Bra jobbat!

Ni kämpade på bra idag!
Har ni slarvat bort "bonusproven" så kommer de här i repris. Där finns ju mycket nyttigt att fräscha upp. (Observera att texteditorn skriver exempelvis kubikmeter lite tokigt /m3/)

1.
Utför följande enhetsbyten: (1 rätt = 0 p, 2 rätt = 0 p, 3 rätt = 1 p, 4 rätt = 2 p.)
65 ml = ..................... cm3,
23 kWh = ..................... J,
37 °C = ..................… K,
5,4 g/cm3 = ………………… kg/m3

2.
På vilka tre sätt kan värme spridas (transporteras) ? (2 rätt = 1 p, 3 rätt = 2 p.)
…………………………. , ……………………………. , …………………………….

3.
Från vilken höjd ska man släppa en bil för att den ska slå i marken med farten 50 km/h?

4.
Vilken effekt krävs för att värma 12 liter vatten från +15 °C till +65 °C på 15 minuter om verkningsgraden är 85 %?

5.
Hur mycket energi går åt för att smälta 1,5 kg is av temperaturen –15 ºC? Ange svaret i kJ.

6.
(Tyvärr har bilden till denna uppgift fallit bort, men vi hade ju en liknande idag)
Figuren visar en oscilloskopskärm med inställningarna 10 V/cm och 50 ms/cm. Bestäm frekvensen och toppvärdet hos den signal som visas.
Svar: Frekvensen är ………………… och toppvärdet är ……………………….

7.
Vad kostar det att ha byggfläkt på 5,0 kW igång dygnet runt i en vecka? Du kan räkna med ett totalt kWh-pris på 1,15 kr.

8.
Vilken är den högsta spänning du kan koppla in på en 2 W-resistor med resistansen
18 ohm?

9.
Hur lång ska resonanslådan till en stämgaffel med frekvensen 440 Hz vara för att ge maximal resonans? (Räkna med idealtillståndet att lådan ska vara en kvarts våglängd.)

10.
Ett gitter med 1000 ritsor per mm belyses med enfärgat ljus. Bakom gittret syns tre ljusstrålar, se figur. Vinkeln mellan normalen till gittret och en av strålarna är 42,1º. Beräkna ljusets våglängd.

Förslag till svar: 1) 65; 82800000; 310; 5400 2) ledning, strålning, strömning 3) C:a 10 m 4) 3,3 kW 5) 550 kJ 6) ? 7) knappt 1000 kr (966 kr) 8) 6 V 9) 19 cm 10) 670 nm

Vi ses!

Sommar och sol

Ja, det är mycket med sol och sån´t här i norden vid midsommar:-)
Men det finns ju andra ställen på jorden.
Tänk dig att du köper ett solur här och sedan flyttar till Australien och tar med dig soluret. Kommer soluret att funka som vanligt eller kommer det att gå baklänges i Australien?

Ja, som du säkert klurat ut var midsommarstången igår c:a 12 m hög.
(tan53,5 * 8,9 = 12,03)
Det finns ju högre. I ”Gropen” i Leksand brukar de skryta med att ha världens längsta majstång (25 meter och c:a 400kg)

Glad missommar!

En midsommarfirande KY-student tänkte slå vad med en kompis om hur hög midsommarstången var. Han hade i smyg stegat upp skuggans längd till 8,9 meter kl. 12.
Eftersom han råkade veta att jordaxeln lutar 23,4 grader och den plana, horisontella ängen där stången var rest befann sig på 60 graders nordlig bredd räknade han kvickt ut att solen kl 12 stod 53,4 grader över horisonten (90 - 60 + 23,4).
Därmed kunde han raskt räkna ut hur lång stången var och därmed vinna vadet och förstärka midsommarkassan!
Alltså: Hur hög var stången?

Ja, gårdagens ljusproblem får ni väl diskutera sinsemellan vid tillfälle.

OBSERVERA att måndagens fysiklektion är flyttad till torsdag eftermiddag. Ni behöver därmed inte jäkta på väg till Katrineholm efter helgen! Kör försiktigt, och se upp för fysiken. Den finns överallt!

