2-9-2013
2-9-2013
De docenten
Uitdagingen in de Fysica Leven en Energie dr. Rinke Wijngaarden Condensed Matter Physics U0.46
[email protected] Tel. 020-598 7918 http://www.nat.vu.nl/CondMat/rw
Assistenten: Menno Pleister <
[email protected]> Judith van Santen <
[email protected]>
dr.ir. Erwin J.G. Peterman Physics of Complex Systems T0.68A
[email protected] Tel. 020-5987576 http://www.nat.vu.nl/~erwinp
Making hydrogen metallic Effect of pressure on superconductors Electrodynamics of superconductors Avalanches in superconductors Avalanches in granular matter Making solar fuels
Rinke Wijngaarden Vrije Universiteit, Amsterdam 2010
Doel van het college
Enrico Fermi
Ervaren dat natuurkunde een belangrijke rol speelt bij allerlei maatschappelijk belangrijke zaken, waar je dat op het eerste gezicht misschien niet verwacht.
Vraag: Er zijn 4 miljoen mensen in Chicago. Hoeveel pianostemmers zijn er in Chicago?
Raakvlakken met onderzoek bij de VU: • Fysica van fotosynthese • Fysica van zonne-brandstoffen • Fysica van DNA en motoreiwitten • Medische fysica (bloedsomloop, MRI)
Veronderstel 1 piano/ 5 famillies Dus 1 piano / 20 personen Dus 200 000 piano’s (*) Veronderstel:1 stemmer stemt 4 piano’s per dag, en werkt 5 dagen per week, 50 weeken per jaar Dus 1000 piano’s worden gestemd per stemmer per jaar Veronderstel: iedere piano wordt 1x per jaar gestemd Dus iedere stemmer houdt 1000 piano’s gestemd (**) Dus (*)&(**) hebben we 200 pianostemmers nodig
Dit is geen etalage-college
Dit ga JIJ doen
Focus: • Rol van natuurkunde bij (duurzame) energie-opwekking • Rol van natuurkunde bij begrijpen levensprocessen
Programma "Uitdagingen in de fysica: leven en energie" Week # Docent 36Wijngaarden/Peterman 37Wijngaarden 38Wijngaarden 39Wijngaarden 40Wijngaarden 41Wijngaarden 42Wijngaarden 43‐‐ 44Wijngaarden 45Wijngaarden 46Wijngaarden 47Wijngaarden 48Peterman 49Peterman 50Peterman 51‐‐
Onderwerp Inleiding Energie en klimaat Temperatuur van de aarde Thermische Energie: bronnen en transport Thermische energie: omzetten van warmte in arbeid Thermische energie: echte turbines Vloeistofdynamica: waterkracht en bloedcirculatie Deeltentamen 1 Waterenergie Windenergie Zonne‐energie Kernsplijting/fusie Fysica van leven, mechanische eigenschappen van DNA Fotosynthese Energie van Biomassa Deeltentamen 2
blauw: "energie"
groen: "leven"
Connection with the Practicum Week # Docent Onderwerp 36Wijngaarden/PetermanEngine Inleiding 37Wijngaarden Energie en klimaat Fuel cell 38Wijngaarden Temperatuur van de aarde 39Wijngaarden Thermische Energie: bronnen en transport 40Wijngaarden Thermische energie: omzetten van warmte in arbeid 41Wijngaarden Thermische energie: echte turbines 42Wijngaarden Wind tunnel and Vloeistofdynamica: waterkracht en bloedcirculatie 43‐‐ Deeltentamen 1 windmill 44Wijngaarden Waterenergie 45Wijngaarden Windenergie 46Wijngaarden Zonne‐energie 47Wijngaarden Kernsplijting/fusie 48Peterman Fysica van leven, mechanische eigenschappen van DNA 49Peterman Fotosynthese 50Peterman Energie van Biomassa 51‐‐ Photovoltaic cell Deeltentamen 2
p-n junction I-V characteristics
blauw: "energie"
groen: "leven"
1 1
2-9-2013
Studentpresentaties
2-9-2013
