Ознакомьтесь с нашей политикой обработки персональных данных
  • ↓
  • ↑
  • ⇑
 
13:24 

FY 5. Pyöriminen ja gravitaatio. Osa 2.

Kulmasuureet
Kiertokulma on kehää pitkin kuljettu matka jaettuna pyörimisradan säteellä. Kiertokulman yksikkö on rad.
Kulmanopeus on kiertokulman muutos jaettuna ajalla. Kulmanopeuden yksikkö on rad/s. Kierrostaajuus on kierrosten lukumäärä jaettuna ajalla. Kierrostaajuuden yksikkö on r/s tai 1/s.
Kulmakiihtyvyys on kulmanopeuden muutos jaettuna ajalla. Kulmakiihtyvyyden yksikkö on rad/s^2.
Pyörimisliike on tasaista jos kulmanopeus on vakio. Pyörimisliike on tasaisesti muuttuvaa jos kulmakiihtyvyys on vakio.
Mekaniikan liikkeen kaavat voidaan soveltaa pyörimiseen.

Ympyräliike
Tasainen ympyräliike tapahtuu kun kappale liikkuu ympyrän rataa pitkin tasaisella nopeudella. Kappaleella on ympyrän keskipistettä kohti keskeis- tai normaalikiihtyvyys. Normaalikiihtyvyys on kohtisuorassa ratanopeutta vastaan. Normaalikiihtyvyys = v^2 / r. Normaalikiihtyvyys on suunnanmuutoskiihtyvyytta eikä se riipu tangenttikiihtyvyydestä. Normaalikiihtyvyydelle voidaan laskea sitä aiheuttava voima dynamiikan peruslain mukaan.
Hiukkasen nopeus radalla on ratanopeus. Se lasketaan kaavalla v = r x kulmanopeus. Jos ratanopeus muuttuu, voidaan laskea tangenttikiihtyvyys a = r x kulmakiihtyvyys. Tangenttikiihtyvyys on ympyrän tangentin suuntainen.
Kokonaiskiihtyvyys on tangenttikiihtyvyyden ja keskeiskiihtyvyyden/normaalikiihtyvyyden vektorisumma. Kokonaiskiihtyvyydelle on laskettava suunta. Voidaan myös laskea kokonaiskiihtyvyyden aiheuttama kokonaisvoima, jolle pitää myös laskea suunta.

Pyöriminen
Pyörimisliikkeessä momentti aiheuttaa kappaleelle kulmakiihtyvyyden M = J x kulmakiihtyvyys jossa J on hitausmomentti. Kaava vastaa dynamiikan peruslain kaavaa F = m x a. Jäykän kappaleen pyörimisen liike-energia eli rotaatioenergia Er = 1/2 x J x kulmanopeus^2. Hitausmomentin J yksikkö on kgm^2. Steinerin säännön mukaan voidaan laskea kappaleen minkä tahansa akselin suhteen vaikuttava hitausmomentti, kun painopisteen kautta kulkevan akselin suhteen vaikuttava momentti on Jo. Näin J = Jo + m x r^2, kun r on akselien välinen etäisyys. Kaavasta huomataan, että painopisteen kautta kulkevan akselin suhteen vaikuttava momentti on pienempi kuin minkään muun samansuuntaisen akselin suhteen.
Kun kappale vierii, se on samanaikaisesti sekä etenevässä että pyörivässä liikkeessä. Näin kineettinen kokonaisenergia on translaatioliikkeen ja rotaatioliikkeen kineettisten energioiden summa. Jos kappale vierii, sen painopisteen nopeus v = kulmanopeus x r, jolloin kitka on lepokitkaa. Jos kappale vieriessään liukuu tai luistaa, v > kulmanopeus x r. Jos kappale sutii paikoillaan, v < kulmanopeus x r.
Pyörimisliikkeessä dynamiikan liikemäärä vastaa pyörimismäärää eli liikemäärämomenttia L. Tämä voidaan laskea kaavasta L = J x kulmanopeus. Pyörimismäärän yksikkö on kgm^2/s. Etenevässä liikkeessä impulssi aiheuttaa liikemäärän muutoksen. Pyörimisliikkeessä tämä suure on impulssimomentti I, joka aiheuttaa pyörimismäärän muutoksen. Impulssimomentti lasketaan kaavasta I = M x muutos t = muutos L. Pyörimismäärän laki kertoo että eristetyssä systeemissä pyörimismäärä säilyy. Näin muuttamalla pyörimisliikkeen hitausmomenttia saadaan kulmanopeutta suuremmaksi tai pienemmäksi.

@темы: fysiikka

18:32 

FY5. Pyöriminen ja gravitaatio. Osa 1.

Voiman momentti kuvaa voiman pyrkimystä vääntää kappaletta momenttipisteen suhteen. Voiman momentti lasketaan kertomalla voima vipuvarrella. Vipuvarsi on voiman vaikutussuoran kohtisuora etäisyys momenttipisteeseen. Momentti on positiivinen jos väännetään vastapäivään ja negatiivinen jos väännetään myötäpäivään. Momentilla on sama yksikkö Nm kuin energialla, mutta momentti ei ole energiasuute.

Jäykkä kappale on tasapainossa, jos pätee translaatioehto ja rotaatioehto. Translaatioehto: kappale on tasapainossa etenemisen suhteen. Rotaatioehto: kappale on tasapainossa pyörimisen suhteen minkä tahansa akselin suhteen.

Painovoima vaikuttaa kappaleen painopisteeseen. Homogeenisessä gravitaatiokentässä painopiste ja massakeskipiste yhtyvät. Kappale on tasapainossa, jos painopisteeseen vaikuttaa painovoiman suuruinen vastakkainen voima, kun muita voimia ei ole.

Painopisteen paikka voidaan laskea sijoittamalla kappale koordinaatistoon. Systeemin koordinaatit lasketaam kaavalla x = (m1x1 + m2x2) / (m1+m2).

@темы: fysiikka

19:00 

FY4 Liikkeen lait

Vapaakappaleeseen vaikuttavat kosketusvoimat ja etävoimat. Kosketusvoima voi olla esimerkiksi pinnan tai langan tukivoima, kitka tai väliaineen vastus. Etävoima on esimerkiksi Maan gravitaatiovoima. Resultanttivoima eli kokonaisvoima on kaikkien kappaleeseen vaikuttavien voimien vektorisumma.

Newtonin I lain mukaan jos kappaleeseen vaikuttavien voimien summa on nolla, kappale on levossa tai jatkaa tasaista suoraviivaista liikettä.
Newtonin II lain mukaan kappaleeseen vaikuttava voima F aiheuttaa kappaleelle jonka massa on m kiihtyvyyden a F=ma kaavan mukaan.
Newtonin III lain mukaan kappaleeseen vaikuttavalla voimalla on samansuuruinen mutta vastakkainen vastavoima. Huomaa, että voimat vaikuttavat eri kappaleisiin eivätkä kumoa toisensa.

Maan vetovoima aiheuttaa kappaleeseen voiman G kaavan G=mg mukaan massakeskipisteestä alaspäin. Langasta riippuvaan kappaleeseen aiheutuu jännitysvoima T langan kiinnityskohdasta langan suuntaan.

Tasolla olevaan kappaleeseen vaikuttaa kitkavoima. Kitkavoima lasketaan kertomalla kitkakerroin pinnan tukivoimalla. Paikallaan olevaan kappaleeseen vaikuttaa lepokitka, joka estää kappaletta liukumasta. Kun vetävä voima ylittää kitkavoiman suuruudeltaan, lepokitka saa suurimman arvonsa joka on lähtökitka ja kappale lähtee liikkeelle. Tämän jälkeen kappaleeseen vaikuttaa liukukitka. Jos vetävä voima on pienempi kuin liukukitka, kappaleen liike hidastuu, samansuuruisena pysyy vakiona ja suurempana kappaleen liike kiihtyy. Liukukitka vastustaa kappaleen liukumista ja vierimiskitka vierimistä. Vierimiskitka on liukukitkaa pienempi.

Eräs kosketusvoima on väliaineen vastus. Väliaineen vastus kasvaa nopeuden kasvaessa. Kun nopeus on pieni, väliaineen vastus on suoraan verrannollinen nopeuteen. Jos nopeus on tarpeeksi suuri, väliaineen vastus on suoraan verrannollinen nopeuden neliöön.

Kappaleen liikemäärä on vektorisuure, jolla on suuruus ja suunta. Kappaleen liikemäärä lasketaan kertomalla massa nopeudella. Impulssi on voiman vaikutus tietyssä ajassa, joka lasketaan kertomalla voima ajan muutoksella. Impulssi on liikemäärän muutos. Se on vektorisuure jolla on suuruus ja suunta.

