BIOFIZYKA – egzamin – sesja zimowa – część 1

ZADANIA RACHUNKOWE

m

1. Ślimak pokonuje drogę 3cm w 3 minuty. Podaj prędkość w

.

s

s = c

3 m = 0 , 0 m

3

t = 3min = 3⋅ 60 s = 180 s

s

0 , m

03

− 4 m

V =

=

= ,

1 67 ⋅ 10

t

180 s

s

kg

2. Oblicz prędkość V cząsteczek gazu doskonałego, mając dane: ciśnienie p = 1000 hPa i gęstość ρ = , 1 2

.

3

m

ρ =

kg

,

1 2 m 3

p = 1000 hPa = 100000 Pa

1

ρ

3

3

p =

⋅ ρ ⋅ V 2 / : ⇒

2 = p

V

⇒

=

p

V

3

3

ρ

ρ



kg

2



3⋅ 100000 Pa

2

V

2500 

m ⋅

m

m

s

00



=

=

=

=

kg



kg

s 2

s 

,

1 2 3



3



m



m



3. Oblicz temperaturę T dla gazu doskonałego, mając dane: E

− 21

= 65

,

1

7 ⋅10 J oraz

23

− 1

N

.

A =

02

,

6

2 ⋅10 ⋅ mol

k

J

R

31

,

8

⋅

− 23 J

mol K

k =

=

= 3

,

1 8⋅10

N

02

,

6

2 ⋅1023 ⋅ mol−1

K

A

3

2 E

E =

k ⋅ T ⇒ T

k

=

k

2

k

3

2⋅ 6

,

1 57 ⋅10− 21 J

314

,

3

⋅10− 21 J

T =

=

= 80 05

, K

− 23 J

− 23 J

3⋅ 38

,

1

⋅10

14

,

4

⋅10

K

K

4. Oblicz liczbę moli gazu doskonałego w przemianie izobarycznej, mając dane: ∆ U = 7479 J , ∆ T = 300° C , J

R = 31

,

8

.

mol ⋅ K

∆ U = n ⋅ C ⋅ ∆ T

V

i

3

J

J

C =

⋅ R = ⋅ 31

,

8

=

,

12 465

V

2

2

mol ⋅ K

mol ⋅ K

∆ T = 300° C = 300 K

∆ U

7479 J

n =

=

= 2 mole

C ⋅ ∆ T

J

V

,

12 465

⋅ 300 K

mol ⋅ K

5. Oblicz parametr kappa χ dla 3 moli gazu 1 atomowego.

i + 2

3 + 2

5

χ =

=

=

i

3

3

6. Oblicz pracę wykonaną przez 2 mole gazu dwuatomowego w przemianie izobarycznej, wiedząc, że

∆ T = 60 K i p = 1000 hPa .

hPa ⋅ dm 3

2 mole ⋅

1

,

83

⋅ 60 K

n ⋅ R ⋅ ∆ T

mol ⋅ K

∆ V =

=

= 97

,

9

2 dm 3 =

00

,

0

9972 m 3

p

1000 hPa

N

W = − p ⋅ ∆ V = − 100000

⋅ 009972

,

0

m 3 = −

,

997 2 J

=

⋅

2

( J

1

N

1

m

1 )

m

7. Entropia układu w stanie końcowym jest 3 razy większa od entropii układu w stanie początkowym. Oblicz prawdopodobieństwo termodynamiczne stanu końcowego, jeżeli dla stanu początkowego wynosi 200 .

Sk = 3 Sp

Sp = k ⋅ ln W

Sp = k ⋅ ln 200

k ⋅ ln W = 3⋅ k ⋅ ln 200/ : k ln W = 3⋅ ln 200

ln W = ln 2003

ln W = ln8000000

W = 8000000

8. Oblicz zmianę entalpii dla 3 moli gazu doskonałego ogrzewanego w przemianie izobarycznej od temperatury 127° C do 450 K . Gaz ten jest gazem dwuatomowym.

T = 127 + 273 = 400 K

0

T = 450 K

1

∆ T = T − T = 450 K − 400 K = 50 K

1

0

i + 2

C =

⋅ R

p

2

i + 2

∆ Q = n ⋅ C ⋅ ∆ T = n ⋅

⋅ R ⋅ ∆ T = ∆ H

p

2

5 + 2

J

∆ H = m

3 ole ⋅

⋅ 31

,

8

⋅ 50 K =

75

,

4362

J

2

mol ⋅ K

9. Oblicz potencjał chemiczny składnika, jeżeli zmiana ilości moli tego składnika o , 0

m

25 ola spowodowała

zmianę jego entalpii swobodnej o ,

0 05 J .

