Tenttiwiki

Biotieteiden matematiikka ja fysiikka

Matematiikan osuus

Fysiikan osuus

52211 Biotieteiden matemaattiset harjoitukset 3op

vanha kurssi

18.11.2016

1. Kolme vuotta sitten eläinpopulaation koko oli 4800 yksilöä ja se on pienentynyt samalla prosenttimäärällä vuodessa siitä lähtien. Populaation koko on nyt 3500 yksilöä. Mikä on ollut populaatiokoon pienenemisprosentti vuodessa näiden kolmen vuoden aikana?

2. Vesiliuos virtaa letkussa nopeudella v = 3cm/s. Letkun poikkileikkaus on pyöreä ja sisäläpimitta 0.4 mm. Tällöin ajassa t tietyn kohdan letkussa ohittavan nestemäärän tilavuus V on Avt missä A on letkun reiän poikkipinta-ala. Ympyrän pinta-ala A=pii*r2, missä r on säde. Laske virtaus J yhtälöstä J=V/t ja ilmoita se yksikössä ml/min. 3. Valitse joko a) tai b):

a. Laske raja-arvo kun x lähestyy ääretöntä (2x2-x)/(3x-4x2+2)

b. Ratkaise yhtälöryhmästä CA ja CB:
[CA + CB = Ctot
[CA / CB = k1

4. Konsentraatio c muuttuu eksponentiaalisesti arvosta 5μM arvoon 15μM ja sen arvo on 9μM, kun muutoksen alusta on kulunut 25 s. a. Mikä on muutoksen aikavakio? b. Mikä on muutosnopeus (yksikkönä μM/s) alussa?

5. Vastaa lyhyesti jokaiseen kohtaan:

a. Selitä Lineweaver-Burk plotin idea. Michaelis-Menten yhtälö ja Lineweaver-Burk yhtälö ovat: V = Vmax[S] / (Km + [S]) ja 1/V = (Km / Vmax[S] + 1 / Vmax)

b. Mitä funktion f(x) ensimmäinen derivaatta ja toinen derivaatta kuvaavat tietyssä kohdassa x?

c. Miten separoituva differentiaaliyhtälö ratkaistaan?

26.4.2013

  1. Ratkaise x yhtälöstä (x/2)∗(2∗(2-x)/3)=2∗(1-(1/6)∗x²) ja tarkista tulos
  2. Michaelis-Menten kinetiikkaa noudattavan reaktion SP reaktionopeus v saadaan yhtälöstä v= (S/(K0,5 + S))∗vmax missä s on substraatin (reaktion lähtöaineen) pitoisuus, K0,5 on ns. puolinopeusvakio ja vmax on reaktion maksiminopeus. Laske vakion K0,5 arvo, kun reaktion nopeus v on 70% maksiminopeudesta substraattipitoisuudella S = 40 μM. Laske sitten pitoisuus S, jolla reaktionopeus v on 5% maksiminopeudesta.
  3. Ratkaise x yhtälöstä 2∗lg(sqr(a)∗x)=2+lg(b∗x). (sqr → neliöjuuri)
  4. Konsentraatio c muuttuu eksponentiaalisesti lähtien arvosta 500 μM ja asettuen lopulta arvoon 2,5 mM. Konsentraatio on 900 μM, kun muutoksen alusta on kulunut 15 s
    1. Mikö on muutoksen aikavakio?
    2. Mikä on muutosnopeus (yksikkönä μM/s) alussa?
  5. Tarkastelun kohteena on heikko happo HA, joka dissosioituu protoniksi H+ ja hapon anioniksi A- reaktiossa HAH+ + A-, jonka tasapainovakio K on K = ([H+]∗[A-])/[HA], missä hakasuluilla osoitetaan suluissa olevan aineen pitoisuutta. Määritetään tasapainovakio K kokeellisesti mittaamalla pitoisuudet [H+], [A-] ja [HA] ja lasketaan K yllä olevan yhtälön avulla. Tunnetaan kunkin pitoisuuden mittaustuloksen enimmäisvirhe Δ[H+], Δ[A-] ja Δ[HA]. Muodosta kokonaisdifferentiaalin avulla lauseke tällä tavalla määritetyn K:n lukuarvon enimmäisvirheelle.

24.2.2012

25.2.2011

1. Kuinka monta prosenttia pitäisi pallomaisen solun läpimitan kasvaa, jotta solun tilavuus kaksinkertaistuisi?

2.

3. Ratkaise b seuraavasta yhtälöstä:

4. Bikarbonaatti-puskuriliuoksen pH-arvo voidaaan laskea yhtälöstä

missä sekä pK että hiilidioksidin pitoisuus [CO2] ovat vakioita, kun liuosta kuplitetaan jatkuvasti hiilidioksidia sisältävällä kaasulla. Jos pH on 7,4 kun bikarbonaatin pitoisuus [HCO‾3] on 26 mM, mikä on pH silloin kun bikarbonaatin pitoisuus [HCO‾3] on 10 mM? (Huomaa, että kummassakin tapauksessa sekä pK että [CO2] ovat samoja vakioita, joten tehtävän voi ratkaista siten, että ne sievenevät pois.)

5. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:

a) Määrittele tai kuvaa muutamalla sanalla differentiaaliyhtälöiden ratkaisemiseen ja ratkaisuihin liittyvät käsitteeet: 1) yleinen ratkaisu, 2) yksittäisratkaisu, 3)alkuarvo.

b) Populaation kokoa N kuvataan differentiaaliyhtälöllä

Mikä on populaation stabiili koko?

27.8.2010

1. Laske energian E lukuarvo Bernoullin yhtälöstä E = p + ρgh + ½ρv^2 kun paine p = 15 N/m^2, tiheys ρ = 1000 kg/m^3, putoamiskiihtyvyys g = 10 m/s^2, korkeus h = 0,5 cm ja nopeus v = 20 cm/s.

Ilmoita tulos energian yksikössä (joka on joule J) litraa kohden ts. yksikössä J/l. Yksikkö newton N = kgm/s^2 ts. kilogrammma kerrottuna metrillä ja jaettuna toiseen potenssiin korotettuna sekunnilla. Yksikkö joule J on newton kerrottuna metrillä J = Nm.

2. Ratkaise b yhtälöstä:

0 = S/K - 1 ln S + bD/K - bA

3. Suureen S lukuarvo muuttuu eksponentiaalisesti arvosta 2 arvoon 20. Kun muutoksen alusta on kulunut 60 sekunttia suureen arvo on 15.

a) Mikä on muutoksen aikavakio?

b) Milloin suureen arvo = 10?

4. Ratkaise raja-arvo

5. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:

a) Mitä tarkoittaa, kun sanotaan että lineaarisen systeemin vasteiden ennustamisessa voidaan hyödyntää superpositioperiaatetta.

b) Jos populaation kokoa N kuvataan differentiaaliyhtälöllä

mikä on populaation stabiili koko?

7.5.2010

Paperiin nimi, opiskelijanumero, koulutusohjelma ja sähköpostiosoite. Kaavoja kääntöpuolella.

1. Itämeren keskisyvyys on 55 metriä, pinta-ala 415 000 km2 ja veden keskisuolaisuus alle 1 % (painoprosentteina). Jos keskimääräinen suolapitoisuus olisi 1 %, kuinka monta kiloa suolaa Itämeressä olisi yhteensä?