Sommarsolståndet

Idag har vi årets längsta dag (här uppe i norr i alla fall). Och visst är det skönt med ljus.
Fast vart tar egentligen ljuset vägen när man släcker? Tänk dig att du är i ett rum utan fönster. Du har en lysande 60 W-lampa i taket. Du ser perfekt att läsa i din fysikbok. Men så "går strömmen" och lampan slocknar. Vart tar ljuset vägen?

Gårdagens solproblem fick du säkert till
maximal strålning för ungefär 500 nm våglängd (alltå gult) vilket ger frekvensen 600 THz och fotonenergin 2,5 eV.

Solens sköna strålar

Eftersom du vet att solens yttemperatur är 5800 K (står i tabellen!) så kan du naturligtvis enkelt räkna ut vid vilken våglängd solen har sin maximala utstrålning!
Sedan kan du exempelvis beräkna vilken frekvens denna elektromagnetiska strålning har!
Och slutligen får du lätt fram vilken energi varje foton av denna stålning har!

Och om du inte redan druckit ur gårdagens saftglas, så är tryckskillnaden c:a
11 mmHg.
Du får direkt vätsketrycket på 0,15 meters djup till 1469 Pa, vilket du sedan omvandlar med hjälp av tabellen i formelbladet!

Funderingar vid ett saftglas

Du vill svalka dig med ett glas härlig jordgubbssaft i sommarvärmen. Du häller upp så att saftdjupet blir 15 cm. Hur mycket högre är trycket i saften närmast botten jämfört med alldeles under saftytan?
Du svarar naturligtvis i den gamla hederliga enheten mmHg!
(Om du inte har möjlighet att bestämma densiteten för jordgubbssaft kan du approximera med vattnets densitet.)

Svar på gårdagens accelerationsproblem:
a) 15 km/h. (Vid konstant acc. är ju hastigheten prop. mot tiden.)
b) 4,2 meter per sekundtvå
c) 8,3 m

Acceleration

En bil startar från stillastående.
Efter 2 sekunder visar hastighetsmätaren 30 km/h.
a) Vad visade hastighetsmätaren efter 1 sekund? (Vi tänker oss konstant acceleration)
b) Hur stor var accelerationen?
c) Hur långt hade bilen kört efter 2 sekunder?

Och svaret på gårdagens "hemreseproblem" bör bli 64 km/h.
(Observera att här finns det ju ingen anledning att räkna i SI-enheter. Och tiderna kan gott räknas i decimaler av timmar.
Första sträckan tar alltså 80/65 timmar = 1,23 h
Rasten är 25/60 h = 0,42 h
Vägarbetet tar 30/45 h = 0,67 h
Det blir tillsammans 1,23 + 0,42 + 0,67 h = 2,32 h
Kvar av 4 ½ timmar är alltså 4,5 - 2,32 h = 2,18 h.
Medelfarten på de återstående 14 milen blir då 140/2,18 km/h = 64 km/h )

Hemresa

Karl-Yngve hade nästan exakt 25 mil att åka hem från Hultsfredafestivalen. De första åtta milen körde han med en medelfart på 65 km/h. Därefter tog han en 25 minuter lång fikapaus. Sedan var det mycket vägarbeten så de följande tre milen kunde han bara hålla 45 km/h i snitt. Vilken medelfart måste han ha på den sista sträckan för att klara hela resan på 4½ timmar?

Hörde ni något i Hultsfred?

Apropå Hultsfred: Det där med decibel kan vara lite lurigt. Decibelskalan är ju logaritmisk, vilket betyder att ganska stora ändringar i ljudintensiteten trots allt resulterar i måttliga ändringar i ljudnivån ("decibeltalet").
Ljudnivån L (i dB) förhåller sig till ljudintensiteten I (i W/kvadratmeter) på följande sätt:

L = 10 * log (I/Io)

I0 är ett referensvärde (det svagaste ljud vi kan uppfatta vid frekvensen 1000 Hz) och har värdet 10 upphöjt till -12 watt per kvadratmeter.

Ett litet problem att ta itu med (inte helt enkelt :-) )
Med hur många procent ökar ljudintensiteten när decibeltalet ökar från 30 till 31 ?

Ledning. Kalla exempelvis den ursprungliga intensiteten I och den högre intensiteten xI.
Ställ sedan upp ett ekvationssystem och lös ut x (som ju ger den procentuella ökningen).
Samtidigt blir det lite träning på logaritmlagarna!
För att lösa just denna uppgift behöver du inte veta värdet på I0 .