http://www.nat.vu.nl/CondMat/rw/uitdagingen/UitdagingenRooster2013Public.htm
Vanaf de tweede week De eerste 5 min van ieder college (maandag) Geen cijfer, ter plekke aangewezen: wees op tijd Onderwerp: zie http://www.nat.vu.nl/CondMat/rw/uitdagingen/UitdagingenRooster2013Public.htm Geef aan wat je een natuurkudige zou willen vragen, "Welke rol kan de natuurkunde spelen … "
Deeltentamens en toetsen
Huiswerk Huiswerk staat op Blackboard, 30 min na afloop Werkcollege Huiswerk gestructureerd en met uitleg opschrijven anders fout Huiswerk inleveren woensdag voor 11.00h anders een 1
Tussentoets 1 27 sept 2013 1e deeltentamen:
Huiswerk inleveren in de juiste bus, naast U046
23 oktober 2013
Achternaam A-Me: bus 1, Menno Pleister Achternaam Mi-Z: bus 2, Judith van Santen
Tussentoets 2 15 nov 2013
Eindcijfer is gemiddelde mits je goed meedoet: aanwezigheid, huiswerk is verplicht NB data kunnen wijzigen, zie rooster.vu.nl
Inzage tentamen bij het OB NB er bestaat een OER (www.few.vu.nl)
2e deeltentamen: 18 december 2013
Uitdagingen in de fysica: het vak
Inschrijven!
Studielast
4 toetsen elk 1/4 eindcijfer
2 uur college per week
zelfstudie 2 uur werkcollege per week
huiswerk ~4 opgaven per week. Cijfer telt niet mee, maar…
2 2
2-9-2013
2-9-2013
Manier Let vanop studeren
Regels Aanwezigheid bij HC + WC is verplicht ! Je bent zelf verantwoordelijk voor het invullen van de presentielijst Bij < 80% aanwezigheid geen deelname aan tentamens Bij huiswerk < 6 mogelijk geen deelname aan tentamens
Hier moet je hard werken De trein rijdt verder Er is weinig gelegenheid voor inhalen en herkansen
Alleen als je er zelf niet uitkomt: overleg over strategie Uitwerking geheel zelf doen. Zie ‘beoordeling’ op de site.
woning isolatie
Pipelines Bulk Straling: satelliet (microgolf
Elektisch Chemisch:
Isolatie
Thermodynamica Temperatuur (TiplerMosca p 564) x Ideale gaswet (TiplerMosca p 569) – nodig voor Maxwell-Boltzman distributie (TiplerMosca p 582 Thermal energy + Carnot – gasturbine voor elektr Warmtepomp Latent heat (TiplerMosca p 594) – warmte opslag Heat capacity (TiplerMosca p 606, 611) Straling x Geleiding
x
x
x x
x
x
x x
x x x
x
Equipartitie en kinetische gastheorie (TiplerMosca Wet van Wien x
x
x
x x x x
x
x x
x
Gibbs Free energy, (Electro+)Chemical potential
Zie: “kennen en kunnen” op de site • Zelf leren • Dit college is illustratie/stimulatie • Kunnen volgen is niet voldoende
Energieopslag Energietransport
Chemisch ‐ fuelcells Warmte – phase change Electrisch: batterij, condens Mechanisch: vliegwiel, wate
Paleotemperatuur + oorzak
Windmolens Fotovoltaisch Fotolytisch Solarthermal Solar ponds Solar chimney Warmtepomp Getijden, golfkracht Waterkracht OTEC Geothermal Omgekeerde osmose / blue
Klimaat aarde en IPCC Energieopwekking Wat doet CO2, wat is het gr
• Verkrijgen van energie-kennis • Verkrijgen van energie-vaardigheden • Leren van methodische aanpak Alle doelen worden getoetst
We gaan ook veel leren: leerdoelen Warmte balans aarde Klimaatmodellen
Doel van Doelen het energie deel
x
x x x x