2. Ratkaise q yhtälöstä

lnx/y = -2ln z/q

3. Ratkaise yhtälöryhmästä CA ja CB:

[CA + CB = Ctot
[k1CA = k2CB

4. Konsentraatio c muuttuu eksponentiaalisesti arvosta 3 μM arvoon 12 μM ja sen arvo on 8,2 μM, kun muutoksen alusta on kulunut 60 s. a) Mikä on muutoksen aikavakio? b) Mikä on muutosnopeus (yksikkönä μM/s) alussa?

5. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin: a) Mitä tarkoitetaan, kun sanotaan että kaksi yhtälöä on lineaarisesti riippumattomia? b) Tunnetaan vesivirtaus (J) kalvon läpi ajan (t) funktiona, eli virtausta ajan funktiona merkitään tavanomaiseen tapaan J(t). Muodosta J(t):n sisältävä lauseke, joka kuvaa (eli: josta voidaan laskea) kahden ajanhetken t1 ja t2 välillä kalvon läpi virrannut vesimäärä. c) Jos populaation kokoa N kuvataan differentiaaliyhtälöllä dN/dt = rN(1-N/K), mikä on populaation stabiili koko?

15.1.2010

Paperiin nimi, opiskelijanumero, koulutusohjelma ja sähköpostiosoite. Kaavoja kääntöpuolella.

1. Yhdisteen molekyylipaino kertoo grammoissa yhden moolin massan. Liuosten väkevyyksiä ilmaistaan usein käyttäen yksikkönä liuotetun aineen moolimäärää liuoksen tilavuusyksikköä kohden, eli yksikössä moolia litrassa eli mol/l. Sinulla on punnittuna tasan 5 mg erästä yhdistettä, jonka molekyylipaino on 330. Haluat valmistaa liuoksen, jossa tämän yhdisteen pitoisuus on 10 μmol/l. Kysymys: Miten suureen nestemäärään liuotat punnitsemasi 5 mg yhdistettä?

2. Puskuroimattoman vesiliuoksen pH on tasan 8 eli pH = 8,00. Yhteen litraan tätä liuosta lisätään pieni määrä happoa siten, että liuokseen tuodaan lisäksellä puoli mikromoolia (0,5 μmol) protoneita H+. Laske vapaiden protonien määrä liuoksessa ennen lisäystä ja sen jälkeen, sekä laske pH lisäyksen jälkeen. pH:n määritelmänä voidaan käyttää pH = -lg [H], missä [H] on vapaiden protonien H+ konsentraatio (mooleissa ilmaistu määrä litrassa eli mol/l). (Ole huolellinen; koska tehtävän ratkaisu on lyhyt, arvostelussa on pakko ottaa pisteitä myös pilkkuvirheistä yms. lipsahduksista.)

3. Ratkaise yhtälöryhmästä CA ja CB:

[CA + CB = Ctot
[CA / CB = k

4. Konsentraatio c muuttuu eksponentiaalisesti arvosta 3 μM arvoon 12 μM ja sen arvo on 8,2 μM, kun muutoksen alusta on kulunut 60 s. a) Mikä on muutoksen aikavakio? b) Mikä on muutosnopeus (yksikkönä μM/s) alussa?

5. Vastaa lyhyesti jokaiseen kohtaan: a) Mitä merkinnät μM2 ja μ(m2) ja (μm)2 tarkoittavat? b) Kuvitellaan tilannetta, jossa tarkastellaan jotain ilmiötä sitä kuvaavan usean muuttujan yhtälön avulla. Miten tästä yhtälöstä voi derivointia käyttäen johtaa kahden muuttujan välistä yhteyttä kuvaavan lausekkeen? c) Miten integroinnin avulla voi laskea funktion xy-koordinaatistoon piirretyn kuvaajan ja x-akselin väliin jääviä pinta-aloja jollain välillä x1…x2?

9.5.2008

Kaavoja kysymyspaperin kääntöpuolella.

  1. Laske kuutiokilometrin (kuutio 1km*1km*1km) tilavuus litroissa
  2. Kolme vuotta sitten eläinpopulaation koko oli 1200 yksilöä ja se on pienentynyt samalla prosenttimäärällä vuodessa siitä lähtien. Populaation koko on nyt 875 yksilöä. Mikä on ollut populaatiokoon pienenemisprosentti vuodessa näiden kolmen vuoden aikana?
  3. Konsentraatio c muuttuu eksponentiaalisesti arvosta 600 mikroM arvoon 1.2 mM ja sen arvo on 1.0 mM, kun muutoksen alusta on kulunut 60 s. a) Mikä on muutoksen aikavakio? b) Milloin c:n arvo on 610 mikroM?
  4. Valitse joko a) tai b):

a) Funktio f on muuttujien x ja y funktio: f(x,y)=lg(2x)+2y^3. Muodosta kokonaisdifferentiaali df(x,y). b) Kasvaako vai pieneneekö lauseke (ln x) - x kun x kasvaa hyvin suureksi? (Ratkaise tehtävä derivointia käyttäen.)

  1. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:
  • Millaisia differentiaaliyhtälöitä kutsutaan osittaisdifferentiaaliyhtälöiksi?
  • Tunnetaan vesivirtaus (J) kalvon läpi ajan (t) funktiona eli virtausta ajan funktiona merkitään tavanomaiseen tapaan J(t). Muodosta J(t):n sisältävä lauseke, joka kuvaa (eli: josta voidaan laskea) kahden ajanhetken t1 ja t2 välillä kalvon läpi virrannut vesimäärä.
  • Millainen funktio on Diracin deltafunktio δ(t)?

25.5.2007

Juha Voipio

Huomaa myös kaavat tämän tehtäväpaperin alalaidassa.

  1. Aineen virtaus kalvon läpi on ilmoitettu yksiköissä nmol/µm². Muunna yksikkö muotoon mol/cm².
  2. Mikä on kuution sivun pituus, jos kuution tilavuus on 0,8 ml?
  3. Ratkaise x yhtälöstä 2lg(2x²)-lg(3x²)=5
  4. Alpha-funktio on ajan (t) funktio ja sen lauseke on te^(-αt). Alpha-funktion maksimin ajanhetki riippuu jollain tavalla kertoimesta α. Ratkaise tämä riippuvuus. (Siis: lausekkeen te^(-αt) maksimin ajanhetken riippuvuus kertoimesta α.)
  5. Kohdat a-c: Ovatko seuraavt väitteet oikein vai väärin? (oikeasta vastauksesta pluspiste, väärästä miinuspiste, tyhjästä nolla. Vastausta ei tarvitse perustella.

Kohta D: Vastaa lyhyesti kysymykseen.

  • a) Separoituva yhtälö on differentiaaliyhtälötyyppi, joka voidaan ratkaista integroimalla.
  • b) Yhtälö (d²V)/(dX²)+V=O on lineaarinen differentiaaliyhtälö.
  • c) Differentiaaliyhtälön yleisen ratkaisun saamiseksi tarvitaan tieto alkuarvoista.
  • d) Vesivirtaus (J) kalvon läpi tunnetaan ajan (t) funktiona ja sitä merktiään näin ollen J(t). Merkinnöillä t1 ja t2 tarkoitentaan tiettyjä ajanhetkiä. Mitä alla oleva integraalilauseke kuvaa? (Anna tarkka vastaus, mutta vastaa enintään muutamalla lauseellla.)

