FYSIIKAN PRELIMINÄÄRIKOE 2012

Transkriptio

1 FYSIIKAN PRELIMINÄÄRIKOE 01 Enintään 8 tehtävään saa vastata. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6, paitsi uita vaativaat, +:lla erkityt jokeritehtävät, jotka arvostellaan pistein 0-9. Moniosaisissa, esierkiksi a-, b- ja c-kohdan sisältävissä tehtävissä voidaan erikseen iloittaa eri alakohtien eniäispisteäärät. 1. Selitä lyhyesti, iten seuraavat taivaalla näkyvät iliöt syntyvät. a) sateenkaari b) tähdenlento c) revontulet.. Viereisessä kuvassa on esitetty erään kappaleen paikka ajan funktiona. Positiivinen suunta on eteenpäin. Minkä pisteen tai pisteiden kohdalla a) kappaleen vauhti on suurin b) kappale liikkuu taaksepäin c) kappaleen vauhti kasvaa d) kappaleen vauhti pienenee e) kappaleen liikesuunta uuttuu f) kappale pysyy levossa? Älä anna vastauksiksi välejä, vaan yksi tai useapi kirjaiista A F, ja perustele vastauksesi lyhyesti. 3. Kun saunan läpötila on 100 C, keskikokoisen iehen kehoon siirtyy ypäristöstä läpöä teholla W. Aineenvaihdunnan vuoksi läpöenergiaa vapautuu eliistöön teholla 83 W. a) Kerro, iten läpö siirtyy ypäristöstä saunojan kehoon. (p) b) Kuinka paljon vettä iholta pitää haihtua inuutissa, jos kaikki tää läpö saadaan siirretyksi pois eliistöstä haihtuisen avulla? Oletetaan, että iholta haihtuvan veden läpötila on 39 C, jolloin veden oinaishöyrystyisläpö on 410 kj/kg. (4p)

2 4. Seuraavissa neljässä kuvassa on kahden eri linssin ja kahden eri peilin kautta näkyvät näkyät. Kopioi alla olevat taulukot vastauspaperiisi ja valitse niistä sopivat vaihtoehdot. A. B. C. D. a) linssin tai peilin uoto b) linssin tai peilin uodostaan kuvan laji c) kohteen etäisyys polttoväliin verrattuna kovera kupera ei voi sanoa valekuva todellinen ei voi sanoa lähepänä etääpänä ei voi sanoa A A A B B B C C C D D D 5. Leila laskee alas hyvin liukasta pulkkaäkeä, jonka kaltevuuskula on 18. Kun hän on levosta lähdettyään laskenut 5,5, puun oksassa atalalla äen yläpuolella roikkuva Tauno pudottautuu kyytiin. Leilan ja pulkan yhteenlaskettu assa on 3,5 kg ja Taunon assa on 1,5 kg. Mikä on pulkan nopeus a) juuri ennen kun Tauno hyppää kyytiin b) heti sen jälkeen kun Tauno on hypännyt kyytiin?

3 6. Pöydällä olevaa laudanpätkää aletaan nostaa laudan päähän kiinnitetystä narusta niin, että nostava naru on koko ajan kohtisuorassa lautaan nähden. Laudan alapää alkaa liukua, kun lauta on 1 kulassa. Mikä on laudan ja pöydän välinen lepokitkakerroin? 7. Kaksi erilaista hehkulappua kytketään rinnan 7,40 V:n pariston kanssa, jolloin sähkövirrat lapuissa ovat 7 A (lappu A) ja 115 A (lappu B). Sen jälkeen laput kytketään sarjaan saan pariston kanssa. Pariston sisäistä resistanssia voidaan pitää erkityksettöän pienenä. a) Laske lappujen resistanssit. (1p) b) Laske lappujen tehot rinnankytkennässä. (1p) c) Mikä on sähkövirta paristossa sarjaankytkennässä? (1p) d) Laske lappujen tehot sarjaankytkennässä. (1p) e) Kerro ikä on lappujen (A rinnan, B rinnan, A sarjassa, B sarjassa) kirkkausjärjestys. Perustele vastauksesi. (p) 8. a) Kerro, ikä on Lentzin laki. (1p) b) Kultasorus on ripustettu kuvan osoittaalla tavalla. Selitä iksi sorus heilahtaa, kun sen sisään työnnetään voiakas kestoagneetti. (p) c) Magneetti vedetään pois soruksen sisältä nopeain kuin se vietiin sen sisään. Miten sorus nyt heilahtaa b)-kohdan tilanteeseen verrattuna? (3p) Perustele vastauksesi. 9. Eräässä ydinvoialan 35 U-fissioreaktiossa terinen neutroni saa aikaan fission, jossa syntyy jodin isotooppia 131 I ja vapautuu kole neutronia. a) Kirjoita tään fissioreaktion reaktioyhtälö. b) Laske tässä reaktiossa vapautuva energia. c) Kuinka onta tällaista reaktiota tarvittaisiin tuottaaan 1,0 kwh sähköenergiaa, jos fissiovoialaitoksen hyötysuhde on 36 %? Muutaien keskiraskaiden isotooppien atoiassoja (u) Rb Sr Y Zr Nb 99 98, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Lääkkeellinen happi on säiliössä, jossa se korkeassa paineessa nesteäisenä. Eräässä happihoidossa hengitysilaan lisätään pullosta happea niin, että lisähapen osuus hengitysilassa on 17 %. Kuinka pitkäksi aikaa happipullossa oleva 1,5 litraa nesteäistä happea riittää noraalipaineessa ja läpötilassa 0,0 C, jos hengityksen inuuttitilavuus on 6,5 l/in? Nesteäisen hapen tiheys on 1,141 g/c 3.

