Aineisto: FI – Fysiikka

2.A  Mittausaineisto: Veden virtaama koskessa

Jokainen alla oleva tiedosto sisältää samat tiedot. Tallenna tiedosto, käynnistä valitsemasi ohjelmisto ja avaa tallentamasi tiedosto ohjelmiston valikosta.

2A_fi.ods (LibreOffice Calc)

2A_fi.cmbl (Logger Pro)

2A_fi.ggb (GeoGebra)

2A_fi.vcp (Casio ClassPad Manager)

2A_fi.tns (TI-Nspire)

4.A  Kuva: Kolme virtapiiriä

7.A  Kuva: Positiivisesti varatun hiukkasen rata homogeenisessa sähkö- ja magneettikentässä

8.A  Teksti: Kilpirauhassyövän jodihoito

I-131:n hajoamiseen liittyviä tietoja

Beeta-hiukkasten keskimääräinen energia	180 keV
Beeta-hiukkasten kantama kudoksessa	1 mm
Gammafotonien energia	360 keV
Gammasäteilyn matkavaimennuskerroin kudoksessa	0,11 1/cm
I-131 fysikaalinen puoliintumisaika	8,02 d

Radionuklidin fysikaalinen puoliintumisaika T_{\rm fys} on aika, joka kuluu siihen, että puolet radionuklideista on hajonnut. Vastaavasti biologinen puoliintumisaika T_{\rm{bio}} on aika, jonka kuluessa alkuperäisestä ainemäärästä puolet on erittynyt pois potilaan kehosta. Biologinen puoliintumisaika kilpirauhaskudokseen sitoutuneelle jodille on hyvin pitkä, ja kilpirauhasesta I-131 väheneekin vain radioaktiivisen hajoamisen vaikutuksesta. Muualle kehoon leviävä jodi poistuu elimistöstä lähinnä virtsan kautta, ja sen biologinen puoliintumisaika on noin 24 h.

Koska kehon vapaan jodin pitoisuus pienenee sekä fysikaalisten että biologisten prosessien takia, saadaan pitoisuuden efektiivinen puoliintumisaika T_{\rm ef} laskettua lausekkeesta

\frac{1}{T_{\rm ef}}=\frac{1}{T_{\rm fys}}+\frac{1}{T_{\rm bio}}

Radiojodihoitoa saanut potilas voidaan yleensä kotiuttaa sairaalasta, kun potilaan I-131-aktiivisuus on pienentynyt arvoon 1 100 MBq.

9.A  Video: Juoksupyöränosturin toiminta

Huom.! Videossa ei ole ääntä.

9.B  Kuva: Juoksupyöränosturin rakenne

10.A  Teksti: Sukellustaulukkojen tärkeys turvallisessa sukeltamisessa

Sukelluksessa ihmiskehon sisäinen paine kasvaa lisääntyneen ulkoisen hydrostaattisen paineen takia. Korkeammassa paineessa hengitysilmassa oleva typpi liukenee paremmin elimistöön. Veressä kasvaa liuenneen typen määrä nopeasti ajan myötä. Lopullinen konsentraatio eli c=n/V, jossa n on ainemäärä ja V on veren tilavuus, on Henryn lain mukaan suoraan verrannollinen kaasun osapaineeseen. Tämä yhteys voidaan kirjoittaa kaavana muodossa c = H_sp_N₂, jossa p_N₂ on typen osapaine ja H_s on Henryn lain mukainen verrannollisuuskerroin.

Kun sukeltaja nousee pintaan ja paine laskee, liuennut typpi vapautuu taas kaasuna. Pahimmassa tapauksessa liian nopea nousu pitkäkestoisen sukelluksen jälkeen voi aiheuttaa sukeltajantaudin, jolloin kehon kudoksissa ja verisuonissa muodostuu typpikuplia. Jo muutaman millilitran kokoinen kupla verenkierrossa voi pahimmillaan olla kohtalokas.

