Alexander Gerlach, Institut für Angewandte Physik Tübingen, 24. 9.2008 Physikalisches Praktikum für Mediziner und

Alexander Gerlach, Institut für Angewandte PhysikTübingen, 24. 9.2008

www.uni-tuebingen.de/iap/medprakt.html

Physikalisches Praktikum für MedizinerPhysikalisches Praktikum für Medizinerund Zahnmedizinerund Zahnmediziner



Anmerkungen zur Organisation des Praktikums:

• Teilnehmer: Studenten der Medizin und Zahnmedizin (1.bzw. 2 Semester)

• Sommersemester 2008: 18 Gruppen mit je bis zu 12 Studenten (ca. 200 Studenten/Sem.)

• (fast) alle Versuche können in 2er- oder 3er-Gruppen durchgeführt werden

• Betreuer (Doktoranden, Diplomanden und student. Hilfskräfte) bleiben fest bei einer Gruppe

• “Scheinkriterien”: 10 mündliche Testate, 10 testierte Protokolle und Abschlussklausur



• V 11 Hagen–Poiseuillesches Gesetz, Dopplersonographie • V 14 Schallgeschwindigkeit in Luft, abbildende Sonographie, Oszilloskop

• V 21 Linsengesetze und Linsenfehler• V 22 Beugung des Lichts und Abbesche Theorie der Auflösungsgrenze

optischer Geräte • V 23 Lichtmikroskop, Köhlersches Beleuchtungsprinzip• V 24 Optische Aktivität und Polarimetrie (Nachholversuch!)

• V 31 EKG und Wheatstonesche Brücke

• V 41 Bohrsches Atommodell, experimenteller Nachweis stationärer Atomzustände nach Franck und Hertz

• V 42 Messung der Reichweite von α– und β–Strahlen und der Schwächungvon γ–Strahlen durch Materie

• V 43 Schwächung und Dosimetrie von Röntgenstrahlen• V 44 Magnetische Kernresonanz


V14: Schallgeschwindigkeit in Luft, abbildende Sonographie, Oszilloskop

Lernziele:

• Schallgeschwindigkeit in Gasen und Flüssigkeiten• Longitudinale und transversale Wellen• Phonskala der Lautstärke• Rechenregeln für den Logarithmus• Aufbau und Arbeitsweise der Braunschen Röhre• Wirkunksweise von Mikrofon und Lautsprecher• Anwendung von Schall und Ultraschall in der medizinischen Diagnostik

LongitudinaleWelle

TransversaleWelle



Versuchsteile:

• Kennenlernen des (Speicher)Oszilloskops: Vermessung der 50 Hz-Netzspannung

• Messung der Schallgeschwindigkeit in Luft und CO2:

Messung von Weg und Zeit eines Schallimpulses• Audiometrie

Messung der Hörschwelle für verschiedene Frequenzen• Abbildende Ultraschallsonographie

Rekonstruktion einfacher geometrischer Objekte



Versuchsaufbau (Messung der Schallgeschwindigkeit)

sc

t= s = 1 … 2,5 m

t = 2 … 6 ms



Versuchsauswertung (Messung der Schallgeschwindigkeit)

cLuft > cCO2

Lineare Regression:


V21 Linsengesetze und Linsenfehler

Lernziele:

• Geometrische Optik• Reflexion und Brechung • Linsen (dünne und dicke Linsen)

• Hintereinanderschaltung von Linsen • Linsenfehler (Öffnungsfehler, Farbfehler und Astigmatismus) • Brennweitenbestimmung nach Bessel • Abbildung

Bildkonstruktion bei einerdicken Linse



Versuchsteile:

• Messung der Brennweite einer Linse Besselsches Verfahren

• Messung des FarbfehlersBesselsches Verfahren mit 2 Farbfiltern

• Messung des axialen AstigmatismusAbbildung durch Hinzufügen eines Astikorrekts

• Messung des ÖffnungsfehlersVergleich verschiedener Parallelstrahlen eines Lasers



Versuchsaufbau (Brennweitenbestimmung nach Bessel)