“määrätty integraali t-yhdestä t-kahteen” J(t)dt

6.2.2004

Juha Voipio

Huomaa myös kaavat tämän tehtäväpaperin alalaidassa.

  1. Muodoltaan pallomaisen solun tilavuus on pienentynyt osmoottisen vedenmenetyksen takia 5% ja on nyt 10 pl (10 pikolitraa, 10 x 10“12 litraa). Mikä on solun läpimitta nyt ja mikä se oli ennen kutistumista?
  2. Ratkaise Ca ja Cb yhtälöryhmästä: Ca + Cb = Ctot, Ca/Cb = k
  3. Konsentraatio c muuttuu eksponentiaalisesti arvosta 2 mikroM arvoon 10 mikroM ja sen arvo on 5,5 jmikroM, kun muutoksen alusta on kulunut 60 s.
    • Mikä on muutoksen aikavakio?
    • Mikä on muutosnopeus (yksikkönä mikroM/s) alussa?
  4. Valitse joko a) tai b):
    a) Funktio f on muuttujien x ja y funktio: f(x,y) = Ig (2x) + 2y^3. Muodosta kokonaisdifferentiaali df(x,y).
    b) Laske integraali BHbKlfLLzNJ2
  5. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:
  • Mitä tarkoitetaan, kun sanotaan että kaksi yhtälöä on lineaarisesti riippumattomia?
  • Mitä tarkoitetaan, kun sanotaan että lineaarisen systeemin vasteiden ennustamisessa voidaan hyödyntää superpositioperiaatetta.
  • Jos populaation kokoa N kuvataan differentiaaliyhtälöllä

isEsUZWtxcjf

2.2.2001

  1. Laske kuutiomikrometrin tilavuus mikrolitroissa.
  2. Ratkaise x yhtälöstä 2 In (2x^2) - In (3x^2) = 5 .
  3. Suuren S lukuarvo muuttuu eksponentiaalisesti arvosta 20 arvoon 10. Kun muutoksen alusta on kulunut 60 sekuntia, suureen arvo on 14.
    • Mikä on muutoksen aikavakio?
    • Milloin suureen arvo = 11?
  4. Laske raja-arvo. biomatharj2.2.2001.jpg
  5. Funktio f on muuttujien x ja y funktio: f(x,y) = In (2x) + y^2. Muodosta kokonaisdifferentiaali df(x,y).

80033 Biotieteiden fysiikka 3op

vanha kurssi

10.3.2017

1. Vastaa hyvin lyhyesti kaikkiin seuraaviin pikkukysymyksiin:

a) Selitä ympyräliikkeeseen ja mm sentrifugin toimintaan liittyvät käsitteet keskeiskiihtyvyys ja keskeisvoima.

b) Selitä miten mereen pudotetun pyöreän kiven nopeus käyttäytyy sen vajotessa kohti pohjaa. Miten tämä kysymys liittyy geelielektroforeesiin?

c) Miten resistanssi vaikuttaa sähkövirtaan?

d) Sähkökenttä ja magneettikenttä vaikuttavat eri tavalla varattuun partikkeliin. Millä tavalla tai tavoilla sähkökentän ja magneettikentän vaikutukset varattuun partikkeliin eroavat?

e) Miksi yksittäisen alkuaineen absorptio- ja emissiospektrien spektriviivat ovat samoilla aallonpituuksilla (ts. spektrit ovat keskenään samanlaiset)?

f) Mitä käsite “energiaperiaate” tarkoittaa ja mitä tekemistä sillä on Bernoullin lain kanssa?

2. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):

a) Millaisissa tilanteissa tai millä tavalla käsitteitä “tasapaino”, “työ” ja “vapaa energia” voidaan tarkastella Gibbsin energian, kemiallisen potentiaalin ja sähkökemiallisen potentiaalin avulla?

b) Diffuusio ja sen mekanismi? (Ts. kerro minkälainen ilmiö diffuusi on ja selitä millaisella mekanismilla diffuusio tapahtuu.)

3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):

a) Tarkastele auringon säteilemän energian ominaisuuksia ja kvantittumista ja pohdi kvantittumisen merkitystä elämälle. (Tehtävän arvostelussa kysymyksen ensimmäisellä osalla 1/3 painoarvo).

b) Kuvaa aaltoliikkeen diffraktio ja interferenssi ilmiöinä, ja tarkastele näiden ilmiöiden merkitystä erilaisissa tutkimuslaitteissa ja tutkimusmenetelmissä?

08.03.2016

1. Vastaa hyvin lyhyesti kaikkiin seuraaviin pikkukysymyksiin:

a) Selitä ympyräliikkeeseen ja mm. sentrifugin toimintaan liittyvät käsitteet keskikiihtyvyys ja keskeisvoima

b) Kuvaa käsite sähkökemiallinen potentiaali sanallisesti

c) Määrittele käsite energiaperiaate ja anna ainakin kaksi esimerkkiä, jotka kuvaavat sen käyttöä jossain tilanteessa

d) Mihin nesteen pintajännitys perustuu?

e) Kuvaa jokin fysikaalinen ilmiö, joka havainnollistaa aaltohiukkasdualismia

f) Jos verrataan atomien ja molekyylien absorptio- ja emissiospektrejä, ne eroavat merkittävällä tavalla toisistaan. Miten ja miksi?

2. Vastaa vain joko kohtaan a tai b

a) Tarkastele diffuusiota aineen liikettä tuottavana mekanismina sekä ilmiönä biologian näkökulmasta

b) Kun vastus (resistanssi) ja kapasitanssi kytketään yhteen rinnan tai sarjaan ja tähän kytkentään syötetään tietystä hetkestä alkaen vakiovirtaa tai vakiojännitettä, havaitaan kytkennän hidastavan (jännite)vasteiden syntyä ja tätä hidastumista kuvataan mm. käsitteellä aikavakio RC. Tarkastele näitä ilmiöitä esimerkkejä apuna käyttäen.

3. Valitse vain joko a tai b

a) Kerro ensin mitä käsitteet diffraktio ja interferenssi tarkoittavat klassisessa aaltoliikeopissa. Kuvaa sen jälkeen mitä röntgensäteily on ja kuvaa sitten röntgendiffraktiomenetelmä ja miten sitä voidaan käyttää kiderakenteiden tutkimisessa

b) Valomikroskoopilla ei voi olla ääretöntä erotuskykyä. Opintojaksossa on tarkasteltu kahta fysikaalista tapaa selittää valomikroskoopin rajallinen erotuskyky. Kuvaa nämä selitykset ja vertaa niitä toisiinsa