∆ G = µ ⋅ ∆ n / : ∆ n

∆ G

µ = ∆ n

05

,

0

J

J

µ =

= ,

0 2

,

0

m

25 ola

mol

10. Oblicz zmianę entalpii swobodnej spowodowanej przeniesieniem m

005

,

0

ola jonów dwuwartościowych

C

w polu elektrycznym o napięciu 10 kV . Stała Faradaya wynosi 96500

.

mol

C

∆ G = ∆ W = ϕ ⋅ z ⋅ F ⋅ ∆ n =

V

10000 ⋅ 2 ⋅ 96500

⋅

m

005

,

0

ola = 9650000 J

i

el

i

mol

mol dm 3

/

mol

11. Oblicz stałą dyfuzji, jeżeli przy gradiencie stężeń 0

,

0 2

, szybkość dyfuzji wynosi 3

,

0

.

m

s

Powierzchnia, przez którą substancja dyfunduje wynosi 2

2 cm .

∆ C

mol /

3

m =

dm

mol

02

,

0

= 20 4

∆ x

m

m

∆ n = mol

3

,

0

∆ t

s

S = 2

2

cm =

0

,

0 002 2

m

∆ n

∆ Cm

∆

= − D ⋅ S ⋅

C

/ : S ⋅

m

∆ t

∆ x

∆ x

∆ n

∆

− D =

t

/⋅ (− )

1

∆

⋅ C

S

m

∆ x

∆ n

∆ t

D = −

∆ C

S

m

⋅ ∆ x

mol

3

,

0

m

s

2

D = −

= − 75

2

mol

s

0002

,

0

m ⋅ 20 m 4

J

12. Oblicz ciśnienie osmotyczne, mając dane: 3

C =

0

,

0 5 mol / dm , T = 57° C , R = 31

,

8

.

m

mol ⋅ K

T

57 273 330

K =

+

=

K

05

,

0

50

m =

mol

C

=

mol

dm 3

m 3

Π = Cm ⋅ R ⋅ T

2



kg ⋅ m



2

Π =

mol

50

⋅

J

31

,

8

⋅ 330 = 13711  J

K

5

=

s

= kg = Pa

m 3

mol ⋅ K

 m 3

m 3

m ⋅ s 2











13. Oblicz pracę W , mając dane: wartość ładunku q = 30 nC oraz napięcie elektryczne U = 100 kV .

q = 30 nC

− 9

= 30⋅10 C

U = 100 kV

5

= 10 V

W

U =

⇒ W = U ⋅ q

q

W

5

= 10 V

− 9

⋅ 30⋅10 C

− 4

= 30⋅10 J

− 3

= 3⋅10 J

m

14. Oblicz częstotliwość f fali mechanicznej, mając dane: jej długość λ = , 0 2µ m oraz prędkość V = 1200 .

s

− 6

λ = ,

0 2µ m = ,

0 2 ⋅10 m

=

m

V 1200 s

λ = V ⇒

= V

f

f

λ

3 m

,

1 2⋅10 s

9

f =

= 6⋅10

−

Hz = s

− 6

(

1 )

,

0 2⋅10 m

g

km

15. Oblicz opór akustyczny ośrodka, mając dane: gęstość ρ = 5

,

1

oraz prędkość V = 5

,

1

.

3

cm

s

g

kg

ρ = 5

,

1

= 1500

cm 3

m 3

km

m

V = 5

,

1

= 1500

s

s

Z = ρ ⋅ V

kg

m

kg

Z = 1500

⋅1500 = 2250000

m 3

s

m 2 ⋅ s

16. Oblicz poziom natężenia dźwięku w odległości 100 m od źródła dźwięku. Moc dźwięku to P = π

4 mW ,

−

W

natomiast jego częstotliwość wynosi f = 100 Hz . Natężenie wzorcowe to 12

I = 10

.

0

2

m

P = 4π mW = 4π ⋅10− 3 W

R = 100 m

P

I = S

S = 4π ⋅ R 2

P

I = 4π ⋅ R 2

4π ⋅ 10− W

3

10− 3 W

− 7 W

I =

=

=

4π ⋅ (

10

100 m)2 104 m 2

m 2

I

L = log

B

I 0

− 7 W

10 m 2

L = log

B

−12 W

10

m 2

L = log105 B

L = 5 B

17. Fala akustyczna o częstości 1000 Hz jest emitowana przez źródło dźwięku, które zbliża się z prędkością m

m

144

w kierunku obserwatora. Fala rozchodzi się w powietrzu z prędkością 340

. Jaką częstotliwość

s

s

zarejestruje nieruchomy obserwator?