4 10. Heittoliikettä deonstroitiin kallistetulla pöydällä siten, että ärälle saippuapalalle annettiin kädellä alkunopeus. Pöydän jalkojen välinen etäisyys oli leveyssuunnassa 85 c, ja pöytä oli kallistettu niin, että pöydän toisen pitkän sivun jalkojen alle oli asetettu 1 c:n korotuspalikat. Pöydällä liukuvan saippuapalan paikka kuvattiin kaeralla 0,10 s välein, jolloin saatiin alla oleva kuva. Kuvassa olevat itat ovat etrejä. Määritä kuvan avulla saippuapalan alkunopeus eli nopeus kuvan origossa. Määritä sekä alkunopeuden suuruus että suunta. 1.+ Wilhel Conrad Röntgen löysi uuden säteilylajin Röntgenin X-säteiksi nieäää säteilyä käytettiin jo noin kuukausi löytyisen jälkeen luunurtuien kuvaaiseen. a) Kerro, itä säteilyä röntgensäteily on. (1p) b) Kerro, iten röntgensäteilyä saadaan aikaan. (1p) c) Hahottele röntgensäteilyn tyypillinen spektri ja selitä sen uoto. (p) d) Miksi röntgensäteilyllä saadaan röntgenkuvia elävän ihisen luustosta? (p) e) Miksi 5 kv:n jännitteellä synnytetyllä röntgensäteilyllä voidaan tutkia aineen kiderakennetta? (3p) 13.+ Sähkövirta voi aiheuttaa ihisen eliistössä hyvin vakavia vaurioita. a) Miksi sähkövirta voi vaurioittaa ihisen eliistöä? (1p) b) Sähkölaitteissa varoitetaan usein korkeasta jännitteestä. Miksi varoituksessa ei lue Varokaa suurta virtaa! (p) c) Puhdas vesi on suhteellisen hyvä eriste. Miksi sähkölaitteiden käyttäinen kosteissa tiloissa on kuitenkin vaarallista? (1p) Ihistä voidaan karkeasti kuvata vastussysteeinä, jossa on kytketty yhteen viisi vastusta kuvan osoittaalla tavalla. Resistanssin suuruus riippuu jonkin verran sähkövirran suuruudesta, ja vaihtelee eri ihisillä. Eliistön resistanssi sekä kahden käden välillä että yhden käden ja yhden jalan välillä on likiain saa, ja sille käytetään tässä tehtävässä arvoa,0 kω. Sen lisäksi läpienokohdissa iholla on resistanssi, joka riippuu hyvin paljon ihon kosteudesta. Tässä tehtävässä käytetään ihon resistanssille arvoa 5,0 kω riippuatta kosketusalueen suuruudesta. Oletetaan lisäksi, että ihisen eliistön reaktanssi on erkityksetön. Verkkojännitteen tehollinen arvo on 30 V. d) Henkilön toinen jalka on paljas ja aadoitettu, kun hän ottaa kiinni verkkojännitteellisestä johtiesta. Minkä on syntyvän sähkövirran tehollinen arvo? (1p) e) Kuinka onta prosenttia ja ihin suuntaan sähkövirta uuttuisi, jos edellisen lisäksi henkilön toinen käsi olisi aadoitettu? (4p)

