c norma: wynosi 0,35 0,43 s. Czas rwania odsępu QT: Napisz formułę Bazea: obliczanie odsępu QT c. Oblicz czas rwania odsępu QT c. załamek P odcinek P-Q odsęp P-Q zespół QRS odsęp QT c odległość w mm (przy prędkości 25 mm/s) czas rwania (s) Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 23

24 Ćwiczenie B Cel: Określenie, w jaki sposób umiarkowane ćwiczenie fizyczne wpływa na zapis. EKG, częsość serca oraz na ilość CO 2 w wydychanym powierzu. Niezbędne przyrządy i przybory: kompuer, ScienceWorkshop TM inerfejs, czujnik EKG, czujnik częsości serca, czujnik ph, woda desylowana, rozwory buforów o niskim i wysokim ph, zlewki, słomki. Wykonanie ćwiczenia. Zadania: 1. Na podsawie zapisu EKG przed i po wysiłku obliczyć: a) czas rwania załamka P norma: 0,04-0,12 w II odprowadzeniu odsępu P-Q norma: 0,12-0,20 s zespół QRS norma: 0,06-0,10 s począek załamka P koniec załamka P począek załamka Q koniec załamka S czas (s) przed wysiłkiem czas (s) po wysiłku załamek P odsęp P-Q zespół QRS czas rwania (s) przed wysiłkiem czas rwania (s) po wysiłku b) Obliczyć minimalną, maksymalną, średnią częsość serca przed i po wysiłku oraz odchylenie sandardowe (wyniki przedsawić w abeli). częsość serca (ilość/min) częsość serca (ilość/min) przed wysiłkiem po wysiłku minimalna maksymalna średnia odchylenie sandardowe 24

25 c) Obliczyć minimalne, maksymalne, średnie ph rozworu przed i po wysiłku oraz odchylenie sandardowe (wyniki przedsawić w abeli). minimalne maksymalne średnie odchylenie sandardowe ph przed wysiłkiem ph po wysiłku Odchylenie sandardowe: jes miarą ego jak szeroko warości są rozproszone od warości średniej. gdzie: σ 1 N N i1 - odchylenie sandardowe N liczba pomiarów x i kolejne warości pomiarów _ x - średnia arymeyczna _ 1 x x1 x 2 x 3 N _ x i x x N 2 1 N N i1 x i Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 25

26 ĆWICZENIE NR 2.6 NIEINWAZYJNE METODY POMIARU CIŚNIENIA TĘTNICZEGO KRWI Rozwój wiedzy Powórzenie wiadomości podsawowych z zakresu hydrosayki: pojęcie ciśnienia, ciśnienie hydrosayczne, prawo Archimedesa i Pascala, równania: ciągłości srumienia cieczy, Bernoulliego, Hagena-Poiseulle a, liczba Reynoldsa. Samodzielne przygoowanie wiadomości na ema: przepływ laminarny i burzliwy cieczy- oraz warunki niezbędne do ich powsania. Zasada pomiaru ciśnienia ęniczego krwi meodą osłuchową. Zjawiska fizyczne wykorzysywane przy pomiarze ciśnienia ęniczego krwi meodą osłuchową. Wpływ różnych czynników na warość ciśnienia ęniczego. Przypomnienie wzorów maemaycznych opisujących zjawiska fizyczne. Przeliczanie jednosek. Wykorzysanie poznanej wiedzy. Rozwój umiejęności Sosowanie ze zrozumieniem pojęć fizycznych. Umiejęność fachowego wysławiania się i wyrażania swoich opinii. Przeliczanie jednosek, rozwiązywanie równań, wyznaczanie niepewności pomiarowych. Przewarzanie danych pomiarowych oraz inerpreowanie wyników. Planowanie i przeprowadzanie eksperymenów i doświadczeń. Gromadzenie i analizowanie, wraz z szacowaniem niepewności pomiarowych, danych pomiarowych. Prezenacja i przewarzanie danych pomiarowych przedsawionych w formie abel. Analiza i omówienie wyników pomiaru, formułowanie wniosków. Poprawny opis i wyjaśnianie zjawisk fizycznych. Rozwój posaw Umiejęność przekonywania innych do swoich racji, prowadzenia rzeczowej dyskusji. Współpracy w grupie. Weryfikacji zdobyej wiedzy i umiejęności. Kulura echniczna. Przesrzeganie przepisów BHP. Rozwiązywania problemów. Szacunku dla pracy własnej i innych 26

