Aine, säteily ja kvantittuminen (FY8)
Moduulissa perehdytään kvanttifysiikan käsitteelliseen ja teoreettiseen rakenteeseen sekä niiden kokeelliseen pohjaan. Keskeistä on aineen rakenne ja perusvuorovaikutukset sekä se, miten nämä vaikuttavat aineen ominaisuuksiin. Moduuli käsittelee kvanttifysiikan teknologisia sovelluksia sekä sitä, miten kvanttifysiikka ilmenee alkeishiukkastason ilmiöistä nanomittakaavaan ja aina kosmisen mittakaavan ilmiöihin saakka. Tarkastelun kohteena ovat myös erilaiset radioaktiiviseen hajoamiseen, ionisoivaan säteilyyn ja kvantittumiseen perustuvat teknologiat.
Yleiset tavoitteet
Moduulin tavoitteena on, että opiskelija
- tuntee ionisoivan säteilyn vaikutukset ja tutustuu säteilyn turvalliseen käyttöön
- tutustuu kvanttifysiikkaan perustuvaan maailmankuvaan alkeishiukkasfysiikasta kosmologiaan
- ymmärtää kvantittumiseen perustuvan teknologian merkityksen nyky-yhteiskunnassa.
Keskeiset sisällöt
Keskeiset sisällöt
- energian kvantittuminen aineen ja säteilyn vuorovaikutuksessa
- fotoni sähkömagneettisen säteilykentän kvanttina
- atomin rakenne, atomin elektronien kvanttitilat ja aaltomekaanisen atomimallin periaate
- kvantittumiseen perustuva teknologia: laser ja kvanttirakenteet
- atomiytimen rakenne ja muutokset, radioaktiivinen hajoaminen
- ydinreaktiot, massan ja energian ekvivalenssi, ytimen sidosenergia
- ydinvoima, fissio ja fuusio
- hajoamislaki
- ionisoivan säteilyn lajit ja biologiset vaikutukset sekä soveltaminen lääketieteessä ja teknologiassa
- hiukkasfysiikan standardimalli
- maailmankaikkeuden kehitys
Moduulin keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: säteilyturvallisuus, säteilyn käyttö lääketieteessä, ilmastonmuutos ja kasvihuoneilmiö.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: spektrin mittaaminen, spektrin muutoksen tarkastelu fluoresenssi-ilmiössä, mittaukset laser-diodeilla ja moduulin aihepiiriin liittyvät simulaatiot.
Hyvinvointiosaaminen: Opintojakson aikana perehdytään ionisoivaan säteilyyn, sen ominaisuuksiin ja hyötykäyttöön muun muassa terveydenhuollossa. Hyvinvoinnin kannalta niin henkilökohtaisella kuin yhteiskunnallisellakin tasolla on tärkeää ymmärtää miksi ionisoivalla säteilyllä on terveydelle haitallisia vaikutuksia ja miten näiltä haitoilta voidaan suojautua.
Yhteiskunnallinen osaaminen: Tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää modernin fysiikan merkityksen nyky-yhteiskunnan teknologisen kehityksen kannalta. Opintojakso antaa valmiuksia osallistua yhteiskunnalliseen keskusteluun ydinvoimaan ja säteilyn hyötykäyttöön liittyen fysiikan näkökulmasta faktapohjalta.
Eettisyys ja ympäristöosaaminen: Opintojakson aikana voidaan syventää kasvihuoneilmiön mekanismien ymmärrystä kvantittumisen kannalta säteilyn absorptiossa kasvihuonekaasuihin. Tavoitteena on perehtyä ydinvoimaan ja ionisoivan säteilyn käyttöön myös ympäristön ja eettisyyden kannalta.
Laaja-alaisen osaamisen arviointi kytkeytyy osaksi opintojakson yleisestä arviointia. Laaja-alaista osaamista voidaan arvioida esimerkiksi projektitöiden, itsearvioinnin tai sopivien tehtävien avulla.
Laaja-alainen osaaminen
Hyvinvointiosaaminen: Opintojakson aikana perehdytään ionisoivaan säteilyyn, sen ominaisuuksiin ja hyötykäyttöön muun muassa terveydenhuollossa. Hyvinvoinnin kannalta niin henkilökohtaisella kuin yhteiskunnallisellakin tasolla on tärkeää ymmärtää miksi ionisoivalla säteilyllä on terveydelle haitallisia vaikutuksia ja miten näiltä haitoilta voidaan suojautua.
Yhteiskunnallinen osaaminen: Tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää modernin fysiikan merkityksen nyky-yhteiskunnan teknologisen kehityksen kannalta. Opintojakso antaa valmiuksia osallistua yhteiskunnalliseen keskusteluun ydinvoimaan ja säteilyn hyötykäyttöön liittyen fysiikan näkökulmasta faktapohjalta.
Eettisyys ja ympäristöosaaminen: Opintojakson aikana voidaan syventää kasvihuoneilmiön mekanismien ymmärrystä kvantittumisen kannalta säteilyn absorptiossa kasvihuonekaasuihin. Tavoitteena on perehtyä ydinvoimaan ja ionisoivan säteilyn käyttöön myös ympäristön ja eettisyyden kannalta.
Laaja-alaisen osaamisen arviointi kytkeytyy osaksi opintojakson yleisestä arviointia. Laaja-alaista osaamista voidaan arvioida esimerkiksi projektitöiden, itsearvioinnin tai sopivien tehtävien avulla.