BIOPHYSIK. Thematik der Vorlesungen. Mikrowelt. Praktikum. 03. Sept. Atome. Gas. Flüssigkeit 10. Sept. Festkörper.

Transkript

1 BIOPHYSIK Die Rolle de Biopysik in de Veteinämedizin pysikalisce Gundlagen von Lebenspozessen pysikalisce Metoden in de Teapie und Diagnostik Hilfsmittel KAD Hebstsemeste Fülingssemeste Biopysik 1 Biopysik Allg. Radiologie Paktikumsnote Rigoosum Kolloquium Skipt: ttp://nigtowl.sote.u/kad/vete.tml kaposi@puskin.sote.u Rontó, Taján: Einfüung in die Biopysik Semmelweis Velag, Budapest 1998 Damjanovic, Fidy, Szöllősi: Medizinisce Biopysik Medicina, Budapest 007(?) Tematik de Volesungen 03. Sept. Atome. Gas. Flüssigkeit 10. Sept. Festköpe. Flüssigkistalle Stuktu de Mateie 17. Sept. Stalenoptik Gundlagen de geometiscen Optik. Endoskopie 4. Sept. Optisce Abbildung. Mikoskopie 01. Okt. Wellenoptik Lict als Welle: Beugung, Intefeenz, Polaisation 08. Okt. Quantenoptik Lict als Teilcenstalung. Emissionspektoskopie 15. Okt. Lictabsoption Absoptionsspektoskopie 0! Okt. Lictsteuung. Biologisce Wikung des Lictes 9. Okt. Tempeatustalung. Temogapie 05. Nov. Lumineszenz. Lase 1. Nov. Seen 19. Nov. Elektizitätslee 6. Nov. Signalveabeitung 03. Dez. NMR, MRT 10. Dez. Wiedeolung Optisce Stalungen Elektizität und Magnetismus Paktikum Die Paktika dienen zum Vetiefen des Lestoffes duc Konsultation übe den Volesungsstoff, Egänzungen zum Volesungsstoff, Recenaufgaben. Wissenskontolle (Clausuen) sind auc im Ramen de Paktika oganisiet übe den Lestoff (Volesungsstoff + Paktikumsstoff!). 1. Clausu: 7. Unteictswoce (Lestoff de Wocen 1-6). Nacolen und Vebessen ist möglic an de 9. Unteictswoce.. Clausu: 1. Unteictswoce (Lestoff de Wocen 7-11). Nacolen und Vebessen ist möglic an de 14. Unteictswoce. Am Ende des Semeste wid die Leistung mit eine Paktikumsnote bewetet. Die Voaussetzung fü die Untescift in dem Studienbuc sind: eine Note von mindestens fü beide Clausuen, eine Paktikumsnote von mindestens. 3 Wictigee Stationen: Demokitos 4. J. v. C. (atomos: unzelegba ) Daltonsces Gesetz 19. J. (multiple Popotionen de Massenveältnisse) modene Stuktuuntesucungsmetoden Mikoskopie, Spektometie, Diffaktionsmetoden,... atomae Aufbau de Mateie Mikowelt STM Aufname von de Obefläce eines Silizium Kistalls 4

2 Das Atom Rutefod (1911): dicte, positiv geladene Stoff Radius 0,1 nm = m Masse 10-6 kg elative Atommassen Bezugsatom: 1 C m u = 1/1 m1 C = u = Da α ++ α ++ dünne, negativ geladene Stoff Rutefod 1911 Bo 1913 Atomaufbau Ewatung Beobactung Ekläung 5 6 Bosces Atommodell positive Atomken Radius m Masse 10-6 kg die ganze Masse des Atoms negatives Elekton Radius m Masse kg Coulombsce elektisce Wecselwikung: + F F - q q F = k 1 q q k 1 = Was fü Käfte alten das Atom zusammen? 7 8