Eristetyn systeemin liikemäärä säilyy. Tätä voidaan soveltaa törmäyslaskuissa. On olemassa kimmoisa ja kimmoton törmäys. Kimmoisassa törmäyksessä kappaleiden liike-energia säilyy eivätkä kappaleen muuta muotoaan. Kimmottomassa törmäyksessä liike-energia ei säily vaan kuluu kappaleiden muodonmuutokseen. Täydellisessä kimmottomassa törmäyksessä kappaleet tarrautuvat toisiinsa, jonka jälkeen niillä on yhteinen massa ja nopeus.

@темы: fysiikka

15:09 

BIOS 2.3 Solu ottaa ja poistaa aineita

Solukalvo on solun suoja. Kasvisoluilla solukalvon ulkopuolella on soluseinä, joka koostuu selluloosasta. Aineet liikkuvat soluun ja solusta pois solukalvon kautta. Solukalvo on sähköisesti varautunut. Se on hyvin joustava ja muuntautuva. Solukalvolla on lipideja, proteiineja, hiilihydraatteja ja kolesterolia, jotka pitää molekyylit yhdessä. Proteiinit ja lipidit liukuvat kalvolla paikasta toiseen.

Solukalvon suurin osa on lipidit. Lipidit koostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta. Lipidit liukenevat huonosti veteen ja nesteeseen jää selvä rajapinta. Lipidit voi olla steroideja, karotenoideja, fosfolipideja tai triglyserideja. Kun puhutaan rasvasta, tarkoitetaan yleensä triglyserideja. Triglyseridi koostuu glyserolista ja kolmesta rasvahaposta. Rasvat voivat olla tyydyttyneitä tai tyydyttymättömiä. Tyydyttyneissä rasvoissa on pelkkiä yksinkertaisia sidoksia ja ne ovat eläinrasvoja. Tyydyttymättömissä rasvoissa on kaksois- ja kolmoissidoksia ja ne ovat kasvirasvoja. Tämän takia kasvirasvat ovat huoneenlämmössä nestemäisiä ja eläinrasvat kiinteitä.
Steroideja ovat esimerkiksi hormonit ja kolesteroli. Kolesterolia on ihmisellä solukalvossa, sappinesteessä ja keskushermostossa.
Karotenoidit ovat kasvien väriaineita. Nämä osallistuvat yhteyttämiseen.
Fosfolipidit ovat solukalvon rakenneosa. Ne ovat järjestäytyneet kahteen kerrokseen vesipakoiset päät toisiaan vastaan. Fosfolipidit ovat amfipaattisia molekyylejä, niillä on sekä vesipakoinen että vesihakuinen pää. Fosfolipidi koostuu fosfaatista, glyserolista ja kahdesta rasvahaposta. Fosfolipidit voivat kaksoiskalvon lisäksi muodostaa rakkuloita.

Solukalvon proteiineilla on monia tehtäviä. Kalvoproteiineja on myös mitokondriossa ja viherhiukkasissa. Lysosomeilla protonipumppuna toimivia proteiineja, jotka siirtää protoneja sisälle jotta lysosomin pH pysyy alhaisena. Kalvoproteiini voi olla ionikanavana. Reseptoriproteiini kuljettaa viestejä solun sisä- ja ulkopuolen välillä. Rakenneproteiini on solukalvon rakenneosa. Kuljetusproteiini toimii aineiden kuljettajana solukalvon sisä- ja ulkopuolen välillä. Kiinnittymisproteiini mahdollistaa solujen kiinnittymisen toisiinsa. Kalvoproteiinien avulla elimistö tunnistaa omat ja vieraat solut.

Aine kulkeutuu soluihin ja soluista ulos solukalvon kautta. Vesi, kaasut, rasvaliukoiset aineet, kuten etanoli ja rasvaliukoiset vitamiinit (D-vitamiini) kulkevat suoraan solukalvon läpi suuremmasta pitoisuudesta pienempään. Tätä sanotaan diffuusioksi. Veden virtaamista puoliläpäisevät kalvon läpi laimeammasta väkevämpään sanotaan osmoosiksi. Jos veressä punasolun ulkopuolella on eri väkevyys kuin sisäpuolella, tapahtuu plasmolyysi. Normaalissa tilanteessa väkevyys on molemmilla puolilla sama eli liuos on isotoninen. Jos ulkopuolella on väkevämpi pitoisuus eli liuos on hypertoninen, vesi kulkee solusta pois ja punasolu kutistuu. Jos ulkopuolella on laimeampi pitoisuus eli liuos on hypotoninen, vesi virtaa punasoluun ja punasolu pullistuu. Jos vettä virtaa tarpeeksi, solu voi haljeta ja tapahtumaa sanotaan hemolyysiksi.
Avustetun diffuusion tapauksessa aine siirtyy kanavaproteiinin kautta suuremmasta pitoisuudesta pienempään. Näin siirtyvät liian suuret, ei rasvaliukoiset molekyylit, kuten glukoosi ja aminohapot. Edellä mainutut kuljetustavat ovat passiivisia, eli niissä ei kulu energiaa.

Aktiivisessa kuljetuksessa kuluu energiaa. Silloin siirretään ainetta kuljetusproteiinin avulla pienemmästä pitoisuudesta suurempaan. Energiaa otetaan ATP-sta. Näin voidaan siirtää varauksellisia ioneja ja haitallisia aineita solun ulkopuolelle.

Solu voi myös siirtää kokonaisia eliöitä tai isoja molekyyleja sisälle ja ulos. Silloin solukalvo taipuu ja muodostaa siirrettävän aineen ympärille rakkulan, joka yhtyy/irtoaa solukalvosta ja kulkeutuu eteenpäin. Tällä tavalla ihmisen valkosoluihin kuuluvat syöjäsolut syövät bakteereja ja viruksia ottamalla ne kokonaisina sisäänsä ja hajoittamalla sitten rakkulan sisällön. Tätä sanotaan endosytoosiksi. Jos aine poistetaan solusta, tapahtuma on eksosytoosi.

@темы: ihmisen biologia, biologia

21:27 

Peilit ja linssit

Fermat'n periaate on, että valo kulkiessaan paikasta toiseen valitsee nopeimman reitin. Optisesti homogeenisessa aineessa valo kulkee suoraviivaisesti. Valo palaa paikasta toiseen samaa reittiä kuin mitä se alunperin meni.

Tasopeilissa valonsäde tulee kappaleesta ja heijastuu peilistä katsojan silmään. Tasopeili muodostaa aina valekuvan.
Kuperan peilin polttoväli on negatiivinen ja koveran positiivinen. Peilin polttoväli on puolet peilin kaarevuussäteestä. Peilissä jos kappaleen paikka on positiivinen, se on peilin edessä ja esine on todellinen. Jos kappaleen paikka on negatiivinen, esine on vale-esine ja sijaitsee peilin takana. Jos kuvan paikka on positiivinen, kuva on todellinen ja sijaitsee peilin edessä. Jos se on negatiivinen, kuva on valekuva ja sijaitsee peilin takana. Viivasuurennos voidaan laskea jakamalla kuvan koko esineen koolla tai kuvan paikka esineen paikalla (itseisarvo).

Linssit voivat olla koveria, hajoittavia tai kuperia, kokoavia. Koveran linssin polttoväli on negatiivinen ja kuperan positiivinen. Linssillä on taittovoimakkuus, joka on käänteinen polttoväliarvolle. Jos esineen etäisyys linssistä on positiivinen, esine on todellinen ja sijaitsee linssin edessä. Jos se on negatiivinen, esine on vale-esine ja sijaitsee linssin takana. Jos kuvan etäisyys linssistä on positiivinen, kuva on todellinen ja sijaitsee linssin edessä. Jos se on negatiivinen, kuva on valekuva ja sijaitsee linssin takana.
Linssisysteemejä käsiteltäessä ensimmäisen linssin kuvaa pidetään seuraavalle esineenä. Jos linssit on toisissaan kiinni, voidaan ajatella niitä yhtenä linssinä. Silloin polttoväli on 1/f = 1/f1 + 1/f2. Taittovoimakkuus on D = D1 + D2 ja viivasuurennos M = M1 + M2.

@темы: fysiikka

21:10 

Valo

Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä. Valoa on myös hiukkasia eli fotoneja. Valo on monokromaattista kun se sisältää vain yhtä aallonpituutta. Jos aallot ovat myös samassa vaiheessa, valo on koherenttia. Laservalo on esimerkki koherentista valosta. Luonnollinen valo ja hehkulampun valo on epäkoherenttia eli sisältää kaikkia aallonpituuksia.

