Side 1 av 7 EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2 Dato: Torsdag 26. mai 2016 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Åsgårdvegen 9 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator med tomt dataminne Rom Stoff Tid: Fysikktabeller Vedlegg: Formelsamling fysikk (side 5) Det periodiske system (side 6) Spenningsrekka (side 7) Oppgavesettet er på 7 sider inklusiv forside Kontaktperson under eksamen: Annfrid Sivertsen Tlf: 776 23369 / 907 71813 Carita Varjola Tlf: 776 45189 / 934 41611 NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladd sammen med besvarelsen
Side 2 av 7 NB! Alle deloppgavene teller like mye i vurderingen. Oppgave 1 (33,3%) To steiner med lik størrelse men ulik masse slippes fra ro i samme høyde h. Den ene steinen er dobbelt så tung som den andre. Vi ser bort fra luftmotstand. a) Hvilke av de følgende utsagnene er korrekt? Begrunn svarene. A: Steinene har lik potensiell energi i starten B: Steinene har lik kinetisk energi i det de når bakken C: Steinene har lik fart i det de når bakken D: Det tar like lang tid for steinene å nå bakken b) Beregn effekten for et vannkraftverk med virkningsgrad η=0.89 som utnytter en fallhøyde (head) på 600 m og vannføring (slukeevne) på 4,0 m 3 /s. Gi også en kommentar på hvilken type turbin vannkraftverket ideelt sett burde bruke. Bruk at vannets tetthet er ρρ = 1000 kg/m 3 og tyngdeakselerasjonen er gg = 9,81 m/s 2. c) Hvilke fordeler og ulemper er knyttet til elektrisitetsproduksjon fra magasinvannkraftverk? (NB! Alle fordeler og ulemper, ikke kun miljømessige). d) Vis hvordan vi kommer fram til formelen for effekten i vind gitt ved: PP vvvvvvvv = ππ 2 ρρrr2 vv 3. Forklar hvordan vi ved hjelp av denne formelen (PP vvvvvvvv ) kan finne virkningsgraden (C p ) til en horisontal vindturbin. Gi en kommentar på hvorfor det finnes en teoretisk øvre grense for virkningsgraden til vindturbiner. e) Forklar de fysiske prinsippene bak elektrisitetsproduksjon i en generator.
Side 3 av 7 Oppgave 2 (33,3%) a) Nevn tre teknikker for CO2-rensing og forklart kort hva de ulike teknikkene går ut på. b) Beregn solas utstrålte effekt. Sola har emissivitet εε = 1, temperatur T=5800K og radius rr = 6,96 10 8 m. Hva betyr det at sola er et sort legeme? c) Et solcellepanel til bruk på hytte har «Fill Factor» FF = 0.78. Målinger for strøm og spenning viser at spenning ved åpen krets (open circuit) V oc = 22 V og kortsluttningstrømmen (short circuit) I sc = 8,0 A. Hva blir maksimal effekt fra solcella? Tegn figur som viser hvordan vi kan finne FF og maksimal effekt grafisk. d) Finn virkningsgraden til solcellepanelet ved en gjennomsnittlig innstråling på 600W/m 2. Solcellepanelets areal er 1,0m 2. (Dersom du ikke fant maksimal effekt i oppgave c), bruk P=150W). Templin Solar Park solcelleanlegg i Tyskland har en installert effekt på 128.5 MW. Anleggets årlige produksjon ligger på 1,2 10 8 kwh. e) Hva er kapasitetsfaktoren for dette solcelleanlegget? Kommenter svaret!
Side 4 av 7 Oppgave 3 (33,3%) Det var tidligere vanlig å bruke legeringen amalgam i tannfyllinger (ca 50 % Hg, ca 14 % Sn, ca 8 % Cu, 22-32 % Ag og små mengder av andre metaller). På grunn av restriksjoner av bruk av kvikksølv (Hg) som er et miljø- og helseskadelig tungmetall, har bruken av amalgam vært forbudt siden 2008. Personer med amalgamfyllinger kan oppleve å få «støt» i nerven til den fylte tanna hvis de tygger på biter av aluminiumsfolie. Støtet kommer av at det skjer en redoksreaksjon hvor metallisk aluminium (Al) oksideres til ioner og oksygengass (O2) reduseres til vann. Amalgamfyllinga fungerer som en inaktiv elektrode, og spytt som elektrolytt. a) Skriv opp halvreaksjonene for oksidasjonsreaksjonen og for reduksjonsreaksjonen. Begrunn hva som er blitt oksidert og hva som er blitt redusert ut fra valgfri definisjon. Tips: anta at spytt har svak sur ph og inneholder H + -ioner. b) Fungerer amalgamfyllinga som en katode eller en anode? Og hva er da den andre elektroden? c) Balanser og skriv totallikninga for redoksreaksjonen. d) Hva er cellepotensialet for støtet personen får? e) I varmepumper brukes prinsipper fra fysikalsk kjemi til å flytte varme fra kaldt til varmt reservoar. Forklar disse prinsippene for flytting av varme. Bruk ordene faseovergang, fordampning, kondensering og intermolekylære krefter (svake bindinger mellom molekyler). Det finnes mange ulike typer varmepumper på markedet, basert på hvilket kaldt reservoar det hentes varme fra. Hvis alle andre forutsetninger som pris og installasjon var like, hvilken type varmepumpe ville du ha foretrukket å installere i ditt eget hjem? Svaret må begrunnes.
Side 5 av 7 Formelsamling - Fysikk EE kk = 1 2 mmvv2 EE pp = mmmmh EE pp = 1 2 kkxx2 WW = FF ss PP = WW tt PP = EE tt 1 2 mmvv 1 2 + mmmmh 1 = 1 2 mmvv 2 2 + mmmmh 2 MM = ff = vv λλ utstrålt effekt areal ff = 1 TT = PP AA ηη = nnnnnnnnnnnnnn eeeeeeeeeeee ttttttttørrrr eeeeeeeeeeee φφ = AAAAAAAAAA(αα) VV = φφ tt VV = NN φφ tt = NNNNNNNNNNNN(ωωωω) VV 2 = NN 2 NN 1 VV 1 PP = ηηηηhρρρρ PP = II AA FFFF = VV mm II mm VV OOOO II SSSS PP vvvvvvvv = ππ 2 ρρrr2 vv 3 EE = innstrålt effekt areal MM = εεεεtt 4 λ mmmmmmmm = αα TT = PP AA CC pp = effekt vindturbin effekt vind AA ssssssssssss = ππrr 2 AA kkkkkkkk = 4ππrr 2 = PP vvvvvvvvvvvvvvvvvvvv PP vvvvvvvv nn = mm MM II = QQ tt VV = WW AAAA qq RR = VV II PP = II VV EE = h ff Konstanter: Wiens forskyvningslov-konstanten: αα = 2,897 10 3 mk Planckkonstanten: h = 6,63 10 34 Js Stefan-Boltzmann-konstanten: σσ = 5,67 10 8 W m 2 K 4.
Side 6 av 7 Det periodiske system
Side 7 av 7 Spenningsrekka - Tabell over utvalgte halvcellepotensialer