Valintakoe 2016/FYSIIKKA Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa. Boltzmannin vakio 1.3805 x 10-23 J/K Yleinen kaasuvakio 8.315 JK/mol Pituuden lämpölaajenemiskerroin, kulta, 14 x 10-6 1/ C Avokadron luku 6.02 x 10 23 #/mol
K1. Onko väittämä oikein vai väärin. Oikeasta väittämästä saa 0,5 pistettä. Vastaamatta jättämisestä tai väärästä vastauksesta ei vähennetä pisteitä. (yhteensä 10 p) nro Väite Kyllä Ei 1 Lämpö siirtyy spontaanisti aina kuumasta kylmään. X 2 Valtaosa tuulivoiman energiasta on pohjimmiltaan peräisin Auringosta. X 3 Vedellä on suurin tiheys kun lämpötila on 0 C. X 4 Kappaleeseen vaikuttava voima on massan ja kiihtyvyyden tulo. X 5 Gammasäteily on peräisin atomin elektronikuorilta. X 6 Mustan kappaleen lähettämän säteilyn kokonaisintensiteetti on X suurempi kuin maanpinnan (10 C). 7 Maapallolla vallitseva ilmanpaine johtuu yllä olevan ilman painosta. X 8 Liikemäärän siirtyminen havaitaan viskositeettina. X 9 Sähköä kannattaa siirtää pienellä jännitteellä jotta häviöt ovat pienet. X 10 Tyynessä ilmassa puun oksalla istuvaan lintuun ei kohdistu voimia. X 11 Energia voi muuttua eri muodosta toiseen, mutta sitä ei synny eikä X häviä. 12 Yläilmakehän otsonikerros suojaa haitalliselta IR-säteilyltä. X 13 Luonnossa kokonaisentropia kasvaa ajan kuluessa. X 15 Radioaktiivinen hajoaminen nopeutuu hajoavien ydinten vähetessä. X 16 Voima tekee työn vain jos se on samansuuntainen liikkeen kanssa. X 17 Kolmoispisteessä vedellä on 3-kantainen kiderakenne. X 18 Kupera linssi keskittää valoa X 19 Aineen olomuodon muutos (sulaminen-jäätyminen) on irreversiibeli X prosessi. 20 Kylmä ilma kohoaa spontaanisti ylöspäin. X
K2. Perustele seuraavat väittämät tai selitä ilmiöt/termit (2p/kohta, yhteensä 10 p) a) Miksi valo etenee ulkoavaruudessa, mutta ääni ei? Ääni on mekaanista aaltoliikettä -> tarvitsee väliaineen Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä -> ei tarvitse väliainetta b) Sähkömagneettisen säteilyn synty. Levossa oleva varaus synnyttää ympärilleen sähkökentän. Tasaisessa liikkeessä oleva varaus synnyttää lisäksi magneettikentän. Kiihtyvässä liikkeessä oleva varaus lähettää ympärilleen sähkömagneettista säteilyä. Säteilyä ei synny varauksen liikesuunnassa. c) Kostea ilma on kevyempää kuin kuiva ilma. Kuiva ilma N 2 (78%), O 2 (21%), Ar (1%), M = 28.96 g/mol Vesihöyry H 2O,M = 18.02 g/mol Kaasun tiheys = m/v = (pm)/(rt) Kuiva kaasu: p = 101325 Pa, M = 28.96 g/mol, R = 8,31446 J/K mol, T = 20 C = (20+273) K = 293 K. (J = Pa m 3 ), Tiheys i = 1205 g/m 3 = 1.205 kg/m 3. Vastaavasti vesihöyryn tiheys (M = 18.02 g/mol) v = 0.750 kg/m 3 (eli pienempi)
d) Suhteellinen kosteus. Prosenttiluku, joka ilmaisee, kuinka paljon ilmassa on vesihöyryä siihen nähden, mitä kyseisessä lämpötilassa voi olla enimmillään vesihöyryä. e) Mistä huoneilman radon on peräisin? Kallioperässä on radioaktiivista uraania (ja thoriumia). Hajoamisketjun eräs välivaihe on radon, joka on normaalioloissa kaasua. Radon kulkeutuu maaperän läpi asuintaloihin erityisesti lämmityskaudella (alipaine taloissa). Porakaivoveden radon vapautuu ilmaan esimerkiksi suihkussa. Lisätietoa: Kaasuna radon kulkeutuu helposti keuhkoihin, jossa se radioaktiivisena aineena hajoaa altistaen keuhkoja säteilylle. Radonin riittävän pitkä puoliintumisaika mahdollistaa, että se ehtii kulkeutua kallioperästä asuntoihin. Toisaalta radonin puoliintumisaika on sopivan lyhyt, että se ehtii hajota asunnossa, ennen kuin tuulettuisi pois. Pitkäaikainen asuminen suuressa radonpitoisuudessa lisää riskiä sairastua keuhkosyöpään. Suomessa noin 300 henkeä saa vuosittain keuhkosyövän radonista.
K3. a) Happikaasuerän alkutilassa paine on 1,12 bar, tilavuus 1,34 m 3 ja lämpötila 22 C. Kaasu saatetaan isobaarisesti (p1 = p2) 0.952 m 3 tilavuuteen. Määritä kaasun a) loppulämpötila (5 p), ja b) kaasun tilavuuden muuttamiseksi tehty työ (5 p). a) Kaasujen yleisestä tilanyhtälöstä T2 = V2T1/V1 = 0,952x295K/1,34 =209,6 K b) W= pdv = 1,12*10^5 N/m2 x (1,34-0,952)m3 =43,5kJ