introducing+new+students+to+ careers+in+physics+physics.ucr.edu/~owen/scaapt-talk-nov-2016.pdf ·...

39
Introducing new students to careers in physics Owen Long Department of Physics and Astronomy, UC Riverside

Upload: trinhdiep

Post on 05-Jul-2018

217 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Introducing  new  students  to  careers  in  physics  

Owen  Long  Department  of  Physics  and  Astronomy,  UC  Riverside  

UCR  Physics  Majors  

•  Currently  149  undergraduates  – 68  new  freshmen  this  year!  

•  Some  demographics  (recent  graduates)  – 25%  underrepresented  minority  groups  – 20%  female  – 48%  first  genera-on  college  students  

Adam  Green,  2nd  year  student  

Adventures  in  Physics  (Phys39)  

•  Required  3-­‐unit  class  for  new  physics  majors.  – Learn  what  you  can  do  with  a  degree  in  physics.  – OpportuniSes  for  research  and  support.  

•  Components  of  the  course  – Career  informaSon  and  exercises  – PresentaSons  from  UCR  Physics  alumni  – Faculty  research  presentaSons  – Physics  and  Technology  for  Future  presidents.  

Misconcep-ons  

•  Only  thing  you  can  do  with  a  BS  degree  in  physics  is  go  to  grad  school  in  physics.  

Misconcep-ons  

•  Only  thing  you  can  do  with  a  BS  degree  in  physics  is  go  to  grad  school  in  physics.  

•  Only  thing  you  can  do  with  a  PhD  in  physics  is  become  a  physics  professor.  

Misconcep-ons  

•  Only  thing  you  can  do  with  a  BS  degree  in  physics  is  go  to  grad  school  in  physics.  

•  Only  thing  you  can  do  with  a  PhD  in  physics  is  become  a  physics  professor.  

•  This  was  my  experience,  but  not  typical.  –  I  had  to  educate  myself  on  what  most  of  our  students  do  aYer  graduaSon.  

UCR  Physics  Bachelor's  Alumni  

•  Search  of  281  Alumni  from  the  past  25  years.  •  Found  over  140  of  them  (50%)  •  They  are  all  listed  on  this  web  page  –  h[p://www.physics.ucr.edu/undergrad/alumni-­‐ugrad.html  –  Current  occupaSon  –  Highest  graduate  degree  earned  –  Link  to  their  web  page    

•  Can  also  find  the  page  this  way  –  UCR  Physics  >  Undergraduate  Program  >  Alumni  

UCR  Physics  Bachelor's  Alumni  

•  Graduate  school  /  degrees  (88/140,  62%)  –  Currently  in  grad  school:  32  

•  MIT,  CalTech,  Stanford,  UCSB,  Ohio  State,  UCR,  …  •  >14  Physics,  2  CS,  1  Chemistry,  1  Bioengineering,  1  Medical  Physics,  …  

– Masters  degree:  26    •  Cal  State  LA,  UCI,  USC,  UCR,  CSULB,  Cal  State  Fullerton,  UCSC,  …  •  14  Physics,  9  Engineering,  2  applied  physics  

–  Ph.D.  :  30  •  UCSC,  Yale,  U  of  Mass,  UCR,  UCLA,  Stony  Brook,  Brigham  Young,  …  •  17  Physics,  5  engineering,  2  chemistry,  1  medicine  

h[p://www.physics.ucr.edu/undergrad/alumni-­‐ugrad.html  

UCR  Physics  Bachelor's  Alumni  •  Health  professions  :  15  including  5  medical  doctors.  •  Aerospace  industry  :  14  •  InformaSon  technology,  data  science,  programming  :  11  •  Applied  physics,  including  materials  science  :  9  •  Teaching,  high  school  :  9  •  Teaching,  college  and  university  :  8  •  ScienSst  at  a  naSonal  lab  :  3  

h[p://www.physics.ucr.edu/undergrad/alumni-­‐ugrad.html  

UCR  Physics  Alumni:  •  At  least  four  UCR  Physics  alumni  are  

currently  working  at  Loma  Linda  Medical  Center  (10  miles  away  in  Redlands).  –  Medical  Physicist,  accelerator  operators.  

•  Loma  Linda  has  the  first  hospital-­‐based  proton  accelerator  in  the  US  (built  at  Fermilab,  opened  in  1990).  

•  Robert  Simpson  and  Alexis  Quintal  will  be  invited  speakers  this  quarter  –  Alexis  is  an  accelerator  operator  –  Robert  is  a  medical  physicist  (Georgia  

InsStute  of  Technology,  MSMP,  Medical  physics)  

Protons  lose  most  of  their  energy,  ionizing  atoms,  just  before  stopping.    Stopping  distance  can  be  finely  tuned  with  the  beam  energy.  

