ZESZYT DO ĆWICZEŃ Z BIOFIZYKI

Transkrypt

1 ZESZYT DO ĆWICZEŃ Z BIOFIZYKI Imię i nazwisko:. Kierunek:.. Grupa:. Regulamin zajęć dydakycznych z biofizyki znajduje się na sronie Zakładu Biofizyki 1

2 SPIS TREŚCI ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z OPTYKI..3 Ćwiczenie nr 1.1. Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą refrakomeru i polarymeru 4 Ćwiczenie nr 1.4. Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą spekrofoomeru absorpcyjnego....8 ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z ELEKTROMEDYCYNY.11 Ćwiczenie nr 2.1. Oscyloskop Ćwiczenie nr 2.2. Biofizyka głosu ludzkiego..17 ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z PROMIENIOTWÓRCZOŚCI Ćwiczenie nr 3.1 Radioakywność. Pomiar akywności z użyciem wzorca. Podsawy dozymerii 23 Ćwiczenie nr 3.2, 3.3. Oddziaływanie foonów z maerią i cząsek naładowanych z maerią

3 OPTYKA WYTYCZNE DO SPORZĄDZENIA RAPORTU Z CZĘŚCI ĆWICZENIOWEJ 1. Zeszy do Ćwiczeń z Biofizyki należy wydrukować w formacie A4, spiąć, obłożyć (bindowanie lub skoroszy) i podpisać. 2. Rapor powinien być czyelny, bez skreśleń. 3. Wszelkie rysunki muszą być wykonywane ołówkiem. Obliczenia wraz z prawidłowymi jednoskami mogą być wykonywany długopisem lub ołówkiem. 4. W razie konieczności poprawy raporu, wszelkie koreky muszą być wykonane poniżej części zaznaczonej jako błędna (w miarę wolnego miejsca) lub na nowych karkach (doklejonych). 5. Dane do końcowej abeli: daa oraz imię i nazwisko wykonującego muszą być wypełnione długopisem. ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z OPTYKI Ćwiczenie nr 1.1. Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą refrakomeru i polarymeru. 1. Zasada Fermaa 2. Zjawisko odbicia, załamania i dyspersji świała. 3. Zasada działania świałowodu, endoskopia. 4. Zasada działania refrakomeru. 5. Meody polaryzacji świała. 6. Dwójłomność opyczna. 7. Ciała opycznie czynne. 8. Prawo Malusa. 9. Izomeria opyczna. 10. Zasosowanie polarymerii w diagnosyce. 11. Meoda najmniejszych kwadraów wyznaczania równania prosej. 12. Sężenia: wagowo-wagowe, wagowo-objęościowe, molowe, normalne. 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. 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 3

4 ĆWICZENIE NR 1.1 Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą refrakomeru i polarymeru a) Przygoowanie rozworów. przygoować rozwory cukru w wodzie o sężeniach (wagowo-wagowych) 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, po 50 gramów każdego z rozworów. grupę ćwiczeniową dzielimy na dwie podgrupy. Każda z podgrup przygoowuje rozwór sacharozy (50 gram) o sobie znanym sężeniu x 0. Tuaj wpisz warość x 0 swojej podgrupy, x 0 =...[%] b) Refrakomer pomiar współczynnika załamania świała przygoowanych rozworów cukru. Nanieść cienką warswę rozworu na szkiełko refrakomeru. Nasępnie za pomocą śruby obracającej pryzmay refrakomeru usawić ich położenie w en sposób, aby w polu widzenia rozgraniczenie pola jasnego i ciemnego wypadało na skrzyżowaniu nici pajęczych. Odczyujemy na skali warość współczynnika załamania świała w rozworze dla wszyskich przygoowanych rozworów i wody desylowanej, wyniki zapisujemy w abeli: Tabela 1. Wyniki pomiarów współczynnika załamania n świała dla różnych rozworów sacharozy Sężenie rozworu (%) 0 (woda desylowana) Warość współczynnika załamania n Na wykresie poniżej nanieś warości pomiarowe i wykreśl zależność współczynnika załamania świała od sężenia rozworu. 4

