Medizinische Biophysik I.

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1 P H Y S I K Physik in de Medizin Medizinische Biophysik I. D. Feenc Tölgyesi Institut fü Biophysik und Stahlenbiologie 0 Diagnostik Röntgendiagnostik Sonogaphie Optische Tomogaphie MRI KG ndosko Theapie Gamma-Messe Phototheapie Lasechiugie Defibillato Nieensteinzetümm Medizinische Foschung Röntgendiffaktion Optische Spektoskopie Mikoskopie Massenspektometie Lebenspozesse Diffusion Stömungen Hebelfunktion Wämestahlung elektische Stöme... 1 Physik in dem medizinischen Cuiculum Thematik de Volesungen Physiologie Chemie Biochemie Molekulabiologie 6. Woche: 1. DMO Radiologie Biostatistik Abweichung fü Zahnmedizine in den esten dei Wochen: Chiugie Othopädie Kiefeothopädie usw. 6. Woche: 1. DMO 4 1

2 Paktika 11. Woche:. DMO Hilfsmittel: Potokolle! 5 Paktikum Medizinische Physik und Statistik, Semmelweis Velag Biophysik fü Medizine, Medicina Velag, Budapest Physikalische Gundlagen zum Lehfach Medizinische Biophysik, heunteladba von de Webseite des Instituts Aufgabensammlung zu Medizinischen Biophysik heunteladba von de Webseite des Instituts Themenkataloge heunteladba von de Webseite spätestens Montag de 5., 10. bzw. 14. Unteichtswoche 6 Studienegel Webseite: Voaussetzungen fü die Anekennung des Semestes: Teilnahme an 75% de Volesungen und de Paktika Annahme de Messpotokolle duch den Paktikumsleite aus jede Messung des Semestes Mindestens (genügend) (=50%) fü die Gundklausu (. Unteichtswoche) und fü beide Demos des Semestes (in den 6. und 11. Studienwochen). (Alle Zwischenpüfungen können jeweils zweimal wiedeholt weden Temine s. Webseite.) Gundklausu (schiftlich): twa Single-Choice-Testfagen (jeweils fü Punkte/falsche Antwot -1 Punkt) (Unte den Testfagen auch leichtee Rechenaufgaben ohne Lösungsweg, Bestanden = 50% nu das ichtige gebnis ist anzukeuzen.) Demo (schiftlich): 15 Single-Choice-Testfagen (jeweils fü 4 Punkte/falsche Antwot -1 Punkt) Rechenaufgaben (jeweils fü 0 Punkte) Bestanden: 50% bei den Testfagen und 50% bei den Rechenaufgaben 7 Kolloquium: Befeiung vom Votest, wenn die zwei Demos im Duchschnitt den 78% eeichen! Schiftliche Votest diegleiche Stuktu und Regeln wie bei den Demos, das Bestehen (=50%) ist Voaussetzung zum Anteten die mündliche Püfung Mündliche Püfung Themen aus den Themenkatalogen 1 Paktikumsthema mit Datenauswetung (s. Potokolle) Alle Potokolle sind auf die Püfung mitzubingen! Studienwettbeweb: Anfang Mai Voaussetzung fü die Teilnahme: entwede eine Kolloquiumsnote von 4 ode 5. Bei eine Kolloquiumsnote von ist die Teilnahme noch möglich, falls die zwei Demos im. Semeste im Duchschnitt den 78% eeichen. Anekennung von Scheinen von füheen Studien: Ausfühliche Thematik 75%-ige Übelappung de Thematiken Benotete Püfungsscheine 8

3 Medizinische Biophysik Stuktu de Mateie I. Atomae, molekulae Wechselwikungen 1. Im Allgemeinen übe Wechselwikungen. lektische Wechselwikung a) Coulomb-Gesetz: b) elektische potenzielle negie ( pot ). Aufbau des Atoms a) Bauelemente und ihe Wechselwikungen b) negiezustände c) lektonegativität = 4. Atomae, molekulae Wechselwikungen a) negiekuve b) Pimäe Bindungen c) Sekundäe Bindungen 5. negiezustände in Molekülen II. Aggegatzustände 1. Allgemeine Bescheibung. inige gundlegenden Gößen zu Bescheibung von Köpen: 9 Atomae Aufbau de Mateie o Demokitos 5.Jht v.ch. o Daltonsches Gesetz 180 o Modene Mikoskope: Gaphit Si-Kistall mit Defekten Was hält die Atome zusammen? Waum ist eine Stuktu stabil? 10 ntstehung von stabilen Stuktuen - allgemeine Pinzipien UNORDNUNG s entstehen keine stabile Stuktuen, fühe entstandene Stuktuen lösen sich auf. WCHSLWIRKUNGN abstoßend BWGUNGN anziehend ORDNUNG Stabile Stuktuen entstehen und weden ehalten. I. Atomae, molekulae Wechselwikungen 1. Im Allgemeinen übe Wechselwikungen a) Kaft, die newtonschen Gesetze und Beispiele fü Kaftgesetze b) Abeit und negie c) negieehaltung d) Leistung e) Duck f) lektische Wechselwikung Coulomb-Gesetz. lektische Wechselwikung a) Coulomb-Gesetz: el q q F k F q F q 1 1 F + + Abstoß Anziehung