27 Część doświadczalna Cel: Porównanie różnych meod pomiaru ciśnienia ęniczego krwi oraz ocena wpływu grawiacji na RR. Niezbędne przyrządy i maeriały: sfigmomanomer, seoskop, aśma miernicza. Wykonanie ćwiczenia 1. Zmierzyć ciśnienie ęnicze w spoczynku dosępnym meodami osłuchowymi, oscylomeryczną, palpacyjną lub fonomeryczną. Porównać wyniki. 1 am = Pa = 760 mmhg 1 mmhg = 133,32 Pa Meoda pomiaru RR RR w mmhg RR w kpa Częsość serca/min osłuchowa oscylomeryczna palpacyjna ulradźwiękowa 2. Próba wysiłkowa Marinea. U zdrowych osób po 15 głębokich przysiadach, wykonanych w ciągu 15 s, częsość ęna zwiększa się o 20-30/ min, ciśnienie skurczowe podnosi się o 1,33-3,99 kpa (10-30 mmhg), po czym po 3-5 min nasępuje powró do warości wyjściowych. W sanach upośledzonej sprawności narządu krążenia powysiłkowe przyśpieszenie ęna jes większe, a powró powolniejszy. Ciśnienie skurczowe może nie wzrasać, a nawe zmniejszać się po wysiłkach. Osoba badana (imię) Warość RR w spoczynku Warość RR po wysiłku Częsość serca/min w spoczynku Częsość serca/min po wysiłku 3. Obliczyć ciśnienie w ęnicach mózgu (P MÓZGU ) i sóp (P STOPY ), wykorzysując sfigmomanomer i miarkę wysokości: Napisz zależności pomiędzy ciśnieniami krwi na poziomie sopy, serca i mózgu (wzory) = g = P SERCA [Pa]= h SERCA [m]= h MÓZGU [m]= 27

28 Obliczenia: wyniki RR w kpa RR w mmhg P SERCA P MÓZGU P STOPY Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 28

29 ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z PROMIENIOTWÓRCZOŚCI Ćwiczenie 3.1 Radioakywność. Pomiar akywności z użyciem wzorca. Podsawy dozymerii. 1. Aom i jego składniki. 2. Przemiany jądrowe. 3. Prawo rozpadu promieniowórczego, posać analiyczna i graficzna (krzywa rozpadu). Sała rozpadu i czas połowicznego rozpadu. 4. Akywność definicja i jednoski. 5. Rodzaje promieniowania jonizującego. 6. Źródła narażenia na promieniowanie jonizujące. 7. Podsawy dozymerii: ekspozycja (dawka ekspozycyjna), dawka zaabsorbowana, dawka skueczna (efekywna). Moc dawki. Ćwiczenie 3.2 Oddziaływanie foonów z maerią. Meody doświadczalnego wyznaczanie współczynników osłabienia promieniowania gamma. 1. Źródła elekromagneycznego promieniowania jonizującego. 2. Fizyczne skuki oddziaływania promieni gamma z maerią: zjawisko fooelekryczne, efek Compona i kreacja par. 3. Prawo osłabienia. Krzywa osłabienia i grubość połowiąca. 4. Liniowy i masowy współczynnik osłabienia. Ćwiczenie 3.3 Oddziaływanie cząsek naładowanych z maerią. 1. Rodzaje korpuskularnego promieniowania jonizującego. 2. Absorpcja promieniowania bea. Promieniowanie hamowania (Bremssrahlung). 3. LET - liniowe przekazywanie energii. Oddziaływanie cząsek jonizacyjnych z maerią. 4. Maeriały sosowane do zarzymywania promieniowania alfa, bea oraz neuronów. 5. Wykorzysanie izoopów promieniowórczych w medycynie diagnosyka i erapia. LITERATURA: Wybrane zagadnienia z biofizyki pod red. prof. S. Miękisza Biofizyka pod red. prof. F. Jaroszyka Elemeny fizyki, biofizyki i agrofizyki pod red. prof. S. Przesalskiego Podsawy biofizyki" pod red. prof. A. Pilawskiego 29

