Nw go 2016 thema 10

THEMA

10

IONISERENDE EN EM-STRALING Inhoud Intro 1 Golven 2 Soorten golven 3 Elektromagnetische golven 4 Het elektromagnetisch spectrum 4.1 Radiogolven 4.2 Microgolven 4.3 Infraroodgolven 4.4 Zichtbaar licht 4.5 Ultraviolette stralen 4.6 Röntgenstralen 4.7 Gammastralen

De kern van de zaak Leerstof verwerken Omgaan met informatie

•

DEEL 6

IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

•

• INTRO • Stralen van geluk … het is een uitdrukking uit de dagelijkse omgangstaal. In de wetenschappen gebruiken we de termen ‘stralen’ en ‘straling’ ook, maar op een preciezere manier dan in de omgangstaal.

De zon straalt licht uit, je verwarmt je handen aan een straalkacheltje, een dokter maakt met röntgenstralen foto’s van een beenbreuk en bij de ramp van Tsjernobyl kwam gevaarlijke straling vrij.

Als je naar de radio luistert, naar de tv kijkt of een schotel opwarmt in de microgolfoven dan maak je gebruik van elektromagnetische golven.

Bij het uitbreken van de ‘Mexicaanse griep’ in het voorjaar van 2009 werd terecht gevreesd voor een pandemie. Reizigers werden bij hun aankomst in de luchthaven op een heel bijzondere wijze ‘gescreend’: ze werden bekeken met een infraroodcamera om na te gaan of ze koorts hadden.

In het ziekenhuis wordt soms een NMR-scan gemaakt. Dat gebeurt met ongevaarlijke straling.

Ook een echografie is ongevaarlijk: daarbij gaat het om geluidsgolven en dus niet om elektromagnetische straling. Gevaarlijke straling wordt o.a. gebruikt bij de behandeling van kankertumoren.

Een radiografie, een NMR-scan, een echografie: wat zijn de verschillen en de overeenkomsten?

Deze vraag kunnen we beantwoorden als we het antwoord kennen op de vragen: Wat is straling?

Wat zijn golven?

Wat zijn elektromagnetische golven?

Fig. 10.1

222

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

1 Golven DEMO 1 Werkwijze Leg een kurk op het water, duw de kurk even onder en laat dan los.

Waarneming Welke beweging krijgt de kurk?

De kurk beweegt op en neer.

Wat gebeurt er met het wateroppervlak?

Het hele wateroppervlak begint te bewegen; er ontstaan cirkelvormige golfjes.

Elk punt van het wateroppervlak beweegt op en neer: het trilt. Een trilling is een op- en neergaande beweging. Het water trilt volgens een cirkelvormig golfpatroon dat zich over het oppervlak verspreidt. De trillingsenergie plant zich voort. De kurk blijft ter plaatse trillen: het is niet het water dat zich voortplant, maar enkel de energie. Elk punt van het wateroppervlak beschrijft dezelfde op- en neergaande beweging.

Deze voortplanting van trillingsenergie noemen we een golf. Het diepste punt op het wateroppervlak is een golfdal, het hoogste punt een golftop.

A

B

snelheid

golflengte

Fig. 10.2 A Voortplanting van trillingsenergie in water B Elke vallende regendruppel veroorzaakt een storing van het wateroppervlak en een golfbeweging.

De tijd van een op- en neergaande beweging heet een periode T en wordt gemeten in seconde (s): het is de tijd om vanuit rust te bewegen tot het uiterste punt beneden, vandaar tot het uiterste punt bovenaan en opnieuw naar rust, of van top tot dal en weer naar de top.

Het aantal trillingen per seconde is de frequentie f en wordt uitgedrukt in 1/s, 1 s-1 of Hz. Het verband tussen periode en frequentie is: f = 1/T. De S.I.-eenheid van frequentie is de hertz: 1 Hz = 1/s = 1 s-1. (per seconde) Vul aan.