07.06.2013

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin (6p):
    1. Tennispallo nostetaan maan pinnalta korkeudelle, jolla sen potentiaalienergia (noston ansiosta) on 5 J. Tämän jälkeen pallosta päästetään irti ja se putoaa vapaasti takaisin maahan. Mikä on putoavan pallon liike-energian suuruus sillä hetkellä, kun se osuu maahan? Mikä periaate yhdistää tämän tehtävän kysymysasettelun Bernoullin lakiin?
    2. Mikä on termodynamiikan toinen pääsääntö?
    3. Mikä yhteys on käsitteillä resistanssi ja konduktanssi?
    4. Bohrin vetyatomimalliin verrattuna molekyylien kvanttituneet energiatasot ovat hyvin tiheässä ja niitä on paljon. Miksi?
    5. Vesi nousee kapillaariputkeen, mutta jos lasiputki vaihdetaan samankokoiseen muoviputkeen, vesi ei enää käyttäydy samalla tavalla. Miksi? Mitä voimia tulee tarkastella tämän eron fysikaalisten syiden ymmärtämiseksi?
    6. Mihin aineen ominaisuuteen perustuu radioaaltojen taajuusalueella olevan sähkömagneettisen säteilyn käyttö NMR-sovelluksissa?
  2. Vastaa vain kohtaan I tai II (3p):
    1. Diffuusio ja elektrodiffuusio:
      1. Tarkastele aineen siirtymistä fysikaalisia mekanismeja diffuusion ja elektrodiffuusion tapauksissa (miten ja miksi (elektro)diffuusio syntyy?)
      2. Tarkastele myös (sanallisesti) niitä yhtälöitä ja lakeja, joihin diffuusion ja elektrodiffuusion matemaattinen käsittely perustuu.
    2. Tarkastellaan solukalvon ATP-varaista Na+/K+ -pumppua, joka yhden ATP-molekyylin hydrolyysireaktiosta saamansa energian turvin siirtää 3 Na+ -ionia solusta ulos ja 2 K+ -ionia soluun. Solunulkoinen Na+ - pitoisuus on suuri verrattuna solusisäiseen ja solunsisäinen K+ - pitoisuus on suuri verrattuna solunulkoiseen ja solun sisäpuoli on sähköisesti negatiivinen verrattuna ulkopuoleen. Millä tavalla termodynamiikan/bioenergetiikan avulla tarkastellaan ja lasketaan tällaisessa tilanteessa:
      1. ATP:n hydrolyysista saatava käyttökelpoinen energia
      2. ionien siirtämiseksi tehtävä työ
      3. kuljetustapahtuman hyötysuhde
  3. Vastaa vain kohtaan I tai II (3p):
    1. Sähkömagneettisen säteilyn aaltoliikeominaisuudet ja partikkeliominaisuudet? (kerro näistä luentosarjassa käsiteltyjen esimerkkien avulla)
    2. Kerro miten ilmassa leijuva varattu partikkeli voidaan kiihdyttää suureen nopeuteen ja miten tällaisen lentävän partikkelin lentorataa voidaan ohjailla. Tarkastele kaikissa kohdissa vastaustasi fysikaalisia mekanismeja (ts. lainalaisuuksia, voimavaikutuksia jne.), joihin kuvaamasi ilmiöt perustuvat. Kerro myös miten tämä kysymys liittyy massaspektrometrin toimintaan.

24.5.2013

  1. Vastaa lyhyesti kaikkiin seuraaviin pikkukysymyksiin (1p/kohta)
    1. Fickin 1. laki: kerro mitä laki kuvaa ja mihin sitä voi soveltaa
    2. Bernoullin laki: kerro mitä laki kuvaa ja mihin sitä voi soveltaa
    3. Millaiset voimat saavat aikaan elektrodidiffuusioilmiön
    4. Mitä tarkoittaa termi sironta ja mikä sen aiheuttaa?
    5. Newtonin 2. laki: kerro mitä laki kuvaa ja mihin sitä voi soveltaa
    6. Mihin fysikaalisiin ilmiöihin perustuu massaspektrometrin toiminta?
  2. Käsitteet kemiallinen potentiaali ja sähkökemiallinen potentiaali (max 3p)
    1. Mitä käsitteet tarkoittavat?
    2. Miten niitä käytetän, kun tarkastellaan erilaisten aineiden jakautumista solukalvon erottamien kahden nesteen välillä (esim. laskettaessa vallitseeko tasapaino vai ei, tai laskettaessa aineen liikkeen ehtoja)?
  3. Vastaa vain joko kohtaan I tai II (max 3p)
    1. Valosähköinen ilmiö ja sen sovellus valomonistinputki
    2. Atomien ja molekyylien energiatasot:
      1. Millä tavoin ja miksi ne eroavat toisistaan?
      2. Mitä seurauksia eroista aiheutuu absorptio ja emissio-ominaisuuksiin? selitä näiden seurauksien fysikaaliset syyt.

22.3.2013

Teht 1 6p (1p/kohta), teht 2 3p, teht 3 3p.

  1. Vastaa hyvin lyhyesti kaikkiin seuraaviin pikkukysymyksiin:
    1. Mikä on merkittävin ero tarkastaltaessa liikettä vastustavaa kitkaa seuraavissa kahdessa tapauksessa: kappaleen liukuminen kiinteää pintaa pitkin, ja kappaleen eteneminen viskoosissa väliaineessa (esim. vedessä)?
    2. Tarkastellaan kemiallista signaalia, joka etenee diffuusion avulla. Jos signaali (hormoni tms) vapautetaan tietystä kohdasta ja sen kohde (reseptori tms) on 1mm etäisyydellä, kuluuko signalointiin paljon alle sekunti vai paljon yli sekunti aikaa? (Väärästä vastauksesta -0.5 pistettä.)
    3. Mitä tarkoittaa ja mikä aiheuttaa ns. sekoittumattoman vesikerroksen (“unstirred water layer”)?
    4. Sähkömagneettisen säteilyn eri aallonpituusalueita kutsutaan omilla nimillään. Nimeä niin monta kuin muistat?
    5. Miksi liekkifotometrissa tutkittavaa näytettä poltetaan?
    6. Selitä mistä on kyse fluoresenssiin liittyvässä ilmiössä nimeltä sisäinen konversio ja miten se ilmenee fluoresenssissa.
  2. Miten energiaa tarkastellaan biologisten prosessien yhteydessä? Tarkastele energia-käsitettä sekä energiafunktioita ja miten niitä käytetään, kun kyse on solukalvon yli tapahtuvasta aktiivisesta aineiden kuljetuksesta. Kerro myös energiafunktioiden teoreettisesta perustasta, ts. millaisista lähtökohdista tai tiedoista käsin energiafunktiot on johdettu.
  3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    1. Selosta transmissioelektronimikroskoopin fysikaalinen toimintaperiaate?
    2. Energian kvantittuminen Einsteinin mallissa valosähköiselle ilmiölle, sekä tämän pohjalta tarkasteltuna valomonistinputken rakenne ja toiminta?