Kun valo tulee raosta, aaltorintama taipuu jos raon koko on aallonpituuden suuruinen tai pienempi. Jos aaltorintama tulee kahdesta raosta, se taipuu niin että varjostimelle muodostuu interferenssimaksimeja ja interferenssiminimeja kun aallot vahvistavat toisiaan tai sammuttavat toisensa. Maksimit ovat kirkkaita ja minimit himmeitä. Maksimeja ja minimeja muodostuu vuorotellen ja niiden etäisyys keskiviivasta voidaan laskea. Maksimeja muodostuu kun kahden aallon matkaero on kokonaisluku kertaa aallonpituus. Minimit syntyvät kun etäisyys on kokonaisluku kertaa puoliaallonpituus. Raon koko määrää hilavakion. Jos sanotaan että hilassa on 5000 rakoa metrillä, vakio on silloin 1/5000m.

Valon dispersio tapahtuu kun valkoinen valo tulee prisman läpi ja eri aallonpituiset aallot taipuvat eri verran. Näin varjostimelle muodostuu sateenkaari. Prisman taitekerroin on eri eri aallonpituuksille.

Polarisoitumattomalla valolla värähtely tapahtuu joka suunnassa keskiakselin ympäri. Lineaarisesti polaroitu valo värähtelee vain yhdessä suunnassa, polarisaatiosuunnassa. Valon intensiteetti vähenee puoleen kun se läpäisee polarisaattorin.
Kun valo tulee aineesta toiseen, se taipuu ja heijastuu. Brewsterin mukaan mikäli taipuneen ja heijastuneen säteen välinen kulma on 90, heijastunut säde on täysin polarisoitunutta ja taittunut osittain polarisoitunutta.

@темы: fysiikka

16:36 

Hapot ja emäkset

Protolyysireaktiossa protonin luovuttava aine on happo ja protonin vastaanottava emäs. Protonin luovuttanut happo muuttuu emäkseksi ja protonin vastaanottanut emäs hapoksi. Hapolla on aina emäspari ja protolyysireaktiossa on aina kaksi happo-emäsparia. Protolyysireaktiolla on sille ominainen happo- tai emäsvakio. Laimeissa liuoksissa veden konsentraatio on suuri ja käytännössä vakio. Joten tämä on otettu huomioon happo- ja emäsvakiossa. Vahvoilla hapoilla happovakio on >>1, tasapaino on melkein kokonaan tuotteiden puolella ja näin happo protolysoituu kokonaan. Jos happovakio on >1, happo on heikko. Kaikki orgaaniset hapot ovat heikkoja happoja. Sama vakiosääntö pätee emäksiin. Vahvoja emäksiä ovat alkalimetallihydroksidit ja metallioksidit. Happo- tai emäsvakion yksikkö on aina mol/l.

Vesi on amfolyytti eli se voi toimia sekä happona että emäksenä. Veden autoprotolyysissä vesi reagoi itsensä kanssa jolloin muodostuu oksonium- ja hydroksidi-ioneja. Puhtaassa vedessä näiden konsentraatio on sama, joka voidaan laskea veden ionitulosta [H3O+][OH-]=Kw=1x10^-14mol^2/l^2. Veden ionitulo on riippuvainen lämpötilasta ja tämä arvo pätee lämpötilassa 25C. Jos muuta ei mainita, laskuissa on käytettävä tätä arvoa.

Liuoksen happamuus tai emäksisyys voidaan määrittää pH:n avulla. Kun pH on 7, liuos on neutraali. pH > 7 liuos on emäksinen ja pH < 7 liuos on hapan. Happamuus riippuu oksoniumionin konsentraatiosta. pH=-lg[H3O+]. Jos pH lasketaan hydroksidi-ionin konsentraation avulla, käytetään kaavaa pOH=-lg[OH-] ja sen jälkeen pH=14-pOH. Voidaan laskea myös [H3O+]=10^-pH tai [OH-]=10^-pOH.

Vahvoja happoja tai emäksiä laskettaessa oksonium- tai hydroksidi-ionin konsentraationa käytetään suoraan vahvan hapon tai emäksen konsentraatiota.
Heikkoja happoja ja emäksiä laskettaessa on laskettava oksonium- tai hydroksidi-ionien konsentraatio tasapainotilanteessa. Silloin on käytettävä happovakiota Ka tai emäsvakiota Kb ja käytettävä tasapainokonsentraatioita. Vakioilla on yhteys Ka x Kb = Kw, pKa = -lg Ka, pKb= -lg Kb, pKa + pKb = pKw = 14. Happovakiosta saadaan siis vastaavan emäksen emäsvakio. Mitä vahvempi on happo, sitä heikompi emäs.

Protolysoitumisaste kertoo, kuinka paljon happo/emäs on protolysoitunut verrattuna alkutilanteeseen.

Jos liuoksessa on sekä happoa että emästä, tapahtuu neutraloituminen. Oksoniumionit neutraloivat hydroksidi-ionit. Ionit eivät mene välttämättä tasan vaan toista voi olla ylimäärä. Silloin lasketaan kumpaa jää jäljelle ja se määrää liuoksen happamuuden. HUOM! Neutraloinnissa tilavuus muuttuu, lopputilavuus on kaikkien nesteiden yhteislaskettu tilavuus.

Suolaliuoksen pH riippuu liuoksessa olevista ioneista. Heikkojen happojen ja emästen suolat protolysoituvat vesiliuoksessa. Jos ioneja on vain yksi, liuos on joko hapan tai emäksinen. Jos useampi ioni protolysoituu niin on otettava huomioon protolysoitumisen voimakkuus. Happamuuden määrittää voimakkaampi ioni. Tämän voi arvioida happovakiosta ja emäsvakiosta.

Moniarvoiset eli polyproottiset hapot luovuttavat useammat kuin yhden protonin. Diproottiset luovuttaa kaksi protonia (rikkihappo) ja triproottiset kolme (fosforihappo). Nämä hapot ovat heikkoja happoja (paitsi rikkihappo ensimmäisen protonin osalta) ja luovuttavat yhden protonin kerrallaan. Polyproottisten happojen ionit ovat amfolyyttejä eli ne voivat toimia sekä happoina että emäksinä.

@темы: kemia

18:21 

Stoikiometria

Tänään kertailin kemian stoikiometriaa, minkä me käytiin loppuun maanantain kurssikerralla.

Atomien ja molekyylien massat ovat tosi pieniä. Niiden ilmaisuun jouduttaisiin käyttämään hyvin pieniä lukuja, jonka takia käytössä on moolin käsite. Yhdessä moolissa mitä tahansa alkuainetta on saman verran hiukkasia kuin yhdessä moolissa hiiltä. Moolin sisältämä hiukkasmäärä voidaan laskea kertomalla ainemäärä Avogadron vakiolla. Yksi mooli ainetta painaa aina tietyn moolimassan verran. Moolimassa-arvot löytyvät alkuaineiden jaksollisesta järjestelmästä. Aineen ainemäärän mooleissa voidaan laskea jakamalla aineen massa moolimassalla. Molekyylin moolimassa saadaan kertomalla taulukossa annettu moolimassa saman alkuaineen atomien lukumäärällä ja laskemalla eri aineiden moolimassat yhteen.

Kun atomit vaihtavat elektroneja, aine voi joko hapettua (luovuttaa elektroneja, jolloin hapetusluku kasvaa) tai pelkistyä (vastaanottaa elektroneja, jolloin hapetusluku pienenee). Hapettuva aine toimii silloin pelkistimenä ja pelkistyvä hapettimena. Hapetus-pelkistysreaktiot tapahtuu aina samaan aikaan eli kun jokin aine hapettuu, toinen pelkistyy. Atomeille voidaan laskea hapetusluvut, jotka kertovat luovutettujen tai vastaanotettujen elektronien määrän.
Alkuaineatomin hapetusluku on aina nolla. Ionin hapetusluku on varauksen suuruinen. Molekyylin, joka on ulospäin varaukseton, hapetusluku on nolla. Alkalimetallien hapetusluku +I, koska ne luovuttavat mielellään yhden elektronin. Maa-alkalimetallien hapetusluku on +II, koska ne luovuttavat mielellään kaksi ulkoelektronia. Fluori on elektronegatiivisin alkuaine ja sen hapetusluku on aina -I. Vedyn hapetusluku on +I, paitsi metallien kanssa reagoidessa -I, koska metallit pyrkivät luovuttamaan elektroninsa. Hapen hapetusluku on -II, paitsi peroksideissa -I ja fluorin kanssa reagoidessa +II. Metallien hapetusluku on aina positiivinen.

Reaktioyhtälöitä muodostaessa täytyy ottaa huomioon, että molemmin puolin on oltava sama määrä samaa ainetta ja sama määrä varauksia, koska ainetta ei häviä eikä tule tyhjästä lisää. Tämä voidaan tehdä lisäämällä kertoimet molekyylien eteen. Monimutkaisissa yhtälöissä tasapainottaminen on helpompaa hapetuslukujen avulla.