1 kHz = 1000

Hz en 1 MHz = 1 000 000

Hz

De afstand tussen twee golftoppen of golfdalen noemen we de golflengte. Het is de afstand afgelegd in een periode T. De golflengte wordt voorgesteld met het symbool Îť (Griekse letter lambda) en uitgedrukt in m.

THEMA 10: IONISERENDE EN EM-STRALING

223

De volgende figuur toont het uitzicht van het wateroppervlak in verticale doorsnede op een bepaald ogenblik. v

λ amplitude

Fig. 10.3 Verticale doorsnede van het wateroppervlak

De rusttoestand is het gladde wateroppervlak vóór het ontstaan van de trilling.

DEMO 2 Werkwijze Neem een grote bak met water en breng met een staafje of potlood een punt van het wateroppervlak aan het trillen met een kleine frequentie, bijvoorbeeld een periode van een paar seconden.

Waarneming Wat ontstaat er op het wateroppervlak?

cirkelvormige golfjes Herneem nu het experiment, maar met een trilling met grotere frequentie of kleinere periode, bijvoorbeeld T = 1 s.

Wat neem je waar?

De golfjes hebben een kleinere golflengte.

Er is duidelijk een verband tussen de frequentie of periode en de golflengte van de ontstane golf. Dit heeft te maken met de voortplanting van de trillingsenergie door de middenstof water.

In een homogene middenstof planten trillingen zich voort met constante snelheid v. De snelheid v van een golf is afhankelijk van de eigenschappen van de stof. Bij het ontstaan van bijvoorbeeld een aardbeving zal de snelheid van de golf een andere waarde hebben in water dan in de aardkorst.

Een constante snelheid hebben we gedefinieerd als v = x/t = constant.

Als de golf in een tijdsduur T een afstand van een golflengte λ aflegt, dan verkrijgen we: v = λ/T. En aangezien 1/T = f, kunnen we ook schrijven: v = λ . f.

224

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

2

Soorten golven We maken geluid door voorwerpen aan het trillen te brengen: bij snaarinstrumenten (bv. piano, gitaar, viool, harp …) wordt een snaar aan het trillen gebracht, bij blaasinstrumenten (bv. trompet, saxofoon, fluit, hobo …) een luchtkolom en bij slaginstrumenten een vlies (bv. bij trommels en pauken) of een plaatje (bv. bij de xylofoon). Deze trillingen planten zich voort in de lucht en doen het trommelvlies in ons oor op dezelfde wijze trillen, zodat we het geluid horen.

Geluid is een golfbeweging. Als je een snaar aanraakt en ze trilt met een frequentie van 440 Hz, dan plant die trilling zich voort door lucht met een snelheid van 340 m/s. De overeenkomstige golflengte in lucht is dan: frequentie f = 440 Hz, v = 340 m/s en λ . f = v, waaruit λ = v/f = (340 m/s)/440 s-1 = 0,77 m.

Golven door de aardkorst, golven op het water en geluid zijn golven waarbij materie trilt. Deze golven planten zich voort door middenstoffen en kunnen niet door het luchtledige. In het luchtledige kan je dus niet met iemand praten!

Bij aardbevingen bijvoorbeeld trilt de aardkorst. Bij geluid trilt de lucht, maar het geluid kan zich voortplanten door alle middenstoffen. Zo kan je in het zwembad ook onder water geluiden horen. Geluid gaat zelfs door vaste middenstoffen, bijvoorbeeld door muren en door ijzer.

Een voorbeeld van de toepassing van geluidsgolven in de geneeskunde is de echografie.