4 Gebundene Zustände b) elektische potenzielle negie ( pot ) Wie goß ist die Abeit bei de ntfenung de negativen Ladung? Positive Ladung ist fixiet. + F D F el W F Δ negie(): die im System gespeichete Abeit Abeit(W): + D W F s F Δ Welche Kaft? F el Integation!! W +. Aufbau des Atoms a) Bauelemente und ihe Wechselwikungen Z lektonen, ihe Gesamtladung ist Ze elekt. Ladung des Kenes: Ze, (Z ist die Odnungszahl (Kenladungszahl)) W Fd F d el Anziehung Beechnen wi die Abeit, wenn man die negative Ladung bis zum Unendlichen entfent. Da hie F nicht konstant ist: Definition de elektischen potenziellen negie ( pot ): q1q 1 k d kq1q pot W pot 1 1 q1q kq1q k + + Abstoß kin 1 mv Bewegungen pot kin anziehende Wechselwikung = elektische Ww. q1 q pot k gesamt q1 q pot k Anziehung + 1 gesamt gesamt pot pot kin kin 0 0 gebundenes lekton feies lekton 14 b) negiezustände Spezielle igenschaft de Mikowelt: diskete negiezustände Feie Zustände Zum Beispiel: H-Atom Schalen Nebenquantenzahl (l) l = 0 1 s p Unteschalen s shap; p pincipal; d diffuse; f fundamental d Hauptquantenzahl (n) f Statt Bahnen ehe lektonenwolken veschiedene Fomen Weitee Pinzipien bei de Besetzung de negiezuständen (Schalen, Unteschalen): negieminimum 15 Pauli-Pinzip 16 4

5 negie negie Z.B. 11 Na Z.B. 17 Cl lektonegativitität - Pauling-Skala: 1s s p 6 s 1 Ionisationsenegie (I): Zu ntfenung des äußesten lektons benötigte negie (ev/atom; kj/mol) 1s s p 6 s p 5 lektonenaffinität (A): Bei de Aufnahme eines lektons feigesetzte negie (ev/atom; kj/mol) c) lektonegativität = I A Bindungstypen Atomae, molekulae Wechselwikungen a) negiekuve Abstoß zw. den Kenen, Pauli-Pinzip b) Pimäe Bindungen Ionenbindung Kovalente Bindung Metallbindung kj/mol Bindung Bindungslänge ( 0 ) 0,1 nm Bindungsenegie ( 0 ) 0,-1000 kj/mol gemeinsame lektonenbahnen elektische Anziehung (Ion-Ion, Ion-Dipol, Dipol-Dipol) lektonegativität

6 c) Sekundäe Bindungen 0,-50 kj/mol van de Waals (Dipol-Dipol) Oientieung ( pemanente Dipole) Induktion (1 pemanente und 1 induziete Dipol) Dispesion H-Bückenbindung Bindungsstäke Bindungstyp Mateial Bindungsenegie (kj/mol) schwach (sekundä) stak (pimä) van de Waals Neon (Ne) 0,6 Agon (A) 7,7 H-Bindung Wasse (H O) Metallbindung Quecksilbe (Hg) 68 Aluminium (Al) 4 Wolfam (W) 849 Ionenbindung NaCl 640 MgO 1000 kovalente Bindung Silizium (Si) 450 Kohlenstoff (C, 71 1 Diamant) Pimäe und sekundäe Bindungen 5. negiezustände in Molekülen Molekül lekton Moleküle Aggegatzustände (flüssige und feste Köpe) Vibation Rotation 1 ev 0,1 ev 0,01 ev II. Aggegatzustände 1. Allgemeine Bescheibung Fest Flüssig Gasfömig igenvolumen igenfom T Z. B. Vibationen alle negiefomen sind quantiet lektonenniveaus Vibationsniveaus (Rotationsniveaus sind nicht gezeigt.) 4 6

7 . inige gundlegenden Gößen zu Bescheibung von Köpen: Zahl de Bauelemente (Atome ode Moleküle) im Köpe (N) Stoffmenge (n ) in Mol: 1 mol enthält 6,0 10 Bauelemente Avogado-Konstante (N A ): N A = 6,0 10 1/mol ν = N N A Anziehende Wechselwikungen Abstoßende Wechselwikungen + Bewegungen T(K) = t( C) + 7 T Masse (m) Molae Masse (M): die Masse von einem Mol m = ν M Volumen (V) m kg Dichte (): ρ Tempeatuabhängigkeit de Dichte - (T) : V m Stoff (g/cm ) Wasse 1 Fettgewebe 0,9 Blut 1,05 Knochen 1,8 Köpegewebe 1,04 (Mittelwet) 5 6 Hausaufgaben: Neue Aufgabensammlung :