Løsningsforslag FYS1010-eksamen våren 2014

Like dokumenter
FYS1010-eksamen Løsningsforslag

Løsningsforslag eksamen i FYS1010, 2016

FYS1010 eksamen våren Løsningsforslag.

Tillegg til læreboka Solstråling: Sol Ozon Helse. del av pensum i FYS1010

Tillegg til læreboka Solstråling: Sol Ozon Helse. del av pensum i FYS1010

Oppgavesett 6. FYS 1010 Miljøfysikk. Oppgave 1

Tillegg til læreboka Solstråling: Sol Ozon Helse. del av pensum i FYS1010

Lufttrykket over A vil være høyere enn lufttrykket over B for alle høyder, siden temperaturen i alle høyder over A er høyere enn hos B.

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 3

Solaktivitet og klimaendringer. Sigbjørn Grønås Geofysisk institutt, UiB

Fasiter til diverse regneoppgaver:

Obligatorisk oppgave 1

a. Tegn en skisse over temperaturfordelingen med høyden i atmosfæren.

UNIVERSITETET I OSLO

a. Hvordan endrer trykket seg med høyden i atmosfæren SVAR: Trykket avtar tilnærmet eksponentialt med høyden etter formelen:

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Strålingsfysikk /kjemi stråling del 2

UNIVERSITETET I OSLO

Chapter 2. The global energy balance

7.8 Globalt oppvarmingspotensial (GWP) og globalt temperaturendringspotensial (GTP)

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Strålingsintensitet: Retningsbestemt Energifluks i form av stråling. Benevning: Wm -2 sr - 1 nm -1

Løsningsforslag til ukeoppgave 16

Løsningsforslag nr.2 - GEF2200

Oppgavesett nr.2 - GEF2200

Kapittel 21 Kjernekjemi

UNIVERSITETET I OSLO

Klima, is og forskerfeil

UNIVERSITETET I OSLO

Luft og luftforurensning

UNIVERSITETET I OSLO

KOSMOS. 10: Energirik stråling naturlig og menneske skapt Figur side 304. Uran er et radioaktivt stoff. Figuren viser nedbryting av isotopen uran-234.

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Vær, klima og klimaendringer

Oppgavesett kap. 4 (1 av 2) GEF2200

Fys 1010 Miljøfysikk FASIT Oppgavesett 10

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

MIDTVEISEKSAMEN I GEF 1000 KLIMASYSTEMET TORSDAG

Sot og klimaendringer i Arktis

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research - ALOMAR. v/ Barbara Lahnor, prosjektingeniør ALOMAR barbara@rocketrange.

Klima og drivhuseffekt

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, 2015

UNIVERSITETET I OSLO

Bedre klima med driftsbygninger av tre

Oppgavesett kap. 4 (2 av 2) GEF2200

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Forskningsreaktoren pa Kjeller

Magne Guttormsen Fysisk institutt, UiO

Ioniserende stråling. 10. November 2006

Klimaendringer ved kysten

Løsningsforslag til eksamen i FYS1001, 15/6 2018

Klimaproblemer etter min tid?

Rim på bakken På høsten kan man noen ganger oppleve at det er rim i gresset, på tak eller bilvinduer om morgenen. Dette kan skje selv om temperaturen

DANNELSE AV OZON Vha en katalysator M reagerer atomært oksygen med et oksygenmolekyl og danner ozon: O + O + M O + M

Klimaendringer. -utslippene på 1989-nivå, innen år 2000.

UNIVERSITETET I OSLO

Direkte og indirekte klimaeffekter av ozonnedbrytende stoffer

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

Oppgaven består av 4 oppgaver med 3 til 5 deloppgaver. Alle deloppgaver teller like mye.

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Termisk balanse.

METEOROLOGISKE DATA FOR ÅS 2008

Løsningsforslag til ukeoppgave 8

Løsningsforslag til konteeksamen i FYS1001, 17/8 2018

METEOROLOGISKE DATA FOR ÅS 2002

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Kosmos SF. Figurer kapittel 10: Energirik stråling naturlig og menneskeskapt Figur s. 292

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 2. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

BIOS 2 Biologi

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

METEOROLOGISKE DATA FOR ÅS 2000

RØNTGENSTRÅLING oppdages, 8. nov RADIOAKTIVITET oppdages 1. mars 1896

UNIVERSITETET I OSLO

2/7/2017. AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: IAUs definisjon av en planet i solsystemet (2006)

Klima og vær i Nittedal Klimaendringer. av Knut Harstveit

Quiz fra kapittel 2. The global energy balance. Høsten 2015 GEF Klimasystemet

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Radioaktivitet. Enheter

Klimatiltak i landbruket. Svein Skøien Bioforsk Jord og Miljø Landbrukshelga Hurdal

Eksamen i: GEF2210 Eksamensdag: 14. oktober 2011 Tid for eksamen:

GEO1030: Løsningsforslag kap. 1 og 2

Repetisjonsforelsening GEF2200

Obligatorisk oppgave 2

Kosmos YF Naturfag 2. Stråling og radioaktivitet Nordlys. Figur side 131

i Bergen Nansen Senter for Miljø og Fjernmåling

Løsningsforslag til ukeoppgave 15

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 15/8 2014

METEOROLOGISKE DATA FOR ÅS 2007

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen GEOF100 Introduksjon til meteorologi og oseanografi

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 7: De indre planetene og månen del 1: Merkur og Venus

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

Kosmos SF. Figurer kapittel 10 Energirik stråling naturlig og menneskeskapt Figur s. 278

Klima på nordlige bredder - variasjoner, trender og årsaksforhold. Sigbjørn Grønås, Geofysisk institutt, UiB

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 6: De indre planetene og månen del 1: Merkur og Venus

UNIVERSITETET I OSLO

METEOROLOGISKE DATA FOR ÅS 2015

Transkript:

Løsningsforslag FYS1010-eksamen våren 2014 Oppgave 1 a) N er antall radioaktive atomer med desintegrasjonskonstant, λ. dn er endringen i N i et lite tidsintervall dt. A er aktiviteten. dn dt dn N λ N λ dt N(t) dn N t λ dt 0 ln N(t) ln( ) λ t ln N(t) λ t N(t) e λ t Siden A λ N og A 0 λ er A A 0 e λ t b) Se Stråling og helse side 18 c) Antall radioaktive atomer er gitt ved: N A der λ er den fysisk desingtegrasjonskonstanten. λ N A ln 2 50000 Bq 8 24 3600 s 4.985 10 10 t F 5.0 10 10 Massen til I-131: m massen av 1 mol N A 1.1 10 14 kg N 0.131 kg 6.023 10 23 4.985 1010 1.084 10-14 kg d) Aktiviteten i skjoldbruskkjertelen avtar med tiden. Antall desintegrasjoner mellom tiden t 1 0 og t 2 30 dager er: X A 0 t 1 t 2 e λ t dt A 0 λ e λ t 2 e λ t 1 (1) 1

Desintegrasjonskonstanten over er λ eff ln 2 t eff t F t B t F +t B 8 120 8+120 Antall desintegrasjoner er fra (1): dager ln 2 7.5 24 3600 s 1 1.06967 10 6 s 1 0.092419d 1 50000Bq X 1.06967 10 6 s 1 e 0.092419d 1 30 d 1 4.3821 10 10 4.4 10 10 Dosen Absorbert energi /masse 4.382 10 10 0.4 10 6 1.6 10-19 J /0.025 kg 0.1121 Gy 0.11 Gy Strålingsvektfaktoren for γ- og β-stråling er 1. Siden organvektfaktoren for skjoldbruskkjertelen er 0.05, er effektiv dose 0.05 0.1121 Sv 0.005609 Sv 5.6 msv. e) La 235 og 238 være antall radioaktive atomer for henholdsvis U-235 og U-238 for 2 milliarder år siden. La videre antall radioaktive atomer i dag være og N 238. Da er /N 238 0.72%. Vi ønsker å finne /N 238. N 238 0 e λ 235 t 238 e λ 238 t 3.8% 235 238 N N235 eλ235 t 0 N238 e λ 238 t 0.72% e 0.704 2 e 04.45 2 I oppgaven står det at andelen U235 er 0.72% i dag. Skal man være helt eksakt betyr dette at 0.72% + N238 Dette kan skrives som: Dette gir N 238 0.72% N238 N238 + N 238 som gir 0.0072 N238 1 0.0072 2

0.725% N238 Dette er praktisk talt det samme som de oppgitte 0.72%. Oppgave 2 a) Enheten for ozonmengde er dobsonenheten (DU). Hvis all ozon over oss samles i et sjikt med ren ozongass ved jordens overflate blir tykkelsen noen få millimeter. Et 1mm tykt lag tilsvarer 100 DU b) Se skisse Solstråling:ozon, sol helse side 30. Hawaii er riktignok ikke på ekvator (omkring 20 N), men er allikevel representativ for ekvatorstrøk. Ozon produseres først og fremst i stratosfæren over ekvatorområdene. Vinter/vår er transporten fra disse områdene mot høye breddegrader størst. Transporten avtar sommer/høst. Kontinuerlig pågår en naturlig nedbrytning av ozon. Vinter/vår er tilførselen større en nedbrytningen. Sommer/høst er nedbrytningen større enn den svake tilførselen. Resultatet er maksimum i mars/april og minimum i oktober/november over Oslo. c) Den målte intensiteten den første dag er I 1 og I 2 1.5 I 1 den andre dagen. Ozonmengden er x 1 400DU den første dagen og x 2 den andre dagen. Siden de atmosfæriske forholdene er like de to dagene er spredningskoeffisienten for luftmolekylen β og spredningskoeffisienten for større partikler (aerosoler) uendret. Beers lov anvendt på hver av målingene: I 1 I 0 e (α x 1+β+δ)/cosZ I 2 I 0 e (α x 2+β+δ)/cosZ I 2 1.5 e [α(x2 x1)+(β β)+(δ δ)] cosz I 1 e α(x 2 x 1 )/cosz ln1.5 α(x 2 x 1 )/cosz x 2 x 1 ln1.5 cosz α 400DU ln (1.5) cos60o 0.002DU 1 299DU d) Typisk UVI i Oslo midt på dagenen klarværsdag i juni er omkring 5-6. Når ozonmengden øker med 1% avtar UVI med 1% Skyer kan også føre til at UV-strålingen øker sammenlignet med skyfrie forhold. Dette kan inntreffe i delvis skyet vær hvor solskiven ikke er dekket av skyer, mens en sky står nær solskiven. Dermed vil den direkte solstrålingen være som i skyfrie forhold, mens den diffuse strålingen vil øke pga av spredning i skyen mot bakken ( refleksjon ). Denne effekten kan gi en økning i UV-strålingen på 20-30% sammenlignet med skyfrie forhold. 3

