FAFA20 Energi- och miljöfysik, 10 hp vt 2015

FAFA20 Energi- och miljöfysik, 10 hp vt 2015 Kursprogram Kurshemsida Live@Lund http://www.atomic.physics.lu.se/education/mandatory_courses/fafa20/ https://liveatlund.lu.se (logga in med din STIL-identitet). Kursansvarig Nina Reistad (e-post: nina.reistad@fysik.lth.se) och Kristina Stenström (e-post: kristina.stenstrom@nuclear.lu.se). Kurslitteratur Föreläsningar Seminarier Övningar Datorövningar med MatLab Laborationer Projekt Kursen är problemorienterad, välj därför det material som fungerar bäst för dig. Du kan ta del av sammanfattningar av våra föreläsningar som finns i 2 delar, vill du använda ett standardverk i fysik rekommenderar vi University Physics av Young och Freedman, "Physics for Scientists and Engineers" av Tipler och Mosca e.dyl. På kurshemsidan finns ytterligare litteraturtips. Nina Reistad (NR), Kristina Stenström (KS) och Kevin Fissum (KF). Vi har 3 föreläsningar/vecka i Fys: K404. I lp-vecka 1 har vi även två introduktionsföreläsningar om MatLab (mån 19/1 kl 13 15 i och tis 20/1 kl 10 12 i sal Fys: K404). Kevin Fissum (KF) och Nina Reistad (NR). En gång per vecka i lp- vecka 1-6 ägnar vi åt problemlösning i seminarieform. Seminarierna sker på fredagar kl. 13-15 i sal Fys: K404. Kevin Fissum (KF), Nina Reistad (NR)ochKristina Stenström(KS). Vi delar oss i 2 övningsgrupper. Övningarna sker i sal H221. I lp-veckorna 1, 6, 7 och 8 har vi en övning/grupp och i lp-veckorna 2-5 har vi två övningar/grupp. I kursen ingår obligatoriska datorövningar med MatLab. Övningsuppgifterna redovisas i lpvecka 2 (se schemat med obligatoriska moment). Redovisningen är individuell. I kursen ingår 3 obligatoriska laborationer: Kolcykeln, Kretsprocesser samt Strålning (se schemat med obligatoriska moment). Laborationsinstruktioner finns på kursens hemsida. Laborationerna genomförs i grupper om 2 studenter. I kursen ingår ett projekt. Valet av projekt sker i dialog med kursansvarig. Projektet skall redovisas i form av en populärvetenskaplig artikel och en muntlig redovisning. Den populärvetenskapliga artikeln lämnas kvalitetssäkrad via Urkund elektroniskt i pdf-format till kursansvarig senast 3 arbetsdagar före den muntliga redovisningen som sker i samband med laboration "Strålning". Projektet genomförs i grupper om 2 studenter. Examination Datorer Sjukanmälan För godkänd kurs krävs: godkänd skriftlig tentamen, laborationer (förberedelser, genomförande och redovisning), godkänd redovisning av datorövningar (MatLab) och godkänt projekt (populärvetenskaplig artikel (kvalitetssäkrad via Urkund) och muntlig redovisning). Väl genomförda laborationer, godkänd redovisning av datorövningar och ett väl genomfört projekt kan ge högst 3,0 bonuspoäng på ordinarie tentamen tor 19/3. Skriftlig tentamen sker tor 19/3 kl 8.00-13.00 (Sparta A-B), mån 4/5 kl 14.00-19.00 (MA 10- H,J) samt fre 21/8 kl 8.00-13.00 (MA 10-H). Vid omproven 4/5 och 21/8 gäller anmälningsplikt. Föranmälan: tentamen@fysik.lth.se, ange namn, kurs och provtillfälle). Vid redovisningen av datorövningarna, den muntliga redovisningen och laborationer använder vi datorer och ofta även beräkningsverktyget MatLab. Lokalerna och biblioteksområdet på institutionen är utrustat med ett trådlöst nätverk. Som student kan du logga in på institutionens studentdatorer och även koppla upp dig på LTHs nätverk via ditt StiL-konto. Sjukanmälan gör du före ett obligatoriskt moment till kurslaboratoriets sekreterare Kerstin Nilsson (telefon: 046-222 76 65, e-post: kerstin.nilsson@fysik.lth.se). 1