Täck 20 % av Öland med solceller

Täck 20 % av Öland med solceller och du fixar Sveriges elenergibehov!
Svaret på gårdagens lätta problem blir 230 kvadratkilometer ochj Ölands area är ju 1344 kvadratkilometer!

Det blev 16 reaktorer

Ni som fick svaret 16 på gårdagens kärnkraftsproblem räknade bra!
Så här kan man exempelvis tänka:
Den årliga elförbrukningen på 140 TWh = 140 000 000 000 kWh.
Reaktoreffekten 1000 MW = 1000 000 kW.
På ett år producerar en reaktor energin E = P*t = (1000 000 * 365*24) kWh = 8 760 000 000 kWh.
Delar vi totalförbrukningen med varje reaktors produktion får vi antalet, alltså
140 000 000 000 / 8 760 000 000 = 16.
Det går naturligtvis att tänka på många andra sätt! Viktigt är dock att hålla koll på enheterna och prefixen!

Vi fortsätter med lite energiproblematik!
Solens effekt utanför jordatmosfären är 1390 W/kvadratmeter (den s.k. solarkonstanten).
Hur stor area (yta) skulle behöva täckas med solceller för att tillgodose Sveriges årliga elenergiförbrukning (140 TWh) om vi antar att 5 % av den instrålade solenergin kan omvandlas till elenergi?

Och sist ett litet värstingproblem!
Visa att solarkonstanten verkligen är 1390 W/kvadratmeter!
(Ledning: Ta reda på solens area och yttemperatur samt jordens avstånd från solen. (tabellen) Beräkna utstrålad effekt med Stefan-Boltzmanns strålningslag. Tänk dig sedan en sfär med solen i centrum och jordens avstånd till solen som radie. "Sprid ut" den utstrålade effekten på denna sfärs area. Då får du effekten per kvadratmeter där jorden befinner sig. Ja, nu är det ju inget värstingproblem längre ;-/ )

Energi och effekt

Många blandar tyvärr ihop energi och effekt. Det är onödigt!
Effekt är energi per tid, alltså en sorts mått på "arbetsförmåga" eller energiomsättning.
Med vanliga beteckningar, P för effekt, E för energi och t för tid får vi P = E/t, men många gånger är varianten E = P*t användbarare för att direkt ge energiomsättningen (eller det utförda arbetet)
SI-enheterna är watt (W) för effekt, joule (J) för energi och sekund (s) för tid,
men ibland kan det vara fördelaktigare att använda "vardagslivets enheter" kW för effekt, kWh för energi och timmar (h) för tiden.
Testa exempelvis att lösa följande uppgift:
Nya kärnreaktorer har ofta en effekt på 1000 MW. Hur många sådana reaktorer krävs för att täcka Sveriges årliga elektriska energianvändning på c:a 140 TWh?

Gammaspektroskopí

Ett försök till sammanfattning av dagens radioaktivitetsmätningar.
Vi använde en detektor (NaI-kristall) som enbart registrerar gammastrålning, men dessutom känner av vilken energi gammafotonerna har. Eftersom varje radioaktiv nuklid (isotop) faller sönder på sitt unika sätt får vi alltså en möjlighet att avgöra från vilket ämne en viss strålningsbild härrör.
Hittar vi exempelvis strålning med energin 0,661 MeV vet vi att den kommer från Cs-137. (Men Cs-137 är ju en betaminus-strålare som ger upphov till Ba-137, och nästan alla Ba-137-kärnorna skapas i ett förhöjt energitillstånd ("exciterat tillstånd"), och dessa kärnor övergår till grundtillståndet genom att sända ut en gammafoton med energin 0,661 MeV. Det är den gammafotonen detektorn registrerar.)
Hittar vi strålning med energierna 0,80 MeV och 0,60 MeV kan vi identifiera dess ursprung till Cs-134.
K-40 (som vi även hittade i bakgrundsstrålningen) representeras av fotonenergin 1,46 MeV.
Och så vidare.

Vi kan sedan bestämma exempelvis antalet Bq/kg i ett prov genom att jämföra antalet pulser/sekund för en viss energi med motsvarande värde för ett referensprov med känd Bq/kg-halt.