8.3.2013

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    1. Mihin sentrifugin toiminta perustuu?
    2. Kapasitiivinen sähkövirta (joka on merkittävä monissa biosähköisissä ilmiöissä) on mahdollinen, vaikka varauksia ei voi siirtyä kapasitanssin muodostavan rakenteen eristekerroksen yli. Miten kapasitiivinen virta syntyy?
    3. Mitä käsitteet ΔG^0 ja ΔG tarkoittavat?
    4. Kerro lyhyesti millä tavalla Na+ -K+ -pumpun hyötysuhde lasketaan (pelkkä sanallinen kuvaus riittää, matemaattisia lausekkeita ei tarvitse esittää)
    5. Mitä tarkoittaa käsite “sisäinen konversio” ja mitä tekemistä sillä on tekemistä fluoresenssispektrien kanssa?
    6. Mihin NMR perustuu?
  2. Tarkastele ja vertaile jatkuvaan väliaineeseen liuenneiden aineiden liikkeitä: mitkä kaikki mekanismit voivat saada aikaan aineiden liikkeitä, millaiset voimavaikutukset liikettä tuottavat, millaisessa mittakaavassa ja millaisissa biologisissa tilanteissa kullakin liikemekanismilla voi olla merkitystä jne.? (HUOM. jatkuva väliaine tarkoittaa esim. yhtenäistä vesifaasia, ts. kalvojoen tms. rajapintojen yli tapahtuvan aineen liike ei kuulu tähän.)
  3. Valitse joko I tai II
    1. Tarkastele tällä opinotjaksolla käsiteltyjä ilmiöitä, joissa sähkömagneettisen säteilyn fotoniluonne on havaittavissa (Kuvaa ilmiöt ja selitä ne)
    2. Röntgendiffraktiomenetelmä keinona selvittää kiderakenne? (Kuvaa menetelmä ja sen toimintaperiaate, sekä kerro yleisellä tasolla, miksi menetelmän avulla on mahdollista selvittää kiteen kolmiulotteinen)

4.3.2013

  1. Vastaa hyvin lyhyesti kaikkiin seuraaviin pikkukysymyksiin:
    1. Vastus R ja kapasitanssi C on kytketty rinnankytkentään oheisen kuvan mukaisesti (kuva 1.). Hetkestä t=0 alkaen rinnankytkentään aletaan syöttämään vakiovirtaa I. Piirrä likimääräisesti vakiovirran vastuksessa ja kapasitanssissa aikaansaaman jännitteen kuvaaja ajan suhteen.
    2. Mihin fysikaalisiin mekanismeihin perustuu erikokoisten varattujen proteiinimolekyylien saaminen erilleen elektroforeesin avulla
    3. Ns. Stokes-Einstein yhtälöön liittyy mahdollisuus määrittää kokeellisesti ionien ja molekyylien läpimittoja. Missä tapauksissa näin saatava ns. Stokes-läpimitta antaa hyvin epäluotettavan arvion partikkelin koosta?
    4. Miksi valomonistinputkessa käytetään suuria jännitteitä?
    5. Minkä sähkömagneettisen säteilyn spektristä juuri röntgensäteilyn osa soveltuu kiderakenteiden tutkimiseen diffraktio-interferenssi-ilmiöiden avulla?
    6. Miksi valon aallonpituus määrää valomikroskoopin erotuskyvyn rajan?
  2. Valitse joko I tai II:
    1. Energiafunktiot Gibbsin energia, kemiallinen potentiaali ja sähkökemiallinen potentiaali: Kerro mitä ne ovat ja millaisia tilanteita tarkasteltaessa ne ovat käyttökelpoisia.
    2. Kuvitellaan solukalvolla olevaa 3:1 Na+-Ca2+-vaihtokuljettajaa ts. kalvoproteiinia, joka toimintasyklinsä aikana päästää kolme Na+-ionia soluun ja tästä saamansa energian avulla siirtää yhden Ca2+-ionin solusta ulos. Laske mille tasolle solunsisäinen Ca2+-pitoisuus asettuu, jos solunulkoinen Ca2+-pitoisuus on 2 mM, solunulkoinen Na+-pitoisuus 150 mM, solunsisäinen Na+-pitoisuus on 10mM ja kalvojännite on -60 mV (solun sisäpuoli on negatiivinen). R= 8,31 J/(mol•K)= 1,99 cal/(mol•K), F= 96487 C/mol= 96487 J/(V•mol)= 23061 cal(V•mol), T=300K.
  3. Millä tavoin energian kvantittuminen ilmenee erilaisissa absorptioon ja emissioon liittyvissä ilmiöissä? tarkastele myös miten näitä ominaisuuksia hyödynnetään menetelmäsovelluksissa (tutkimuslaitteissa)

Kuva 1.

13.4.2012

  1. Vastaa lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Miten klassisessa fysiikassa määritellään käsite “työ”?
    • Selitä lyhyesti mitä yhtälö (sähkökemiallisen potentiaalin yhtälö) ja sen eri tekijät ovat ja tarkoittavat?
    • Mitä tarkoittaa käsite sähkökenttä ja mikä sen aiheuttaa?
    • Mitä riippuvuutta kuva tilastollisen mekaniikan Boltzmannin yhtälö?
    • Mihin fysikaalisiin ilmiöihin perustuu massaspektrometrin toiminta?
    • Selitä lyhyesti mitä Heisenbergin epätarkkuusperiaatteella tarkoitetaan?
  2. Diffuusio ilmiönä ja mekanismina, joka voi aiheuttaa aineiden liikettä vesiliuoksissa? (Muista myös verrata diffuusiota muihin nesteissä liikettä tuottaviin mekanismeihin)
  3. Valitse a) tai b):
    • Sähkömagneettisen säteilyn aaltoliikeominaisuudet ja partikkeliominaisuudet? (kerro näistä luentosarjassa käsiteltyjen esimerkkien avulla.)
    • Fuoresenssi-ilmiö ja fluoresenssispektrit?

14.3.2012

  1. Vastaa lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Luonnehdi voimaa, joka vastustaa vedessä liikkuvan partikkelin liikettä. (Mistä seikoista liikettä vastustava voima riippuu ja miten?)
    • Solukalvojen yli vaikuttavat jännitteet (kalvojännitteet) ovat pieniä, vain kymmeniä millivoltteja. Miksi tästä huolimatta kalvojännitteen muutokset voivat kohdistaa joihinkin kalvoproteiineihin suuria voimia, jotka vääntävät proteiinin osia uuteen muotoon? (Huomaa, että vastaus vaatii hieman tietojen yhdistelemistä.)
    • Mikä yhteys fotonien energialla on sähkömagneettisen aaltoliikkeen ominaisuuksiin?
    • Valomonistinputkesta saatava mittaussignaali ei ole täysin nolla, vaikka valomonistinputki olisi täysin pimeässä. Miksi?
    • Mitä käsite fluoresenssi tarkoittaa?
    • Selitä lyhyesti, mitä Heisenbergin epätarkkuusperiaatteella kuvataan.
  2. Valitse joko a) tai b):
    • Käsitteet “tasapaino”, “työ” ja “energia” termodynamiikan pääsäännöissä ja energiafunktioissa? (Kerro näiden käsitteiden merkityksestä pääsääntöjen ja energiafunktioiden tapauksissa sekä siitä, miten niitä voidaan tarkastella erilaisissa biologisissa tapahtumissa (käytä esimerkkejä)).
    • Solukalvon ulkopinnan kiinteät pintavaraukset aiheuttavat kalvon ulkopuolella vesiliuoksessa sähköisen potentiaalin siirtymisen 20 mV negatiiviseen suuntaan kalvon pinnalla. Laske liuoskoostumus kalvon ulkopinnalla, kun ionipitoisuudet solun ulkoisessa nesteessä ovat [Na+] = 130 mM, [Cl-] = 130 mM, pH = 7,4. Laske myös, mikä vaikutus pintavarauksilla on näiden ionien sähkökemialliseen gradienttiin solukalvon yli.
  3. Aaltorintama kohtaa esteen, jossa on kaksi aukkoa (katso kuva). Kerro, miten aaltorintama käyttäytyy esteen jälkeen (piirrä myös kuva), selitä käytöksen fysikaaliset mekanismit, ja kerro miten tämä esimerkki liittyy röntgendiffraktiomenetelmään.

