Zagadnienia do dwiczeo laboratoryjnych z biofizyki
Zagadnienia obowiązujące na każdym dwiczeniu: Błąd pomiaru i jego z
ródła. Szacowanie wartości błędu pomiaru
bezpośredniego; błąd systematyczny, błąd przypadkowy (rozrzut wyników pomiarów, krzywa rozkładu normalnego, od-
chylenie standardowe, odchylenie standardowe średniej, błąd maksymalny średniej). Zasady poprawnego zapisu
wartości błędu pomiaru i wielkości zmierzonej, cyfry znaczące.
Szacowanie błędu pomiaru wielkości złożonej: a) przy użyciu pojęcia cyfr znaczących, b) obliczanie wartości tego błędu.
Graficzne opracowywanie wyników pomiarów: sporządzanie wykresów, prostokąty błędów, krzywe ufności.
2. Wyznaczanie rozmiarów krwinek metodą mikroskopową. Prawo załamania światła, współczynnik załamania
światła, dyspersja współczynnika załamania światła. Budowa i zasada działania mikroskopu  bieg promieni.
Definicja liniowej i kątowej zdolności rozdzielczej układu optycznego. Zdolnośd rozdzielcza mikroskopu,
czynniki wpływające na zmianę tej wielkości fizycznej. Powiększenie oraz powiększenie użyteczne mikroskopu.
Pomiar rozmiarów mikroobiektów za pomocą okularu mikrometrycznego.
3. Monitorowanie sygnałów zmiennoprądowych. Wielkości charakteryzujące prąd zmienny: częstotliwośd, na-
pięcie oraz natężenie chwilowe, maksymalne i skuteczne. Obwód prądu zmiennego; opór omowy, pojem-
nościowy; zawada. Przesunięcie fazowe między napięciem i natężeniem chwilowym w obwodach zawiera-
jących opór omowy i pojemnośd. Budowa lampy oscyloskopowej, generator podstawy czasu. Wykorzystanie
oscyloskopu do pomiaru amplitudy i częstotliwości sygnałów elektrycznych. Zapis czynności elektrycznej serca,
krzywa EKG. Pomiar amplitudy załamków elektrokardiogramu i częstotliwości skurczów serca.
4/5. Lepkośd cieczy (4). Lepkośd roztworów (5). Siła tarcia wewnętrznego, współczynnik lepkości. Lepkośd
względna, lepkośd właściwa, graniczna liczba lepkościowa. Przepływ cieczy lepkiej w rurach (prawo Hagena-
Poiseuille a). Lepkośd roztworów. Wiskozymetr  zasada działania. Metoda Stokesa wyznaczania lepkości.
Wyznaczanie rozmiarów cząsteczek z pomiarów lepkości.
6. Napięcie powierzchniowe. Siła, praca, energia, ciśnienie (jednostki tych wielkości). Energia powierzchniowa i
napięcie powierzchniowe. Ciśnienie pod powierzchnią cieczy, prawo Laplace a. Siły spójności  tworzenie się
menisków. Wyznaczanie napięcia powierzchniowego: metodą stalagmometryczną i wzniesienia włoskowatego.
Substancje powierzchniowo czynne.
7. Warstwa monomolekularna. Napięcie powierzchniowe. Substancje powierzchniowo czynne. Ciśnienie po-
wierzchniowe. Dipol elektryczny. Woda jako cząsteczka dipolowa. Oddziaływane polarnych i niepolarnych grup
z wodą. Wyznaczanie rozmiarów cząsteczek kwasu stearynowego z pomiarów geometrycznych warstwy
monomolekularnej.
8/9. Dyfuzja (8). Dializa i elektrodializa (9). Potencjał chemiczny, dyfuzja, prawo Ficka. Współczynnik dyfuzji.
Dyfuzja przez błonę, przepuszczalnośd błony. Błona przepuszczalna i półprzepuszczalna. Wyznaczanie współ-
czynnika dyfuzji i przepuszczalności błony. Dyfuzja w organizmach żywych, transport gazów w układzie
oddechowym.
Koloidy. Błona wybiórczoprzepuszczalna. Dializa zewnątrz i wewnątrzustrojowa. Dializa w polu elektrycznym.
Wyznaczanie współczynnika oczyszczania roztworu.
10/11. Konduktometryczny pomiar hematokrytu (10). Przewodnictwo elektryczne tkanek (11).