5 Wykres 1. Zależność współczynnika załamania od sężenia rozworu sacharozy 1,4 1,39 1,38 1,37 1,36 1,35 1,34 1, sężenie % Dla orzymanych warości współczynnika załamania świała w zależności od sężenia rozworu znajdujemy, z wykorzysaniem programu kompuerowego, zależność liniową (równanie prosej i współczynnik korelacji). Tuaj wpisz wyniki obliczeń z programu Excel: orzymane równanie: y =... warość współczynnika korelacji R 2 =... Nasępnie dokonujemy pomiaru warości współczynnika załamania świała rozworu przygoowanego przez drugą podgrupę. Tuaj wpisz zmierzoną warość współczynnika załamania świała rozworu nieznanego n =... Tuaj wpisz obliczenia sężenie rozworu x przygoowanego przez drugą podgrupę: Tuaj wpisz obliczona warość sężenia x =...[%] 5

6 c) Polarymer pomiar kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała. Napełniamy rozworem rurkę polarymeryczną badanym rozworem. Sprawdzamy zero polarymeru, j. znajdujemy punk na skali odpowiadający obrazowi o wszyskich elemenach w polu widzenia jednakowo zabarwionych odpowiada o położeniu skali w kórym warości 0 na obu skalach pokrywają się. Przy ym usawieniu płaszczyzny polaryzacji polaryzaora i analizaora pokrywają się. Umieszczamy rurkę polarymeryczną w ubusie polarymeru. Po włożeniu rurki z rozworem swierdzamy, że środkowa część pola widzenia zmieniła zabarwienie. Rozwór cukru zawary w rurce skręcił płaszczyznę polaryzacji świała o pewien ką i płaszczyzna a nie jes eraz równoległa do płaszczyzny polaryzacji analizaora. Szukamy nowego położenia na skali odpowiadającego obrazowi o wszyskich elemenach w polu widzenia jednakowo zabarwionych. Odczyujemy warość na skali, o jes właśnie ką skręcenia płaszczyzny polaryzacji. Odczyujemy na skali warość kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała w rozworze dla wszyskich przygoowanych rozworów, wyniki zapisujemy w abel Tabela 2. Wyniki pomiarów kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji dla różnych rozworów sacharozy Sężenie rozworu (%) Warość kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji 0 (woda desylowana) Na wykresie poniżej nanieś warości pomiarowe i wykreśl zależność kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała od sężenia rozworu. 6

7 Wykres 2. Zależność kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała od sężenia rozworu sężenie % Dla orzymanych warości kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała w zależności od sężenia rozworu znajdujemy, wykorzysując program kompuerowy, zależność liniową (równanie prosej i współczynnik korelacji). Tuaj wpisz wyniki obliczeń z programu Excel: orzymane równanie: y =... warość współczynnika korelacji R 2 =... Nasępnie dokonujemy pomiaru warości kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała w rozworze przygoowanym przez drugą podgrupę. Tuaj wpisz zmierzoną warość kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji =... Korzysając z orzymanej zależności warości kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji 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 Punk dodakowy 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 warość E c [%] max = [nm] 1 = [nm] 2 = [nm] 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 [%] 9

10 Dla orzymanych warości eksynkcji (absorbancji) świała w zależności od sężenia rozworu i długości fali znajdujemy, z wykorzysaniem programu kompuerowego, zależność liniową (równanie prosej i współczynnik korelacji). Tuaj wpisz wyniki obliczeń z programu Excel: dla max orzymane równanie: y =... warość współczynnika korelacji R 2 =... dla 1 orzymane równanie: y =... warość współczynnika korelacji R 2 =... dla 2 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 Punk dodakowy 10