3 Bewegungen gegen den anzieenden Wecselwikungen! Mikowelt: diskete Zustände! Gesamtenegie: E = + E kin E Ekin = 1 mv E + E kin E Enegieniveaus 0 feie Elektonen gebundene Elektonen + E kin E + E < 0 E + E > 0 = kin = kin gebundenes Elekton feies Elekton 9 Pauli-Pinzip (195): Auf einem Niveau sitzen öcstens zwei Elektonen. 10 Eeignisse in dem Atom: Aufbau des Atomkens Ionisation Anegung 0 angeegte Zustände Gundzustand einface metastabile el. Atommassen liegen in de Näe von ganzen Zalen Atomken positives Poton (etwa gleice Massen) neutales Neuton Stalungen Lict Röntgenstalung.. 11 Z. B. 1 C entält 6 Potonen und 6 Neutonen Isotope Radioaktivität, Kenstalungen 1

4 Makowelt Atome Moleküle Makowelt makoskopisce Köpe Atome Moleküle makoskopisce Köpe Wecselwikung zw. Atomen, Molekülen: intemolekulae Käfte, Bewegung de Atomen, Molekülen: E kin (popotional zu Tempeatu)? E < kin > EWw ode Ekin EWw 13 keine stabile Konfiguation stabile Konfiguation - Bindung 14 Aggegatzustände Gase gasfömig flüssig flüssigkistallin fest Tempeatu keine Stuktu, Unodnung feie Bewegung wede Fom-, noc Volumenstabilität Isotopie Ideales Gas: punktfömige Teilcen (Atome, Moleküle) keine Wecselwikung zw. Teilcen mit de Ausmame de elastiscen Stöße 15 16

5 V p, N, T Duck Ideales Gasgesetz: Teicenzal Volumen pv = N Boltzmann-Konstante k = 1, J/K Tempeatu De Zusammenang gilt fü die mittlee kinetisce Enegie. Die kin. Enegien und die Gescwindigkeiten de einzelnen Teilcen sind untesciedlic. Maxwellsce Veteilung p = n Kinetisce Deutung des Duckes: Stöße de Teilcen mit de Wand Duck Teilcendicte p ~ E kin 1 mv 3 = kinetisce Wämeteoie 17 Bemekung: temisce Enegie 18 Baometisce Höenfomel Gas im Gavitationsfeld: Bewegung Edanzieung Gleicgewictsveteilung n()? ode p()? n? n und p = - 1 p = p - p 1 < 0 1 n 1 und p 1 0 n 0 und p 0 T = konst p = n k T p = n 1 k T 1 p = ρ g ρ = n m p = n k T n k T = n m g m g n = n k T p = n m g 19 0

6 m g n = n k T n ~n! p n = n 0 e mg n n 0 exponentielle Kuve baometisce Höenfomel p = p 0 e mg (Boltzmann-Veteilung) 1 n = n 0 e mg Boltzmann-Veteilung n m 1 < m n n 0 n 0 T 1 < T Teilcenmenge in einem Kaftfeld im temiscen Gleicgewict (T = konst): z.b. H und CO z.b. 0 C und 40 C ε pot = mg 3 n ε ε E n 1 ε 1 n = n 1 e = n e RT 1 E = ε R = k univeselle Gaskonstante R = 8,31 J/(mol K) N A N A molae Enegiewete 4

7 Beispiele fü die Boltzmann-Veteilung: baometisce Höenfomel Veteilung de Teilcen zw. flüssige und gasfömige Pase gesättigte Dampfduck Veteilung de Teilcen zw. feste und gasfömige Pase Konzentation de Gittedefekte Veteilung von Molekülen zw. Gundzustand und aktivietem Zustand Gescwindigkeitskonstante von cemiscen Reaktionen 5 Abkülen abnemende E kin Flüssigkeiten Gas intemolekulae Käfte: H-Bücken Van de Waals Käfte Flüssigkeit E 3-50 kj/mol öee Dicte gewisse Stuktu in kleineen Beeicen, Naodnung begenzte Bewegung feie Scwingung und Rotation, abe begenzte Tanslation Volumenstabilität (kleine Kompessibilität), keine Fomstabilität Isotopie 6 Wasse Flüssigkeit H O + H-Bücken elektisces Dipol oe Wämekapazität oe Vedampfungswäme oe Dampfpunkt Abkülen abnemende E kin Ionenbindung metallisce Bindung kovalente Bindung E kj/mol Festköpe biologisce Bedeutung 7 8