5 FYSIIKAN PRELIMINÄÄRIKOE 01 RATKAISUT 1. a) Sateenkaari syntyy, kun auringonvalo taittuu ennessään ilasta vesipisaraan, ja heijastuisen jälkeen palaa takaisin ilaan. Moleissa rajapinnoissa valo taittuu kulkusuuntaansa nähden saaan suuntaan. Veden taitekerroin riippuu valon aallonpituudesta niin, että lyhytaaltoiselle valolle taitekerroin on suurepi kuin pitkäaaltoiselle valolle. Silään eri värit tulevat siten eri pisaroista ja siksi eri suunnista. Eri aallonpituiset valoaallot havaitaan erivärisinä. b) Tähdenlento syntyy, kun ilakehään tulee pieni kivi. Tällaiset kivet liikkuvat nopeudella, joka on useita kiloetrejä tunnissa, joten ilakehään saapuessa niihin kohdistuu hyvin suuri ilanvastus. Ilanvastuksen vuoksi kiven liike-energia uuttuu läpöenergiaksi, ja kiven läpötila nousee. Kun kiven pinnan läpötila on riittävän korkea, se alkaa hehkua ja aata kohti syöksyvä kivi nähdään valojuovana. c) Revontulet syntyvät, kun Maan agneettikenttä ohjaa Auringosta tulevia varauksellisia hiukkasia Maan ilakehään. Magneettikentän uodosta johtuen varaukselliset hiukkaset pääsevät ilakehään vain napoja kiertävillä vyöhykkeillä. Kun varaukselliset hiukkaset töräävät ilan olekyyleihin, ne luovuttavat energiaansa olekyyleille ja olekyylit virittyvät. Kun viritystilat purkautuvat, olekyylit lähettävät näkyvää valoa tietyillä aallonpituuksilla.. a) D, sillä siinä paikan kuvaaja on jyrkin, ja paikan arvo uuttuu nopeiin. b) C, D ja E, sillä näissä kohdissa paikan kuvaaja on laskeva, ja paikan arvo pienenee. c) C, sillä siinä paikan kuvaaja uuttuu jyrkeäksi. d) A ja E, sillä niissä kohdissa kuvaaja uuttuu loiveaksi. e) B, sillä sitä ennen paikan arvo kasvaa ja sen jälkeen pienenee. f) F, sillä siinä paikan arvo pysyy uuttuattoana. 3. a) Saunojan kehoon siirtyy läpöä johtualla, kuljettualla ja säteilyn välityksellä. Saunan ila on korkeaassa läpötilassa kuin saunojan iho, jolloin ilasta johtuu läpöä ihoon. Saunan kuua ila kiertää saunassa, joten ihon lähellä jäähtyneen ilan tilalle kulkeutuu jatkuvasti kuuepaa ilaa. Saunan seinät ja uut rakenteet ovat korkeaassa läpötilassa kuin saunojan iho, joten ne lähettävät läpösäteilyä, joka absorboituu saunojan ihoon.

6 b) P s = 1830 W (saunan läityksen teho) P = 83 W (aineenvaihdunnan teho) a kj r = 410 (veden oinaishöyrystyisläpö) kg Sekä säteily että aineenvaihdunta lisäävät kehon läpöenergiaa, ja niiden yhteisteho on Pkok = Ps + Pa. Veden haihtuessa vesihöyryyn sitoutuu läpöäärä Q= r. Jotta kaikki tää läpö saadaan siirrettyä pois haihduttaalla iholta vettä, haihdutustehon on oltava Q r P = Pkok t = t =. Kun tästä ratkaistaan haihtuisnopeus, saadaan Pkok Ps + Pa 1830 W + 83 W kg kg g = = = = 0, = 0, t r r 3 J s in in kg 4. a) linssin tai peilin uoto b) linssin tai peilin uodostaan kuvan laji c) kohteen etäisyys polttoväliin verrattuna kovera kupera ei voi sanoa valekuva todellinen ei voi sanoa lähepänä etääpänä ei voi sanoa A x A x A (x) x B x B x B x C x C x C x D x D x D x 5. α = 18 (äen kaltevuuskula) s = 5,5 (alkuliu un pituus) = 3,5 kg (Leilan ja pulkan yhteisassa) L = 1,5 kg (Taunon assa) T a) Koska pulkkaäki on hyvin liukas, vastusvoiat ovat erkityksettöiä, ja voidaan alkuliu un aikana käyttää ekaanisen energian säilyislakia. Eka + Epa = Ekl + Epl Valitaan alkuliu un loppukohta potentiaalienergian nollakohdaksi, jolloin E pl = 0. Leila lähtee levosta, joten E ka = 0. Siten Epa = Ekl 1 gh = v, jossa alkuliu un korkeusero h on h= ssinα.