Epäorgaanisten yhdisteiden nimeämisessä ensin nimetään elektropositiivisin aine ja viimeiseksi elektronegatiivisin. Ioniyhdisteissä nimetään ensin kationi ja sitten anioni.
Jos atomeja on useampia, käytetään etuliitteitä mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), heksa (6), hepta (7), okta (8), nona (9) ja deka (10). Monoa käytetään vain jos molempia alkuaineita on vain yksi atomi. Yksiatomisille anioneille lisätään loppuun -idi pääte. Moniatomisille anioneille -naatti tai -niitti. Moniatomisten kationien pääte on -onium. Jos yhdisteen atomilla voi olla useampia hapetuslukuja, atomin hapetusluku on laitettava sulkuihin aineen kemiallisen merkin jälkeen.

Stoikiometrisissa laskuissa lasketaan aineiden massoja ja ainemääriä. Yleensä aineita ei ole reaktioon tasainen määrä, vaan jokin aine voi loppua ensin kesken. Tämä aine on rajottava reagenssi ja se lasketaan aineiden ainemääristä.
Yhdisteiden kaavoja kirjoittaessa voidaan kirjoittaa empiirinen kaava. Empiirinen kaava ei kerro kuinka paljon eri alkuaineita yhdisteessä on, vaan niiden suhteen.

Kun aineet reagoivat useampaan kertaan peräkkäin, muodostetaan reaktiosarjan. Silloin reaktiot voidaan yhdistää keskenään kertomalla niitä sopivilla luvuilla. Seoksen reagoidessa tapahtuu useampi reaktio rinnakkain. Näitä ei voida laskea yhteen, vaan niitä reaktioyhtälöitä on tarkasteltava erikseen toisistaan.

Stoikiometriset laskut ovat usein liuoslaskuja. Liuoksia voidaan laimentaa, jollon liuoksen pitoisuus muuttuu, kun ainemäärä pysyy samana ja vain liuottimen määrä lisääntyy. Tälläin lasketaan liuoksen konsentraatio, joka saadaan jakamalla liuenneen aineen ainemäärä liuoksen tilavuudella. Liuoksesta voidaan laskea massaprosentti tai tilavuusprosentti, joka kertoo liuenneen aineen prosentuaalisen osuuden koko liuoksen tilavuudesta tai massasta. Muita osuusmerkintöjä ovat promille (tuhannesosa) ja ppm (miljoonasosa).

Kaasulaskuissa lukiossa oletetaan kaasujen käyttäytyvän kuin ideaalikaasut. Kemian laskuissa käytetään samoja kaasulain perusyhtälöitä kuin fysiikassakin. NTP-oloissa kaikilla kaasuilla on sama moolitilavuus, 22,41 dm3.
Kaasuseoksissa pätee, että seoksen kokonaispaine on osapaineiden summa.

@темы: kemia

21:41 

Lämpö

Eiliseksi kurssikerraksi fysiikan 48 tehtävästä en ehtinyt tehdä 10, enkä sitten myöskään tehnyt kemiaa. Nämä jää rästiin ensi kerraksi muiden fysiikan 29 laskun ja kemian 15 laskun lisäksi.

Tiistai 4.12
Tänään kertailin viime viikon fysiikan asiat, jotka käsittelee koko FY2 Lämpö kurssia.
Fysikaalisissa prosesseissa energia ei häviä eikä synny tyhjästä, vaan se säilyy. Energia muuttaa muotoaan potentiaalienergiasta (Ep=mgh) liike-energiaksi (Ek=1/2mv^2) ja toistepäin. Energia voi myös muuttua lämpöenergiaksi eli huonontua. Energiaa voidaan saada systeemiin lisää tekemällä siihen työtä. Jos systeemi tekee työtä, energia lopussa on pienempi kuin energia alussa. Työ on W=Fs ja sen yksikkö on Nm eli J (joule). Työn tehokkuutta kuvataan teholla P=W/t, joka on tehty työ jouleissa per työhön kulunut aika sekunneissa. Koneille, jotka tekee työtä, voidaan laskea hyötysuhde = koneen antama teho / koneen ottama teho. Hyötysuhde voi olla nollan ja yhden välillä, mutta ei ikinä yksi, koska silloin olisi kyseessä ikiliikkuja. Kitkan tekemä työ on W= Fkitka x s. Jouselle voidaan laskea jousivoima F=-kx, ja voiman tekemä työ W=1/2kx^2.
Paine on vaikuttava voima pinta-alaa kohden p=F/A ja paineen yksikkö on Pa pascal. Paineen yksikkönä voidaan käyttää myös bar baaria, mikä on 100 000 Pa. Nesteessä paine leviää tasaisesti kaikkialle. Tätä käytetään hyväksi hydraulisessa nosturissa. Hydraulisen nosturin voimien ja pinta-alojen laskukaava on F1/A1=F2/A2. Koska nosturin eri päissä on eri pinta-ala, mäntää saadaan liikkumaan pienemmällä voimalla. Vedessä tietyllä syvyydellä vallitsee hydrostaattinen paine p=tiheys x h x g, joka johtuu kappaleen yläpuolella olevan vesipatsaan aiheuttamasta paineesta. Kokonaispaine tietyllä syvyydellä on ilmanpaine 101325 Pa + hydrostaattinen paine. Nesteessä samalla syvyydellä on sama hydrostaattinen paine. Tätä voidaan soveltaa esimerkiksi U-putkissa. Nesteessä olevaan kappaleeseen vaikuttaa noste N=tiheys x V x g. Nosteen suuruus riippuu nesteen tiheydestä ja kappaleen syrjäyttämän nesteen määrästä. Jos noste on yhtä suuri kuin kappaleen paino, kappale kelluu. Jos noste on suurempi, kappale nousee kokonaan pintaan, ja jos noste on pienempi kuin kappaleen paino, kappale uppoaa.
Lukion tasolla kaasujen oletetaan olevan ideaalikaasuja. Kylläinen höyry ei ole ideaalikaasu. Ideaalikaasulaskuja voidaan laskea kaavalla (p1V1)/T1=(p2V2)/T2. Eri tilanteissa voi olla vakiona paine (isobaarinen), lämpötila (isoterminen) tai tilavuus (isokoorinen). NTP-olosuhteissa (paine on normaali-ilmanpaine ja lämpötila 273,15K) kaasuihin voidaan soveltaa kaavaa pV=nRT. Näissä olosuhteissa voidaan laskea kaasun tilavuus kaavasta n=N/N0, jossa N on Avogadron vakio ja N0 on moolinen kaasuvakio. Daltonin lain mukaan eristetyn systeemin kokonaispaine on osapaineiden summa, kuten myös kokonaistiheys on osatiheyksien summa. Faasikaaviossa on sublimoitumis-, sulamis- ja kiehumispistekäyrät T,p koordinaatistossa. Faasikaaviossa kolmoispiste kuvaa tilannetta, jossa kolme olomuotoa ovat tasapainossa. Kriittinen piste kuvaa lämpötilaa, jonka yli mentäessä höyry ei enää nesteydy nostamalla painetta. Yli kriittisessä pisteessä höyryä sanotaan kaasuksi.
Kiinteät kappaleet laajenee lämmetessä. Voidaan laskea pituuden, pinta-alan tai tilavuuden lämpölaajenemista. Pituuden lämpölaajenemiskertoimet alfa ovat aineille ominaisia. Pinta-alan kerroin beeta = 2 alfa ja tilavuuden kerroin gamma = 3 alfa. Pituuden lämpölaajeneminen lasketaan kaavasta muutos l = kerroin x alkuperäispituus x lämpötilan muutos.
Lämpöopissa sääntönä on, että systeemin energia ei häviä eikä synny tyhjästä. Kun eristetyssä systeemissä on kaksi erilämpöistä kappaletta, kylmempi kappale vastaanottaa sen lämpömäärän minkä lämpimämpi luovuttaa. Lämpötilaerot pyrkivät aina tasaantumaan. Kappaleella on ominaislämpöarvo C, jolla laskettuna lämpömäärä Q= C x muutos T. Aineelle ominainen on ominaislämpökapasiteetti, jolla laskettuna lämpömäärä Q=c x m x muutos T. Kappaleen sulattamiseen tarvittava lämpömäärä lasketaan kaavasta Q=sm, joka myös vastaa lämpömäärää, joka vapautuu kun kappale jähmettyy. Nesteen höyrystämiseen tarvittava lämpömäärä Q=rm, joka myös vapautuu kun kappale tiivistyy nesteeksi.
Polttoaineen polttamisessa vapautuva lämpömäärä lasketaan kaavasta Q=Hm, missä H=aineen lämpöarvo. Systeemin sisäenergian muutos = Q + W eli lämpömäärä plus systeemiin tehty työ. Jos systeemi tekee työtä, W on negatiivinen. Jos sisäenergian muutos on negatiivinen, systeemistä poistuu lämpöä.
Termodynaaminen kone voi olla lämpövoimakone tai jäähdytyskone/lämpöpumppu. Lämpövoimakone muuttaa lämpöä työksi. Kone ottaa lämpöä kuumasäiliöstä, muuttaa osan työksi ja luovuttaa loput kylmäsäiliöön (T1 -> T2). Lämpövoimakoneelle voidaan laskea hyötysuhde ja ideaalinen hyötysuhde. Jäähdytyskone ja lämpöpumppu siirtää lämpöä alemmasta lämpötilasta ylempään (T2 -> T1). Jakson aikana se ottaa lämpömäärän Q2 kylmäsäiliöstä, ja siirtää sen työn avulla kuumasäiliöön. Jäähdytyskoneen suorituskyky lasketaan jakamalla otettu lämpömäärä T2 työllä. Lämpöpumpulle lasketaan suorituskyky jakamalla luovutettu lämpömäärä Q1 työllä. Koneelle voidaan laskean maksimaalinen suorituskyky säiliöiden lämpötilojen avulla.