UCR  Physics  Alumni  PresentaSons  

•  Medical  Physics  –  proton  therapy  at  Loma  Linda  

•  Teaching  –  high  school  •  Aerospace  –  literally  a  rocket  scienSst  •  Data  science  –  silicon  valley  tech  companies  •  Research  –    JPL  •  Video  game  industry  –  Blizzard  Entertainment  

Advice  from  UCR  Alumni  •  Learn  what  you  enjoy  through  experience.  •  Research  and/or  Internship  is  very  important.  •  Build  a  toolbox  – skills  are  needed  (problem  solving,  programming,  esSmaSon,  leadership,  …)  

– know  how  to  "do  stuff"  •  Networking  is  valuable  •  Have  a  goal  but  be  flexible  

Excellent  advice  and  guidance  on  how  to  prepare  for  and  execute  a  job  search.  

hFps://www.spsna-onal.org/careerstoolbox  

American  InsStute  of  Physics  StaSsScs  

•  Excellent  resource  for  understanding  career  opSons  and  career  development.  

•  Google  "aip"  or  just  go  to  www.aip.org.    

•  I  will  summarize  some  of  the  StaSsScal  Research  from  the  AIP  site.    Go  there  for  the  complete  reports.  

Physics  Bachelor's  degree,    One  year  aYer  graduaSon  

•  More  than  half  go  on  to  graduate  school  (MS  or  PhD  program).  

•  Some  who  iniSally  seek  employment  aYer  their  Bachelor's  degree  intend  to  go  to  grad  school  later.  

•  Some  begin  very  saSsfying  long-­‐term  careers  with  their  Bachelor's  degree.    

Graduate  School,  Fields  of  Study  

•  ConSnuing  in  physics  is  most  common,  but  many  change  fields.  

•  Your  Bachelor's  degree  in  physics  is  an  excellent  preparaSon  for  many  fields.  

Financial  Support  in  Graduate  School  

Grad  School  is  FREE!!!*  

If  you  are  admi[ed  to  a  grad  program,  they  think  you  will  succeed  and  will  support  you  through  it.    Admission  at  presSgious  insStuSons  is  very  compeSSve.    You  don't  pay  tuiSon.    The  school  pays  you!    Enough  to  pay  your  living  expenses  so  you  don't  need  a  day  job,  though  you  won't  get  rich  on  a  grad  student  sSpend.  

*Except  Med  school  and  Law  school  

Aside  on  Law  and  Medicine  Average  Med  school  entrance  

exam  score  by  major  Average  Law  school  entrance  

exam  by  major  

Physics  majors  do  very  well  on  these  entrance  exams.  Ironically,  the  worst  majors  (on  average)  are  Premed  and  Criminal  JusSce!      

Average  of  Physics  is  at  85th  percen-le  Average  of  Physics  is  at  87th  percen-le  

Physics  and  Technology  for  Future  Presidents  

•  Textbook  for  the  course.  

•  Shows  the  deep  relevance  of  physics  in  important  issues  that  affect  society  –  nuclear  energy,  nuclear  bombs,  opScs,  

fluids,  ba[eries,  lasers,  x-­‐rays  and  gamma  rays,  MRI,  CAT,  and  PET  scans,  …  

•  Hope  to  engage  and  inspire  the  students  

Topics  covered  

•  Energy  •  Nuclei,  RadioacSvity,  Chain  ReacSons,  Bombs  •  Gravity,  Rockets,  Air  Resistance  •  Light  •  Invisible  Light  •  Climate  Change  •  Quantum  Physics  

TNT  vs  Chocolate  Chip  Cookies  

Which  has  more  stored  chemical  energy  per  gram?  

TNT  vs  Chocolate  Chip  Cookies  

Which  has  more  stored  chemical  energy  per  gram?  

Cookies  have  8  Smes  higher  energy  density  (energy  /  gram)  compared  to  dynamite!  

TNT  vs  Chocolate  Chip  Cookies  Cookies  have  8  Smes  higher  energy  density  (energy  /  gram)  compared  to  dynamite!  

The  big  difference  is  the  power  (energy  /  Sme).    Energy  in  dynamite  is  released  very  quickly  (explosive).  Feed  this  guy  enough  cookies,  and  he  can  also  do  it,  but  it  will  take  a  lot  longer.  

Energy  per  gram  

Cost  of  Energy  

Solar  Powered  California  PopulaSon  is  about  40  Million.    Typical  house  uses  about  1  kW  of  power.    Peak  power  demand  for  state  is  around    50  GW  or  50  x  109  W  or  50,000,000,000  W.    How  large  would  the  area  of  a  solar  power  array  need  to  be  to  power  the  enSre  state?  

Facts  needed:          Sunlight  delivers  1  kW  /  m2.            Solar  panel  efficiency  is  about  15%.  