DEMO 3 Werkwijze Leg je gsm onder de glazen stolp van een vacuümpomp. Zuig de lucht in de stolp met de vacuümpomp weg.

vacuümpomp

Waarneming Kan je de gsm bereiken wanneer hij zich bevindt in een luchtledige stolp? ja Kan je de gsm zien oplichten? ja Kan je de gsm horen bellen? nee

Fig. 10.4 Proefopstelling

De gsm-signalen kunnen de gsm bereiken en planten zich voort door onder andere lucht, glas en een luchtledige ruimte. Ze hebben geen middenstof of medium nodig om zich voort te planten. Bij dit soort golven trilt helemaal geen materie. We spreken van elektromagnetische golven. Ook licht is een vorm van elektromagnetische straling.

De geluidsgolven kunnen zich alleen voortplanten wanneer er een middenstof, zoals lucht of glas, aanwezig is. We noemen deze golven mechanische golven. Ze gedragen zich zoals watergolven, waarbij een verplaatsing van de trillingsenergie optreedt. Let op: het medium (lucht, water …) trilt wel, maar er is geen sprake van transport van massa.

Straling is een wijze van energietransport. Zo is het licht uitgestuurd door de zon (bron) een energievorm die als straling op de aarde terechtkomt.

Golven kunnen we dus indelen in twee groepen: • golven die de voortplanting zijn van de trilling van materie en zich door een elastisch midden voortplanten. Hierbij is de voortplantingssnelheid afhankelijk van de middenstof; • golven die de voortplanting zijn van een elektromagnetische trilling. Elektromagnetische golven gaan door het vacuüm en door middenstoffen.

THEMA 10: IONISERENDE EN EM-STRALING

225

Alle golven – of het nu materiële of elektromagnetische golven zijn – hebben gemeenschappelijke eigenschappen: • ze bewegen volgens rechte banen; • ze kaatsen terug op een ondoorlaatbare wand; de wetten van de terugkaatsing op vlakke en gebogen spiegels zijn geldig; • ze breken bij overgang naar een andere middenstof.

De figuren stellen een schotelantenne voor radio- of tv-golven voor. De schotel is een deel van een bol ofwel een parabool. In het brandpunt staat een zender of ontvanger.

Op welke eigenschap steunt deze toepassing?

Op de eigenschap van terugkaatsing. Een holle spiegel heeft een brandpunt waarin een evenwijdige bundel convergeert. Omgekeerd wordt een bundel uit het brandpunt evenwijdig na terugkaatsing op de spiegel.

Fig. 10.5 Schematische voorstelling van een schotelantenne

226

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

3 Elektromagnetische golven Bij elektromagnetische golven trilt helemaal geen materie. Het gaat om de voortplanting van een wisselend elektrisch en magnetisch veld. Deze golven planten zich niet alleen voort door bepaalde materialen, maar ook door het luchtledige. Tot deze groep behoort o.a. het licht.

We noemen ze elektromagnetische golven, omdat ze hun oorsprong vinden in de voortplanting van een elektromagnetische trilling. De oorzaak is dikwijls een elektronensprong in een aangeslagen atoom.

Waarin komen elektromagnetische golven overeen en waarin verschillen ze onderling van elkaar? Wat is bijvoorbeeld het verschil tussen röntgenstralen en warmtestralen?

De overeenkomst: elke elektromagnetische golf is een voortplanting van een elektromagnetische trilling.

Elke elektromagnetische golf plant zich voort door het luchtledige met een snelheid die we de lichtsnelheid noemen en die we voorstellen door c. De snelheid in lucht is nagenoeg dezelfde als in het luchtledige.

In een andere middenstof is de snelheid kleiner.

De formule is: λ . f = c met c = 300 000 km/s = 3.108 m/s.

Afgeleide formules: λ = c/f en f = c/ λ Het verschil: elektromagnetische golven verschillen van elkaar in golflengte en dus in frequentie. We bekijken dit aan de hand van enkele voorbeelden.

Vul de ontbrekende waarden in.

– Een microgolf heeft een golflengte van 8 mm, een radargolf van 50 mm. Bereken voor beide de frequentie.

