Fysik A
kl. 09.00-14.00
Opgaver
Opgavesættet består af 7 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål.
Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen.
Der er 2 bilag.
Opgaverne
Opgave 1: Tågekøling
Opgave 2: Perovskit-solceller
Opgave 3: Halveringstid for 124Xe
Opgave 4: Satellitten SPOT-5
Opgave 5: Stor gynge
Opgave 6: Trampe
Opgave 7: Tændrør
Følgende hjælpemidler forudsættes:
Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.
Opgave 1: Tågekøling
Ved tågekøling blæses en tåge bestående af meget små vanddråber ud i luften. Når dråberne fordamper, bliver luften afkølet. Tågekøling anvendes bl.a. på udendørs restauranter.
Et anlæg til tågekøling omsætter elektrisk energi med effekten 350 W. På en varm dag kører anlægget i 4,5 time.
| a) | Beregn, hvor meget elektrisk energi anlægget omsætter på 4,5 time. |
Når anlægget kører, blæses 65 kg vanddråber ud i luften hver time. Ved fordampningen af vanddråberne afkøles luften fra 30 °C til 22 °C.
| b) | Vurdér massen af den luftmængde, der afkøles hver time. |
Opgave 2: Perovskit-solceller
Solceller lavet af perovskit kan fremstilles meget tynde og fleksible, så de kan bruges på nye måder. Tolagssolceller lavet af både et lag perovskit og et lag silicium kan opnå højere nyttevirkning end traditionelle rene siliciumsolceller.
En solcelle leverer elektrisk strøm ved, at sollysets fotoner tilfører den energi. I en perovskit-solcelle sker dette, hvis fotonens energi er større end 2,69 · 10-19 J.
| a) | Bestem bølgelængden for en foton med energien 2,69 · 10-19 J. |
Et forskerhold fremstillede i 2020 en perovskit-solcelle med en god nyttevirkning.
For at bestemme karakteristikken af solcellen måltes sammenhørende værdier for spændingsfaldet U over solcellen og strømstyrken I gennem solcellen. Solcellen modtog energi med effekten 0,105 W.
Resultaterne fra målingen er vist i bilaget Solcelle.
| b) |
Bestem den maksimale elektriske effekt, som solcellen leverede.
Bestem solcellens maksimale nyttevirkning. |
Opgave 3: Halveringstid for 124Xe
Xenon1t var en detektor konstrueret med henblik på at detektere mørkt stof. Detektoren indeholdt flydende xenon og kunne bruges til at bestemme hyppigheden af meget sjældne begivenheder, fx henfald af xenonisotopen 124Xe.
Detektoren Xenon1t indeholdt 3200 kg flydende xenon med densitet 2862 kg/m3.
| a) | Beregn volumen af det flydende xenon. |
Detektoren blev brugt til at bestemme halveringstiden for xenonisotopen 124Xe. Isotopen henfalder ved dobbelt elektronindfangning, hvor der udsendes to neutrinoer. Reaktionsskemaet er
| b) | Bestem Q-værdien for henfaldet af 124Xe ud fra masserne af de partikler, der indgår i reaktionen. |
Over en periode på 177,7 døgn blev der registreret 130 henfald af 124Xe. Massen af 124Xe i detektoren var 1,493 kg.
| c) | Bestem halveringstiden for henfaldet af 124Xe. |
Opgave 4: Satellitten SPOT-5
Den franske satellit SPOT-5 tog billeder af Jordens overflade i 13 år. I 2015 blev den overført til en elliptisk bane for at blive skrottet. Her vil den kredse i cirka 45 år, inden den til sidst brænder op i Jordens atmosfære.