(1  mile  =  1.6  km)  

Solar  Powered  California  PopulaSon  is  about  40  Million.    Typical  house  uses  about  1  kW  of  power.    Peak  power  demand  for  state  is  around    50  GW  or  50  x  109  W  or  50,000,000,000  W.    How  large  would  the  area  of  a  solar  power  array  need  to  be  to  power  the  enSre  state?    About:    11  mi  x  11  mi  or  around  125  square  miles    (325  square  km).  

Facts  needed:          Sunlight  delivers  1  kW  /  m2.            Solar  panel  efficiency  is  about  15%.  

Solar  Powered  California  PopulaSon  is  about  40  Million.    Typical  house  uses  about  1  kW  of  power.    Peak  power  demand  for  state  is  around    50  GW  or  50  x  109  W  or  50,000,000,000  W.    How  large  would  the  area  of  a  solar  power  array  need  to  be  to  power  the  enSre  state?    About:    11  mi  x  11  mi  or  around  125  square  miles    (325  square  km).  

Facts  needed:          Sunlight  delivers  1  kW  /  m2.            Solar  panel  efficiency  is  about  15%.  

Reaching  space  vs  reaching  orbit  

How  much  energy  is  required  to  reach  the  height  of  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE)?  

Reaching  space  vs  reaching  orbit  

How  much  energy  is  required  to  reach  the  height  of  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE)?  

Calculate  the  work  done:    turns  out  to  be  a  minimum  of  1,520  Joules  or  0.36  Calories  per  gram.  

Reaching  space  vs  reaching  orbit  

How  much  energy  is  required  to  reach  the  height  of  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE)?  

Calculate  the  work  done:    turns  out  to  be  a  minimum  of  1,520  Joules  or  0.36  Calories  per  gram.  

How  much  energy  is  required  to  enter  into  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE  with  v  =  7800  m/s)?  

Reaching  space  vs  reaching  orbit  

How  much  energy  is  required  to  reach  the  height  of  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE)?  

Calculate  the  work  done:    turns  out  to  be  a  minimum  of  1,520  Joules  or  0.36  Calories  per  gram.  

How  much  energy  is  required  to  enter  into  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE  with  v  =  7800  m/s)?  

Calculate  the  kineSc  energy  required  to  stay  in  orbit  and  add  it  to  the  number  above.    

Reaching  space  vs  reaching  orbit  

How  much  energy  is  required  to  reach  the  height  of  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE)?  

Calculate  the  work  done:    turns  out  to  be  a  minimum  of  1,520  Joules  or  0.36  Calories  per  gram.  

How  much  energy  is  required  to  enter  into  low-­‐earth-­‐orbit  (r  =  1.025  x  RE  with  v  =  7800  m/s)?  

Calculate  the  kineSc  energy  required  to  stay  in  orbit  and  add  it  to  the  number  above.    

KE  =  (1/2)  m  v2  KE  =  (1/2)  x  (0.001  kg)  x  (7800  m/s)2  =  30,000  Joules  or  7.3  Calories  per  gram  

Factor  of  20  larger!  

GeUng  to  space  is  easy.    Staying  in  space  is  hard!  

The  inefficiency  of  rockets  The  mass  of  the  rocket  fuel  to  reach  orbit  is  about  25  to  50  Hmes  the  mass  of  the  payload.    About  97%  of  energy  is  wasted.    Book:  "It  costs  about  $10,000  to  launch  a  kilogram  of  anything  into  orbit.    In  the  near  future,  commercial  companies  hope  to  reduce  that  price  to  $1,000  /  kg."      Space  X  :    Reuse  the  expensive  rocket.    

Reusable  rockets  

Project  Orion  Main  problem  with  rockets:    you  need  to  liY  a  heavy  rocket  (most  of  the  weight  is  fuel)  using  chemical  reacSons.  

Project  Orion  Main  problem  with  rockets:    you  need  to  liY  a  heavy  rocket  (most  of  the  weight  is  fuel)  using  chemical  reacSons.  

Nuclear  reacSons  release  about  a  million  Smes  more  energy  per  reacSon.  

Project  Orion  

Freeman  Dyson  

Main  problem  with  rockets:    you  need  to  liY  a  heavy  rocket  (most  of  the  weight  is  fuel)  using  chemical  reacSons.  

Nuclear  reacSons  release  about  a  million  Smes  more  energy  per  reacSon.  

Crazy  soluHon:    propel  a  ship  with  a  series  of  nuclear  bombs  exploding  just  below  the  ship!  

Search  for  "project  orion"  in  Google,  YouTube,  and  TED  to  learn  more.  

Project  was  scrapped  over  concerns  about  nuclear  fallout  and  the  potenSal  for  accidents.  

Summary  

•  We  want  our  students  to…    – Get  the  most  out  of  their  UC  Riverside  educaSon.  – Have  the  tools  and  guidance  to  plan  their  future.  – Develop  and  embrace  a  passion  for  physics.    

•  Thanks  for  your  a[enSon!