Microgolf: λ=8

mm = 8 . 10

-3

8 -3 10 f = c/λ = (3 . 10 m/s)/(8 . 10 m) = 3,75 . 10 Hz = 3750 MHz

Radargolf: λ = 50

m;

mm = 50 . 10

-3

m;

8 -3 9 f = c/λ = (3 . 10 m/s)/(50 . 10 m) = 6 . 10 Hz = 6000 MHz

– Een radiostation zendt golven uit met een frequentie van 200 kHz en een golflengte van 1500 m. Wat is de voortplantingssnelheid van radiogolven?

5 f = 200 kHz = 2 . 10

5 -1 5 8 c = 1500 m x 2 . 10 s = 3000 m . 10 m/s = 3 . 10 m/s

Hz =

2 . 105

s-1

– Een ander station zendt golven uit van 600 kHz. Wat is hun golflengte?

5 f = 600 kHz = 6 . 10

8 5 -1 λ = c/f = (3 . 10 m/s)/(6 . 10 s ) = 500 m

Hz

8 mm

microgolf

bewegingszin van de golven

50 mm

radargolf

Fig. 10.6 Schematische voorstelling van een microgolf en radargolf

0

10

20

30

40 50 60 golflengte in mm

THEMA 10: IONISERENDE EN EM-STRALING

70

80

227

90

100

4 Het elektromagnetisch spectrum De verzameling van alle elektromagnetische golven heet het elektromagnetisch spectrum.

Gerangschikt naar toenemende frequentie (= afnemende golflengte) hebben we achtereenvolgens volgende soorten golven: • radiogolven • microgolven • infraroodgolven (IR-stralen) • zichtbaar licht • ultraviolette stralen (uv-stralen) • röntgenstralen (x-stralen) • gammastralen (γ-stralen) gammastraling

10-12 m

atoomkern

röntgenstraling

10-11 m

10-10 m

uv-straling

10-9 m

10-8 m

atoom

zichtbaar licht

10-7 m

10-6 m

virus

IR straling

10-5 m

bacterie

microgolven

10-4 m

cel

10-3 m

speldenkop

10-2 m

radiogolven

10-1 m

1m

bij

mens

101 m

102 m

voetbalveld

Fig. 10.7 Het elektromagnetisch spectrum

De hoeveelheid energie die getransporteerd wordt, is evenredig met de frequentie. Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de energie, hoe gevaarlijker de straling! Vanaf uv is de straling energierijk en gevaarlijk.

We bekijken hieronder de verschillende elektromagnetische stralingen in detail.

4.1 Radiogolven AM Radio

Het gebied met golven van 3 km tot 30 cm wordt toegepast in de telecommunicatie: radio, tv en gsm werken op deze golflengten.

Radiogolven kunnen langer zijn dan een voetbalveld, maar ook kleiner dan een voetbal.

Ze worden ingedeeld in groepen gaande van lange golf tot ultrakorte golf.

3 km

FM Radio

TV

300 m

30 m gebied van de radiogolven

3m

30 cm

Fig. 10.8 Gebied van de radiogolven

Fig. 10.9 Radio en gsm maken gebruik van radiogolven.

228

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

Vul de ontbrekende waarden in. type van radiogolf – indeling naar golflengte

golflengte (m)

frequentie (MHz)

lang

1500

0,2

middengolf

300

1

kort

10

30

zeer kort VHF (very high freq)

3

100

ultra kort UHF (ultra high freq)

0,1

3000

4.2 Microgolven Microgolven en golven gebruikt bij radar zijn van de grootteorde van enkele centimeter. De golven die we gebruiken in de microgolfoven zijn de lange microgolven (tot 30 cm). Ze brengen de moleculen in het voedsel aan het trillen, zodat het voedsel homogeen opwarmt en niet alleen aan de buitenkant (zoals bij het bakken).

Microgolven zijn ook goed voor transmissie van gegevens, want ze gaan gemakkelijk door lichte regen, sneeuw, wolken en rook. De korte microgolven worden gebruikt in radarinstallaties.