Stromingsleer Continuiteitsvergelijking (AndrewsJelly 54) x Diffusie van warmte en atomen x Bernouilli - windmolen Pitot/Venturi (TiplerMosca p 443) Lift (AndrewsJ Magnus effect (AndrewsJelly 64) Betz (windmolens) Turninevergelijking (AndrewsJ Snelheisprofiel in buizen - waterkrachtopslag bijv. Poiseuille Wet van Archimedes - getijdekracht boeien Stability of ships (Stephenson) - getijdekracht boe The force on a water dam (TiplerMosca p 427) Drukverdeling in de atmosfeer (TiplerMosca p 43 Viscositeit (TiplerMosca p 446)
x x x x
x x x x x x
x x
x x x
x
x x x
x
x x
x x
x x
x
x x
x x x x x x
Vaste Stof Bandstructuur PN – junctie met/zonder licht Basic electrochemistry Nernst equation (for Erwin)
x x
x x x
x x
x x
Mechanica
de tol
Studiemateriaal
x
www.nat.vu.nl/CondMat/rw/uitdagingen/
• Boek (aangeraden, niet verplicht): Energy Science: Principles, Technologies, and Impacts. John Andrews and Nick Jelley ISBN-13: 978-0-19-928112-1, 2007 Oxford University Press
• Handouts: diktaat: “Lecture notes energie”, boekkopieën
• Powerpoint presentaties: blackboard (bb.vu.nl, inloggen met vunet id) dit is ons algemene communicatiekanaal, dus registreer & kijk! http://www.nat.vu.nl/CondMat/rw/uitdagingen/
3 3
2-9-2013
2-9-2013
Collegeresponsiegroep Klankbordgroep 4 studenten Korte Inhoudsopgave
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Condensed Matter Physics Quantum mechanics Semiconductors Metals Silicon Electron and holes p-n junctions
4 4
2-9-2013
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Induction law Electric power, energy, transport and storage
2-9-2013
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Wave energy Wave equation
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
c
b
Wat voor onderzoek gebeurt er op energie-gebied aan de VU?
a
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
Natuurlijke en kunstmatige fotosynthese
UV
2H2 + O2
Fotolyse van water
QE = 56% (electrons/photon)
5 5
2-9-2013
Uitdagingen in de fysica: leven en energie
2-9-2013
Hart en circulatie • vloeistofstroming • laminaire stroming • het hart als pomp
Wat gaan we doen in dit college?
De mechanica van DNA • hoe meet je dit eigenlijk? • de polymeerfysica van DNA • entropische kracht • elasticiteit • overstretching Erwin Peterman
Fotosynthese & Biomassa
• fotosynthese • exciton overdracht • ladingsscheiding • energievastlegging • energie efficiency van organismen • biomassa als energiebron Erwin Peterman
Wat voor onderzoek gebeurt er op het gebied natuurkunde van leven aan de VU? Bij Natuurkunde: • Ultrasnelle metingen aan fotosynthese en lichtreceptoren Biofysica (Groot, Kennis, Dekker, van Grondelle)
Wat voor onderzoek gebeurt er op het gebied natuurkunde van leven aan de VU? Bij Bewegingswetenschappen: • Biomechanica
• Metingen aan individuele biomoleculen: motoreiwitten & DNA Fysica van Complexe Systemen (Wuite, Peterman)
• Theoretische natuurkunde van biologische processen Theorie (MacKintosh, ten Wolde)
• Optische instrumenten voor medische diagnostiek Fysica van Complexe Systemen (de Boer)
• Atomaire kracht microscoop voor medische diagnostiek Vaste Stof Fysica (Iannuzzi)
• Nieuwe laser-microscopie methoden
Op het VUmc (Fysica en Medische Technologie): • Cardiovasculaire en pulmonale fysica • Hersenimaging (MRI, MEG) • Skeletal physics and tissue engineering • Ophtalmische fysica (ogen)
Lasercentrum (de Boer, Groot, Eikema, van Grondelle, Peterman)
6 6