11 ELEKTROMEDYCYNA WYTYCZNE DO SPORZĄDZENIA RAPORTU Z CZĘŚCI ĆWICZENIOWEJ 1. Rapory z części ćwiczeniowej powinny mieć formę Zeszyu do Ćwiczeń z Biofizyki dosępnego na sronie inerneowej Zakładu Biofizyki hps:// 2. Zeszy do Ćwiczeń z Biofizyki należy wydrukować w formacie A4, spiąć, obłożyć (bindowanie lub skoroszy) i podpisać. 3. Rapor powinien być czyelny, bez skreśleń. 4. Wszelkie rysunki muszą być wykonywane ołówkiem. Obliczenia wraz z prawidłowymi jednoskami mogą być wykonywany długopisem lub ołówkiem. 5. W razie konieczności poprawy raporu, wszelkie koreky muszą być wykonane poniżej części zaznaczonej jako błędna (w miarę wolnego miejsca) lub na nowych karkach (doklejonych). 6. Dane do końcowej abeli: daa oraz imię i nazwisko wykonującego muszą być wypełnione długopisem. ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z ELEKTROMEDYCYNY Ćwiczenie nr 2.1 Oscyloskop. 1. Elemeny elekrosayki: ładunek elekryczny, dipol elekryczny, pole elekryczne i jego własności, prawo Coulomba i warunki jego sosowalności ruch ładunku w polu elekrycznym, poencjał elekryczny, prąd (znać i rozumieć pojęcia), prawo Ohma, przewodniki I i II rodzaju, dielekryki i ich polaryzacja, pojemność, kondensaor, budowa aomu. 2. Budowa i zasada działania oscyloskopu. Zjawiska wykorzysywane w oscyloskopie. 3. Luminescencja (na czym polega zjawisko) i jej rodzaje (luminescencja w oscyloskopie) Ćwiczenie nr 2.2 Biofizyka głosu ludzkiego. 1. Dźwięk jako fala mechaniczna: fale w ośrodkach sprężysych (rodzaje fal, mechanizm rozchodzenia się, własności, inerferencja fal, fala sojąca, dudnienia, rezonans) fale dźwiękowe, ulradźwięki, infradźwięki meody wywarzania i własności ych fal (odwrócone zjawisko piezoelekryczne, magneosrykcja); prędkość fali (prędkość fazowa i grupowa); drgania harmoniczne, składanie drgań harmonicznych równanie fali harmonicznej 2. Cechy dźwięku - fizyczne i psychologiczne oraz związki między nimi ampliuda drgań źródła dźwięku, naężenie, częsoliwość, widmo głośność, wysokość, barwa, jednoski pomiaru fizycznych cech dźwięku 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 11

12 ĆWICZENIE NR 2.1 Oscyloskop Cele emau badawczego: Celem ćwiczenia jes zapoznanie się z oscyloskopem analogowym i cyfrowym oraz ich prakycznymi zasosowaniami. Rozwój wiedzy Samodzielne 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 12