7 Siten ekaanisen energian säilyislain yhtälö voidaan kirjoittaa 1 gs sinα = v. Siitä voidaan ratkaista Leilan nopeus juuri ennen töräystä. v= gssinα = 9,81 5,5 sin18 = 5,7746 5,8. s s s b) Taunon osuessa pulkkaan liikeäärä säilyy. pl, ennen + pt, ennen = pl, jälkeen + pt, jälkeen Matalalta pudottautuvan Taunon nopeus on töräyksen aikana likiain nolla, joten Taunon liikeäärää ennen töräystä on likiain nolla, p T, ennen = 0. Töräyksen jälkeen lapset liikkuvat saalla nopeudella. Kun tätä pulkan nopeutta erkitään tunnuksella u, liikeäärän säilyisyhtälö saa uodon v L = u L + u T. Tästä voidaan ratkaista pulkan nopeus töräyksen jälkeen 3,5 kg 5,7746 v L s u = = = 3, ,5. + 3,5 kg + 1,5 kg s s L T 6. θ = 1 (laudan ja pöydän välinen kula) Piirretään laudan voiakuvio: Tarkastellaan tilannetta juuri ennen kuin laudan alapää lähtee liukuaan. Silloin kitkavoia on saavuttanut lepokitkan suurian arvon Fμ = Fμ0 = μ0n ja lauta on tasapainossa. Voiaehto, F = 0 : x: F = μ Fx y : N + Fy = G, jossa narun tukivoian koponentit ovat Fx = Fsinθ Fy = Fcosθ Moenttiehto, M = 0, lankun alapään kautta kulkevan akselin suhteen: l Fl = G cosθ G cosθ Narun tukivoialle saadaan oenttiehdosta lauseke: F =. Kun tää sijoitetaan tukivoian koponenttien lausekkeisiin, saadaan G cosθ G cosθ sinθ G cosθ sinθ G sin θ Fx = sinθ = = = 4 4 Gcosθ Gcos θ Fy cosθ = =

8 Edelleen voiaehdoista saadaan G sin θ Fμ = Fx = 4 G cos θ cos θ N = G Fy = G = G 1 Lepokitkakerroin on siten G sin θ sin θ Fμ0 Fμ μ = = = = N N cos θ cos θ G 1 1 sinθ sin 1 = = = 0, 964 0,30. 4 cos θ 1 cos1 ( ) 7. U = 7,40 V (pariston napajännite) I 1 = 7 A (lapun A sähkövirta rinnankytkennässä) I = 115 A (lapun B sähkövirta rinnankytkennässä) U a) Resistanssi on R =, joten lappujen resistanssit voidaan laskea I tehtävässä annettujen tietojen avulla, sillä rinnankytkennässä jännitehäviö on oleissa lapuissa saa U 7,40 V RA = = = 7,0588 Ω 7, Ω, I1 0,7 A U 7,40 V RB = = = 64,34783 Ω 64,3 Ω. I 0,115 A b) Koponentin teho on P= UI, joten lappujen tehot rinnankytkennässä ovat PArinn, = UI1 = 7,40 V 0,7 A =,018 W,01 W, PBrinn, = UI = 7, 40 V 0,115 A = 0,851 W. c) Sarjaankytkennässä oleissa lapuissa on saa sähkövirta. Jännitehäviö vastuskytkennässä on U = R I joten sähkövirta on U I =. Kun laput on kytketty sarjaan, niin kokonaisresistanssi on R kok Rkok = RA + RB. Siten sähkövirta on U 7,40 V I = 0,08087 A 80,8 A R + R = 7, 0588 Ω+ 64,34783 Ω =. A B d) Sarjaankytkennässä lappujen tehot ovat P ( ) Asarj, = RAI = 7, 0588 Ω 0,08087 A = 0, W 0,178 W, P kok ( ) Bsarj, RBI 64, ,08087 A 0,40383 W 0,40 W = = Ω =.