Den avgörande skillnaden mellan GM-röret och denna detektor är alltså att GM-röret registgrerar normalt både alfa-, beta- och gammastrålar men ger ingen information om strålningsenergin. Gammaspektroskopin arbetar enbart med gammastrålning, men ger information om strålningsenergin.

Nästa gång tänkte jag göra ett repetitionssvep över hela kursen, särskilt med tanke på hur de olika delarna hänger ihop och samverkar med varandra.

Ni som är i Hultsfred får väl försöka koncentrera er på akustikavsnittet. Är det verkligen sant att ljudintensiteten avtar med kvadraten på avståndet? Och hur var det nu med örats hörselområde? Var det 20 - 20000 Hz, eller? Och decibelen? Kan man höra negativa dB-värden? (kanske inte i Hultsfred ;-/ )

Har du förångat isbiten än?

I förra inlägget presenterade jag "ett litet problem". Om du löser det korrekt har du förstått ganska mycket av värmeläran i fysikkursen.
Ett rimligt svar blir att det krävs 1,4 MJ för att förånga isbiten.
Det går alltså åt

1. energi för att värma upp isbiten till smältpunkten
2. smälta isbiten
3. värma upp smältvattnet till kokpunkten
4. förånga (koka bort) allt vattnet

Vi ses i morgon. Då ska vi mäta bl.a. cesium-137 med gammaspektroskopi. Det står inte så mycket om det i boken.

Värme

Ja, värmen håller i sig! Så det kan väl passa att repetera lite om energiförhållanden vid uppvärmning.
Det finns tre saker att tänka på (minst) när vi tillför energi till ett ämne.
Det första vi tänker på är nog att temperaturen stiger. Hur mycket den stiger beror på vilket ämne det är, vad det väger och naturligtvis hur mycket energi vi tillför!
Formeln för uppvärmning är
Energin = spec. värmekapaciteten x massan x temperaturändringen.

Ett fast ämnes temperatur kan ju inte stiga mera än till smältpunkten. Fortsätter vi att tillföra energi stiger inte temperaturen. I stället går energin åt till att smälta ämnet.
Formeln för smältning är
Energin = spec. smältvärme x massan.

När alltihopa smält fortsätter det smälta ämnets temperatur att stiga. Då gäller formeln för uppvärmning ovan, men spec. värmekapaciteten har normalt ett annat värde.

Temperaturen stiger tills det flytande ämnet når kokpunkten. Tillför vi ytterligare energi förångas ämnet. Formeln för ångbildningen är
Energin = spec. ångbildningsvärme x massan.

Temperaturen ligger alltså stilla (på smältpunkten resp kokpunkten) medan ämnet smälter (stelnar) eller förångas (kondenseras). Jämför demonstrationsförsöket vi gjorde med "stelningskurvan för naftalen".

Liten uppgift:
Hur mycket energi går åt för att förånga en isbit med massan 450 g och temperaturen -15 grader Celsius? Normalt tryck råder och vi bortser från förluster!

Info om lektionen i morgon fred 8 juni

Observera att lektionen börjar 8.00 (schemaändring jämfört med den ursprungliga planen). Det är sista tillfället att lämna in grupprapport (utskriven på papper) från laborationen med gammastrålningens absorbtion i bly!

Vi kommer att syssla med kärnfysik. Lämpliga sidor att läsa på är i gamla boken 75 - 100 och i nya boken 105 - 131.

Tänk gärna lite extra på följande:
"Formlerna" för strålningens absorbtion i material (som ni tog fram på laborationen) och för strålningens avtagande med tiden ser i princip likadana ut. I ena fallet är det ett avstånd och i andra fallet en tid som ingår i exponenten, och koefficienten får då också anpassas därefter.

Radioaktivt sönderfall sker spontant. Det går alltså inte att förutse när en viss kärna ska skicka ut "sin stråle". Isotoper med lång halveringstid har låg sannolikhet att "falla sönder". Eftersom vår värld är "rätt gammal" är det bara isotoper med mycket lång halveringstid (som uran-238 och i viss mån också uran-235) som finns i naturen, om de inte råkar nyproduceras (som kol-14, som bildas i atmosfären och radon-222, som ingår i uranets sönderfallskedja).

Man kan framtvinga kärnreaktioner genom att exempelvis bestråla ett ämne med alfapartiklar.