10.6.2011

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Mistä seikoista riippuu sähkövirran suuruus vastuksen (resistanssin) ja toisaalta kapasitanssin läpi?
    • Millä tavalla tiettyä ainetta sitova puskuri voi kasvattaa puskuroitavan aineen Fickin 1. lain mukaista diffuusiovirtausta (ns.fasilitoitu diffuusio)?(Selitä vaikuttava mekanismi!)
    • Mitä tarkoittaa ja mikä aiheuttaa ns. sekoittumattoman vesikerroksen (“unstirred water layer”)?
    • Selitä millä edellytyksillä partikkeli kokee voiman ollessaan sähkökentässä tai magneettikentässä?
    • Kuvaa lyhyesti liekkifotometrin toimintaperiaate.
    • Selitä lyhyesti mitä DeBroglien aallonpituudella tarkoitetaan.
  2. Vastaa vain a) tai b) kohtaan.
    • Termodynamiikan pääsäännöt ja niiden sisältö? Mitä tekemistä näillä laeilla on niiden energiafunktioiden kanssa, joita sovelletaan käytännössä biologisia kysymyksiä tarkasteltaessa? Ja mitä ovat nämä energiafunktiot, joita käytetään usein solubiologiassa?
    • Kuvitellaan tilannetta, jossa löydät yksisoluisesta vesieliöstä aiemmin tuntemattoman kalvokuljettajan, joka vaikuttaisi absorboivan yhden yhden auringin valon fotonin ja sen turvin kuljettavan yhden Ca2+ -ionin solusta ulos. Miten alhaiseksi tällainen kuljettaja voisi solunsisäisen Ca2+ -pitoisuutensa saada, jos kuljettaja pystyisi saavuttamaan oman energeettisen tasapainonsa Ca2+ -ioneja siirtämällä? Oletukset: T = 300K, kalvojännite Vm = -50 mV (solun sisäpuoli negatiivinen), solun ulkoinen Ca2+ -pitoisuus = 1mM, absorboituvien fotonien taajuus v = 5 x 10^14 Hz. Luonnonvakiot h = 6,63 x 10^-34 Js, R = 8,31 J/(Kmol) = 1,99cal/(Kmol), F = 96 487 C/mol = 23061 cal/(Vmol). Logaritmikaavoja: lna - lnb = ln(a/b), lna + lnb = ln(ab), alnb = lnb^a. (Yksikkö Hz = 1/s)
  3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Klassisen fysiikan aaltoliike sekä siihen liittyvät ilmiöt diffraktio ja interferenssi? (Kerro aaltoliikkeen ominaisuuksista sekä kuvaa diffraktio- ja interferenssi-ilmiöt esimerkkien avulla. Kerro myös millaisia sovelluksia näillä ilmiöillä on)
    • Fluoresenssi-ilmiö ja fluoresenssispektrit?

15.3.2011

  1. Vastaa lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Miten klassisessa mekaniikassa määritellään käsite “työ”?
    • Mitä tarkoittaa käsite sähkökenttä?
    • Mitä tarkoittaa termi sironta ja mikä sen aiheuttaa?
    • Millaiset voimat saavat aikaan elektrodiffuusioilmiön?
    • Mitä riippuvuutta kuvaa tilastollisen mekaniikan Boltzmannin yhtälö?
    • Mitä tarkoittaa käsite fluoresenssi ja mikä saa aikaan fluoresenssin?
  2. Termodynamiikan pääsäännöt ja niiden sisältö? Mitä tekemistä näillä laeilla on niiden energiafunktioiden kanssa, joita sovelletaan käytännössä biologisia kysymyksiä tarkasteltaessa? Ja mitä ovat nämä energiafunktiot, joita käytetään usein solubiologiassa?
  3. Kerro miten ilmassa leijuva varattu partikkeli voidaan kiihdyttää suureen nopeuteen ja miten tällaisen lentävän partikkelin lentorataa voidaan ohjailla. Tarkastele kaikissa kohdissa vastaustasi fysikaalisia mekanismeja (ts. lainalaisuuksia, voimavaikutuksia jne.), joihin kuvaamasi ilmiöt perustuvat. Kerro myös miten tämä kysymys liittyy massaspektrometrin toimintaan.

21.5.2010

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Tarkastellaan rakennetta, jossa kalvo erottaa kaksi vesiliuosta toisistaan. Kumpikin liuos sisältää maitohapon anionia eli laktaattia-1, mutta eri pitoisuuksissa. Lisäksi vesiliuosten sähköiset potentiaalit ovat eri suuruiset, eli liuosten välillä vallitsee jännite-ero. Miten lasketaan laktaatin-1 siirtämiseksi kalvon yli vaadittavan työn suuruus?
    • Millä tavalla ja millaisessa tilanteessa tiettyä ainetta sitova puskuri voi kasvattaa puskuroitavan aineen Fickin 1. lain mukaista diffuusiovirtausta (ns.fasilitoitu diffuusio)?
    • Kapasitiivinen sähkövirta (joka on merkittävä monissa biosähköisissä ilmiöissä) on mahdollinen, vaikka varauksia ei voi siirtä kapasitanssin muodostavan rakenteen eristekerrokseen yli. Miten kapasitiivinen virta syntyy?
    • Miten laser-valo eroaa tavallisesta valosta?
    • Selitä, mistä molekyylien fluoresenssiin liittyvässä ilmiössä “sisäinen konversio”(internal conversion) on kyse ja miten tämä ilmiö nähdään molekyylien fluoresenssispektreissä.
    • Selitä, millä edellytyksillä partikkeli kokee voiman ollessaan sähkö- tai magneettikentässä.
  2. Vastaa vain a) tai b) kohtaan.
    • Bernouillen lain (Bernouillen yhtälön) sisältö ja soveltaminen. Kerro myös, mitä oletuksia tai soletamisalueen rajauksia Bernouillen lakiin liittyy.
    • Newtonin lait. Kerro lakien sisältö ja anna havainnollistava esimerkki kunkin lain osalta.
  3. Alla oleva kuva havainnollistaa muutamia aaltoliikkeelle tyypillisiä ominaisuuksia. Tarkastele näitä ominaisuuksia ja niiden sovellusmahdollisuuksia kuvan esimerkin puitteissa.

Two-Slit Diffraction

5.3.2010

  1. Vastaa lyhyesti pikkukysymyksiin:
    • Miten klassisessa mekaniikassa määritellään “työ”?
    • Mitä tarkoittaa käsite sähkökenttä?
    • Mihin fysikaalisiin ilmiöihin perustuu massaspektrometrin toiminta?
    • Millaiset voimat saavat aikaan elektrodiffuusioilmiön?
    • Mikä on manometri?
    • Mitä tarkoittaa käsite fluoresenssi ja mikä saa aikaan fluoresenssin?
  2. Termodynamiikan pääsäännöt ja niiden sisältä? Mitä tekmistä näillä laeilla on niiden energiafunktioiden kanssa, joita sovelletaan käytännössä biologisia kysymyksiä tarkasteltaessa? Ja mitä ovat nämä energiafunktiot, joita käytetään usein solubiologiassa?
  3. Sähkömagneettisen säteilyn aaltoliikeominaisuudet ja partikkeliominaisuudet? (Kerro näistä luentosarjassa käsiteltyjen esimerkkien avulla)