9 e) Lappu on sitä kirkkaapi itä suurealla teholla se uuttavat sähköenergiaa läöksi ja valoksi. Lappujen kirkkausjärjestys hieiästä kirkkaipaan on siten: A sarjassa - B sarjassa - B rinnan - A rinnan. 8. a) Lenzin lain ukaan induktioiliön suunta on aina sellainen, että sen seuraukset vastustavat uutosta joka aiheuttaa induktion. b) Kun kultasoruksen sisään työnnetään kestoagneetti, sen agneettikentän agneettivuo soruksen läpi uuttuu. Silloin sorukseen indusoituu lähdejännite, joka saa aikaan sähkövirran sorukseen. Sähkövirran aiheuttaa agneettikenttä on Lentzin lain ukaan sauvaagneetin agneettikentän suunnalle vastakkaissuuntainen, joten sorus pakenee sauvaagneettia. c) Kun agneetti vedetään pois, sorus heilahtaa sauvaagneetin liikkeen suuntaan. Sauvaagneetin kentän vuon pieneneinen indusoi sorukseen sähkövirran, jonka agneettikenttä on sauvaagneetin kentän suuntainen. Induktiolain ukaan indusoitunut lähdejännite on sitä suurepi itä nopeain agneettivuo uuttuu. Sorukseen indusoituu siksi suurepi virta kuin b)-kohdan tilanteessa, ja soruksen agneettikenttä on tässä tapauksessa voiakkaapi. Sorus heilahtaa sen vuoksi eneän kuin b)- kohdan tilanteessa. 9. a) U+ n I + Y + 3 n b) Fission assakato on Δ = 35, u + 1, u 130, u 101, u 3 1, u = 0,18691 u, joten reaktiossa vapautuu energia MeV Q=Δ c = 0,18691 u 931, 4943 = 174,11585 MeV 174 MeV. u E c) Ydinvoialan hyötysuhde on η =, jossa N on energian E tuottaiseksi tarvittavien NQ fissioiden äärä ja η voialan hyötysuhde. Ydinvoiala tuottaa siten energian E = ηnq, ja tarvittavien ydinreaktioiden äärä on E 1 kwh N = = ηq 0,36 174,11585 MeV 6 3, 6 10 J = ,36 1, , J = 3, ,6 10 (kpl)

10 10. Alkunopeus voidaan laskea, kun tunnetaan alkunopeuden vaaka- ja pystykoponentit. Vaakasuunnassa saippuapalan nopeus on vakio. Kuvasta nähdään, että saippuapala etenee ajassa 1,7 s vaakasuunnassa atkan 1,3. Siten x 1, 3 v0x = v0 = = = 0, t 1, 7 s s Kun saippuapala on ratansa yliässä kohdassa, pystysuuntainen nopeus on nolla. Kuvan ukaan saippuapala on yliässä kohdassa hiukan ennen hetkeä 0,9 s. Arvioidaan täksi ajanhetkeksi t y = 0,88 s. Tällä hetkellä vy = v0 y aty = 0. Saippuapalan kiihtyvyys on painovoian kiihtyvyyden koponentti pöydän pinnan suunnassa, joka on h a= gy = gsinθ = g. l Alkunopeuden pystykoponentti on 9,81 0,1 gh s v0 y = aty = ty = 0,88 s = 1, l 0,85 s Alkunopeuden suuruus on siten v0 = v0x + v0y = 0, , = 1, , 45 s s s s ja suuntakula ϕ0 saadaan yhtälöstä v 1, y tanϕ s 0 = = = 1,5696, joten ϕ 0 = 57, v 0x 0, s 11. Huoneenläpötilassa noraalipaineessa tään happiäärän tilavuus kaasuna saadaan ideaalikaasun tilanyhtälöstä pv = nrt, jossa hapen assa on = ρoneste, VOneste,, ja hapen aineäärä n =. M Happi on kaksiatoinen kaasu O, joten sen ooliassa on M = 3,0 g/ol. Happipullossa oleva nesteäisenä oleva happi on kaasuna noraalipaineessa ja 0,0 C:n läpötilassa nrt RT ρo, nestevo, nestert V = = = p Mp Mp kg J 1,141 1,5 l 8, ,15 K = = = g 3, Pa ol Lisähapen tarve on inuutissa l l q V = 0,17 6, 5 = 1,105, in in l ol K 3 1, ,545 l

