Praktikumsfragen Alle Angaben wie Fragestellungen und Seitenzahlen beziehen sich auf die Experimentieranleitungen für Studierende der Humanmedizin, Zahnmedizin und der Medizinischen Biotechnologie in der Version Herbst 2008! Messen und Auswerten Was sind grobe, systematische und zufällige Fehler? grob: o gravierende Fehler o z.b. Pendel zu lang, falsch gezählt, etc. o vom Praktikanten verursacht systematisch: o Fehler der Geräte o z.b. Uhr nicht präzise, Lineale unpräzise o von Ungenauigkeiten der Geräte verursacht zufällig: o zufällige Fehler vom Zufall verschuldet o bedingt ein Vertrauensniveau von 95% Was bedeuten wahrer Wert, Messunsicherheit, Mittelwert und Standardabweichung? wahrer Wert: o der ideale Wert, der theoretisch berechnet wurde o wird nie tatsächlich im Versuch erreicht Messunsicherheit: o systematischer + zufälliger Fehler Mittelwert: o das arithmetische Mittel Was ist absoluter Fehler? = Messunsicherheit Summe aus dem Betrag aus systematischem und zufälligen Fehler Was ist relativer Fehler? absoluter Fehler geteilt durch den Messwert wird mit zunehmender Anzahl der Messungen (= mehr Messwerte) geringer Was bedeutet Standardabweichung? gibt die Abweichung zur Normalverteilung (Gauss) an
Strömung in Kapillaren/ Blutkreislauf Wie ändert sich die Viskosität und Durchflusszeit bei Temp Änderung? Temp Erhöhung o Viskosität (Zähigkeit) nimmt ab o Durchflusszeit nimmt ab Temp Verringerung o Viskosität nimmt zu o Durchflusszeit nimmt zu Welche Größe von Gl. 2.2 (S.17) von besonderem Gewicht für das Durchflussvolumen je Zeit? der Radius (r) ist besonders wichtig, da er mit der 4. Potenz in die Berechnung eingeht Worin unterscheiden sich laminare und turbulente Strömung? laminar: Re < 1160 o es kommt nicht zu Verwirbelungen turbulent: Re > 1160 o es kommt zu Verwirbelungen höherer Widerstand, langsamerer Durchfluss Wie ist die Reynoldszahl definiert? In welchem Bezug steht sie zum Charakter der Strömung? Welche Folgerungen lassen sich für den Blutkreislauf ziehen? dimensionslose Zahl die auf Erfahrungswerten beruht für den Übergang zwischen turbulent und laminar ist keine feste Größe gegeben es gibt eine Grauzone bei turbulenten Strömungen im Blutkreislauf ist die Versorgung im distalen Bereich der Turbulenz eingeschränkt Ultraschall/ Sonographie Was sind Transversal und Longitudinalwellen. Was bedeutet Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz und Schwingungsdauer einer Welle? transversal: Schwingung verläuft quer zur Ausbreitungsrichtung o elektromagnetische Strahlung longitudinal: Schwingung verläuft längs zur Ausbreitungsrichtung o Schall Ausbreitungsgeschwindigkeit: Geschwindigkeit mit der sich die Welle im Medium ausbreitet Wellenlänge: Abstand zwischen 2 Maxima bzw. Minima Frequenz: Anzahl der Wellen in einem Zeitintervall (meist 1 Sekunde) Schwingungsdauer: = Periode; gibt an, wie lange eine vollständige Schwingung einer Welle dauert Welche Eigenschaften haben Schallwellen? Longitudinalwellen breiten sich kreisförmig aus, können fokussiert werden Was ist Ultraschall und wie kann er erzeugt werden? piezoelektrischer Effekt (Wechselspannung wird an Kristall angelegt, der darauf hin zu pulsieren beginnt und somit winzige Schwingungswellen aussendet)