13 Część doświadczalna Niezbędne przyrządy i maeriały: oscyloskop, generaor badanych napięć. Wszelkie rysunki należy wykonywać ołówkiem. Wykonanie ćwiczenia WAŻNE 1. Rapor powinien być czyelny, bez skreśleń. 2. Wszelkie rysunki muszą być wykonywane ołówkiem. Obliczenia wraz z prawidłowymi jednoskami mogą być wykonywany długopisem lub ołówkiem. 3. W razie konieczności poprawy raporu, wszelkie koreky muszą być wykonane poniżej części zaznaczonej jako błędna (w miarę wolnego miejsca) lub na nowych karkach (doklejonych). 4. Dane do końcowej abeli: daa oraz imię i nazwisko wykonującego muszą być wypełnione długopisem. 1. Zapoznanie się z obsługą oscyloskopu a. Ekran lampy oscyloskopowej możemy rakować jak układ współrzędnych, w kórych porusza się plamka: X 1, X 2 - poencjały przyłożone do płyek odchylania poziomego, Y 1, Y 2 poencjały przyłożone do płyek odchylania pionowego. Aby na ekranie uzyskać obraz pojedynczej kreski na środku ekranu lampy oscyloskopowej do płyek Y 1, Y 2 należy przyłożyć napięcie okresowo zmienne (np. o przebiegu sinusoidalnym), a do płyek X 1, X 2 brak napięcia. Wysokość sygnału w osi Y zależy od ampliudy badanego sygnału oraz od czułości napięciowej kanału, kórym dokonujemy pomiaru. Czułość napięciową (współczynnik wzmocnienia) wyrażamy w wolach na działkę (z ang. V/div). Jeżeli chcemy uzyskać pełen obraz sygnału czyli rozciągnąć obserwowaną kreskę pionową w osi X należy doprowadzić do płyek X 1, X 2 napięcie narasającego liniowo w funkcji czasu. Ponieważ ekran ma skończone wymiary, plamka po dojściu do prawego skraju pola pomiarowego musi powrócić z powroem, a napięcie odchylające powinno zmaleć do swej warości począkowej. Wyworzony w en sposób sygnał jes piłokszałny, linia pozioma przez niego narysowana na ekranie jes nazywana liniową podsawą czasu lub rozciągiem linearnym. Jako jednoskę podsawy czasu przyjmujemy czas, kóry odpowiada przesunięciu się plamki na ekranie oscyloskopu w kierunku osi X o jedną działkę i wyrażamy w sekundach na działkę (z ang. s/div). b. Napisz wzór na obliczenie okresu (T) obserwowanego przebiegu na ekranie oscyloskopu.... Na panelu serowania oscyloskopu wskaż pokręło zmiany podsawy czasu. Odczyaj usawienie pokręła podsawy czasu, podaj odczyaną warość,... jednoska... Napisz, jakiej lierze z powyższego wzoru odpowiada odczyana warość pokręła?... c. Napisz wzór na obliczenie napięcia maksymalnego (U max ) przebiegu na ekranie oscyloskopu.... Na panelu serowania oscyloskopu wskaż pokręło wzmocnienia badanego sygnału (czułości napięciowej). Za pomocą pokręła dososuj warość wzmocnionego sygnału ak, aby cały obraz zmieścił się na ekranie oscyloskopu. Odczyaj usawienie pokręła wzmocnienia, podaj odczyaną warość... jednoska.. Napisz, jakiej lierze z powyższego wzoru odpowiada odczyana warość?... 13

14 d. Na panelu serowania oscyloskopu wskaż pokręło regulacji położenia w kierunku poziomym (na oscyloskopie: HORIZONTAL posiion lub symbol lub <>). Wyreguluj położenie wyświelanego przebiegu wzdłuż osi poziomej, żeby obraz zajmował cały ekran. e. Wskaż pokręło poencjomeru przesuwania poziomu zera - pozycjonowania w pionie (na oscyloskopie: VERTICAL posiion lub symbol ). Umożliwia on przesuwanie obrazu w pionie, ak, aby wybrane punky sygnału odpowiadały położeniom działek osi rzędnych na ekranie. Wyreguluj położenie wyświelanego przebiegu wzdłuż osi pionowej symerycznie względem osi X, ak aby cała ampliuda przebiegu była widoczna na całej wysokości pionowej ekranu f. Jeżeli obraz uzyskiwany na ekranie jes niesabilny, o znaczy, że okres sygnału podsawy czasu jes różny od całkowiej wielokroności sygnału wejściowego. Wówczas każdy począek pojedynczego okresu podsawy czasu przypadać będzie na inny punk począkowy przebiegu badanego. Skukuje o płynięciem obserwowanego sygnału. Mówimy wedy o braku synchronizacji podsawy czasu. Aby wyeliminować ę niedogodność, należy uzależnić przebieg podsawy czasu od przebiegu obserwowanego. Synchronizacji ej dokonuje się w układzie wyzwalania podsawy czasu (ang. rigger). 2. Zapoznać się z obsługą generaora funkcyjnego. Usawienie sygnału wyjściowego. a. Wskaż przycisk wyboru rodzaju fali (na generaorze: WAVE SELECT lub FUNCTION ). Sprawdź rodzaje generowanych przebiegów elekrycznych. Narysuj na ekranach poniżej różne kszały generowanego sygnału i podpisz je.... b. Znajdź przyciski lub pokręło usawiania częsoliwości. Znajdź przełącznik zakresu częsoliwości generaora (na generaorze: Frequency Range ). Zmiana częsoliwości wraz z przełącznikiem zakresu częsoliwości umożliwia usawienie żądanej częsoliwości. Usaw częsoliwość 800 Hz, a nasępnie 12,5 khz. Narysuj na ekranach poniżej uzyskane obrazy i podpisz je. c. Znajdź pokręło i przełącznik umożliwiające usawienie żądanej warości napięcia wyjściowego (ampliuda). Zmień usawienia napięcia wyjściowego ak, żeby ampliuda obserwowanego sygnału zmniejszyła się 2x. Narysuj na ekranie poniżej uzyskany obraz i podpisz go. 14