@темы: fysiikka

21:59 

Aineen olomuodot

Maanantai 26.11
Tänään oli kurssiopetusta, jota ennen tein kotitehtävät loppuun ja luin päivän aiheet kurssikirjoista.

Tiistai 27.11
Tänään tein kotitehtäviä, fysiikasta 20 laskua ja kemiasta 2.
Kertasin eilisen kemian kurssin aiheen eli Aineiden olomuodot.
Kemialliset aineet voidaan jakaa puhtaisiin aineisiin ja seoksiin. Puhtaisiin aineisiin kuuluvat alkuaineet ja kemialliset yhdisteet. Seos koostuu vähintään kahdesta puhtaasta aineesta. Seokset voivat olla homogeenisia eli tasakoosteisia tai heterogeenisia, jolloin pystytään erottamaan seoksen faasit. Faasit voivat olla joko samassa tai eri olomuodoissa.

Yksi aineiden olomuodoista on kiinteä. Kiinteät aineet voivat olla joko kiteisiä tai amorfisia.
Amorfisilla aineilla on epäsäännöllinen rakenne, niillä ei ole tarkkaa sulamispistettä, vaan ne pehmenevät vähitellen kuumentaessa. Tälläisiä aineita ovat esimerkiksi lasi ja muovi.
Kiteisillä aineilla on säännöllinen rakenne, kidehila. Kiteisillä aineilla voi olla atomihila, molekyylihila, metallihila tai ionihila. Atomilassa atomeilla on tietyt paikat. Atomit pitää yhdessä kovalenttiset sidokset. Atomihilan rakenne on kestävä ja sillä on korkea sulamispiste.
Molekyylihilassa molekyylit pysyvät yhdessä dipoli-dipolisidoksilla tai dispersiovoimilla. Molekyylihila on hauras, se ei johda sähköä tai johtaa hyvin vähän. Näillä aineilla on myös matala sulamispiste.
Metallihilassa metallikationit pysyvät paikallaan ja elektronit pääsevät liikkumaan vapaasti hilassa. Metallihila pysyy kasassa metallisidoksien avulla. Metallit johtavat hyvin sähköä ja lämpöä vapaiden elektronien takia. Tämän takia ne myös taipuu. Metallit kiiltää koska ulkoelektronit heijastavat valoa. Metallit ovat kovia, ja niiden kestävyys riippuu metallialkuaineesta.
Ionihilassa positiiviset kationit ja negatiiviset anionit pysyvät tiiviisti yhdessä. Hila pysyy koossa ionisidoksien vuoksi. Ioniyhdisteillä on korkea sulamispiste, mutta ne ovat hauraita. Ioniyhdiste ei johta sähköä kiinteänä, mutta johtaa nesteen liuotettuna.

Toinen olomuoto on neste. Nesteessä hiukkaset pystyvät liukumaan toistensa ohitse, mutta ovat kuitenkin lähellä toisiaan. Tämän takia neste aina ottaa astian muodon. Nesteelle on ominaista pintäjännitys, koska nesteen sisällä molekyyleillä on enemmän vuorovaikutuksia kuin ulkopuolella, joten neste pyrkii pysymään kasassa. Erityisen voimakas pintajännitys on vedellä. Tähän perustuu kapillaari-ilmiö. Vedellä on suuret sulamis- ja kiehumispisteet, koska vesimolekyylit sitoutuvat toisiinsa vetysidoksilla. Yksi vesimolekyyli voi muodostaa neljä vetysidosta muiden vesimolekyylien kanssa. Vesi on ainoa aine joka on nesteenä tiheämpi kuin kiinteänä. Vesi on tiheintä +4 asteessa. Joihinkin yhdisteisiin vesi sitoutuu kidevetenä. Yhdiste on silloin hydraatti. Kidevesi voidaan poistaa kuumentamalla yhdiste. Tämä yhdiste kuitenkin pyrkii myöhemmin sitomaan itseensä kidevettä eli se on hygroskooppinen aine.
Nesteessä voi tapahtua diffuusio, joka on ominainen myös kaasuille. Silloin eri liuoksien väkevyyserot pyrkivät tasoittumaan ja ainetta siirtyy väkevämmästä laimeampaan ja laimeammasta väkevämpään. Puoliläpäisevän kalvon läpi tapahtuva diffuusio on osmoosi. Tämän takia suolaveden juominen on vaarallista, koska silloin vesi virtaa soluista ulkopuolelle tasottamaan väkevyyserot ja solut kuivuvat. Kun nesteeseen liuotetaan jotain, syntyy liuotin ja liuenneet aineet. Liuotinta on liuoksessa suurin pitoisuus. Aineen liukenemiseen voidaan vaikuttaa nostamalla lämpötilaa tai painetta. Kiinteä aine liukenee paremmin korkeammassa lämpötilassa, mutta kaasu pienemmässä lämpötilassa. Kun poolinen aine liukenee veteen, vesimolekyylin irrottavat yhdisteen atomit toisistaan eli tapahtuu hydrataatio, ja vesimolekyylit muodostavat atomien ympärille hydraattiverhon. Kaltainen liuottaa kaltaista eli poolinen liukenee pooliseen ja pooliton poolittomaan.

Kolmas olomuoto on kaasu. Lukion laskuissa kaasun oletetaan olevan ideaalikaasu, jonka hiukkaset ovat pistemäisiä, eikä niiden välillä ole sidosvoimia. Kaasussa hiukkaset liikkuvat nopeasti värähdellen toistensa ohitse, ja kaasu aina ottaa koko käytössä olevan tilavuuden. Kaasut sekottuvat tasaisesti. Saman ainemäärän tilavuus kaasumuodossa on suurempi kuin kiinteässä tai nesteessä. Kaasuja voidaan tämän vuoksi puristaa kokoon. Jos tilavuus pysyy samana, kaasun paine nousee, hiukkaset alkavat värähtelemään ja lämpötila kohoaa.

Aine muuttuu kiinteästä nesteeksi sulamalla, nesteestä kaasuksi höyrystymällä. Kaasusta nesteeksi tiivistymällä ja nesteestä kiinteäksi jähmettymällä. Aine voi myös muuttua suoraan kiinteästä kaasuksi sublimoitumalla ja kaasusta kiinteäksi härmistymällä.