Föreläsningar Planering V F Dag Tid FL Avsnitt 1 1 Må 19/1 2 On 21/1 3 Fr 23/1 2 4 Må 26/1 5 On 28/1 6 Fr 30/1 3 7 Må 2/2 8 On 4/2 9 Fr 6/2 4 10 Må 9/2 11 On 11/2 12 Fr 13/2 5 13 Må 16/2 10-12 NR Introduktion: Avstamp, Energi: Energiomvandlingar,... 8-10 NR Energi: Arbete, rörelse- och lägesenergi, energiprincipen. Förnyelsebara energikällor: Vind, vatten, verkningsgrad. 10-12 NR Gaser: Atmosfären, gaser, tryck, koncentration, luftföroreningar. 10-12 NR AN Termiska egenskaper: Temperatur, värme, vatten, molekyler, inre energi. Informationssökning 8-10 NR Energiprincipen: 1: a huvudsatsen, tillståndsändringar, värmekapacitivitet, termisk inversion, smog. 10-12 NR Energiomvandling: 2:a huvudsatsen, värmemaskiner, kretsprocesser. 10-12 NR Energiomvandling: Carnotprocessen, bensinmotorn, Stirlingprocessen, miljöpåverkan. 8-10 NR Energitransport: Jämvikt, fortvarighetstillstånd, värmeledning, värmeövergång, strålning. 10-12 NR Energitransport: Isolering, ventilation, uppvärmning/avkylning, fysiologisk temperatur, termiska kretsar. 10-12 NR Ljus: Egenskaper, temperaturstrålning, emissivitet, växelverkan, Lambert-Beers lag, spridning. 8-10 NR Solenergi: Solen, ozon, fotosyntesen, biobränslen, solenergi. Atomer: Bohr-modellen, en-elektronsystem, optiska spektra. 10-12 NR Atomer: Innerskalsexcitation, röntgen, flerelektronsystem, Pixe, XRF etc. Molekyler: Två-atomiga molekyler, rotations- och vibrationsenergi. 10-12 NR Molekyler: Absorptionsspektra, solljusets absorption, växthusgaser. 14 On 18/2 15 Fr 20/2 6 16 Må 23/2 17 On 25/2 18 Fr 27/2 7 19 Må 2/3 20 Fr 6/3 8-10 KS Kärnfysik och radioaktivitet: Kärnornas uppbyggnad, typer av radioaktiva sönderfall, sönderfallslagen. 10-12 KS Växelverkan/mätteknik: Joniserande strålnings växelverkan, detektion av strålning. 10-12 KF Kärnenergi: Kärnreaktioner, fission, kärnkraft, fusion. 8-10 KF Biologisk verkan: Storheter, enheter, biologiska effekter, strålskydd, gränsvärden, radioaktivitet i omgivningen. 10-12 NR Jordens energibalans: Klimat, växthuseffekten, temperaturjämvikt. 10-12 NR Jordens energibalans: Klimatpåverkan, klimatförändringar, Gaiahypotesen. 10-12 NR Repetition inför tentamen: Problemlösning. 2

Övningar Vi har valt ut ett antal diskussionsuppgifter, räkneuppgifter och problem som vi rekommenderar att ni arbetar med. Givetvis kan ni också arbeta med förberedelseuppgifterna till laborationerna under övningarna. Bäst är om ni arbetar tillsammans i grupp. Övningarna i fysik blir då samtidigt också en övning i att argumentera, förklara för andra, lyssna och förstå. Övningar, del 1 Kap F/R 3 4 5 2 K2: 2, 4 K2: 6, 7, 8, 9, 13, 14, 15 K2: 16, 19, 23, 24, 26 K2: 27, 29 3 K3: 1, 2, 4, 5 K3: 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17 K3: 18, 20, 23, 25, 27 K3: 29, 30 4 K4: 1, 3 K4: 4, 6, 9, 12, 13 K4: 14, 15, 17, 18, 19, 21, 23 K4: 25, 26 5 K5: 2, 3, 5, 7, 8 K5: 9, 10, 11, 12 K5: 13, 14, 16 6 K6: 1, 2 K6: 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12 K6: 13, 14, 16, 17, 18, 19, 22, 23, 24, 27, 28 K6: 29, 32, 33, 36, 37 7 K7: 1, 2, 3, 4 K7: 5, 6, 7, 10, 11, 12, 13, 15, 17 K7: 19, 20, 21, 23, 24, 25, 26 K7: 34, 37, 38, 40, 41 Övningar, del 2 Kap F/R 3 4 5 1 K1: 1 K1: 4, 5, 10, 11, 12 K1: 13, 15, 16 2 K2: 4, 5, 6, 7, 13 K2: 16, 20, 21, 22, 23 3 K3: 1, 2, 3, 5, 6, 7 4 K4: 1, 2, 3, 4 K4: 5, 6, 7, 8, 9 K4: 10, 11, 13, 14, 16, 17 K4: 18, 19, 20, 21 5 K5: 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 K5: 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17 K5: 18, 19 6 K6: 1, 3 K6: 2 K6: 5, 7, 8, 9 K6: 11 7 K7: 2, 3, 5 K7: 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13 K7: 14, 15 8 K8: 1, 2, 3, 4, 5, 7 K8: 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16 3