15 2b... 2b.. 2c. 3. Wybierz kszał sygnału wyjściowego (do pk. 3a kszał sinusoidalny; do pk. 3b kszał piłokszałny) oraz zakres częsoliwości, aby uzyskać na ekranie oscyloskopu żądany przebieg sygnału wyjściowego. Dososuj ilość obserwowanych na ekranie przebiegów (1-2 pełne okresy) oraz ich ampliudę (2-4 kraek). W ym celu wykorzysaj regulację pokręeł podsawy czasu i wzmocnienia na oscyloskopie oraz regulację częsoliwości i ampliudy na generaorze funkcyjnym. Narysuj obserwowane przebiegi. 3a. napięcie sinusoidalne 3b.napięcie piłokszałne lub prosokąne c. Odczyaj i wpisz wskazania do abeli (wraz z prawidłowymi jednoskami) Napięcie pokręło zmiany podsawy czasu c pokręło wzmocnienia sygnału k odczyana z ekranu długość okresu L odczyaną z ekranu wysokość ampliudy d sinusoidalne piłokszałne d. Oblicz wielkości charakerysyczne obserwowanych i rysowanych przebiegów: okres drgań T, częsoliwość f, warość maksymalna napięcia U max (warość szczyowa = ampliudzie) i warość skueczną napięcia (Roo Mean Square, RMS). e. Warość skueczna prądu przemiennego (RMS) jes aką warością prądu U sałego, kóra w ciągu czasu równego okresowi prądu przemiennego max RMS = spowoduje en sam efek cieplny, co dany sygnał prądu przemiennego 2 (zmiennego). 15

16 Wykonaj prawidłowe obliczenia (oraz działania na jednoskach) Uzupełnij abelę, w nawiasy wpisz odpowiednie jednoski: Napięcie T [ ] f [ ] U max [ ] RMS [ ] sinusoidalne piłokszałne Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia 16

17 ĆWICZENIE NR 2.2 BIOFIZYKA GŁOSU LUDZKIEGO Cele emau badawczego: Celem ćwiczenia jes porównanie własności subiekywnych i obiekywnych dźwięku oraz przewarzanie drgań akusycznych na przebiegi elekryczne. Zagadnienia z eorii do samodzielnego przygoowania: 1. Dźwięk jako fala mechaniczna: fale w ośrodkach sprężysych (rodzaje fal, mechanizm rozchodzenia się, własności, inerferencja fal, fala sojąca, dudnienia, rezonans) fale dźwiękowe, ulradźwięki, infradźwięki meody wywarzania i własności ych fal (odwrócone zjawisko piezoelekryczne, magneosrykcja); prędkość fali (prędkość fazowa i grupowa); drgania harmoniczne, składanie drgań harmonicznych równanie fali harmonicznej 2. Cechy dźwięku - fizyczne i psychologiczne oraz związki między nimi ampliuda drgań źródła dźwięku, naężenie, częsoliwość, widmo głośność, wysokość, barwa, jednoski pomiaru fizycznych cech dźwięku Rozwój wiedzy 1. Powórzenie wiadomości podsawowych z zakresu zjawisk falowych. 2. Samodzielne przygoowanie wiadomości na ema: Cechy dźwięku fizyczne i psychologiczne oraz związki między nimi. Rozwój umiejęności Sosowanie pojęć i erminów fizycznych. Umiejęność fachowego wysławiania się. Planowanie i przeprowadzanie eksperymenów i doświadczeń. Gromadzenie i analizowanie, wraz z szacowaniem niepewności pomiarowych, danych pomiarowych. Przeliczanie jednosek. Opis fali mechanicznej wykorzysując akie pojęcia jak długość i prędkość fali, częsość i okres, ampliuda drgań. Rozwój posaw Umiejęność przekonywania innych do swoich racji, prowadzenia rzeczowej dyskusji. Współpraca w grupie. Weryfikacja zdobyej wiedzy i umiejęności. Szacunek do pracy innych. Kulura echnicznej. Przesrzeganie przepisów BHP. Część doświadczalna Niezbędne przyrządy: mikrofon, wzmacniacz sygnałów, oscyloskop, kamerony, młoeczek do wzbudzania kameronów. 17