300 cm

30 cm 3 cm gebied van de microgolven

0,3 cm

Fig. 10.10 Gebied van de microgolven

Fig. 10.11 Microgolfoven en radarinstallaties maken gebruik van microgolven.

4.3 Infraroodgolven Het gebied van het infrarood (IR) is vrij uitgebreid. Ook hier hebben we een indeling naargelang de toepassingen.

De verre IR-stralen (gebied dichtst bij de microgolven) hebben een golflengte van ongeveer een speldenkop; het zijn de ‘warmtestralen’. Onze huid is gevoelig voor deze straling: we ervaren ze als warmte. Lampen die deze straling uitzenden, worden gebruikt om spierkwetsuren te behandelen. IR dringt diep in de huid door en bevordert de bloeddoorstroming, waardoor spieren beter herstellen. Soms wordt er ook voedsel mee opgewarmd.

THEMA 10: IONISERENDE EN EM-STRALING

229

AM Radio

300 μm

FM Radio

TV

30 μm

3 μm

ver IR gebied van het infrarood A

Fig. 10.12 Gebied van de IR-stralen

ver IR

B

Fig. 10.13 Een IR-lamp (A) om pijnlijke spieren te behandelen en een afstandsbediening (B) maken gebruik van IR-stralen.

De dichte IR-stralen zijn al microscopisch van golflengte. Je voelt ze niet als warmte en ze zijn ook niet zichtbaar. Ze liggen in het gebied vlak naast het rode licht van het zichtbare gedeelte van het spectrum.

Deze stralen worden bv. gebruikt in afstandsbedieningen en in cd-spelers waar de laser een infrarode straal uitzendt.

Een mens heeft een lichaamstemperatuur van 37 °C en zendt IR-straling uit met golflengte van ongeveer 10 mm. Een IR-sensor is gevoelig voor deze straling en kan ze detecteren; dit wordt o.a. toegepast bij een autoalarm of een huisalarminstallatie. Slangen kunnen de uitgestuurde lichaamswarmte ook detecteren: zo ‘zien’ ze hun prooi.

In het weerbericht zie je vaak een IR-opname van de aarde.

A

Een IR-kijker wordt gebruikt om in het donker mensen op te sporen.

Met een IR-camera kan je een ‘thermogram’ maken: dit is een foto waarop je kan zien hoeveel IR een voorwerp uitstuurt. Hoe warmer het voorwerp, hoe meer straling. Het verschil in temperatuur wordt op de foto dan kunstmatig omgezet in kleuren. Deze techniek wordt vooral toegepast in de energietechnieken (warmteverliezen aan huizen, machines …), maar tegenwoordig ook in luchthavens om besmette personen die koorts hebben te detecteren.

B

Fig. 10.14 A Thermogram mens B Thermogram strijkijzer

DEMO 4 Werkwijze 1 Ga op ongeveer 1 m voor de tv staan. Richt de afstandsbediening naar de tv en zet het geluid achtereenvolgens zachter en harder.

2 Richt nu de afstandsbediening op de tafel voor je, zoals in de figuur. Zet het geluid harder en zachter.

Waarneming Welke eigenschap van golven heb je hier aangetoond?

Fig. 10.15

terugkaatsing

230

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

4.4 Zichtbaar licht energie van de fotonen toenemende frequentie toenemende golflengte 0,0001 nm

0,01 nm

gammastraling

10 nm

1000 nm

röntgenstraling ultraviolet

0,01 cm

1 cm

infrarood

1m

100 m

radiogolven radio

TV FM

AM

zichtbaar licht

400 nm

500 nm

600 nm

700 nm

Fig. 10.16 Het zichtbare licht in het elektromagnetisch spectrum

Het zichtbare licht is het deel van het elektromagnetisch spectrum dat we met onze ogen kunnen zien. Het is een heel klein deeltje van het spectrum, nl. de golven van ongeveer 400 tot 700 nm.

