ZESZYT DO ĆWCZEŃ Z BOFZYK mię i nazwisko:. Kierunek:.. Regulamin zajęć dydakycznych z biofizyki znajduje się na sronie Zakładu Biofizyki www.umb.edu.pl/wl/zaklad-biofizyki/dydakyka/kierunki/zdrowie_publiczne/regulamin_zajec 1
SPS TREŚC Ćwiczenie nr 1.1. Wyznaczanie sężeń rozworów za pomocą refrakomeru i polarymeru 4 Ćwiczenie nr 1.6. Osłabienie wiązki świała laserowego przy przejściu przez ciała sałe. Wyznaczanie współczynnika eksynkcji....8 Ćwiczenie nr 3.1 Radioakywność. Pomiar akywności z użyciem orca. Podsawy dozymerii 12 Ćwiczenie nr 3.2 Oddziaływanie foonów z maerią. Meody doświadczalnego wyznaczanie współczynników osłabienia promieniowania gamma.14 2
ZAGADNENA DO ĆWCZEŃ Z OPTYK 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. zomeria opyczna. 10. Zasosowanie polarymerii w diagnosyce. 11. Meoda najmniejszych kwadraów wyznaczania równania prosej. 12. Sężenia: wagowo-wagowe, wagowo-objęościowe, molowe, normalne. 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. LTERATURA: 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
ĆWCZENE 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 x0. Tuaj wpisz warość x0 swojej podgrupy, x0 =...[%] 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) 5 10 15 20 25 30 Warość współczynnika załamania n Na wykresie poniżej nanieś warości pomiarowe i wykreśl zależność współczynnika załamania świała od sężenia rozworu. 4
Wykres 1. Zależność współczynnika załamania od sężenia rozworu sacharozy 1,4 1,39 1,38 1,37 1,36 1,35 1,34 1,33 0 5 10 15 20 25 30 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
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) 0 5 10 15 20 25 30 Na wykresie poniżej nanieś warości pomiarowe i wykreśl zależność kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała od sężenia rozworu. 6
40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Wykres 2. Zależność kąa skręcenia płaszczyzny polaryzacji świała od sężenia rozworu 0 5 10 15 20 25 30 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 mię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punky 7
ĆWCZENE 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 o wyznaczyć warość α. Tabela 1. Warość współczynnika α dla różnych subsancji. maeriał d 10-3 [m] 0 ln/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 d, na drugim ln i d (równanie (1) po logarymowaniu przyjmuje posać ln = lno - 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 ln 8
Wykres 1. Zależność naężenia promieniowania od grubości absorbena. 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 d [mm] Wykres 2. Zależność logarymu nauralnego naężenia świała laserowego po przejściu przez absorben od grubości warswy absorbena 1100 ln 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 d [mm] 9
Dla orzymanych warości naężenia świała laserowego () 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 orcowej wyznacz warość współczynnika. =...[m -1 ] Daa mię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punky 10
ZAGADNENA DO ĆWCZEŃ Z PROMENOTWÓRCZOŚC Ćwiczenie 3.1 Radioakywność. Pomiar akywności z użyciem orca. 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. 5. Wykorzysanie izoopów promieniowórczych w medycynie diagnosyka i erapia. LTERATURA: 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
ĆWCZENE NR 3.1 Radioakywność. Pomiar akywności z użyciem orca. podsawy dozymerii. 1. Zmierz ło nauralne w czasie 5 minu, oblicz szybkość zliczeń pochodzących od ła. N imp N =...imp,... min 2. Dokonaj rzykronego pomiaru impulsów pochodzących od źródła orcowego w czasie = 1 minua i oblicz szybkość zliczeń bez ła oraz błąd szybkości zliczeń (wyniki pomiarów i wyniki obliczeń wpisz do abeli 1). Tabela 1 lość zliczeń N Warość średnia ilości zliczeń N N N N 3 Szybkość zliczeń N Szybkość zliczeń bez ła - Błąd szybkości zliczeń orca [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 lość zliczeń Np Szybkość zliczeń N p p p Szybkość zliczeń bez ła p- [impulsy] [imp min -1 ] Błąd szybkości zliczeń p p p 5. Oblicz akywność każdej próbki, błąd, z jakim zosała wyznaczona i błąd procenowy. Wyniki umieść w abeli 3. p A p A Akywność orca wynosi A = 4000 Bq A = 120 Bq Błąd oznaczenia akywności próbki liczymy za pomocą oru: A p Ap p A 2 p A 12
Tabela 3 Nr próbki Szybkość zliczeń bez ła p - Akywność próbki p A p A Błąd akywności Ap Błąd procenowy Ap Ap% 100% A p [imp min -1 ] [Bq] [%] 6. Oblicz liczbę aomów N cezu Cs-137 w próbce orcowej. A A N N 7. Oblicz masę cezu Cs-137 w próbce. Masę cezu Cs-137 w próbce wyznaczamy korzysając z zależności: gdzie: n liczba moli m = n NA NA = 6,02310 23 [mol -1 ] liczba Avogadro jes liczbą aomów w molu. Półokres rozpadu Cs 137 wynosi 30,07 la, a sała rozpadu = 7,17 10-10 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 orzec Masa aomów Cs 137 w badanej próbce [g] 9. Oblicz wydajność pomiaru akywności. % 100[%] =...[%] A Daa mię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punky 13
ĆWCZENE NR 3.2 Oddziaływanie foonów z maerią. Meody 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. 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 1. 5. 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 Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 1 2 3 Średnia częsość zliczeń 1 2 3 śr 3 Średnia częsość zliczeń bez ła śr Procenowa zmiana częsości zliczeń 0 % = /o 100% [impmin -1 ] % 6. Przedsaw graficznie krzywą osłabienia (%) = f(x) i wyznacz z wykresu grubość połowiącą d1/2. 7. Wykonaj en sam wykres w skali półlogarymicznej używając programu EXCEL. 14
1100 [%] 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 x [mm] d 1/ 2...[m] 8. Oblicz współczynniki osłabienia i m cynku, (gęsość cynku = 7,19. 10 3 kg m -3 ) ln 2 1...[m ] d 1/ 2 m m...[ ] kg 2 15
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 Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 1 2 3 Średnia częsość zliczeń 1 2 3 śr 3 Średnia częsość zliczeń bez ła śr 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 ] śr [impmin -1 ] [m -1 ] m [m 2 kg -1 ] d1/2 [m] aluminium 2,7. 10 3 ołów 11,37. 10 3 cynk 7.19. 10 3 plexi 1,4. 10 3 Daa mię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punky 16
Masa spoczynkowa elekronu 31 m e 9,1110 kg MeV 0,000549 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 1,6710 kg MeV 1,007276 u 938 c 2 Prędkość świała w próżni 8 m c 3 10 2 s Liczba Avogadro 23 1 N A 6,02 10 mol Masa spoczynkowa neuronu 27 m p 1,6810 kg MeV 1,008665 u 940 c 2 Sała Plancka 34 h 6,62 10 Js 17