18 WAŻNE 1. Rapor powinien być czyelny, bez skreśleń. 2. Wszelkie rysunki muszą być wykonywane ołówkiem. Obliczenia wraz z prawidłowymi jednoskami mogą być wykonywany długopisem lub ołówkiem. 3. W razie konieczności poprawy raporu, wszelkie koreky muszą być wykonane poniżej części zaznaczonej jako błędna (w miarę wolnego miejsca) lub na nowych karkach (doklejonych). 4. Dane do końcowej abeli: daa oraz imię i nazwisko wykonującego muszą być wypełnione długopisem. 1. Celem ćwiczenia jes usalenie przedziału częsoliwości słyszanych przez poszczególnych sudenów, oraz przedziału częsoliwości odbieranego przez słuchaczy za najgłośniejszy. a. Przy maksymalnym naężeniu dźwięku zmieniaj powoli częsoliwość generaora od 20 Hz do Hz. Obserwacje wpisz do abeli. imię dolna granica słyszanych częsoliwości [Hz] górna granica słyszanych częsoliwości [Hz] b. Przy sałym naężeniu dźwięku zmieniaj powoli częsoliwość generaora. Zauważ jak zmienia się wrażenie głośności. Zapisz obserwacje: Wrażenie głośności.. Najgłośniej słyszę dźwięki o częsoliwości od...hz do... Hz. 2. Celem ćwiczenia jes uwidocznienie na oscyloskopie zmian napięcia wywarzanych przez mikrofon, kóre odpowiadają zmianom ciśnienia przy fonacji poszczególnych głosek. Wypowiadaj do mikrofonu dźwięki głoski obserwuj ich srukurę widmową na ekranie oscyloskopu. Obserwowany obraz na oscyloskopie przedsawia dla poszczególnych głosek (czy wyrazów) zmiany ampliudy w funkcji czasu. Zakresy częsoliwości głosu ludzkiego (Klasy głosu ludzkiego): Głosy KOBIECE Sopran 246, Hz (c 1 -a 2 ), najwyższy głos kobiecy Mezzosopran Hz (a 1 (g) - g 2 (a 2 )) głos kobiecy lokujący się pomiędzy sopranem i alem, częściowo obejmujący oba, o głos o ciemnej barwie Al 174,6-659,3 Hz (e-e 2 ) najniższy głos kobiecy, o głos o ciemnej barwie. Głosy MĘSKIE: Tenor 130,8-440,0 Hz (c-c 2 ) najwyższy głos męskim osiągalny rejesrem piersiowym Baryon 98,0-392,0 Hz (g-g 1 ) głos męski mieszczący się w środkowym zakresie skali, posiada ciemną barwę Bas 87,3-329,6 lub ,6 Hz (d-e 1 ) najniższy głos męski, posiada bardzo ciemną barwę i charakeryzuje się dużą nośnością 18