11 V joka on pullosta otetun happikaasun tilavuusvirta eli qv =. t Pullosta riittää siten happea ajaksi V 186,545 l t = = = 1164,7556 in = 19,40459 h 19 h q l V 1,105 in (Huo. Tarkasti ottaen lasketun kaasun tilavuudesta pitäisi vähentää 1,5 litraa, joka jää kaasuna pulloon. Sen osuus on kuitenkin vain 0,11 %, joten ero ei näy vastauksessa.) 1.+ a) Röntgensäteily on lyhytaaltoista sähköagneettista säteilyä, joka sijoittuu sähköagneettisen säteilyn spektrissä gaasäteilyn ja ultraviolettisäteilyn väliin. Säteilyä voidaan kuvata sekä sähkö- ja agneettikentän aaltoina että valonnopeudella etenevien fotonien suihkuna. b) Röntgensäteilyä syntyy, kun elektronisuihku osuu etallikohtioon. Nopeasti jarruuntuvat elektronit luovuttavat silloin liike-energiansa lyhytaaltoisena sähköagneettisena säteilynä. Röntgensäteilyn tuottaiseen tarkoitetut röntgenputket ovat tyhjiöputkia, joissa elektronit kiihdytetään kilovolttien jännitteellä tyhjiöputkessa ennen niiden osuista etallikohtioon. Röntgensäteilyä syntyy yös kehäkiihdyttiissä, joita kutsutaan synkrotroneiksi. Ypyräradalla olevat elektronit ovat kiihtyvässä liikkeessä ja enettävät Maxwellin lakien ennustaalla tavalla energiaansa säteilyenergiaksi. Myös synkrotroneja käytetään röntgensäteilyn lähteinä. c) Röntgenspektri ilaisee röntgensäteilyn intensiteetin aallonpituuden funktiona. Spektrissä on jatkuva sileä tausta, joka on jarrutussäteilyn spektri. Spektrissä on lisäksi teräviä karakteristisen säteilyn piikkejä, joiden aallonpituudet riippuvat siitä, itä etallia röntgenputken kohtio on. Elektronit paitsi jarruuntuvat kohtioon osuessaan yös virittävät kohdeaineen atoeja. Karakteristinen säteily on kohdeaineen viritystilojen purkautuessa syntyvää säteilyä. Röntgenspektrillä on hyvin tarkka alaraja. Tään alarajan aallonpituus saadaan, kun ajatellaan elektronin luovuttavan koko energiansa yhtenä säteilykvanttina. Elektroni saa kiihdytyksessä energian E = QU. Syntyvän kvantin energia olisi silloin hc E = hfax = = QU e, λin josta voidaan ratkaista raja-aallonpituus hc λ in =. QU e d) Röntgensäteily vaienee aineessa saaan tapaan kuin gaasäteily noudattaen eksponentiaalista vaieneislakia. Kudoksen läpäisevän röntgensäteilyn intensiteetin lasku riippuu sekä kudostyypistä että kudoskerroksen paksuudesta. Röntgensäteilyn vaieneiskerroin luukudoksessa on suurepi kuin pehytkudoksessa, joten luun läpäisseen röntgensäteilyn intensiteetti on pienepi kuin saan paksuisen pehytkudoksen läpäisseen röntgensäteilyn intensiteetti. Kun kudosten läpi kulkeneen e