Was sind A und B Bild (scan)? A = Amplitude; Schallwiderstände werden über Amplituden im Diagramm angezeigt B = Brightness; Schallwiderstände werden über Helligkeitsunterschiede am Bildschirm angezeigt Wie kann aus der Zeit zwischen Senden und Empfangen eines Ultraschallpulses in einem Festkörper die Schallgeschwindigkeit berechnet werden? c = 2h/t (S.17) Spezifische Wärmekapazität Was bedeuten die Begriffe Wärmekapazität, spezifische Wärmekapazität, molare Wärmekapazität und Wasserwert? Wärmekapazität: gibt an wie viel Wärme ΔQ ein Körper pro Temperaturänderung ΔT speichern kann spez. Wärmekapazität: Wärmekapazität eines bestimmten Stoffes molare Wärmekapazität: Dulong Regel (s.u.); mol. Wärmekapazität ist für alle Stoffe gleich Wasserwert: Wärmekapazität eines Gefäßes Welche Messgrößen spielen bei der Kalorimetrie eine Rolle? bei direkten Kalorimetrie werden die Wärmemengen mittels eines Kalorimeters bestimmt spez. Wärmekapazität Temperatur Wärmeleitfähigkeit der Stoffe (z.b. Wasser und Kupfer) Welchem Zweck dient das Temperatur Zeit Diagramm? durch die Extrapolation erhält man die Temperatur des kalten Wassers und die Mischungstemperatur Warum erscheint Wasser mit 20 C subjektiv kälter als Luft der gleichen Temperatur? wegen der spezifischen Wärmekapazität und höheren Wärmeleitfähigkeit von Wasser (Wärme wird von Wasser schneller aus der Haut abgeleitet als von Luft, deshalb erscheint das Wasser kälter) Welche zwei Werte werden bei der spezifischen Wärmekapazität der Gase unterschieden? man unterscheidet die Wärmekapazität bei konstantem Druck cp und bei konstantem Volumen cv Wie lautet die Dulong Petitsche Regel? sie besagt, dass die molare Wärmekapazität eines aus einzelnen Atomen zusammengesetzten Festkörpers einen universalen und konstanten Wert hat, nämlich das Dreifache der universellen Gaskonstante R, also 25 Joule/mol
Brennweite Wie erfolgt die Bildentstehung bei einer Konvex und einer Konkavlinse? konkav: virtuelles Bild konvex: reelles Bild Wie entstehen die Linsenfehler chromatische oder sphärische Aberration und Astigmatismus? sphärische Aberration: Lichtstrahlen am äußeren Rand der Linse werden nicht ausreichend gebrochen und treffen sich deswegen nicht auf dem Fokuspunkt chromatische Aberration: farbige Anteile des Lichts werden unterschiedlich gebrochen und treffen sich deshalb nicht auf dem Fokuspunkt, deshalb werden Farben falsch erkannt Astigmatismus: ein Abbildungsfehler; das Wort bedeutet Punktlosigkeit und drückt aus, dass die von einer Lichtquelle auf eine Linse einfallenden Strahlen nicht exakt auf einen Brennpunkt gebündelt werden (sondern auf eine Linie) Was versteht man unter dem Begriff reduziertes Auge? schematisch vereinfachtes Modell des menschlichen Auges Was versteht man unter dem Begriff entspanntes Auge? man betrachtet einen Gegenstand ohne zu fokussieren; ohne sich anzustrengen Was bedeutet ein Visus von 0,75? 75% Sehstärke Weshalb ist die Sehschärfe für zwei parallele Geraden größer als für zwei Punkte im gleichen Abstand? bei zwei Geraden werden mehr Sehzellen angeregt als bei zwei Punkten, deshalb kann man 2 Geraden aus größerer Distanz differenzieren als 2 Punkte Messungen am Mikroskop/ Labordiagnostik Strahlengang Mikroskop? http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bb/mikroskop_strahlengang.svg Wie ist die Vergrößerung eines Mikroskops definiert? Brennweite des Okulars Brennweite des Objektivs Was bedeuten Apertur, optische Tubuslänge und Auflösungsvermögen? Apertur: Öffnungswinkel des Objektivs optische Tubuslänge: Abstand zwischen dem objektivseitigen Okularbrennpunkt und dem okularseitigen Objektivbrennpunkt Auflösungsvermögen: bei welchem minimalen Abstand 2 Objektpunkte gerade noch getrennt zu sehen sind