19 Narysuj srukurę widmową dwóch głosek. widmo głoski... widmo głoski... Odczyaj i wpisz wskazania z oscyloskopu (wraz z prawidłowymi jednoskami). Oblicz częsoliwość zarejesrowanych głosek. Zidenyfikuj klasę głosu zarejesrowanych głosek. Widmo głoski pokręło zmiany podsawy czasu c [ ] odczyana z ekranu długość okresu L [ ] Okres [ ] Częsoliwość [ ] Klasa głosu Napisz obliczenia (wraz z jednoskami): 19

20 3. Na ekranie oscyloskopu zaobserwuj srukurę widmową dźwięku kameronu. Narysuj poniżej zapis ego widma. Wyznacz częsoliwość kameronu. Napisz obliczenia (wraz z jednoskami): Uzupełnij abelę, w nawiasy wpisz odpowiednie jednoski: pokręło zmiany podsawy czasu c [ ] odczyana z ekranu długość okresu L [ ] Okres [ ] Częsoliwość [ ] Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punky z zaliczenia Punky dodakowe 20

21 APPENDIX 1 Kryeria oceny prezenacji: 1. Prezenacja przygoowana w programie PowerPoin lub kompaybilnym (OpenOffice) 2. Czas rwania prezenacji do 5 min. 3. Treść prezenacji czy zgodna z emaem, czy wyczerpuje ema. 4. Przejrzysość slajdów mało eksu na slajdzie, odpowiednia wielkość czcionki. 5. Mówienie, omawianie a nie czyanie. 6. Ciekawe podejście do emau. 7. Zaineresowanie słuchaczy, zachęa do dyskusji po prezenacji, prowadzenie dyskusji. Temay do prezenacji: Lab Prawo Coulomba i warunki jego sosowalności, pole elekryczne i elekro-magneyczne, i jego własności 2. Termoemisja w oscyloskopie 3. Ruch ładunku w polu elekrycznym (na przykładzie oscyloskopu) 4. Luminescencja (na czym polega zjawisko) i jej rodzaje (luminescencja w oscyloskopie) Lab Dźwięk jako fala mechaniczna: definicja dźwięku, rodzaje fal, mechanizm rozchodzenia się, własności, inerferencja fal, fala sojąca, rezonans). 2. Wywarzanie fali akusycznej: meody wywarzania infradźwięków, dźwięków, ulradźwięków. 3. Cechy dźwięku fizyczne: ampliuda drgań źródła dźwięku, naężenie, częsoliwość, widmo. 4. Cechy dźwięku psychologiczne: głośność, wysokość, barwa. 21

22 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ WYTYCZNE DO SPORZĄDZENIA RAPORTU Z CZĘŚCI ĆWICZENIOWEJ 1. Zeszy do Ćwiczeń z Biofizyki należy wydrukować w formacie A4, spiąć, obłożyć (bindowanie lub skoroszy) i podpisać. 2. Rapor powinien być czyelny, bez skreśleń. 3. Wszelkie rysunki muszą być wykonywane ołówkiem. Obliczenia wraz z prawidłowymi jednoskami mogą być wykonywany długopisem lub ołówkiem. 4. W razie konieczności poprawy raporu, wszelkie koreky muszą być wykonane poniżej części zaznaczonej jako błędna (w miarę wolnego miejsca) lub na nowych karkach (doklejonych). 5. Dane do końcowej abeli: daa oraz imię i nazwisko wykonującego muszą być wypełnione długopisem. ZAGADNIENIA DO ĆWICZEŃ Z PROMIENIOTWÓRCZOŚCI Ćwiczenie 3.1. Promieniowórczość. Pomiar akywności z użyciem wzorca. Podsawy dozymerii. 1. Aom i jego składniki. 2. Izoopy i radioizoopy - jak są wywarzane? 3. Przemiany jądrowe. 4. Prawo rozpadu promieniowórczego, posać analiyczna i graficzna (krzywa rozpadu). Sała rozpadu i czas połowicznego rozpadu. Efekywny czas połowicznego zaniku., 5. Akywność definicja i jednoski. 6. Rodzaje promieniowania jonizującego. 7. Podsawy dozymerii: ekspozycja (dawka ekspozycyjna), dawka zaabsorbowana, równoważnik dawki, dawka równoważna, dawka efekywna (skueczna). Dawka graniczna. Moc dawki. 8. Źródła narażenia na promieniowanie jonizujące. Ćwiczenie 3.2, 3.3. Oddziaływanie foonów i cząsek naładowanych z maerią. 1. Zjawisko fooelekryczne, efek Compona i kreacja par. 2. Prawo osłabienia. Krzywa osłabienia i grubość połowiąca. Liniowy i masowy współczynnik osłabienia. 3. LET - liniowe przekazywanie energii. Oddziaływanie cząsek z maerią. 4. Promieniowanie hamowania (Bremssrahlung). 5. Osłony przed promieniowaniem jonizującym: alfa, bea, gamma, X oraz neuronami. 6. Zasosowanie izoopów promieniowórczych w medycynie: - diagnosyka (badania czynnościowe, opograficzne, radioimmunologiczne), - erapia: - źródła zamknięe (eleradioerapia, brachyerapia, curieerapia) - źródła oware 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 22