12 röntgensäteilyn avulla valotetaan fili, se valottuu vähiten niistä kohdista, joissa säteilyn intensiteetti on pienin. e) Kun elektroneja kiihdytetään 5 kv:n jännitteellä, röntgensäteilyn raja-aallonpituus on 34 6, Js hc λ s in = = 19 QU e 1, C 5000 V 11 = 4, ,05 p Sähköagneettisen aaltoliikkeen avulla voidaan kuvata kohteita, joiden koko on saaa tai suurepaa suuruusluokkaa kuin säteilyn aallonpituudella. Atoin halkaisija on suuruusluokkaa 0,1 n, joten ainitulla röntgensäteilyllä voidaan tutkia atoien uodostaia rakenteita. Atoit uodostavat kiteitä, joissa atoit ovat järjestyneet säännöllisiin uotoihin. Tällöin atoit uodostavat erisuunnissa kidetasoja. Kun kidettä valaistaan röntgensäteilyllä, peräkkäisistä kidetasoista siroavat aallot interferoivat uodostaen diffraktiokuvioita. Diffraktiokuvioiden aksiien suunnat riippuvat röntgensäteilyn aallonpituudesta ja kidetasojen välisistä etäisyyksistä. Eri suunnista kiteeseen suunnatut röntgensäteet uodostavat erilaisia diffraktiokuvioita. Niistä saatuja tietoja yhdisteleällä voidaan päätellä tutkittavan kiteen rakenne a) Sähkövirta voi vaurioittaa lähinnä kahdella tavalla: aiheuttaalla sisäisiä ja ulkoisia palovaoja sekä häiritseällä heroston toiintaa. Palovaoissa voi tuhoutua elintärkeää kudosta ja heroston toiintahäiriöt voivat aiheuttaa esierkiksi sydäen rytihäiriöitä tai sydänpysähdyksen. b) Sähkövirran lähteenä olevassa laitteessa on sähkövirta vain silloin, kun se on osana suljettua virtapiiriä. Silloin sähkövirran suuruus riippuu jännitteen lisäksi virtapiirin kokonaisresistanssista. Kun ihinen kytkeytyy jännitelähteeseen, sähkövirran I suuruus riippuu Ohin lain, U = RI, osoittaalla tavalla kahdesta seikasta: eliistön resistanssista R ja jännitelähteen jännitteestä U. Eliistön resistanssi riippuu jonkin verran siitä, ikä osa eliistöstä on virtapiirin osana, utta pääasiassa sähkövirran suuruuden äärää paljon suurealla välillä vaihteleva jännite. Eliistöön syntyvä sähkövirta on siis verrannollinen lähteen jännitteeseen, ja siksi jännitteen arvo ilaisee lähteen vaarallisuuden. c) Puhdas vesi johtaa sähköä huonosti, utta yleensä vesi ei ole puhdasta, vaan siihen on liuennut paljon ioneja. Ionit toiivat vedessä varauksenkuljettajina ahdollistaen sähkövirran liuoksessa. Ihisen iholla on yleensä sen verran suoloja, että hyvin puhtaastakin vedestä tulee nopeasti sähköä johtava liuos, kun iho joutuu veden kanssa tekeisiin. Jos sähkölaitteita käytetään kosteassa tilassa, voi ihinen tulla osaksi virtapiiriä tällaisen liuoksen kautta. d) Koska kuora on puhtaasti resistiivinen, tehollisille arvoille pätee Ohin laki, U = RkokI, issä R kok on sen osan kokonaisresistanssi, jonka on virtapiirin osana. Kun virtapiiri on kädestä toiseen jalkaan, kyseessä on kahden kosketuskohdan ja käsi-jalka-välin kokonaisresistanssi sarjaankytkentä on, ja kokonaisresistanssi on Rkok1 = Riho + Rkäsi-jalka + Riho = 5,0kΩ+,0kΩ= 1,0kΩ. Sähkövirta on silloin U 30 V I = 1 0, A 19, A 3 R = 1,0 10 Ω =. kok1

13 e) Merkitään kehon osien resistansseja seuraavasti: Rkk = käsien välinen resistanssi Rkj = käden ja jalan välinen resistanssi Rk = yhden käden resistanssi Rj = yhden jalan resistanssi Rv = vartalon resistanssi R = ihon resistanssi kosketuskohdassa i Annettujen tietojen perusteella R kk = R kj, joten Rk + Rv + Rj = Rk + Rk Rv + Rj = Rk. Vartalon ja jalan resistanssi sekä jalan ihon resistanssi on kytketty rinnan toisen käden resistanssin käden ihon resistanssin kanssa, ja tään kytkennän resistanssi on = + = Rrinn Rk + Ri Rv + Rj + Ri Rk + Ri Rk + Ri 1, 0 kω+ 5, 0 kω Rrinn = = = 3, 0 kω Kytkennän kokonaisresistanssi on silloin Rkok = Ri + Rk + Rrinn = 5,0kΩ+ 1,0kΩ+ 3,0kΩ= 9,0kΩ. Tässä kytkennässä syntyvä virta on U 30 V I = = = 0, A. Rkok 9000 Ω Tää sähkövirta on edellistä suurepi, ja prosentteina ero on I I1 0, A 0, A = 100 % = 33,3333 % 33 % I 0, A 1