Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2 Dato: Mandag 29. mai 2017 Klokkeslett: Kl 09:00 13:00 Sted: Åsgårdvegen 9 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (Bok/utskrift fra bok) Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktpersoner under eksamen: Linje Oppgavesettet er på 7 sider inklusiv forside Vedlegg: Formelsamling fysikk (side 5) Det periodiske system (side 6) Spenningsrekka (side 7) Annfrid Sivertsen Tlf: 776 233 69 / 907 718 13 Carita Varjola Tlf: 776 451 89 / 934 416 11 Telefon/mobil: NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladdepapir som del av eksamensbesvarelsen. Hvis det likevel leveres inn, vil kladdepapiret bli holdt tilbake og ikke bli sendt til sensur. Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no
Side 2 av 7 Oppgave 1 (33,3%) a) Hvilke prosesser benyttes i behandling av biomasse generelt, og hvilke produkter får vi av de ulike prosessene? Utdyp spesielt prosessen bak biodiesel. b) Hvilke etiske og miljømessige problemstillinger har vi knyttet til bioenergi? c) Et ungt furutre som vokser i kaldt klima kan ta opp 6,5 kg CO2 i løpet av et år. Hvor mange trær må plantes for å ta opp den mengden CO2 som slippes ut fra et 1,0GW kullkraftverk i løpet av ett år? CO2-utslipp fra kullkraftverk er 970g/kWh. Figur 1 viser en forenklet modell av jordas atmosfære. d) Ta utgangspunkt i figuren og gjør rede for jordas strålingsbalanse. Forklar hva symbolene α og ε står for og hvordan de påvirker jordas overflatetemperatur. Figur 1: Forenklet modell av jordas atmosfære. e) Jordas overflatetemperatur er gitt ved TT ss = 2 2 εε 1/4 TT ee, der TT ee =255K Jordas gjennomsnittlige overflatetemperatur er i dag 288 K. Hva skjer med jordas overflatetemperatur (Ts) dersom ε øker med 20,0% fra dagens verdi? Kommenter svaret.
Side 3 av 7 Oppgave 2 (33,3%) Du vil produsere elektrisk strøm for å dekke ditt eget årsforbruk. For å være på den sikre siden, har du siktet deg inn på å produsere 2,9 kw strøm. Du kan velge mellom tre ulike energikilder: 1) En foss med fallhøyde på 3,0m 2) Sollys 3) Vind med gjennomsnittlig vindhastighet på 6,0 m/s over året a) Gjør rede for de fysiske prinsippene bak strømproduksjon fra disse energikildene. Formelen for effekt skal utledes for 1) og 3). b) Sammenlign fordelene av strømproduksjon ved bruk av vannkraft med strømproduksjon ved bruk av solceller. (NB! Alle fordeler og ulemper, ikke kun miljømessige). c) En vindturbin som kan utnytte 75% av teoretisk tilgjengelig vindenergi skal settes opp. Hva må diameteren til bladene være for å produsere 2,9kW strøm? Bruk at lufttettheten er 1,22 kg/m 3 og vindhastighet er 6,0 m/s. d) Dersom du velger å bygge et vannkraftverk med virkningsgrad på 80%, hvor mye vann må passere turbinen for å produsere 2,9kW? Bruk at tettheten til vann er 1000kg/m 3. e) En leverandør oppgir at solcellene deres har virkningsgrad på 22,0%. Du har videre undersøkt og funnet ut at gjennomsnittlig årlig solinnstråling der du bor er I= 800 kwh/m 2. Hvor stort areal må dekkes av solceller for å produsere 2,90kW?
Side 4 av 7 Oppgave 3 (33,3%) Følgende likning for en redoksreaksjon er oppgitt under. (1) MMMM 2+ (aaaa) + BBBB 2 (ll) + HH 2 OO(ll) MMMMMM 4 (aaaa) + BBBB (aaaa) + HH + (aaaa) a) Hva blir redusert og hva blir oksidert i reaksjonen i likning (1)? Begrunn svaret ditt både ut fra definisjonen om oksidasjonstall og ut fra definisjonen om overføring av elektroner. b) Hva er oksidasjonsmiddelet og hva er reduksjonsmiddelet i likning (1)? Svaret må begrunnes. c) Balanser likning (1) ut fra metoden om delreaksjoner. d) Hva er cellepotensialet for reaksjonen? Hvordan tolker du verdien av cellepotensialet? e) Redoksreaksjoner er grunnlaget for hvordan kjemisk energi kan utnyttes til å produsere elektrisk energi i batterier. Velg ett av eksemplene alkalisk batteri, bilbatteri (blybatteri) eller brenselscelle, og forklar hvordan denne batteritypen fungerer. Forklaringen bør inneholde en skisse av batteritypen og en kjemisk forklaring av redoksreaksjonen som ligger til grunn for batteriet (det er ikke krav om kjemisk likning, men stoffene som blir oksidert og redusert bør være del av forklaringen).
Formelsamling for fysikk Side 5 av 7 EE kk = 1 2 mmvv2 EE pp = mmggh 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 = EE = ff = vv λλ utstrålt effekt areal innstrålt effekt areal MM = εεεεtt 4 ff = 1 TT = PP AA = PP AA PP = ηηηηhρρρρ PP = II AA FFFF = UU mm II mm UU OOOO II SSSS PP vvvvvvvv = ππ 2 ρρrr2 vv 3 CC pp = PP vvvvvvvvvvvvvvvvvvvv PP vvvvvvvv AA ssssssssssss = ππrr 2 AA kkkkkkkk = 4ππrr 2 Konstanter: Wiens forskyvningslov-konstanten: Planckkonstanten: αα = 2,897 10 3 mk h = 6,63 10 34 Js λ mmmmmmmm = αα TT nn = mm MM II = QQ tt Stefan-Boltzmann-konstanten: W σσ = 5,67 10 8 m 2 K 4. UU = WW AAAA qq ηη = RR = UU II PP = II UU EE = h ff nnnnnnnnnnnnnn eeeeeeeeeeee ttttttttørrrr eeeeeeeeeeee φφ = AAAAAAAAAA(αα) εε = φφ tt εε = NN φφ tt = NNNNNNNNNNNN(ωωωω) UU 2 = NN 2 NN 1 UU 1
Det periodiske system Side 6 av 7
Spenningsrekka - Tabell over utvalgte standard halvcellepotensialer Side 7 av 7