Hoeveel is 1 nm?

1 nm = 1 . 10-9 m

4.5 Ultraviolette stralen Uv-licht bestaat uit golven die niet zichtbaar zijn met het oog en kortere golflengten hebben dan het zichtbare licht: van 300 tot 3 nm. Hun energie is zo groot dat ze gevaarlijk zijn: door het uv kan je inderdaad ‘bruinen’, maar ook ‘verbranden’. Bij onvoldoende bescherming kan je in de felle zon brandwonden oplopen. Uv-stralen kunnen bovendien huidkanker veroorzaken. De zon stuurt zeer veel uv-straling uit, maar deze wordt grotendeels door de ozonlaag geabsorbeerd. Uv gaat ook niet door gewoon glas.

In zonnebanken zitten lampen die uv-licht produceren. Voor uv-lampen wordt kwartsglas gebruikt.

De uv-straling is niet zichtbaar voor het oog, maar sommige insecten en vogels kunnen ze wel waarnemen.

Fig. 10.17 Hommels kunnen uv-straling waarnemen.

4.6 Röntgenstralen De röntgenstralen vormen een gebied van het spectrum met golflengten van 3 tot 0,03 nm. Ze werden in 1895 ontdekt door Wilhelm Röntgen, die ze x-stralen noemde.

Röntgenstralen worden vooral gebruikt in de geneeskunde. Ze gaan door je huid, maar worden geabsorbeerd in bepaalde organen, beenderen en tanden.

Bij het maken van een röntgenopname plaatst men een fotografische plaat achter je en gaan de stralen door je lichaam. Als resultaat krijg je op de foto de beenderen te zien. Je voelt de straling niet, maar ze is gevaarlijk. Je mag dan ook slechts een beperkt aantal radiografieën per jaar ondergaan.

Fig. 10.18 Patiënt en röntgenapparaat

Fig. 10.19 Röntgenfoto van een gebroken pink

THEMA 10: IONISERENDE EN EM-STRALING

231

4.7 Gammastralen Gammastralen (γ-stralen) zijn stralen met de allerkleinste golflengte: 0,03 nm tot 0,003 nm. Ze hebben de hoogst gekende frequentie en energie en komen voor in het heelal. Op aarde komen ze vrij uit radioactieve atoomkernen en bij kernreacties. Ze vernietigen cellen en worden daarom toegepast bij de bestrijding van kankercellen.

Vul aan de hand van het schema hieronder de tabel in. bron

naam golven golflengtegebied

frequentiegebied

waarneming/toepassing

radiostation

radiogolven

3 km tot 30 cm

10 tot 10 Hz

radio, tv, gsm

magnetron

microgolven

0,1 mm - 10 cm

3.109 - 3.1012 Hz

microgolfoven

warmtebron

IR

0,8 - 100 μm

3.1012 - 3,75.1014 Hz

oven, broodrooster

zon, lamp

zichtbaar licht

400 - 800 nm

3,75.1014 - 7,5.1014 Hz

verlichting

uv-lamp

uv

10 - 400 nm

7,5.1014 - 3.1016 Hz

zonnebank

röntgenbuis

röntgenstralen 0,01 - 10 nm

3.1016 - 3.1019 Hz

radiografie

radioactieve bron

gammastralen < 0,01 nm

> 3.1019 Hz

gammabron

5

9

golflengte

Raadpleeg het onlinemateriaal voor meer info over medische beeldvorming.