25.4.2008

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Kapasitiivinen sähkövirta on mahdollinen, vaikka varauksia ei voi siirtyä kapasitanssin muodostavan rakenteen eristekerroksen yli. Miten kapasitiivinen virta syntyy?
    • Mistä osatekijöistä koostuu nestealkion mekaaninen energia?
    • Mitä energian tai työn esiintymismuotoja tarkastellaan biologisissa systeemeissä käsitteen 'sähkökemiallinen potentiaali' avulla?
    • Transmissioelektronimikroskoopin fysikaalinen toimintaperiaate?
    • Millä edellytyksellä magneettikenttä kohdistaa voiman varattuun partikkeliin?
    • Mihin perustuu pH-mittaus NMR-spektroskopialla (ns. 31P MRS)?
  2. Vastaan vain joko kohtaan a) tai b)
    • Newtonin lait (1, 2, 3)? Kerro lakien sisältö ja anna havainnollistava esimerkki kunkin lain osalta.
    • Liikkumattomassa liuoksessa (siis: ei konvektiota) kahdella liuenneella yhdisteellä on pitoisuusgradientti: tietyssä kohdassa yhdisteen A pitoisuus on 1 mmol/litra ja yhdisteen B yhdisteen pitoisuus kasvaa 10% 1 mm matkalla. Mitä voit tämän perusteella sanoa pitoisuusgradienttien tuottamien diffuusiovirtausten JA ja JB suhteesta? (Vastaa laskun lisäksi myös sanallisilla perusteluilla.)
  3. Kerro ensin mitä käsitteet diffraktio ja interferenssi tarkoittavat aaltoliikeopissa. Kerro sen jälkeen mihin röntgendiffraktiomenetelmässä perustuu mahdollisuus määrittää kiderakenteen sisäisiä mittoja ja geometriaa.

28.3.2008

  1. Vastaa lyhyesti:
    • Miten klassisessa mekaniikassa määritellään käsite työ?
    • Bernoullin laki? (Mitä laki kuvaa ja miten sitä voi soveltaa?)
    • Mitä tarkoittaa sähköopin käsite konduktanssi?
    • Mikä on Compton-ilmiö? Mainitse myös jokin esimerkki, jossa Compton-ilmiö voidaan havaita.
    • Minkä takia sähkömagneettisen säteilyn spektristä juuri röntgensäteilyn osa soveltuu kiderakenteiden tutkimiseen diffraktio-interferenssi-ilmiöiden avulla?
    • Millä edellytyksillä magneettikenttä kohdistaa voiman varattuun partikkeliin?
  2. Vastaa joko a) tai b):
    • Diffuusio ja elektrodiffuusio: Tarkastele aineen siirtymisen fysikaalisia mekanismeja diffuusion ja elektrodifiuusion tapauksissa. Tarkastele myös (sanallisesti) niitä yhtälöitä tai lakeja, joihin diffuusion ja elektrodiffuusion matemaattinen käsittely perustuu.
    • Tarkastellaan solukalvon ATP-varaista Na+/K+-pumppua, joka yhden ATP-molekyylin hydrolyysireaktiosta saamansa energian turvin siirtää 3 Na+-ionia solusta ulos ja 2 K+-ionia soluun. Solunulkoinen Na+-pitoisuus on suuri verrattuna solunsisäiseen, solunsisäinen K+-pitoisuus on suuri verrattuna solunulkoiseen, ja solun sisäpuoli on sähköisesti negatiivinen ulkopuoleen verrattuna. Millä tavalla termodynamiikan/bioenergetiikan avulla tarkastellaan ja lasketaan tällaisessa tilanteessa ATP:n hydrolyysista saatava käyttökelpoinen energia ja ionien siirtämiseksi tehtävä työ?
  3. Vastaa joka a) tai b)
    • Miten sähkömagneettisen säteilyn fotoniluonne ja energian kvantittuminen ilmenee valosähköisessä ilmiössä ja molekyylien fluoresenssispektrometrissä?
    • Valosta havaitaan toisinaan vain aaltoliikkeen ominaisuuksia ja toisinaan partikkeliominaisuuksia. Miten fysiikka selittää sen, että nämä kaksi ominaisuutta ovat eri ilmiöitä havainnoitaessa tavallaan toisiaan poissulkevia? (Vastausta oikealla tavalla tukevat esimerkit ovat plussaa)

11.5.2007

  1. Vastaa hyvin lyhyesti kaikkiin seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Miten määritellään sähkövirta?
    • Miten nesteen kitkallisuus vaikuttaa virtausnopeuteen putkessa?
    • Miksi ATP:stä saadaan fysiologisissa olosuhteissa paljon enemmän vapaata energiaa kuin ns. standardiolosuhteissa? (Selitä mistä ero johtuu.)
    • Kuvaile lyhyesti käsitettä sähkökemiallinen potentiaali tai sen käyttöä biologisissa sovelluksissa (siten että osoitat tietäväsi mistä tässä käsitteessä on kyse).
    • Mistä rakenneosista liekkifotometri koostuu?
    • Mitä tarkoittaa käsite de Broglien aallonpituus?
  2. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Diffuusiovirtauksen riippuvuus tarkasteltavan aineen konsentraatiosta liikkumattomassa vesiliuoksessa: mitkä tekijät vaikuttavat diffuusiovirtauksen suuruuteen, kun a) aine esiintyy vain vapaana liuenneena aineena, b) kun liuoksessa on myös tarkasteltavan aineen kanssa reversiibelejä sidoksia muodostavaa ligandia (ts. molekyylejä, joissa on sitoutumiskohta tarkasteltavalle aineelle)?
    • Liikkumattomassa liuoksessa (siis: ei konvektiota) kahdella liuenneella yhdisteellä on pitoisuusgradientti: tietyssä kohdassa yhdisteen A pitoisuus on 1 mmol/litra ja yhdisteen B pitoisuus on 0,1 mmol/litra. Yhdisteiden molekyylikoossa ei ole merkittävää eroa. Kummankin yhdisteen pitoisuus kasvaa 10% 1 mm matkalla. Mitä voit tämän perusteella sanoa pitoisuusgradienttien tuottamien diffuusiovirtausten JA ja JB suhteesta? (Vastaa laskun lisäksi myös sanallisilla perusteluilla.)
  3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Valosähköinen ilmiö ja sen sovellus valomonistinputki?
    • Diffraktio ja interferenssi: määrittele nämä ilmiöt ja tarkastele niitä esimerkkien avulla.