e) Se side 99-101 Solstråling: sol-ozon-helse. Oppgave 3 a) En drivhusgass er en gass som absorberer varmestråling (dvs stråling som sendes ut fra jordoverflaten bestemt av bakketemperaturen). De tre viktigste drivhusgassene i jordatmosfæren er: Vanndamp, CO 2 og metan (CH 4 ). Hvis mengden av en drivhusgass øker, vil absorpsjonen av varmeutstrålingen fra jordoverflaten øke. Drivhusgasslaget vil umiddelbart sende ut stråling av samme type oppover og nedover. Resultatet er redusert utstråling utenfor atmosfæren. b) Istider inntreffer med en periode på omkring 100 000 år. Det er tre astronomiske parametre som påvirker solinnstråingen mot jordatmosfæren. 1) jordbanens form om sola varierer fra en mer utpreget ellipseform til em mer sirkulær form. 2) Helningen til jordaksen varierer. 3) jordaksens presesjon varierer (jordaksen retning i forhold til stjernehimmelen følger en sirkelbevegelse). I dag er helningen slik at jordaksen heller mest bort fra sola på den nordlige halvkule omkring 21. desember (vintersolhverv). Etter Milankovichs teori vil en istid starte når en kombinasjon av de tre parametrene er slik at innstrålingen ved høye breddegrader er lavere enn normalt om sommeren (og høyere enn normalt om vinteren). Dette fører til kjøligere somre og milde vintre ved høye breddegrader. Det betyr at snødekket og dermed albedoen kan øke og dermed gi grunnlag for istid. c) U-235 er fisjonsmaterialet som brukes i et konvensjonelt kjernkraftverk. For å øke sannsynligheten for fisjon må nøytronene som fører til fisjon bremses ned. Dette er nettopp oppgaven til en moderator. Som moderator brukes bl.a. tungtvann og grafitt. Materialet i kontrollstaver absorberer nøytroner. Ved å heve/senke kontrollstavene i reaktoren kan antall fisjonerende nøytroner reguleres. Reguleringen foregår slik at gjennomsnittlig ett nøytron gir fisjon. Effekten er P 1000 MW. Massen som minst må omdannes til energi er m. Sammenhengen mellom energi og masse er E m c 2, der c er lyshastigheten. Med tiden t 1 år er: P t m c 2 m P t/c 2 1.0 10 6 J/s 365 24 3600 s/(3.0 10 8 m/s) 2 0.35 kg d) CO 2 -konsentrasjonen er ca 400 ppm. For 200 år siden (før-industriell tid) var konsentrsjonen omkring 280 ppm. Man måler CO 2 -konsentrasjoner i luftbobler i isbreer. CO 2 -konsentrasjonen i luftboblene er slik den var i atmosfæren da isen ble dannet. Dybden i isbreen bestemmer alder. Antarktis-isen er så tykk at man kan bestemme CO 2 -konsentrasjonen for 400000 år siden (ogenda lengre tilbake i tid). 4

CO 2 -målinger på Svalbard er representativ for globale CO 2 -konsentrasjoner fordi CO 2 blandes godt i atmosfæren. e) Skyer reflekterer noe av den innkommende solstrålingen tilbake til verdensrommet. Dette bidrar til. Skyer inneholder vann og absorberer varmestråling fra jordoverflaten. Dette bidrar til oppvarming av jordoverflaten. For lave skyer dominerer solrefleksjonen. Lave skyer senker den globale overflatetemperaturen. For høye skyer dominerer drivhuseffekten. Høye skyer øker den globale middeltemperaturen. Nettoeffekten av skyer i dagens klima er en svak avkjøling av jordens middeltemperatur. 5