voorbeeld

benaming

10 km – 100 m radio (AM, FM)

radiogolven

100 m – 10 cm tv

radiogolven

10 cm – 0,1 mm draadloos internet

microgolven

0,1 mm – 0,8 µ afstandsbediening

infraroodgolven

800 – 400 nm

kaarsjes

licht

400 – 10 nm

zonnebank

ultraviolette stralen

10 – 0,01 nm

röntgenfoto

röntgenstralen

< 0,01 nm

behandeling van kanker

gammastralen

Fig. 10.20 Het elektromagnetisch spectrum

232

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

• D E K E R N VA N D E Z A A K • Golven trilling

op- en neergaande beweging

golf

voortplanting van trillingsenergie (diepste punt op het wateroppervlak = golfdal, hoogste punt = golftop)

periode T

tijd van een op- en neergaande beweging of trilling, gemeten in seconde (s)

frequentie f

aantal trillingen per seconde, uitgedrukt in 1/s eenheid: hertz (1 Hz = 1/s = 1 s-1)

golflengte

afstand tussen twee golftoppen of golfdalen, met als symbool λ (Griekse letter lambda) en uitgedrukt in m

• verband tussen periode en frequentie: f = 1/T • verband tussen golflengte, periode en snelheid: λ/T = v of λ .f = v Soorten golven • Geluid is een golfbeweging.

• Straling is een wijze van energietransport • De golven kunnen we indelen in twee groepen: – golven die de voortplanting zijn van de trilling van materie en zich door een elastisch midden voortplanten.

Hierbij is de voortplantingssnelheid afhankelijk van de middenstof; – golven die de voortplanting zijn van een elektromagnetische trilling. Elektromagnetische golven gaan door het vacuüm en door middenstoffen.

• Alle golven hebben een aantal gemeenschappelijke eigenschappen: o.a. rechtlijnige voortplanting, terugkaatsing, breking.

Elektromagnetische golven • Elektromagnetische golven vinden hun oorsprong in de voortplanting van een elektromagnetische trilling.

• Elektromagnetische golven gaan door het luchtledige en bewegen allemaal met de lichtsnelheid c = 300 000 km/s = 3 108 m/s. De snelheid in lucht is nagenoeg dezelfde als in het luchtledige.

• Voor elektromagnetische golven geldt: λ . f = c.

Het elektromagnetisch spectrum • elektromagnetisch spectrum = het geheel van alle elektromagnetische golven, nl. radiogolven, microgolven, infraroodgolven (IR-stralen), zichtbaar licht, ultraviolette stralen (uv-stralen), röntgenstralen (x-stralen) en gammastralen (γ-stralen).

• Hoe groter de frequentie, hoe energierijker de straling. Vanaf uv is de straling gevaarlijk.

THEMA 10: IONISERENDE EN EM-STRALING

233

Leerstof verwerken 1 Zoek de frequentie op van Radio Klara en Studio Brussel en bereken de golflengte.

Frequenties van radiozenders hangen af van de regio. Zo is de frequentie voor MNM bijvoorbeeld

88,3 MHz in Brussel en 101,5 MHz in Egem. Voor Studio Brussel is het 102,1 MHz in Egem,

94,5 MHz in Gent en 88 MHz in Leuven.

λ · f = c, met c = 3 · 108 m/s of λ = c /f .

Formule

• MNM:

zender Brussel: λ = (3 · 108 m/s)/(88,3 · 106 s-1) = 3,40 m

zender Egem: λ = (3 · 108 m/s)/(101,5 · 106 s-1) = 2,96 m

• Studio Brussel: zender Egem: λ = (3 · 108 m/s)/(102,1 · 106 s-1) = 2,94 m

zender Gent: λ = (3 · 108 m/s)/(94,5 · 106 s-1) = 3,17 m

zender Leuven λ = (3 · 108 m/s)/(88 · 106 s-1) = 3,41 m

2 Vul de begrippenkaart aan met volgende termen en uitspraken: T / elektromagnetische golf / zichtbaar licht / golf / x-stralen / aardbeving, watergolven en geluid / de lichtsnelheid c / frequentie f / λ . f = v / radiogolven / uv of ultraviolet / wijze van energietransport / microgolven / golflengte λ / λ . f = c / gammastralen of γ.

Straling is een

wijze van energietransport.