@темы: kemia, valmennuskurssi

13:18 

Atomit ja sidokset

Maanantai 19.11
Ennen kurssikertaa kertailin teoriat ja tein niistä mind mapit.
Kemiassa kertasin atomien ja molekyylien sitoutumista.
Atomit pyrkivät tekemään sidoksia muiden atomien kanssa, jotta ne saisivat jalokaasujen pysyvän ulkokuorielektronirakenteen, oktetin, jolloin valenssikuorella on 8 elektronia (siirtymäalkuaineilla 18, vedyllä 2=dupletti). Atomien väliset sidokset ovat vahvempia kuin molekyylien väliset. Epämetalliatomien välillä voi olla yksinkertaisia-, kaksois- tai kolmoissidoksia. Näistä kolmoissidos on vahvin. Kovalenttisella sidoksella liittyneet atomit muodostaa poolisen molekyylin, jos atomien välillä on elektronegatiivisuuseroa. Poolisuus voi kumoutua molekyylin avaruudellisen muodon vuoksi. Jos poolisuus kumoutuu, molekyyli on ulospäin pooliton vaikka sidokset ovatkin poolisia. Eräs kovalenttisen sidoksen erikoistapaus on koordinaatiosidos. Ammoniumioni muodostuu koordinaatiosidoksella. Silloin atomiin liittyy protoni ja molemmat sidokseen tarvittavat elektronit tulee samalta atomilta. Sidos eroaa tavallisesta kovalenttisesta sidoksesta vain syntytapansa perusteella.
Atomit liittyy toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla, jos niiden elektronegatiivisuusero on alle 1,7. Jos ero on suurempi eli toinen atomi vetää toisen elektroneja selvästi voimakkaammin, elektropositiivisempi atomi luovuttaa sidoselektroninsa kokonaan elektronegatiivisemmalle atomille. Näin syntyy positiivinen ja negatiivinen ioni. Ionien välillä on sähköiset vetovoimat ja sidosta sanotaan ionisidokseksi. Ionisidos ei ole poolinen kovalenttinen sidos. Ionisidos voi syntyä metallin ja epämetallin välille.
Metallien ulkokuorella on vähän elektroneja ja ne irtoavat helposti. Näin metallihilassa atomit luovuttavat elektroninsa yhteisiksi elektroneiksi. Atomista tulee positiivisia kationeja, jotka liikkuvat yhteisessä elektronimeressä. Sidos pysyy koossa vastakkaismerkkisten varausten vuoksi.
Molekyylien liittyminen toisiinsa riippuu niiden poolisuudesta. Kun molekyyli on poolinen, eli siihen liittyneillä atomeilla on positiivisia ja negatiivisia osittaisvarauksia, ne voivat liittyä toisiinsa dipoli-dipolisidoksilla. Silloin positiiviset varaukset hakeutuu negatiivisten lähelle ja toistepäin, jolloin molekyyleille syntyy sähköisiä vetovoimia. Molekyylin ja ionin välille voi syntyä dipoli-ionisidos, jolloin ioni hakeutuu molekyylin vastakkaismerkkista dipolia kohti. Nämä ionirakenteiset yhdisteet liukenevat hyvin pooliseen, mutta ei poolittomaan liuottimeen. Poolisen liuottimen varautuneet molekyylit hakeutuvat molekyylin varautuneiden atomien luo ja pystyvät irrottamaan ne toisistaan.
Poolisilla molekyyleillä voi myös olla vetysidoksia. Silloin yhden molekyylin vety hakeutuu toisen molekyylin pientä, hyvin elektronegatiivista atomia kohti (F, O, N). Vetysidos on todella vahva molekyylien välinen sidos. Se on oleellinen DNAn rakenteen syntymisessä.
Poolittomat molekyylit voivat liittyä toisiinsa dispersiovoimilla. Nämä voimat ovat hyvin heikkoja. Dispersiovoimat syntyvät elektroniverhon elektronien liikkeestä, jotka voivat saada naapurimolekyylissä vastaavia hetkellisiä dipoleja. Nämä dispersiovoimat ovat olemassa kaikilla atomeilla, niiden osuus atomien välisissä sidoksissa ja poolisten molekyylien välisissä sidoksissa on vain todella pieni. Dispersiovoimat ovat sitä voimakkaammat, mita enemmän elektroneja molekyylillä on ja mitä suurempi on molekyylin massa.
Sidoksien syntyminen on energiatehokasta, koska sillloin vapautuu energiaa. Jotta sidos saadaan katkaistua, vaaditaan saman verran energiaa. Mitä vahvempi sidos, sitä enemmän energiaa tarvitaan sen katkaisemiseen. Molekyylit on paljon helpompaa irrottaa toisistaan kuin atomit.

Fysiikassa käytiin suhteellista liikettä. Kun kappale liikkuu väliaineessa, joka liikkuu tietyllä nopeudella tiettyyn suuntaan, voidaan laskea kappaleen nopeuden maan suhteen summavektorien avulla.
Fysiikassa opiskeltiin myös heittoliikettä. Heittoliikkeen laskut voi laskea joko energiaperiaatteen avulla, tai käyttämällä mekaniikan kaavoja soveltamalla siihen putoamiskiihtyvyys. Silloin liike täytyy jakaa vektoreihin. Vaakasuuntainen nopeusvektori on liikkeessä vakio ja vain pystysuuntainen nopeusvektori muutuu. Laskuissa on hyvä ottaa positiiviseksi suunnaksi ylöspäin.

@темы: fysiikka, kemia, valmennuskurssi

06:48 

Tiistaina lukupäivä oli vaikea saada vauhtiin. En saanut itseäni sängystä ylös ja aamupäivän kokeilin uutta puhelinta.
Sain luettua maanantain kurssialueen kemian ja fysiikan teorian. Laskin kemian kotitehtäviä, 12 laskua ja fysiikasta 8 laskua. Nämä käsittelivät kemiassa atomin rakennetta ja orbitaaleja. Fysiikassa oli kinematiikkaa ja liikeyhtälöitä.
Tälle viikolle on tavoitteena tehdä kotitehtävät loppuun, tehdä teoriasta kertauksena mind map, lukea FY3 kpl 3 ja tehdä siihen liittyvät tehtävät.
Tänään on työpäivä ja lukea en todennäköisesti jaksa. Kaikki siis riippuu loppuviikon työvuoroista, joista minulla ei ole vielä mitään hajua.

@темы: kemia, fysiikka

15:10 

Tämä maanantain kirjoitus tulee myöhässä. Tulin eilen myöhään valmennuskurssilta kotiin enkä ollut kirjoittamiskunnossa.
Eilen laskin FY3 kappaleen 2 laskut loppuun joita oli jäljellä 12 kappaletta. Sen jälkeen luin kappaleen 1 uusiksi ja tein siitä mind mapin.
Meillä oli kurssiopetusta 16.30-21.00, kaksi tuntia fysiikkaa ja kaksi tuntia kemiaa.
Fysiikassa oli aloitusluento, käytiin läpi perusliikeyhtälöt, SI-järjestelmä, johdannaisyksiköt, etuliitteet ja kymmenenpotenssit. Meillä oli myös pistokoe, jossa en osannut pyöritellä logaritmikaavaa. Tiedän kyllä että en osaa sitä, täytyykin opetella.
Kemiassa päästiin heti vauhtiin ja opiskeltiin atomimalleja, atomirakenteita, jaksollista järjestelmää ja kvanttilukuja.

@темы: valmennuskurssi

00:09 

FY3 teorian kertausta. Ihmeellistä kuinka nopeasti huomaa eron kun käyttää erilaisia oppimistekniikoita. Muistan kappaleen melko täydellisesti, enkä ole kerrannut sitä kuin kerran. Ajallisesti kappaleen opiskelemiseen meni ehkä kaksi tuntia enemmän kuin tavallisella lukemisella. Positiivinen palaute on vahva asia, tätä tekniikkaa tulen ehdottomasti käyttämään lisää.
Tein 12 laskua kappaleesta 2. Kertasin voimayhtälöitä ja harmonisen värähtelyn jaksonajan kaavaa. Vastaan tuli kaksi ylppärilaskua, joista yhden sain laskettua esimerkin avulla ja toisen kanssa jumahdin täysin. Edes vastauksen katsominen ei auttanut, niin huonosti se oli esitetty. Peruspolynomeilla se lopulta ratkesi. Täytyy kerrata vielä sievennyskaavoja. Aina se asia tuntuu jämähtävän matematiikkaan. Nyt tiedän miten tälläinen lasku ratkeaa, ollaan yhtä kokemusta rikkaampana.
Lukusuunnitelman mukaan tällä viikolla on kappale 4 loppuun ja laskut. Pari kappaletta olen jäljessä, viikonloppuna on suunnitelman mukaan aina vapaata. Tavoitteena on tehdä kakkoskappaleen laskut loppuun vk:na.
En tiedä miten ihmiset lukee yhden lukion kurssikirjan per viikko. Ei varmaankaan ole kauhean tehokasta. Itsellä menee puolitoista päivää yhteen kappaleeseen, ja kappaleita on kirjoissa noin 8. Voisin puristaa joku päivä täysillä ja katsoa mikä on oma maksimisuoritus. Tämäkin riippuu laskuista. Kun tulee joku tosi vaikea vastaan, sitä vähän väkisin tuijottaa tunti pari. Tavoite: jättää selvästi vaikeat laskut jotka ei ratkea päivän loppuun ja kysyä omalta asiantuntijalta, jos ei mene perille edes ratkaisun pohtimisen kautta. Tarkoitus on kuitenkin ymmärtää jokainen lasku ja osata samanlaiset jatkossa.