2 2e af

4e-

=



Versuchsaufbau (Messung des Öffnungsfehlers)

Messung von l(x) als Maß fürdie Brechkraft der Linse



Versuchsauswertung (Messung des Öffnungsfehlers)

Nach außen zunehmendeBrechkraft abhängig von Orientierung der Linse


V31 EKG und Wheatstonesche Brücke

Lernziele:

• Elektrische Ladung • Elektrisches Feld und Potential • Ohmsches Gesetz • Kirchhoffsche Regeln • Wheastonesche Brückenschaltung• elektrolytische Leitfähigkeit• Grundlagen zum Elektrokardiogramm (EKG)



Versuchsteile:

• Serien- und Parallschaltung von Widerständen• Bedeutung des Innenwiderstandes eines Meßgerätes• Potentialverteilung eines statischen Dipols im elektrolytischen Trog

Messungen mit der Wheatstone Brücke• Modellversuch zum EKG: rotierender Dipol in elektrolytischen Trog

Messungen der Potentialdifferenzen mit dem Oszilloskop• Aufnahme eines Elektrokardiogramms



Versuchsaufbau (Potentialverteilung eines zeitlich konstanten Dipols)

10

l l2 Ul

-j =



Versuchsaufbau (rotierender Dipol)

Analogien des Modellversuchs

Dipol Integralvektor

Sich drehender, zeitlich variierender Dipol

Erregung des Herzens

Leitungswasser Körpergewebe

Meßspitzen Ableitelektroden

1. Mit konstanten BetragSinuskurve

2. Mit zeitlich sich änderndem Betrag”EKG-ähnliche” Kurve



Physikalische Erklärungen zum Elektrokardiogramm (EKG)

Erklärung des integralen Dipolvektors

Ableitungen nach Einthoven

EKG als Projektion der zeitlichen Abfolgedes intergralen Dipolvektors auf dieVerbindungslinen der Ableitungselektroden


V 43 Schwächung und Dosimetrie von Röntgenstrahlen

Lernziele:

• Röntgenstrahlung und ihre Erzeugung • Bremsspektrum• charakteristisches Spektrum

• Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit Materie • Filterung von Röntgenstrahlen • Dosimetrie und Strahlenschutz



Versuchsteile:

• Ionisierende Wirkung von RöntgenstrahlenMessung der Ionendosisleistung bei variablem Anodenstrom

• Entstehung des Bildkontrastes Röntgenaufnahme eines Objekts mit unterschiedlicher Absorption

• Wirkung des Abstandsquadratgesetzes (für den Strahlenschutz)Zählratenmessung von Röntgen-Quanten mit einem Szintillationszähler



Versuchsaufbau (Röntgenröhre)



IonenLuft

Luft

qJ Im

Jt t m

= = =&

Versuchsaufbau (Messung der Ionendosisleistung)

Berechnung der Energiedosisleistung (x 34 eV)



Mit Alu-Filter:tbel=200 s,J =3,2·10-4 C/kg

Berechnung des linearen Schwächungskoeffizienten

Ohne Alu-Filter:tbel=90 s,J =9,6·10-4 C/kg

Cu Cu X X

Cu X

d d0 0

Cu Cu X X

I(Cu,d ) I(X,d )

I e I e

d d

- m - m

=

=

m = m

Belichtung eines Polaroid-Sofortbildes mit/ohne Aluminiumfilter



Versuchsaufbau (Abstandsquadratgesetz)

Quelle: β-Strahler, der ein Materieplättchen beschießt und so Bremsstrahlung erzeugt



0 20

000

1n(r) n

(x x )1 1 1

x xn n n

=+

= × + ×

Auch die exakte Lage der Quelle x0 kann bestimmt werden.

Versuchsauswertung (Abstandsquadratgesetz)


Weitere Informationen

Posterwände (Hörsaalzentrum, ganztägig 24.-26.9.)

Besichtigung der Praktika (D-Gebäude, Donnerstag 25.9. ab 13.30 Uhr)

Documents

Alexander Gerlach, Institut für Angewandte Physik Tübingen, 24. 9.2008 Physikalisches Praktikum für Mediziner und