Voortplanting van trillingsenergie is een

Kenmerken: periode

golf.

golflengte λ

T, frequentie f,

Als elektronen trillen en de trilling plant zich voort, hebben we een

Aardbevingen, watergolven

elektromagnetische golf.

en geluid

bestaat uit

Die plant zich voort met

golven

de lichtsnelheid c.

zijn voorbeelden van gevolgen van trillende materie.

Elektromagnetisch spectrum:

formule: λ.f=c

radiogolven

formule: λ.f=v

microgolven IR of infrarood

zichtbaar licht uv of ultraviolet x-stralen of röntgenstralen gammastralen of γ

234

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING

3 Hoe kunnen astronauten op de maan met elkaar praten?

De maan heeft geen atmosfeer. Geluid kan dus niet op zich overgedragen worden.

Astronauten praten via radio, een elektromagnetische straling die geen atmosfeer nodig heeft.

4 Waarin verschillen geluid en radiogolven van elkaar? Waarin komen ze overeen?

Geluid is de voortplanting van een materiële trilling (een stemband, een snaar,

een luchtkolom … wordt aan het trillen gebracht). Geluid heeft een middenstof nodig om zich

voort te planten. Radiogolven zijn elektromagnetische golven: ze gaan wel door een vacuüm.

Eigenschappen die alle golven gemeen hebben zijn o.a. terugkaatsing en breking.

5 Waarin verschillen radiogolven en zichtbaar licht van elkaar? Waarin komen ze overeen?

Radiogolven hebben een veel grotere golflengte dan licht. Zowel radiogolven als zichtbaar licht zijn elektromagnetische golven: ze planten zich voort met de lichtsnelheid en gaan ook door een

vacuüm.

THEMA 10: IONISERENDE EN EM-STRALING

235

Omgaan met informatie 1 Raadpleeg het onlinemateriaal en klik bij de oefening over elektromagnetische golven door naar een website van Nasa. Je vindt er heel wat informatie over elektromagnetische straling en het voorkomen van deze straling in de ruimte. Los daarbij volgende opdrachten op. a Zoek in de tekst over infrarode straling (infrared) naar de foto van een kat / hond.

Welke delen stralen veel warmte uit?

oren, ogen, mond en keel

Welke delen zijn koud?

b Ga naar de tekst over radiogolven (radiowaves): met welke toestellen detecteert men radiogolven uit het heelal?

radiotelescopen (= reusachtige schotelantennes)

c Zijn er bronnen van x-straling (X-rays) in het heelal?

ja

2 Ga naar www.natuurkunde.nl en zoek met de ingebouwde zoekmachine een artikel over de CT-scan.

Bekijk ook het filmpje.

Wat is het onderscheid tussen een CT-scan en een gewone röntgenfoto?

Bij een röntgenfoto wordt de hele dikte van het lichaam gefotografeerd, terwijl een CT-scan een

beeld geeft van de dwarsdoorsnede van het lichaam.

3 Raadpleeg het onlinemateriaal, lees de tekst ‘Industrie boycot onderzoek gsm-straling’ en beantwoord de volgende vragen. a Komen onafhankelijke en gesponsorde onderzoeken naar gevaren van gsm-gebruik tot eenzelfde besluit?

Neen. Gesponsorde onderzoeken tonen geen verhoogde kans op bepaalde kanker,

onafhankelijke onderzoeken wel, nl. een verdubbeling van het risico op 5 jaar.

b Welke ziekten worden door gsm-gebruik gestimuleerd?

Het akoestische neuroom of kanker aan de gehoorzenuw, het glioom of tumor op de

steuncellen en hersenvlieskanker.

Vermits de straling waarmee een gsm functioneert op zich laagfrequent en ongevaarlijk is, is er blijkbaar een nadelig effect op de hersenen. Zoek verdere info over de gevaren van gsm-gebruik.

236

DEEL 6: IONISERENDE STRALING EN EM-STRALING