30 ĆWICZENIE NR 3.1 RADIOAKTYWNOŚĆ. POMIAR AKTYWNOŚCI Z UŻYCIEM WZORCA. PODSTAWY DOZYMETRII. 1. Zmierz ło nauralne w czasie 5 minu, oblicz szybkość zliczeń pochodzących od ła. N imp N =...imp, I... min 2. Dokonaj rzykronego pomiaru impulsów pochodzących od źródła wzorcowego w czasie wz = 1 minua i oblicz szybkość zliczeń bez ła oraz błąd szybkości zliczeń (wyniki pomiarów i wyniki obliczeń wpisz do abeli 1). Tabela 1 Ilość zliczeń N wz Warość średnia ilości zliczeń N I N II N N wz 3 III Szybkość zliczeń N wz I wz wz Szybkość zliczeń bez ła I wz - I Błąd szybkości zliczeń wzorca wz I wz wz I I II III [impulsy] [imp min -1 ] 3. Zmierz ilość impulsów pochodzących od źródeł o nieokreślonej akywności w czasie p =5 minu i oblicz szybkość zliczeń bez ła oraz błąd szybkości zliczeń. 4. Wyniki pomiarów i wyniki obliczeń wpisz do abeli 2. Tabela 2 Nr próbki Ilość zliczeń N p Szybkość zliczeń N p I p p Szybkość zliczeń bez ła I p - I [impulsy] [imp min -1 ] Błąd szybkości zliczeń Ip I p p 5. Oblicz akywność każdej próbki, błąd, z jakim zosała wyznaczona i błąd procenowy. Wyniki umieść w abeli 3. Ip I A p A wz I I wz Akywność wzorca wynosi A wz = 4000 Bq A wz = 120 Bq Błąd oznaczenia akywności próbki liczymy za pomocą wzoru: A Ip I wz Ap p A 2 wz I I I I wz wz wz I I p wz I I A wz 30

31 Tabela 3 Nr próbki Szybkość zliczeń bez ła I p - I Akywność próbki Ip I A p A wz I I wz Błąd akywności A p Błąd procenowy A p A p% 100% A p [imp min -1 ] [Bq] [%] 6. Oblicz liczbę aomów N cezu Cs-137 w próbce wzorcowej. A A N N 7. Oblicz masę cezu Cs-137 w próbce. Masę cezu Cs-137 w próbce wyznaczamy korzysając z zależności: gdzie: m = n N A n liczba moli N A = 6, [mol -1 ] liczba Avogadro jes liczbą aomów w molu. Półokres rozpadu Cs 137 wynosi 30,07 la, a sała rozpadu = 7, s -1. Jeżeli w próbce jes N aomów cezu, ich masa wynosi: 8. Wyniki obliczeń wpisz do abeli 4. m Cs 137 N [g] N A Tabela 4 Nr próbki Akywność próbki [Bq] Liczba aomów (N) Cs 137 w próbce wzorzec Masa aomów Cs 137 w badanej próbce [g] 9. Oblicz wydajność pomiaru akywności. I % 100[%] =...[%] A Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 31

32 ĆWICZENIE NR 3.2 ODDZIAŁYWANIE FOTONÓW Z MATERIĄ. METODY DOŚWIADCZALNEGO WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKÓW OSŁABIENIA PROMIENIOWANIA GAMMA. 1. Włącz zesaw pomiarowy, sprawdź napięcie pracy licznika (pod konrolą asysena). 2. Zmierz ło w czasie 5 minu. Oblicz szybkość zliczeń impulsów pochodzących od ła. I N...[impulsów] N 5 impulsów...[ ] min 3. Umieść źródło promieniowania gamma w deekorze (zachowaj ę samą geomerię podczas wszyskich pomiarów). 4. Zmierz częsość zliczeń pochodzących od źródła nie przesłonięego w czasie 1 minuy (wykonaj rzy pomiary i oblicz średnią arymeyczną). Wyniki przedsaw w abeli Wyznacz ilość impulsów pochodzących od źródła przesłonięego, zwiększając liczbę krążków absorpcyjnych w kolejnych pomiarach. Każdy pomiar wykonaj rzykronie w czasie 1 minuy. Oblicz warości średnie częsości zliczeń i średnią częsość zliczeń bez ła. Oblicz procenowy spadek częsości zliczeń. Wyniki wpisz do abeli 1. Tabela 1 Grubość przesłony x [10-3 m] Częsość zliczeń I Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 I 1 I 2 I 3 Średnia częsość zliczeń I1 I2 I3 Iśr 3 Średnia częsość zliczeń bez ła I I śr I Procenowa zmiana częsości zliczeń 0 I% = I/I o 100% [impmin -1 ] % 6. Przedsaw graficznie krzywą osłabienia I(%) = f(x) i wyznacz z wykresu grubość połowiącą d 1/2. 7. Wykonaj en sam wykres w skali półlogarymicznej używając programu EXCEL. 32