23 ĆWICZENIE NR 3.1 RADIOAKTYWNOŚĆ. POMIAR AKTYWNOŚCI Z UŻYCIEM WZORCA. PODSTAWY DOZYMETRII. 1. Włącz zesaw pomiarowy, sprawdź napięcie pracy licznika (pod konrolą asysena). 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 6. Oblicz akywność każdej próbki, błąd, z jakim zosała wyznaczona i błąd procenowy. Wyniki umieść w abeli 3. I p I A p A wz I I wz Akywność wzorca wynosi A wz = 4000 Bq A wz = 130 Bq 23

24 Błąd oznaczenia akywności próbki liczymy za pomocą wzoru: A Ip I wz Ap p A 2 wz Iwz I Iwz I Tabela 3 Nr Akywność próbki próbki I I Szybkość zliczeń bez ła I p - I A p I p wz I A wz wz I I Błąd akywności A p p wz I I A wz Błąd procenowy A p A p% 100% A [imp min -1 ] [Bq] [%] p 5. Oblicz liczbę aomów N cezu Cs-137 w próbce wzorcowej. A A N N 6. Oblicz masę cezu Cs-137 w próbce. Masę cezu Cs-137 w próbce wyznaczamy korzysając z zależności: m = n N A gdzie: 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: 137 N mcs [g] NA 7. Wyniki obliczeń wpisz do abeli 4. Tabela 4 Nr próbki Akywność próbki [Bq] Liczba aomów (N) Cs 137 w próbce wzorzec Masa aomów Cs 137 w badanej próbce [g] 8. Oblicz wydajność pomiaru akywności. Daa I % 100[%] =...[%] A Imię i Nazwisko wykonującego Podpis prowadzącego ćwiczenia ćwiczenie Punk dodakowy 24

25 ĆWICZENIE NR 3.2, 3.3 Oddziaływanie foonów z maerią i cząsek naładowanych maerią. Wykonanie ćwiczenia część A 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. 25

26 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 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. 2 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 26

27 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 Punk dodakowy 27

28 Wykonanie ćwiczenia część B 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 Brak przesłony Al Cu Celuloid Grubość przesłony Częsość zliczeń Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 I 1 I 2 I 3 [10-3 m] [impmin -1 ] 0 Średnia częsość zliczeń I1 I2 I3 Iśr 3 Średnia częsość zliczeń bez ła I I śr I 1. 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 ] 2. Na podsawie wzoru Price'a (3) oblicz energię promieniowania emiowanego przez użye źródło. 28

29 E 22 1 μ mśr E 3 [m 2 kg -1 ] [cm 2 g -1 ] [MeV] 1, 33 m mśr mal mcu mcel Daa Imię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punk dodakowy 29

30 Masa spoczynkowa elekronu 31 m e 9,1110 kg MeV 0,000549u 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 1,6710 kg MeV 1,007276u 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 1,008665u 940 c 2 Sała Plancka 34 h 6,62 10 Js 30