f = 1000 Hz

0

m

V = 340

f

s

m

V = 0

o

s

m

V = 144

z

s

V

f = f

f

⋅

0 V − V

f

z

m

340 s

f = 1000 Hz ⋅

=

69

,

1734

Hz

m

m

340

− 144

s

s

18. Jaka jest gęstość gazu dwuatomowego, w którym rozchodzi się fala akustyczna, której prędkość wynosi m

V = 340 . Ciśnienie gazu to p = 10 hP

13 a .

s



kg 

p = 1013 hPa = 101300 Pa =



2



m ⋅ s 

p

V = χ ⋅ ρ

i + 2 ⋅ p

p

χ ⋅ p

2

i

V = χ ⋅

⇒ ρ =

=

2

2

ρ

V

V

5 + 2

kg

kg

⋅101300

141820

2

2

5

kg

m ⋅ s

m ⋅ s

ρ =

=

= ,123

2

2

3



m

m

m



 340

115600



2



s

s



19. Oblicz zdolność zbierającą soczewki o ogniskowej f = 2 c 5 m .

f =

c

25 m = ,

0 2 m

5

1

Z = f

1

1

Z =

= 4 = 4 D

,

0

m

25

m



1 

Jednostką zdolności zbierającej (skupiającej) soczewki w układzie SI jest 1 dioptria  D

1 =

 .



m

1 

20. Oblicz pęd fotonu, mając podane: długość fali λ =

µ

3

,

0

m oraz stałą Plancka h = 63

,

6

⋅ −34

10 J ⋅ s .

λ = 3

,

0 µ m = 3⋅ − 7

10 m

h

p = λ

63

,

6

⋅ −34

10 J ⋅ s

− 27 J ⋅ s

p =

= ,

2 21⋅10

3⋅ − 7

10 m

m

21. Oblicz długość fali odpowiadającej fotonowi o energii E

− 19

= 6575

,

1

⋅ 10 J .

8 m

c = 3⋅ 10 s

h

− 34

= 63

,

6

⋅10 J ⋅ s

E = h ⋅ f

c

c

λ =

⇒ f =

f

λ

c

h ⋅ c

E = h ⋅

⇒ λ =

λ

E

− 34

8 m

63

,

6

⋅10 J ⋅ s ⋅ 3⋅10 s

− 7

λ =

= 12⋅10 m

− 19

6575

,

1

⋅10 J

22. Jądro atomowe o liczbie masowej A = 286 i liczbie atomowej Z = 82 uległo 3 razy przemianie α oraz 4

razy przemianie −

β . Ile będzie wynosić liczba masowa ( A) oraz liczba atomowa ( Z ) po następujących przemianach promieniotwórczych?

I przemiana α : 286 A 282

→

B+ H

4

e

82

80

2

II przemiana α : 282 B 278

→

C+ H

4

e

80

78

2

III przemiana α : C

278

274

→

D+ H

4

e

78

76

2

I przemiana −

β : 274 D 274

→

E 0

+ e

76

77

− 1

II przemiana −

β : 274 E 274

→

F 0

+ e

77

78

−1

III przemiana −

β : 274 F

274

→

G 0

+ e

78

79

− 1

IV przemiana −

β : 274 G 274

→

H 0

+ e

79

80

−1

Odpowiedź: Liczba masowa A = 274 , a liczba atomowa Z = 80 .

23. Oblicz stałą rozpadu, mając dane T = 20 ms 1

.

2

20 ms =

02

,

0

s

ln 2

λ = T 1

2

693

,

0

− 1

λ =

=

65

,

34

s

02

,

0

s

24. Jaka część z początkowej liczby jąder pozostanie po czasie t = h 8 , gdy czas połowicznego rozpadu wynosi

T = 2 h

1

?

2

N 0

N = 2 n

t

8 h

n =

=

= 4

T

2 h

1

2

N

1

0

N =

=

⋅ N

4

0

2

16

1

Odpowiedź: Po czasie t = 8 h pozostanie początkowej liczby jąder.

16

25. Jak zmniejszy się natężenie promieniowania, jeżeli liniowy współczynnik osłabienia wynosi 1

µ

25 −

=

m , a

warstwa pochłaniająca ma grubość x = 2 c 0 m ?

x = 20 cm = ,

0 2 m

I = I ⋅ −

e µ x

0

I = I ⋅

−

⋅

m

0 (

1

7

,

2 2) 25 0,2

m

I = I ⋅ ( 7

,

2 2)−5

0

I = I ⋅ 006716

,

0

12

6927

/ : I

0

I

1

0

=

⋅ 006716

,

0

692 12

7

/ : 006716692

,

0

1

7 2

I

I 0 = 148 88

,

I

Odpowiedź: Natężenie promieniowania zmniejszy się 148,88 razy.