Indholdsfortegnelse
1. Opgave 1: Sol-opdriftstårn
○ a) Vurdering af massen af luften i det solopvarmede område
○ b) Vurdering af nyttevirkningen ved omdannelsen af strålingsenergi fra Solen til termisk energi i luften i det solopvarmede område ved temperaturstigning på 13 °C
2. Opgave 2: Lungeundersøgelse
○ a) Opskrivning af reaktionsskemaet for henfaldet af 133Xe
○ b) Bestemmelse af massen af den resterende mængde 133Xe i kilden 10 dage efter produktionen
3. Opgave 3: Zenerdiode
○ a) Bestemmelse af effekten afsat i zenerdioden ved strømstyrken 35 mA
○ b) Bestemmelse af den mindste værdi af resistansen R for at sikre, at strømstyrken gennem zenerdioden er mindre end 40 mA
4. Opgave 4: Vandret faldskærm
○ a) Vurdering af elastikkens fjederkonstant
○ b) Beregning af elastikkens længde ved tiden t = 1,5 s
○ c) Bestemmelse af den samlede kraft i vandret retning på faldskærmen ved tiden t = 1,5 s og vurdering af faldskærmens formfaktor
5. Opgave 5: B mesoner
○ a) Opskrivning af kvarksammensætningen af de indgående mesoner
○ b) Beregning af bevægelsesmængden af de dannede ϒ(4S) mesoner
○ c) Vurdering af hvor langt en B meson vil bevæge sig i detektoren, inden den henfalder
6. Opgave 6: Laserkøling
○ a) Bestemmelse af rubidiumatomernes fart inden kølingen
○ b) Vurdering af antallet af fotoner der skal ramme et rubidiumatom for at det bremses helt op
7. Opgave 7: Fliselægning med sugekop
○ a) Tildeling af passende værdier til relevante fysiske størrelser og vurdering af, hvor stor masse flisen kan have, hvis sugekoppen skal kunne løfte den, herunder relevante antagelser
Optimer dit sprog - Læs vores guide og scor topkarakter
Uddrag
a) Vurdering af massen af luften i det solopvarmede område
For at vurdere massen af luften i det solopvarmede område skal vi tage højde for de nødvendige fysiske størrelser og forudsætninger.
Lad os antage, at vi har et sol-opdriftstårn med en basisareal AAA og en højde hhh, hvor luften opvarmes af solens stråling.
Antag, at arealet af det solopvarmede område er A=4,7×104A = 4,7 \times 10^4A=4,7×104 m².
Vi skal finde massen af den luft, der befinder sig i dette område. Vi vil antage, at luften er ensartet og opfører sig som en ideel gas.
Densiteten af luft (ρ\rhoρ) ved standardbetingelser er cirka 1,2251,2251,225 kg/m³, men densiteten kan variere med højden.
For enkelhedens skyld vil vi antage en konstant densitet i dette tilfælde.
Hvis højden af det solopvarmede område er hhh, kan vi beregne volumenet af luften som V=A×hV = A \times hV=A×h. Massen mmm af luften kan findes ved at multiplicere volumenet med densiteten:
m=ρ×V=ρ×(A×h)m = \rho \times V = \rho \times (A \times h)m=ρ×V=ρ×(A×h)
For at kunne afslutte beregningen kræver vi værdien af højden hhh. Hvis vi antager en eksempelværdi for højden, f.eks. h=500h = 500h=500 meter, kan vi beregne massen:
V=4,7×104 m2×500 m=2,35×107 m3V = 4,7 \times 10^4 \, \text{m}^2 \times 500 \, \text{m} = 2,35 \times 10^7 \, \text{m}^3V=4,7×104m2×500m=2,35×107m3
m=1,225 kg/m3×2,35×107 m3=2,88×107 kgm = 1,225 \, \text{kg/m}^3 \times 2,35 \times 10^7 \, \text{m}^3 = 2,88 \times 10^7 \, \text{kg}m=1,225kg/m3×2,35×107m3=2,88×107kg
Så massen af luften i det solopvarmede område er cirka 2,88×1072,88 \times 10^72,88×107 kg. Denne værdi er en grov vurdering, og præcise beregninger kræver præcise målinger af højden og densiteten af luften.
b) Vurdering af nyttevirkningen ved omdannelsen af strålingsenergi fra Solen til termisk energi i luften i det solopvarmede område ved temperaturstigning på 13 °C
Nyttevirkningen af omdannelsen af strålingsenergi til termisk energi kan vurderes ved at beregne den mængde energi, der tilføres luften og derefter finde, hvor effektivt denne energi bruges til at opvarme luften.
Strålingsenergi, som tilføres området, kan beregnes ved at bruge solens intensitet (III) og det samlede areal (AAA).
Lad os antage, at solens intensitet er 300 W/m2300 \, \text{W/m}^2300W/m2. Den samlede effekt PPP, som tilføres området, er:
P=I×A=300 W/m2×4,7×104 m2=1,41×107 WP = I \times A = 300 \, \text{W/m}^2 \times 4,7 \times 10^4 \, \text{m}^2 = 1,41 \times 10^7 \, \text{W}P=I×A=300W/m2×4,7×104m2=1,41×107W
Dette er den mængde energi pr. sekund, som tilføres området. For at bestemme den totale energi (ΔE\Delta EΔE) over en given tid, skal vi gange effekten med tiden. Antag, at vi ser på en time (3600 sekunder):
ΔE=P×Δt=1,41×107 W×3600 s=5,076×1010 J\Delta E = P \times \Delta t = 1,41 \times 10^7 \, \text{W} \times 3600 \, \text{s} = 5,076 \times 10^{10} \, \text{J}ΔE=P×Δt=1,41×107W×3600s=5,076×1010J
Denne energi bruges til at opvarme luften. Hvis temperaturstigningen er ΔT=13 °C\Delta T = 13 \, \text{°C}ΔT=13°C, kan vi finde den nyttige energi ved at bruge den specifikke varmekapacitet (ccc) for luft.
Den specifikke varmekapacitet (ccc) af luft er cirka 1000 J/(kg\cdotp°C)1000 \, \text{J/(kg•°C)}1000J/(kg\cdotp°C).
Skriv et svar