33 1100 I[%] x [mm] d 1/ 2...[m] 8. Oblicz współczynniki osłabienia i m cynku, (gęsość cynku = 7, kg m -3 ) ln [m ] d 1/ 2 m m...[ ] kg 2 33

34 9. Wyznacz ilość impulsów pochodzących od źródła przesłonięego różnymi absorbenami. Każdy pomiar wykonaj rzykronie w czasie 1 minuy. Wyniki wpisz do abeli 2. Oblicz warości średnie częsości zliczeń i średnią częsość zliczeń bez ła. Tabela 2 Rodzaj absorbena Grubość przesłony x [10-3 m] Częsość zliczeń I Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 I 1 I 2 I 3 Średnia częsość zliczeń I1 I2 I3 Iśr 3 Średnia częsość zliczeń bez ła I I śr I aluminium [impmin -1 ] ołów cynk plexi 10. Oblicz współczynniki osłabienia zmierzonych absorbenów (liniowe i masowe) oraz grubości połowiące. Wyniki obliczeń zamieść w abeli 3. Tabela 3 absorben gęsość [kg m -3 ] I I śr I [impmin -1 ] [m -1 ] m [m 2 kg -1 ] d 1/2 [m] aluminium 2, ołów 11, cynk plexi 1, Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 34

35 ĆWICZENIE NR 3.3 ODDZIAŁYWANIE CZĄSTEK NAŁADOWANYCH Z MATERIĄ. 1. Włącz zesaw pomiarowy w obecności asysena. 2. Zmierz ło nauralne w czasie 5 minu, oblicz szybkość zliczeń pochodzących od ła. N imp N =...imp, I... min 3. Wykonaj pomiary (czas pomiaru 1 minua) liczby zliczeń przy nie przesłonięym źródle oraz źródle przesłonięym przez różne absorbeny wyniki wpisz do abeli 1. Tabela1 Rodzaj absorbena Grubość przesłony Częsość zliczeń Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 I 1 I 2 I 3 Średnia częsość zliczeń I1 I2 I3 Iśr 3 Średnia częsość zliczeń bez ła I I śr I Brak przesłony Al Cu Celuloid [10-3 m] [impmin -1 ] 0 4. Oblicz warości współczynnika absorpcji dla odpowiednich absorbenów w/g wzorów: I ln współczynnik liniowy: 1 I m Wyniki obliczeń przedsaw w abeli 2. d 0 współczynnik masowy: m 2 m kg Tabela 2 Rodzaj absorbena Gęsość absorbena Aluminium 2, Miedź 9, Celuloid 1, Liniowy współczynnik absorpcji Masowy współczynnik absorpcji [kg/m 3 ] [m -1 ] [m 2 kg -1 ] 35

36 5. Na podsawie wzoru Price'a (3) oblicz energię promieniowania emiowanego przez użye źródło. E 22 1 μ mśr E 3 [m 2 kg -1 ] [cm 2 g -1 ] [MeV] 1, 33 mal mcu mcel m mśr Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 36

37 Masa spoczynkowa elekronu 31 m e 9,1110 kg MeV 0, u 0,51 2 c Jednoska masy aomowej 27 u 1,6610 kg MeV 931,5 2 c Ładunek elekronu 19 e 1,6 10 C Masa spoczynkowa proonu 27 m p 1,67 10 kg MeV 1, u 938 c 2 Prędkość świała w próżni 8 m c s Liczba Avogadro 23 1 N A 6,02 10 mol Masa spoczynkowa neuronu 27 m p 1,6810 kg MeV 1, u 940 c 2 Sała Plancka 34 h 6,62 10 Js 37