Opór elektryczny właściwy, przewodnośd elektryczna właściwa (konduktywnośd)  definicje, jednostki. Właści-
wości elektryczne krwi. Hematokryt  definicja. Przewodnictwo elektryczne zawiesin  wzór Maxwella. Postad
wzoru Maxwella w odniesieniu do krwi. Pomiar oporu krwi i osocza przy pomocy mostka prądu zmiennego.
Wyznaczanie przewodności właściwych (konduktywności) krwi i osocza. Obliczanie hematokrytu.
Opór i przewodnictwo elektryczne. Przenikalnośd elektryczna. Polaryzacja elektryczna. Mechanizmy polaryzacji
elektrycznej. Czas relaksacji. Dyspersja przewodności elektrycznej właściwej tkanki, dyspersja przenikalności
elektrycznej tkanki. Elektryczny obwód zastępczy tkanki. Współczynnik polaryzacji tkanki. Pomiar oporu
elektrycznego mostkiem prądu zmiennego.
12. Siła elektromotoryczna ogniwa stężeniowego. Potencjał chemiczny i elektrochemiczny, elektrolity. Dysocjacja
elektrolityczna. Potencjał elektrodowy, wzór Nernsta, potencjał standardowy elektrody. Elektrody
niepolaryzujące. Ogniwo stężeniowe bez przenoszenia i z przenoszeniem; SEM ogniwa. Potencjał dyfuzyjny,
wzór Hendersona. Potencjał błonowy. Pomiar potencjału elektrodowego i SEM ogniwa.
13. Refraktometria. Prawo załamania światła. Współczynnik załamania: bezwzględny i względny. Całkowite we-
wnętrzne odbicie, kąt graniczny. Związek kąta granicznego ze współczynnikiem załamania ośrodka. Refrakcja
molowa. Zasada addytywności refrakcji molowej. Dyspersja współczynnika załamania. Budowa refraktometru
Abbego. Zastosowanie refraktometru do wyznaczania: (a) współczynnika załamania substancji, (b) stężenia
roztworu, (c) refrakcji molekularnej.
1
 14. Aktywnośd optyczna. Światło jako fala elektromagnetyczna. Światło niespolaryzowane, spolaryzowane.
Sposoby polaryzacji światła. Wzór Malusa. Aktywnośd optyczna: kryształów, cząsteczek. Cząsteczki chiralne:
enancjomery, racemat, węgiel asymetryczny, stereoizomery. Wyjaśnienie Fresnela zjawiska aktywności
optycznej. Aktywnośd optyczna roztworów cząsteczek chiralnych (wzór). Polarymetr  schemat, zasada
działania.
15. Absorpcjometria. Zjawiska zachodzące przy przechodzeniu światła przez roztwory: odbicie, załamanie, roz-
proszenie, pochłanianie. Mechanizm absorpcji światła przez cząsteczki. Widmo absorpcyjne. Prawo Lamberta-
Beera. Przepuszczalnośd i absorpcja  definicje, zależnośd tych wielkości od stężenia (wzory, wykresy). Budowa
i zasada działania absorpcjometru. Wyznaczanie stężenia roztworu przy pomocy absorpcjometru.
16. Osłabianie elektromagnetycznego promieniowania jonizującego. Mechanizmy osłabiania promieniowania
(zjawiska: fotoelektryczne, Comptona, tworzenie par elektron-pozyton). Prawo Lamberta osłabiania
promieniowania; wykresy w skali liniowej i półlogarytmicznej. Warstwa połowiąca, liniowy i masowy współ-
czynnik osłabiania. Sposób ich pomiaru. Licznik scyntylacyjny: budowa i zasada działania.
17/18. Prawa przepływu. Fala tętna. Strumieo objętości, prawo ciągłości strumienia. Prawo Bernoulliego, ciśnienie
statyczne i dynamiczne, ich pomiar. Prawo Hagena-Poiseuille a, opór naczyniowy. Przepływ laminarny i
przepływ turbulentny  liczba Reynoldsa. Prędkośd przepływu cieczy. Przepływ cieczy w naczyniach spręży-
stych, fala tętna, jej prędkośd. Ciśnienie skurczowe i rozkurczowe.
19. Skiaskopia. Proste układy optyczne, soczewki cienkie  promieo krzywizny, ognisko, zdolnośd skupiająca, po-
większenie, bieg promieni, tworzenie obrazów. Wady układów optycznych; aberracje sferyczna i chromatyczna,
astygmatyzm. Układ optyczny oka. Punkt daleki i refrakcja oka  definicje. Wady refrakcji oka i ich korekcja.