I oktober 2015 kredsede satellitten SPOT-5 omkring Jorden i en cirkulær bane med radius 7198 km.
| a) | Beregn satellittens omløbstid i oktober 2015. |
I december 2015 blev satellittens raketmotor anvendt til at overføre satellitten til en lavere bane. Satellittens masse inden affyring af raketmotoren var 2978,9 kg. Ved affyringen blev raketbrændstoffet udsendt med farten 2202 m/s fremadrettet i satellittens bevægelsesretning. Satellittens fart blev herved sænket med 4,82 m/s.
| b) | Beregn massetabet ved affyringen. |
Efter en række affyringer var satellitten overført til en elliptisk bane omkring Jorden. I den elliptiske bane havde satellitten farten 7385 m/s, når den befandt sig i afstanden 7198 km fra Jordens centrum. Satellittens masse var 2898 kg.
| c) | Beregn den halve storakse i den elliptiske bane. |
Opgave 5: Stor gynge
Ved Queenstown i New Zealand kan man prøve verdens største gynge. Gyngen starter fra en platform 280 m over bunden af en kløft, som man svinger henover.
Verdens største gynge starter fra en platform over bunden af en kløft.
En person på platformen taber sin mobiltelefon ned i kløften.
| a) | Vurdér, hvor lang tid der går inden, telefonens fart når 100 km/h. |
I gyngen sidder to personer, og den samlede masse af gyngen og personerne er 190 kg.
Gyngen bliver båret af to liner. Den nederste del af bevægelsen kan betragtes som en del af en jævn cirkelbevægelse med radius 120 m. Nederst i bevægelsen kan farten nå helt op på 33 m/s.
| b) | Hvor stor er kraften fra hver af de to liner på gyngen nederst i bevægelsen, når farten er 33 m/s? |
Opgave 6: Trampe
I byen Trondheim har man lavet en cykellift kaldet Trampe på en af byens bakker.
Mens man sidder på cyklen, sætter man den ene fod ned på en lille metalplade, der skubber cyklisten op ad bakken.
Mens man sidder på cyklen, sætter man den ene fod ned på en lille metalplade, der skubber cyklisten op ad bakken.
Bilag Trampe er en video med en cyklist, der benytter cykelliften Trampe. Cyklisten og cyklen har tilsammen massen 90 kg. Diameteren af cyklens hjul er 0,70 m.
| a) | Brug bilaget til at bestemme effekten, hvormed den potentielle energi for cyklist og cykel øges, når cykelliften skubber cyklisten op ad bakken. |
Opgave 7: Tændrør
Tændrør anvendes i motorer til antænding af benzin. I den ene ende af tændrøret skabes en gnist imellem to små tætliggende metalflader. Denne ende af tændrøret skrues ind i motoren, således at gnisten kan antænde benzinen.
I et tændrør dannes en gnist på grund af et spændingsfald imellem to parallelle metalplader. Afstanden imellem pladerne er 0,65 mm, og spændingsfaldet over dem er 17 kV.
| a) | Vurdér størrelsen af det elektriske felt imellem pladerne i tændrøret, når spændingsfaldet er 17 kV. |
Ved et eksperiment forbindes de to metalplader i et tændrør til en spole med 1000 vindinger. Spolen anbringes i et homogent magnetfelt, som står vinkelret på spolen. Arealet af spolen er 78,5 cm2.
Grafen viser størrelsen af magnetfeltet B i spolen som funktion af tiden t under eksperimentet. I tidsrummet fra 20 ms til 22 ms dannes en gnist i tændrøret.
| b) | Bestem størrelsen af det inducerede spændingsfald i spolen, når der dannes en gnist i tændrøret. |
Billedhenvisninger
Opgave 1:
https://www.cool-mist.com/
Opgave 2:
https://onoe-design.dk/
banebrydende-solcelle-materiale/
Opgave 3:
XENON collaboration, Schweiz.
Opgave 5:
https://brookearoundtown.com/the-worlds-largest-swing-nevis-swing-queenstown-new-zealand
Opgave 6:
Billede: https://opensourcelab.dfki.de/cyclocable-trondheims-lift-for-bicycles/
Video: https://www.youtube.com/watch?v=rlf-bJZa2-8
Opgave 7:
https://www.thansen.dk