Oszillograph Welche Anforderungen sind an ein Gerät zu stellen, das elektrische Schwingungen aufzeichnen soll? muss genügend genau messen sollte möglichste kleinen Widerstand haben muss im Stromkreis liegen Wie werden Zeitkonstanten und Membranlängskonstanten bestimmt? Zeitkonstante: R C = τ (S.38); das Produkt von Widerstand und Kapazität eines Kondensators gibt an, wie schnell der Kondensator ge und entladen ist Membranlängskonstante: ln U(x) = ln U 0 x/δ (S.40) Leitwertmessung Wie lauten das 1. und 2. Kirchhoffsche Gesetz? 1.: Maschenregel ; Die Summe aller Ströme in einem Knotenpunkt ist null. 2.: Knotenregel ; Alle Teilspannungen eines Umlaufs bzw. einer Masche in einem elektrischen Netzwerk addieren sich zu Null. siehe hierzu: http://de.wikipedia.org/wiki/kirchhoffsche_regeln Wie unterscheiden sich die Innenwiderstände von Voltmetern und Amperemetern? Voltmeter: Innenwiderstand sollte möglichst hoch sein um die Messwerte nicht zu verfälschen. Amperemeter: Innenwiderstand sollte möglichst klein sein um die Messwerte nicht zu verfälschen. Wie sind diese Geräte in elektrische Schaltungen einzufügen? Amperemeter werden immer in Reihe geschaltet, damit der Strom, den sie messen sollen, durch sie hindurchfließen kann. Voltmeter sind Spannungsmessgeräte; sie werden stets parallel geschaltet um den übrigen Stromkreis nicht zu stören. Welche Ungenauigkeiten entstehen bei der Leitwert oder Widerstandsbestimmung durch Strom und Spannungsmessung infolge der Innenwiderstände von Volt und Amperemetern? Erläutern Sie die Formeln (8.2) und (8.3) (S.42). Es entstehen Ungenauigkeiten durch vom Ideal (Ω = 0 bzw. Ω = unendlich) abweichende Widerstände. Formel (8.2):? Formel (8.3):? γ Strahlung/ Tomographie und Bestrahlung Wie entstehen γ Strahlen? Sie entstehen beim radioaktiven Zerfall im Atomkern durch einen Energieüberschuss des Folgekerns und sind elektromagnetische Strahlen mit hoher Energie.
Wie ist ein γ Spektrometer aufgebaut? besteht aus Szintillationszähler und Strahlungsnachweisgerät (S.48) Was sind die Elementarprozesse, die bei der Wechselwirkung zwischen γ Strahlung und Materie auftreten? Erläutern Sie dieselben kurz! 5 Arten von Wechselwirkung sind möglich: o Streuung: Quanten geben keine Energie ab, Strahlung ändert nur ihre Richtung o Absorption: wichtigster Prozess, bei dem die Strahlung beim Durchtreten von Materie geschwächt wird o Compton Effekt: Richtungsänderungen die durch Zusammenstoß mit einem Elektron unter Abgabe von Energie entsteht o Paarbildung: γ Quanten mit Energien von mehr als 1 MeV können in ein Elektron und ein Positron verwandelt werden o Kernprozesse: γ Quanten mit Energien von mehreren MeV können Kernprozesse auslösen, bei denen die durchstrahlte Materie radioaktiv wird Warum kann man aus der Lage der Photolinien den Strahler bestimmen?? Wie lautet das Absorptionsgesetz für γ Strahlen? I = I 0 e μx (S.49) Was sind die Ursachen des Nulleffekts bei kernphysikalischen Messungen? Der Nulleffekt I n ist die Impulsdichte, die ohne Präparat durch die kosmische Strahlung, die Umgebungsstrahlung und den Szintilliationszähler selbst bewirkt wird. Was versteht man unter der Aktivität eines radioaktiven Stoffes? Wie lautet das Zerfallsgesetz des radioaktiven Zerfalls? Die Zerfallsrate (Zerfälle pro Sekunde) A = A 0 e λt (S.51) Nennen Sie einige für die Medizin wichtige radioaktive Isotope und geben Sie die wichtigsten Kenndaten für diese an!? Was versteht man unter den Begriffen Energiedosis und Äquivalentdosis? In welchen Einheiten werden diese Größen angegeben? Energiedosis D: die von einem Stoff der Masse Δm absorbierten Energie ΔE o D = ΔE/Δm (S.50) Äquivalenzdosis H: bezieht sich auf den biologischen Schaden der durch die Strahlung hervorgerufen wird; dient zur Beurteilung des Strahlungsrisikos o H = Q D (S.50) Begründen Sie die höhere biologische Strahlenwirksamkeit von α Strahlen im Vergleich zur γ Strahlung? Die schweren α Strahlen werden sehr schnell abgebremst, d.h. die Schäden werden unmittelbar hintereinander angerichtet; dadurch ist eine Reparatur kaum möglich und die biologischen Schäden sind bezogen auf die übertragene Energie 20x stärker als bei β oder γ Strahlung.