@темы: fysiikka, vastoinkäymiset

22:37 

Aallot ja värähtely

Tänään vuorossa oli FY3 ja toinen kappale, jossa käsitellään värähdysliikettä ja harmonista voimaa. Värähdysliike on yksi perusliikkeistä, muita ovat etemenisliike ja pyörimisliike.
Olen oppinut, että liike on värähtelevää silloin kun kappaleen rakenneosien etäisyydet vaihtelevat jaksollisesti. Kappale värähtelee harmonisesti kun se värähtelee vakiotaajuudella amplitudista riippumatta. Harmoninen voima yrittää palauttaa harmonisessa värähtelyssä olevan kappaleen tasapainoon. Jousi on hyvä esimerkki harmonisesta värähtelijästä. Jousen tasapainoasemaan palauttava harmoninen voima saadaan laskettua jousivakion avulla, suoran kulmakertoimen, joka kuvaa jousen jäykkyyttä, ja jousen venymän avulla. Jouselle voidaan myös laskea jaksonaika, joka kuvaa, kuinka kauan jousella menee aikaa yhteen edestakaiseen heilahdukseen. Taajuus on jaksonajan käänteisarvo, joka kuvaa sitä, kuinka monta kertaa jousi ehtii heilahtaa tietyssä ajassa.
Värähtely synnyttää aineeseen aaltoja. Aineen rakenneosat poiketetaan tasapainoasemasta, jolloin ne alkaa värähtelemään edestakaisin. Kosketusvuorovaikutuksen avulla energiaa siirtyy rakenneosilta toisille ja syntyy aalto. Aallon mukana etenevä energia vähitellen muuttuu kosketusvuorovaikutuksen ja muun muuassa kitkan takia lämpöenergiaksi, ja näin aallon liike-energia lopulta kumoutuu.
Kappaleella on tietty ominaistaajuus, jolla se vapaasti värähtelee. Ominaisvärähtely tapahtuu ominaistaajuudella. Ominaistaajuuteen liittyy resonanssi. Kun ulkoinen energia siirtyy kappaleeseen, kappale alkaa värähtelemään ominaistaajuudella. Sen taajuus on siis vakio ja värähtelyn voimakkuus kasvaa, koska amplitudi kasvaa. Kun aikuinen antaa keinulla keinuvalle lapselle sopivalla taajuudella vauhtia, keinun liikkeen amplitudi kasvaa. Energia varastoituu kappaleeseen, ja jos amplitudi kasvaa liian suureksi, se voi jopa rikkoa sen.
Tärkeintä tämän päivän asiassa oli mielestäni värähtelyn syntymisen tajuaminen ja se, kuinka värähtely liittyy aaltoiluun. Asiassa on myös tärkeää osata soveltaa Newtonin II lakia (voiman ja vastavoiman laki), jolla saa laskettua hyvin nämäkin jousitehtävät.
Fysiikan lisäksi luin tänään lisää opiskelustrategioista ja siitä, minkälaiseen haasteeseen minkälaistakin strategiaa kuuluu soveltaa. Laskin kappaleesta 6 peruslaskua.

@темы: fysiikka

13:46 

Ensimmäinen kirjoitus oppimispäiväkirjaan.
Tämän idean taka-ajatus on muuttaa omia opiskelu- ja oppimistapoja mahtavan oppimisohjausluennon innoittamana. Kun ollaan niin vaativalla ja pitkäjänteisellä tiellä kuin lääketieteen pääsykokeeseen lukeminen ja lääkäriksi tuleminen, omiin oppimistottumuksiin on pakko tehdä huomattavia muutoksia.
Mitä olen päättänyt tehdä toisin?
Ensimmäisenä ja tärkeimpänä asiana on lukusuunnitelma. Paha peikko. Nyt yritän ponnistaa ja oppia näitä tekemään. Jotenkin vain lukemalla sen verran mitä ehtii silloin kun ehtii ei sisälle päästetä. Muutoksia on tehtävä. Joten tavoite numero yksi on, että meistä lukusuunnitelman kanssa tulee hyviä kavereita.
Toinen asia on oppimisstrategiat. Toinen tavoite on kokeilla ja antaa mahdollisuus joka ikiselle oppimisstrategialle, mitä meidän kurssin ohjauskirjasessa esitetään. Opittavan alueen selaaminen, mitä osaan ennestään, kysymyksien tekeminen ennen lukua. Lukemisen yhdeydessä asian pohtiminen ja yhteyksien etsiminen. Mindmapin tekeminen. Kaavioiden, tiivistelmien, syy-seuraussuhteiden etsiminen.
Kolmas tavoite on oppimispäiväkirjan pitäminen. Sitä varten tämä blogi on. Tässä tulen pohtimaan kaikkia, mitä olen oppinut, mitä en oppinut. Mikä herätti erityisiä ajatuksia ja mistä sain ahaa-elämyksen. Mitä pitää vielä tarkentaa ja mitä kerrata. Mitkä asiat ovat erityisen tärkeitä. Tarkoituksena on olla mahdollisimman avoin ja rehellinen itselle, epäonnistumiset pitää todeta ajoissa ja tehdä asian eteen jotain että se korjaantuu.
Tämä tulee olemaan haastavaa. Minulla on oppimisen kehittämiseen liittyen kolme tavoitetta, joita kohti mennään ja ollaan parempia oppijoita.

15:50 

Kemiallinen tasapaino

Jotkut reaktiot etenevät loppuun asti. Toiset reaktiot eivät etenee loppuun, vaan asettuvat tasapainotilaan, jossa lähtöaineita ja tuotteita on tietyssä suhteessa. Tätä sanotaan kemialliseksi tasapainotilaksi. Homogeenisessa tasapainossa aineet ovat samassa olomuodossa ja heterogeenisessa tasapainossa on vähintään kaksi faasia. kun reaktio on tasapainotilassa, systeemissa ei havaita konsentraatiomuutoksia, lämpötilamuutoksia tai kaasukehitysta. Kemiallinen tasapaino on dynaaminen tasapaino, jossa etenevä ja palautuva reaktio tapahtuvat samalla nopeudella ei näin havaita muutoksia koostumuksessa.

Massavaikutuksen lain mukaan tasapainotilassa lähtöaineiden ja tuotteiden konsentraatioiden välillä on tietty riippuvuus. Jokaisella reaktiolla on sille ominainen tasapainovakio, joka riippuu lämpötilasta. Tasapainovakio saadaan laskettua reaktion tuotteiden ja lähtöaineiden tasapainokonsentraatioista, joissa reaktioyhtälön kertoimet tulevat potensseiksi. Käänteisreaktion tasapainovakio on 1 jaettuna etenemisreaktion tasapainovakiolla.
Tasapainovakion suuruudesta voidaan päätellä, kuinka paljon reaktio etenee. Jos tasapainovakio K<>1, reaktio etenee melkein loppuun asti ja tuotteita on enemmän kuin lähtöaineita. Tasapainovakiosta ei voida sanoa, kuinka nopeasti tasapaino asettuu.

Tasapainotilaa voidaan muuttaa ulkoisella pakotteella. La Chatelierin periaatteen mukaan systeemissä tapahtuu muutos, joka pyrkii kumoamaan ulkoisen pakotteen vaikutuksen. Tasapainoa voidaan muuttaa muuttamalla konsentraatiota. Kun lisätään ainetta, tasapaino siirtyy toiseen suuntaan lisäyksestä poispäin. Jos ainetta poistetaan, tasapaino siirtyy poiston suuntaan. Paineen muuttaminen vaikuttaa kaasusysteemiin. Jos painetta lisätään, tasapaino siirtyy sinne, missä kaasuainemäärä on pienempi. Lämpötilan lisääminen vaikuttaa reaktioon riippuen siitä, onko reaktio eksoterminen vai endoterminen. Jos reaktiossa vapautuu energiaa, lämpötilan laskeminen siirtää tasapainoa tuotteiden suuntaan. Jos reaktiossa sitoutuu energiaa, lämpötilan nostaminen siirtää tasapainoa tuotteiden suuntaan.
Tasapainotilan asettumisen nopeuteen voidaan vaikuttaa katalysaattorilla. Tama ei kuitenkaan vaikuta itse tasapainotilaan, vaan pelkästään nopeuttaa sen asettumista.

@темы: kemia

06:38 

Tiistai, 20.11
Olen tänään laskenut kemian laskuja, joissa käsitellään kemiallisia sidoksia, ja fysiikan laskuja joissa sovelletaan kinematiikkaa ja suhteellista liikettä.
Loppuviikon olen töissä eikä lukemisesta tule mitään. Yritän kuitenkin laskea läksyt loppuun.

14:14 

Aallot ja ääni

Tästä aiheesta kirjoittelin jo aikasemmin, mutta kertaus on opintojen äiti. Edellinen kerta oli itseopiskeltu ja tämä on kurssiaiheen kertausta.