Seminarier Läsveckorna 1-6 avslutar vi med ett seminarium. Målsättningen är att diskutera och fördjupa problem och frågor som har dykt upp under veckan. Nedan finns en preliminär planering över ungefär vad och vilka problem som vi kommer att diskutera under seminarierna. Önskemål och alternativ är välkomna! V S Dag Tid Del 1 Del 2 Avsnitt Problem 1 1 Fre 23/1 13-15 Kap 2 Kap 3 Energi Gaser K2: 7, 16, 23, 27 K3: 18, 27, 29 2 2 Fre 30/1 13-15 Kap 4 Kap 5 Termiska egenskaper Energiprincipen K4: 6, 18, 21, 25 K5: 3, 8, 9, 13 3 3 Fre 6/2 13-15 Kap 6 Kap 7 Energiomvandling Energitransport K6: 2, 9, 17, 19, 29 K7: 10, 20, 24, 32, 36 4 4 Fre 13/2 13-15 Kap 1 Kap 2 Ljus Atomer K1: 10, 16 K2: 20, 21, 23 5 5 Fre 20/2 13-15 Kap 3 Kap 5 Kap 6 Molekyler Strålning Joniserande strålning K3: 4, 7 K5: 15, 16 K6: 7 6 6 Fre 27/2 13-15 Kap 7 Kap 8 Kap 4 Kärnreaktioner Biologiska effekter Jordens energibalans K7: 11 K8: 10,13 K4: 11, 18 Datorövningar med MatLab I kursen ingår obligatoriska datorövningar med MatLab. Övningsuppgifterna redovisas i lp-vecka 2 (se schemat med obligatoriska moment). Redovisningen är individuell. Väl genomförd redovisning av övningsuppgifterna kan ge högst 0,5 bonuspoäng på ordinarie tentamen tor 19/3. Laborationer I kursen ingår 3 laborationer (3 x 5 h): Kolcykeln, Kretsprocesser samt Strålning. Ni arbetar i laborationsgrupper om 8 studenter där 2 studenter laborerar och redovisar tillsammans (se schemat med obligatoriska moment). Laborationsinstruktioner finns på kursens hemsida. För att bli godkänd på en laboration krävs: förberedelseuppgifter: vid laborationens början skall du skriftligen och muntligen kunna redogöra för samtliga förberedelseuppgifter, genomförande: du ska vara aktiv och delta under hela laborationen, redovisning: redovisningen ska vara godkänd av handledaren. Information om hur varje enskild laboration ska redovisas finns i laborationsinstruktionerna. Väl genomförda laborationer kan ge högst 1,5 bonuspoäng på ordinarie tentamen tor 19/3. 4

Projekt I kursen ingår ett projekt. Valet av projekt sker i dialog med kursansvarig. Projektet skall redovisas i form av en populärvetenskaplig artikel och en muntlig redovisning. Den populärvetenskapliga artikeln lämnas kvalitetssäkrad via Urkund elektroniskt i pdf-format till kursansvarig och den muntliga redovisningen sker i samband med laboration "Strålning". Projektet genomförs i grupper om 2 studenter. Uppgift Ni ska dels skriva en populärvetenskaplig artikel och dels genomföra en presentation av ett spektroskopi- eller kärnfysikrelaterat ämne. För att bli godkänd på projektet krävs godkänd: populärvetenskaplig artikel, muntlig redovisning. Ett väl genomfört projekt kan ge högst 1,0 bonuspoäng på ordinarie tentamen tor 19/3. Informationssökning Er kurslitteratur innehåller bra basfakta, men sannolikt inte tillräckligt för en fördjupning av alla tänkbara projektämnen. För att fördjupa er i ämnet ni valt rekommenderar vi att ni utnyttjar resurserna som finns på Fysik- & Astronomibiblioteket på Fysicum. Här finns böcker och tidskrifter på plats, men ni hittar den mesta informationen via vår Biblioteksguide för fysikstudenter: libguides.lub.lu.se/physics. Här finns allt elektroniskt material ni kan behöva: uppslagsverk, handböcker, tidningsartiklar och böcker. På Biblioteksguiden hittar ni också bl.a. information om hur ni värderar era källor, skriver vetenskapliga texter och hur ni