Ammattisukeltajat pystyvät sukellustaulukon avulla laskemaan, kuinka pitkäksi ajaksi ja kuinka usein he voivat sukeltaa tiettyihin syvyyksiin. Niin kutsuttuja dekompressiopysähdyksiä käyttäen voidaan myös nousta pintaan turvallisesti, vaikka sukelluksen kesto ylittäisi syvyydestä riippuvan enimmäisajan (esitetty taulukossa 10.B). Pysähdyksien aikana sukeltaja jää tietyksi ajaksi tiettyyn syvyyteen, jolloin typpi vapautuu hitaammin ja poistuu hallitusti kehosta.

Sukellustaulukon avulla voidaan myös laskea, kuinka pitkäksi ajaksi sukeltaja pystyy palaamaan takaisin samaan syvyyteen, jos hän käy pinnalla pitämässä riittävän pitkän tauon sukelluskertojen välillä. Ensimmäisen sukelluksen ja uusintasukelluksen enimmäiskestojen ero pienenee eksponentiaalisesti tauon pituuden funktiona. Taulukossa 10.C on esitetty esimerkkitapaus taukojen ja uusintasukelluksen kestoista, kun ensimmäinen sukellus 24 metrin syvyyteen on kestänyt 35 minuutin enimmäisajan.

10.B  Taulukko: Enimmäissukellusaika eri syvyyksissä ilman dekompressiopysähdysten tarvetta

Syvyys (m)	Aika (min)
12	130
15	80
18	55
21	45
24	35
27	25
30	22
33	15
36	12
40	8

10.C  Taulukko: Uusintasukelluksen enimmäiskesto sukelluksien välisen tauon funktiona, kun ensimmäinen sukellus 24 metrin syvyyteen on kestänyt 35 minuutin enimmäisajan

Tauko (min)	Uusintasukellus (min)
67	7
102	12
144	17
201	22
290	27
480	31

11.A  Taulukko: Sähkövirta ja jännite ajan funktioina

Jokainen alla oleva tiedosto sisältää samat tiedot. Tallenna tiedosto, käynnistä valitsemasi ohjelmisto ja avaa tallentamasi tiedosto ohjelmiston valikosta.

11A_fi.ods (LibreOffice Calc)

11A_fi.cmbl (Logger Pro)

11A_fi.ggb (GeoGebra)

11A_fi.vcp (Casio ClassPad Manager)

11A_fi.tns (TI-Nspire)

11.B  Teksti: Peltier-elementti

Peltier-elementti on puolijohteisiin perustuva yksinkertainen laite, jossa sähkövirta siirtää lämpöä elementin osien välillä. Sähkövirran vaikutuksesta elementin toinen puoli jäähtyy ja toinen lämpenee. Ilmiön löysi Jean Charles Athanase Peltier vuonna 1834.

Siirtyvän lämmön määrä on verrannollinen sähkövirran suuruuteen ja aikaan, Q_P = P_PIt, missä P_P on elementin sähköisiä ominaisuuksia kuvaava Peltierin vakio, I on sähkövirta ja t aika. Tyypillinen P_P:n arvo on 5...10 W/A.

Lisäksi Peltier-elementti tuottaa toimiessaan itse hukkalämmön Q_h = RI²t, missä R on elementin vakiona pysyvä resistanssi. Resistanssi tyypillisessä kylmälaukun jäähdytyselementissä on suuruusluokkaa 2...3 Ω.

Peltier-elementtejä käytetään pienimuotoisissa jäähdytystarpeissa kuten kylmälaukkujen tai tietokoneiden prosessorien jäähdyttämisessä. Laitteen etuja ovat sen pienuus ja keveys. Laitteessa ei ole lainkaan liikkuvia osia, minkä ansiosta sillä on pitkä käyttöikä.

11.C  Kuva: Peltier-elementti