Skiaskopia.
20. Wyznaczanie krzywych jednakowej głośności. Audiometria. Fala dz
więkowa i jej opis. Cechy obiektywne i
subiektywne dz
więku: ciśnienie akustyczne, natężenie, częstotliwośd, widmo dz
więku oraz głośnośd, wysokośd i
barwa dz
więku. Prawo Webera  Fechnera. Skala decybelowa. Ocena głośności dz
więku, poziom głośności
(fony). Pojęcie krzywych jednakowej głośności  sposób ich wyznaczania. Audiomeria; wyznaczanie progu
słyszalności. Opór akustyczny, budowa i funkcje ucha środkowego.
21. Potencjał czynnościowy. Budowa neuronu. Potencjał spoczynkowy. Transport jonów przez błonę komórkową.
Potencjał czynnościowy. Okres refrakcji bezwzględnej i względnej. Próg pobudliwości neuronu. Zasada
 wszystko albo nic . Natężenie bodz
ca progowego, jego zależnośd od czasu trwania bodz
ca. Reobaza i
chronaksja.
22. Model neuronu formalnego. Komórka nerwowa, jej budowa i funkcje. Potencjał czynnościowy, zasada
 wszystko albo nic , połączenia synaptyczne, pobudzenie i hamowanie w synapsach. Podstawowe funkcje
logiczne: implikacja, negacja, koniunkcja, alternatywa. Neuron formalny. Model cybernetyczny neuronu.
Zastosowanie funkcji logicznych w modelowaniu sieci neuronowych. Tworzenie sieci neuronowych,
hamowanie oboczne. Analiza sieci neuronowej umożliwiającej wyodrębnianie konturów.
23. Badanie modeli reologicznych mięśnia niepobudzonego. Prawo Hooke a dla podstawowych rodzajów od-
kształceo, moduły i współczynniki sprężystości objętościowej i postaciowej (moduł sztywności), moduł Younga.
Lepkośd, współczynnik lepkości. Budowa mięśnia poprzecznie prążkowanego i komórki mięśniowej.
Właściwości mechaniczne mięśnia niepobudzonego: relaksacja naprężenia i opóz
nienie wydłużenia mięśnia,
lepko-sprężyste właściwości mięśnia, histereza związana z niesprężystym odkształceniem mięśnia. Modele
reologiczne Maxwella i Kelvina-Voigta, ich podstawowe właściwości.
24. Biokalorymetria kompensacyjna i respiracyjna. Praca i ciepło, funkcje stanu, I zasada termodynamiki. Prawo
Hessa. Ciepło spalania substancji pokarmowych, równoważnik energetyczny tlenu, iloraz oddechowy RQ.
Szybkośd przemiany materii. Bezpośrednie i pośrednie metody jej pomiaru dla ludzi i małych zwierząt.
Entropia, II zasada termodynamiki, organizm jako układ termodynamiczny. Ciśnienie cząstkowe tlenu w po-
wietrzu a stan organizmu.
25. Właściwości sprężyste ciał stałych. Prawo Hooke a. Współczynnik i moduły sprężystości liniowej, objęto-
ściowej i postaciowej. Obliczanie strzałki ugięcia dla belek podpartych jednostronnie i dwustronnie. Od-
kształcanie ciał krystalicznych i bezpostaciowych. Zakresy odkształcenia proporcjonalnego, plastycznego i
granica wytrzymałości. Ciała izotropowe i anizotropowe. Bierne właściwości sprężyste tkanek miękkich: mięśni,
ścięgien, naczyo krwionośnych, płuc  wyznaczanie ich modułów sprężystości. Wyznaczanie naprężeo
termicznych unieruchomionych ciał stałych.
26. Właściwości cieplne ciał stałych. Energia, ciepło, praca. I zasada termodynamiki. Ciepło właściwe, pojemnośd
cieplna. Wymiana ciepła: przewodzenie, promieniowanie, konwekcja, parowanie i sublimacja. Strumieo ciepła.
Mechanizm fononowy i elektronowy przewodzenia ciepła w ciałach stałych. Rozszerzalnośd cieplna:
współczynnik liniowy, powierzchniowy, objętościowy. Przewodnictwo temperaturowe i przewodnictwo cieplne
ciał stałych.
2