21.4.2006

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Selitä dynamiikan peruslain avulla oikeaoppisen tärinävaimennetun vaakapöydän rakenne
    • Jos liuenneen aineen siirtymisen sanotaan perustuvan konvektioon, millaista siirtymisen mekanismia tällöin tarkoitetaan?
    • Mitä tarkoittaa sähköopin käsite resistanssi?
    • Mikä laite on monokromaattori?
    • Miten käsite “DeBroglien aallonpituus” liittyy transmissioelektronimikroskoopin fysikaalisen toimintaperiaatteen ymmärtämiseen?
    • Luonnehdi muutamalla sanalla klassisen fysiikan ja kvanttimekaniikan partikkelikäsitteitä
  2. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Kemiallinen potentiaali ja sähkökemiallinen potentiaali: näiden käsitteiden termodynaaminen merkityssisältö ja niiden käyttö (laskentaperiaatteet) tarkasteltaessa aineen jakautumista (tasapainoa ja/tai aineen liikkeen ehtoja) kahden tilan välillä
    • Liikkumattomassa liuoksessa (siis: ei konvektiota) kahdella liuenneella yhdisteellä on pitoisuusgradientti: tietyssä kohdassa yhdisteen A pitoisuus on 1 mmol/litra ja yhdisteen B pitoisuus 0,1 mmol/litra. Yhdisteen molekyylikoossa ei ole merkittävää eroa. Kummankin yhdisteen pitoisuus kasvaa 10% 1 mm matkalla. Mitä voit tämän perusteella sanoa pitoisuusgradienttien tuottamien diffuusiovirtausten JA ja JB suhteesta?
  3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Energian kvantittuminen Planckin mallissa mustan kappaleen säteilylle sekä Einsteinin mallissa valosähköiselle ilmiölle
    • Selitä valomonistinputken ja massaspektrometrin fysikaaliset toimintaperiaatteet. Kerro myös, mihin näitä laitteita käytetään ja millä tavalla nämä ovat erityisen tehokkaita mittalaitteita.

18.3.2005

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Minkä suureen arvo säilyy kaikissa (kimmoisissa ja kimmottomissa) törmäyksissä?
    • Millä tavalla tiettyä ainetta sitova puskuri voi kasvattaa puskuroitavan aineen Fickin 1. lain mukaista diffuusiovirtausta (ns. fasilitoitu diffuusio)?
    • Mitä Heisenbergin epämääräisyysperiaate väittää?
    • Mikä on Bernoullin yhtälön (Bernoullin lain) perussisältö?
    • Miksi jotain alkuainetta olevan hehkuvan kuuman kappaleen emissiospektri on jatkuva, mutta saman alkuaineen emissiospektri kaasumaisessa tilassa on diskreetti (yksittäisiä aallonpituuksia)?
    • Liuosten sähkönjohtokykyä kuvataan niiden ominaisvastuksella tai ominaisjohtavuudella. Ominaisvastuksen yksikkö on Ohmiaxcm. Miten lasketaan esim. kuution muotoisen “liuoskappaleen” päiden välinen resistanssi, kun ominaisvastuksen lukuarvoja kappaleen mitat tunnetaan?
  2. Termodynamiikan pääsäännöt ja näihin perustuva käsite Gibbsin vapaa energia? (Tarkastele pääsääntöjen sisältöä ja eri käsitteiden (suureiden) keskinäisiä yhteyksiä, ts. sitä miten eri asiat liittyvät toisiinsa tai on johdettu toisistaan.)
  3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Diffraktio ja interferenssi klassisessa aaltoliikeopissa, sekä tältä pohjalta tarkasteltuna röntgendiffraktio-menetelmä kiderakenteen tutkimiskeinona?
    • Kvanttimekaaninen partikkeli ja Schrödingerin aaltoyhtälö ?

28.5.2003

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Mikä on termodynamiikan toinen pääsääntö?
    • Mitä tarkoittaa sähköopin käsite 'kapasitanssi' ja miten se liittyy solujen rakenteisiin?
    • Mikä on Bernoullin yhtälön (Bernoullin lain) perussisältö?
    • Miten Röntgen-säteitä tuotetaan?
    • Mitä ovat Braggin tasot?
    • Mitä Schrödingerin aaltoyhtälöllä kuvataan?
  2. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Newtonin lait (1,2,3)? Kerro lakien sisältö ja anna havainnollistava esimerkki kunkin lain osalta!
    • Diffuusio ja elektrodiffuusio: Tarkastele aineen siirtymisen fysikaalisia mekanismeja diffuusion ja elektrodifiuusion tapauksissa. Tarkastele myös (sanallisesti) niitä yhtälöitä tai lakeja, joihin diffuusion ja elektrodiffuusion matemaattinen käsittely perustuu.
  3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Pienten alkuainemäärien ilmaiseminen liekkifotometrian avulla? (Mihin menetelmä perustuu, miksi näytettä poltetaan, jne?)
    • Liikkuvan varauksen käytös sähkö- ja/tai magneettikentässä sekä tähän perustuvan sovelluksen massaspektrometrin toimintaperiaate?

21.5.2003

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Minkä suureen arvo säilyy kaikissa (kimmoisissa ja kimmottomissa) törmäyksissä?
    • Millä tavalla tiettyä ainetta sitova puskuri voi kasvattaa puskuroitavan aineen Fickin l. lain mukaista diffuusiovirtausta (ns. fasilitoitu diffuusio)?
    • Mitä Heisenbergin epämääräisyysperiaate väittää?
    • Fickin l. lain mukainen virtaus J on ns. nettovirtaus. Mitä tämä toteamus tarkoittaa?
    • Mitä tarkoittaa käsite de Broglien aallonpituus?
    • Mikä on massaspektrometri ja niihin sen toiminta perustuu?
  2. Termodynamiikan pääsäännöt ja näihin perustuva käsite Gibbsin vapaa energia? Tarkastele vastauksessasi myös Gibbsin energian käyttöä bioenergeettisissä laskuissa.
  3. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Diffraktio ja interferenssi klassisessa aaltoliikeopissa, sekä tältä pohjalta tarkasteltuna röntgendiffraktio-menetelmä kiderakenteen tutkimiskeinona?
    • Energian kvantittuminen Planckin mallissa mustan kappaleen säteilylle sekä Einsteinin mallissa valosähköiselle ilmiölle?

29.5.2002

  1. Vastaa hyvin lyhyesti seuraaviin pikkukysymyksiin:
    • Selitä dynamiikan peruslain avulla oikeaoppisen tärinävaimennetun vaakapöydän rakenne.
    • Millä tavalla tiettyä ainetta sitova puskuri voi kasvattaa puskuroitavan aineen Fickin l. lain mukaista diffuusiovirtausta (ns. fasilitoitu diffuusio)?
    • Miksi kapasitanssin (kondensaattorin) kautta voi kulkea sähkövirtaa, vaikka yksikään varaus ei pääse sen läpi?
    • Mille Bohrin vatyatomimallin väitteelle deBroglien aallonpituus antoi selityksen ja minkälainen tämä selitys oli?
    • Miksi molekyylien absorptio- ja emissiospektrit ovat jatkuvia verrattuna atomien diskreetteihin (yksittäisille allonpituuksille keskittyviin) spektreihin?
  2. Vastaa vain joko kohtaan a) tai b):
    • Diffuusio: aineen siirtymisen mekanismit diffuusion mikroskooppisessa ja makroskooppisessa mallissa?
    • Tarkastellaan solukalvon ATP-varaista Na+/K+-pumppua, joka yhden ATP-molekyylin hydrolyysireaktiosta saamansa energian turvin siirtää 3 Na+-ionia solusta ulos ja 2 K+-ionia soluun. Solunulkoinen Na+-pitoisuus on suuri verrattuna solunsisäiseen, solunsisäinen K+-pitoisuus on suuri verrattuna solunulkoiseen, ja solun sisäpuoli on sähköisesti negatiivinen ulkopuoleen verrattuna. Millä tavalla termodynamiikan/bioenergetiikan avulla tarkastellaan ja lasketaan tällaisessa tilanteessa ATP:n hydrolyysista saatava käyttökelpoinen energia, ja ionien siirtämiseksi tehtävä työ?
  3. Valosähköinen ilmiö ja sen sovellus valomonistinputki?