refererar. Wikipedia är inte en tillförlitlig källa och fungerar alltså inte som referens. Populärvetenskaplig artikel Ni skall skriva en populärvetenskaplig artikel som ni skall skicka elektroniskt i pdf-format till kursansvarig. Ni skall skriva artikeln med era kurskamrater som målgrupp, dvs. kunniga och intresserade men utan specialkunskaper i ämnet. För att också visa att ni har lärt er fysik är det viktigt att texten tydligt anknyter till något spektroskopi- eller kärnfysikaliskt område som ingår i kursen. Artikelns omfång skall vara en A4-sida, varav ca 50 % av ytan normalt är text och resten grafik och/eller bild. En bra strategi kan vara att använda reklamvärldens AIDA-begrepp (Attention, Interest, Desire, Action). Tänk på att en populärvetenskaplig artikel ska presentera vetenskaplig (eller teknisk) information på ett populärt sätt: text och innehåll ska vara begripliga för en vidare krets av läsare, läsningen ska inte kräva fackkunskaper eller kännedom om facktermer inom området, texten ska förenkla svåra eller detaljerade resonemang, artikeln ska vara lättläst. Populäriseringen får dock inte innebära att ni glömmer bort kravet att det som står i texten skall vara sant. Skillnaden mellan en vetenskaplig och en populärvetenskaplig text beskrivs på LU:s hemsida (http://www.lub.lu.se/laeranderesurser/vetenskaplighet/vetenskap-populaervetenskap.html). Glöm inte att skicka er populärvetenskapliga artikel till antiplagiatsystemet URKUND (http://www.urkund.se) genom din lärares analysadress som en bifogad pdf-fil. Detta gör ni enklast genom att lämna in artikeln via Live@Lund. Muntlig redovisning Ni skall förbereda en presentation att hålla för er laborationsgrupp. Lägg presentationen på den nivå som passar er publik, dvs. ingenjörsstudenter i årskurs 1. Presentationen ska vara 10 min lång och det är viktigt att hålla tiden så 5

att presentationen varken blir för lång eller för kort. Sikta på 10 ± 1 minut när ni övar. Tänk på att det är vanligt att tala fortare (det finns ju givetvis också de som talar långsammare) när det är skarpt läge jämfört med när man övar. Presentationen ska vara uppbyggd kring ett rimligt antal PowerPoint-bilder ett bra riktmärke brukar vara 1 minut per bild, dvs. er presentation ska omfatta cirka 8-12 bilder. Tänk också på att ha en bra balans mellan text och bild på era bilder och i er presentation. Redovisa även era källor på ett lämpligt sätt i presentationen. Avgränsar ert ämne, så att omfånget är rimligt och det är möjligt att täcka på 10 minuter. Välj hellre att berätta mer detaljerat om något specifikt, snarare än att försöka täcka något mer övergripande på ett ytligare sätt. Ämne I listan nedan finns ett antal förslag på ämnen som kan vara lämpliga att välja, men det går också bra att komma med ett eget förslag (hör i så fall av er till kursansvarig). Se till att ingen inom laborationsgruppen väljer samma projekt! Praktisk användning av IR-kameran: Hur Rudolfs lysande mule fångas på film, kan IR-kameran avslöja byggfusk? Belysningssystem: Hur fungerar en glödlampa, gasurladdningslampa, lysdiod etc? Vilken teknik är mest energieffektiv? Black-light: Hur fungerar det, vad kan det användas till? Klorofyllets absorptionsförmåga: Ett mått på mängden alger i vattnet? Artificiell fotosyntes, är det möjligt? Karakteristisk röntgenstrålning: Vilka tekniker finns och hur fungerar de? Hur används de för t.ex. miljöövervakning? Kärnfysikaliska medicinska undersökningsmetoder: Hur fungerar röntgen-, PET- och CTundersökningar? Åldersbestämning med 14 C: Hur fungerar 