Massa och energi är ekvivalenta (materia kan "bli" energi och tvärtom). Räknar vi massan i u (universella massenheten) gäller att 1 u motsvarar 931,5 MeV. det finns på formelbladet"!

ENERGI och ARBETE

Energi är ju centralt i fysiken, och det är ju också ett nyckelbegrepp i er bransch.
Vi brukar prata om sju olika energiformer. Det kan vara idé att veta vilka de är!
Sedan är det ju så, att energi intge kan "förstöras" men däremot omvandlas mellan de olika formerna.
Arbete i fysiken kan vara ett lite lurigt begrepp. Vi sysslar egentligen bara med s.k. fysikaliskt arbete, och då gäller:
Arbetet = kraften i rörelseriktningen x förflyttningen.
Exempel:
Lyfter du en väska som väger 25 kg 1,5 m rakt upp utför du arbetet 245,5 x 1,5 newtonmeter = 368,25 newtonmeter (245,5 är kraften du lyfter med (25 x 9,82)). Lämpligt svar är att arbetet blir 370 Nm.
När du lyft upp väskan har den alltså lägesenergin 368,25 joule, om lägeseneergin från början var noll. Skulle du sedan tappa väskan, omvandlas lägesenergin till rörelseenergi under fallet. Du kan alltså räkna ut med vilken fart väskan når marken.
Ett exempel till:
För att beräkna med vilken fart en skiftnyckel når marken om den faller från Eiffeltornets topp behöver du inte veta vad den väger. Låt massan vara m kg och sätt lägesenergin lika med rörelseenergin, och du kan dividera bort m.

I de flesta sådana här problem bortser vi som du märkt från luftmotståndet.

Densitet, massa och volym

En "standarduppgift" brukar vara att räkna ut vad en viss "sak" av ett visst material väger eller något sådant. Då är det massan = densiteten x volymen som gäller.
Densiteten för olika material ges på provet. Vad ni måste kunna är att räkna ut volymen för vanligas kroppar (kub, rätblock, klot och cylinder är väl de vanligast förekommande!).
Tänk på att använda enheter som "passar ihop". Volymen av en 2,87 m lång och 12 cm bred kopparplåt med tjocklekeen 5,0 mm kan du exempelvis räkna ut i kubikcentimeter (287 x 12 x 0,5 kubikcentimeter = 1722 kubikcentimeter. Densiteten för koppar är 8,96 g/cm3. Du får då direkt att plåten väger 8,96 x 1722 gram = 15429,12 gram, vilket du i svaret lämpligen anger som 15 kg ("två siffrors noggrannhet").
En annan variant är att räkna ut hur lång en ståltråd med diametern 0,5 mm är, om den väger 2,67 kg!

Välkomna till bloggen!

Fysikkursen för gruppen KYI06 går mot sitt slut.
Tentamen på hela kursen är som ni vet den 4 juli 2007. Det brukar vara lite segt att fräscha upp alla gamla kunskaper "kvällen innan", så jag tänkte använda min blogg för att försöka ge er lite "träningstips" i stort sett dagligen.
Till att börja med: Se till att ni kan hantera olika enheter!
På formelbladet finns en tabell där ni hanterar de vanligaste tryckenheterna. Det är viktigt att ni kan omvandla mellan dem. Alla i er bransch kör ju tyvärr inte med SI-enheter rakt av ;-( Där finns också några vanliga energi- och effektenheter. Observera särskilt att 1 joule och 1 newtonmeter och 1 wattsekund är olika namn på samma sak!

Några enheter som inte tas upp i formelbladet är km/h och m/s och exempelvis g/cm3 och kg/m3. Ni måste alltså kunna (eller fundera ut) att 1 m/s = 3,6 km/h och 1 g/cm3 = 1000 kg/m3. Och tänk gärna en gång extra innan ni skriver ner svaret. Om t.ex. en liten kubikcentimeter väger 8 gram är det ju rimligt att en hel kubikmeter av samma ämne väger rätt mycket, närmare bestämt 8000 kg. Tyvärr är det alltför vanligt med helt orealistiska svar!

Sedan gäller det ju att räkna rätt också! Jag har märkt att många räknar onödigt krångligt med 10-potenser på räknarna. Använd EXP eller EE-tangenterna för 10-potenser. Då riskerar ni inte att räknaren missuppfattar beräkningen!

Ja, kanske kommer det nya träningstips i morgon!