Aaltoliike syntyy kun hiukkaset värähtelevät jaksollisesti tasapainoasemansa ympärillä. Tyhjiössä aaltoliike etenee magneettikentän värähtelyinä. Aaltoliike voi olla mekaanista tai sähkömagneettista. Mekaaninen aaltoliike tarvitsee väliaineen edetäkseen. Sähkömagneettinen aaltoliike voi edetä sekä tyhjiössä että väliaineessa. Aalto kuljettaa mukanaan energiaa mutta ei ainetta. Poikittaisessa aaltoliikkeessa väliaineen häiriöt liikkuvat kohtisuoraan aallon etenemissuuntaa vasten. Pitkittäisessä aaltoliikkeessä väliaineen häiriöt liikkuvat aaltoliikkeen suuntaisesti. Pitkittäisessä aallossa on harventumia ja tihentymiä. Tihentymissä paine on suurempi kuin harventumissa.

Aaltoliikettä voidaan määritellä eri suureiden avulla. Aallonpituus kertoo samassa vaiheessa olevien värähtelijöiden välimatkan, kahden peräkkäisen harventuman tai tihentymän välimatkan. Taajuus kertoo kuinka monta aaltoa ohittaa tietyn pisteen sekunnissa. Aineilla on ominaistaajuus, jolla ne mielellään värähtelee. Toinen kappale voi värähdellä samalla taajuudella ja siirtää kappaleeseen energiaa, jolloin se alkaa värähtelemään. Sen amplitudi kasvaa ja siihen varastoituu energiaa. Kappale saattaa jopa mennä rikki. Jaksonaika kertoo, kuinka pitkä aika kuluu yhteen edestakaiseen värähdykseen. Taajuus on jaksonajan käänteisarvo. Taajuus ja jaksonaika riippuvat aallonlähteestä. Aallon nopeus riippuu väliaineesta. Amplitudi on aallon suurin poikkeama tasapainoasemasta. Mitä suurempi ampliduti, sitä suuremman energian aalto kuljettaa.

Kun aalto tulee rajapintaan se heijastuu ja/tai taittuu. Heijastumiskulma on yhtä suuri kuin tulokulma. Jos aalto tulee aalto-opillisesti harvemmasta aineesta, osa heijastuu ja osa taittuu. Heijastuneessa aallossa tapahtuu puolen aallonpituuden vaihesiirto eli aalto heijastuu käänteisenä. Taittunut aalto jatkaa samalla taajuudella eteenpäin.
Jos aalto tulee aalto-opillisesti harvemmasta aineesta tiheampään aineeseen, aalto taittuu pinnan normaaliin päin. Jos aalto tulee aalto-opillisesti tiheämmästä aineesta, aalto taittuu pinnan normaalista poispäin. Kun aalto tulee aalto-opillisesti tiheämmästä aineesta harvempaan, voi tapahtua kokonaisheijastuminen. Silloin koko aalto heijastuu eikä taitu ollenkaan. Taitesuhde on silloin pienempi kuin yksi. Rajakulma voidaan laskea kun taittumislakiin sijoitetaan taittumiskulmaksi sin90 eli 1.

Ääni on mekaanista pitkittäistä aaltoliikettä. Ihmisen kuuloalue on 16 Hz - 20 kHz. Kuuloalueen alapuolella on infraääni ja yläpuolella ultraääni. Äänestä voidaan laskea intensiteett Ii, joka tarkoittaa aallon kuljettamaa energiaa pinta-alaa kohden tietyssä ajassa. Intensiteetin yksikkö on W/m2. Äänelle voidaan laskea myös intensiteettitaso L, jonka yksikkä on dB. Desibelit kasvaa logaritmisesti. 0 dB vastaa 16 Hz. Laskussa käytetään intensiteetin vertailutasoa, joka on 1 pW/m2. Intensiteettitaso ei anna oikeaa kuvaa äänen voimakkuudesta, koska siihen vaikuttaa myös äänen taajuus.

Kahden samanlaisen vastakkaisiin suuntiin liikkuvan aallon yhteisvaikutuksesta syntyy seisova aaltoliike. Seisovassa aaltoliikkeessa on kupu- ja solmukohdat. Suljettuun päähän syntyy aina solmu ja avoimeen päähän kupu. Yhtä aallonpituutta vastaa kaksi kupua. Matalin taajuus vastaa suurinta aallonpituutta ja tätä taajuutta kutsutaan perustaajuudeksi tai perussäveleksi. Kaikki muut taajuudet ovat perustaajuuden monikertoja, harmonisia yläsäveleitä tai yliääniä.

Jos kaksi äänilähdettä värähtelevät melkein samoilla taajuuksilla, tapahtuu interferenssi ja se kuullaan jaksollisesti vaihtelevana voimakkuutena eli huojuntana. Interferenssiaallon taajuus voidaan silloin laskea kaavasta f= I f1-f2 I .
Jos äänilähde ja kuulija liikkuvat toistensa nähden, havaitaan doppler-ilmiö. Silloin kuulija kuulee äänen eri taajuudella kuin millä äänilähde sen lähettää. Doppler-ilmiö havaitaan myös valolla.
Jos äänenlähde liikkuu kovempaa kuin aalto (hävittäjälentokone), syntyy shokkiaalto. Lähde pääsee aallon edelle ja ääniaalto kerääntyy lähteen taakse shokkiaalloksi. Kun aalto tavoittaa kuulijan, kuullaan voimakas paukahdus.

@темы: fysiikka

15:33 

BIOS 2.1 Eliöt rakentuvat soluista

Solujen koko on noin 10-100 mikrometria ja soluelimien koko määritellään nanometreissa. Eläinsolut ovat isompia kuin kasvisolut. Solun pienellä koolla on suuri merkitys. Kuljetusmatkat ovat silloin lyhyempiä ja aineita saadaan nopeasti perille. Pienellä solulla on myös suuri pinta-ala suhteessa tilavuuteen ja aineita saadaan tehokkaasti kuljetettua solukalvon läpi. Ihmisen suurimpia soluja ovat munasolut ja pienempiä siittiöt ja punasolut. Solujen ikä vaihtelee muutamasta tunnista useampaan kymmeneen vuoteen. Pitkäikäisimpiä soluja ovat aivo-, hermo- ja lihassolut ja lyhytikäisimpiä punasolut ja ihosolut. Eliöillä kuolleet solut hajoitetaan ja kasveilla ne jäävät yleensä solukkoon.

Solut tarvitsevat energiaa toimiakseen. Eläinsolut saavat ravinteita ravinnosta ja kasvisolut vedestä ja maaperästä. Eläinsolut saavat energiaa ravinnosta ja kasvisolut Auringon valosta yhteyttämisen avulla. Aineita käsitellään ja syntyy jätteitä. Osa kelpaa raaka-aineiksi toisen tuotteen valmistamisessa ja loput haitalliset aineet poistetaan solun ulkopuolelle.

Ihmisen elimistö koostuu soluista ja solut alkuaineista. Tärkeimpiä alkuaineita ovat hiili, vety, happi ja typpi. Ne yhdessä muodostavat noin 93% ihmisen kehosta. Solut käyttää hyväkseen erilaisia orgaanisia yhdisteitä, kuten proteiineja eli valkuaisaineita ja nukleiineja, lipideja eli rasvoja ja hiilihydraatteja eli sokereita. Soluissa sidokset katkeaa ja solu käyttää sidoksista vapautuvaa energiaa omaan toimintaan. Tärkein solut rakennusaine on vesi. Se on noin 70-90% solusta. Vedellä on hyvä kyky sitoa lämpöä, se on hyvä lämmönsäätelijä ja kuljetin. Vetysidoksien ansiosta vedellä on pintajännitys, joka antaa solulle tukevan muodon. Vesi on myös hyvä liuotin, se liuottaa kaikkia poolisia yhdisteitä. Suurin osa kemiallisista reaktioista tapahtuu vedessä.

Eliön rakenteita ja soluja voidaan tutkia mikroskooppien avulla. Valomikroskoopilla voidaan tutkia näytteitä jotka ovat isompia kuin valon aallonpituus eli noin 400-700 nanometria. Valomikroskoopissa valo läpäisee näytteen. Suurennos voi olla enintään 1500-kertainen.
Elektronimikroskoopilla tutkitaan valon aallonpituutta pienempiä näytteitä elektronisuihkun avulla. Tämä on tehtävä tyhjiössä jotta elektronit eivät menetä energiaa törmäyksiin. Sen takia elektronimikroskoopilla ei voida tutkia eläviä olentoja. Läpäisymikroskoopissa elektronit läpäisee näytteen ja pyyhkäisymikroskoopissa elektronit heijastuvat näytteen pinnasta.

@темы: biologia, ihmisen biologia

Oppimispäiväkirja

главная