14 C-metoden och vad kan den användas den till? Radon i bostäder: Vad är ett radonhus, vad är riskerna, kan man åtgärda det? Kärnkraft nu och i framtiden: Hur fungerar en fissionsreaktor, vilka typer finns, vad är riskerna, hur ser framtidens fissionsreaktorer ut? Avfallsproblematik kärnkraft: Hur tar vi hand om det radioaktiva avfallet? Fusion framtidens energikälla? Hur fungerar en fusionsreaktor, finns det några idag och hur är det med radioaktivt avfall från en fusionsreaktor? Acceleratordriven transmutation: hur är det tänkt att fungera som energikälla och vad är fördelarna jämfört med kärnkraften idag? Är låga stråldoser farliga? Hur skadar joniserande strålning och vad vet vi om låga stråldoser? Fukushima och Tjernobyl: Vad hände och vilka blev konsekvenserna? ESS - en aktuell fråga för Lund: Hur fungerar en spallationsanläggning, vad kan den användas till och vilka miljörisker finns? Oklo: Kärnreaktorn i Gabon, Afrika: hur fungerar det? Hur söker man olja med radioaktivt preparat? Med en accelerator? Neutroner: Hur detekterar (upptäcker) man dem? Kärnreaktorer: Används de bara för att producera elektrisk energi? 6

Obligatoriska moment, schema Slutligt 2015-02-05 Redovisning datorövningar: MatLab Laboration: Kolcykeln Sal H212 Sal H225 Grupp Lp-vecka Handl. Grupp Lp-vecka Handl. 1a Ti 27-jan 13-15 2 NR 1a Ti 3-feb 13-18 3 JM 1b Ti 27-jan 13-15 2 NR 1b To 5-feb 13-18 3 JM 2a To 29-jan 13-15 2 KS 2a Ti 10-feb 13-18 4 JM 2b To 29-jan 13-15 2 KS 2b To 12-feb 13-18 4 JM 3a Må 26-jan 13-15 2 KS 3a Må 2-feb 13-18 3 JM 3b Må 26-jan 13-15 2 KS 3b On 4-feb 13-18 3 JM 4a On 28-jan 13-15 2 KS 4a Må 9-feb 13-18 4 JM 4b On 28-jan 13-15 2 KS 4b On 11-feb 13-18 4 JM Handledare: KS: Kristina Stenström NR: Nina Reistad Handledare: JM: Johan Martinsson GF: Göran Frank (reserv) Laboration: Kretsprocesser Laboration: Strålning och Muntlig redovisning: projekt Sal H210B Sal B118 och B113 Grupp Lp-vecka Handl. Grupp Lp-vecka Handl. 1a Ti 17-feb 13-18 5 JF 1a Ti 3-mar 13-18 7 UF 1b Ti 17-feb 13-18 5 JR 1b To 5-mar 13-18 7 UF 2a To 19-feb 13-18 5 JF 2a Ti 24-feb 13-18 6 LR 2b To 19-feb 13-18 5 PP 2b To 26-feb 13-18 6 LR 3a Må 16-feb 13-18 5 EH 3a Må 2-mar 13-18 7 UF 3b Må 16-feb 13-18 5 MS 3b On 4-mar 13-18 7 UF 4a On 18-feb 13-18 5 PP 4a Må 23-feb 13-18 6 LR 4b On 18feb 13-18 5 MS 4b On 25-feb 13-18 6 LR Handledare: Handledare: PP: Per Petersson UF: Ulrika Forsberg JR: Joakim Rosell LR: Linus Ros JF: Johan Friberg MS: Moa Sporre EH: Emilie Hermansson OBS: Samling i sal B113 7

Fysik- & astronomibiblioteket Som student på Fysikum har du tillgång till Fysikbiblioteket och därmed tillgång till bibliotekets böcker och tidskrifter. Via bibliotekets hemsida, får du en samlad ingång till Lunds universitets biblioteks elektroniska tidskrifter, e-böcker, databaser och andra elektroniska resurser. Gå till www.fysik.lu.se/library. Biblioteket är öppet hela dygnet. Personlig service får du mån 9-14.30 samt tis- fre 9-15.00. Med ditt lånekort kan du låna böcker även när bibliotekspersonalen inte är tillgänglig. Återlämnade böcker lägger du i lådan till vänster när informationsdisken är stängd. Vid Fysikbiblioteket finns trådlöst nätverk som du loggar in på med din StiL-identitet. Du har också tillgång till ett antal datorarbetsplatser med utskriftsmöjligheter via kopiator (färg & svartvit) med scanner. På källarplan finns ett grupprum med whiteboard, uppehållsrum med flera flexibla läsplatser och en tyst läsesal med 22 sittplatser. Fysiska institutionen QR-koder Kurshemsidan Live@Lund StiL Biblioteksguiden Fysicum 8