Uitwerkingen diagnostische toets 9.1 & 9.2

• Industrial design engineering
• WO

Opgave 1

a. Elektromagnetische straling is een sinusvormige golf in het elektrische veld samen met een sinusvormige golf in het magnetische veld loodrecht daarop. De voortplantingssnelheid van een elektromagnetische golf in de ruimte is altijd hetzelfde (namelijk de lichtsnelheid), de golflengte en frequentie kunnen verschillen. De golflengte en frequentie bepalen de eigenschappen van de straling.

b. In BINAS staat in tabel 19B een overzicht van de verschillende soorten elektromagnetische straling met de belangrijkste eigenschappen. In de tabel is te zien dat het gebied tussen UV en gammastraling wordt ingenomen door röntgenstraling.

c. Elektromagnetische straling is een golf maar gedraagt zich in sommige omstandigheden ook als een stroom energiepakketjes (fotonen). In BINAS tabel 19B is te zien dat de energie van deze energiepakketjes toeneemt van radiostraling naar gammastraling. Hieruit volgt: Hoe meer in de richting van gammastraling hoe groter de energie van deze fotonen. Hoe groter de energie hoe beter een foton in staat is om atomen of moleculen te ioniseren. Straling die in staat is om te ioniseren staat aan dus rechterkant in het schema hieronder en hoe verder naar rechts hoe groter het ioniserend vermogen. Officieel wordt straling vanaf UV 'ioniserend' genoemd maar het hangt van het materiaal waar de straling op valt af of er ook daadwerkelijk ionisatie plaatsvindt.

Opgave 1

d. In tabel 19 B is te zien dat de golflengte afneemt van radiostraling naar gammastraling. Dit betekent dat rood licht (aan de 'radiokant') een grotere golflengte heeft dan blauw licht (aan de 'gammakant'). Ook in BINAS tabel 19 A is dit te zien.

Opgave 2

a. Op aarde kun je overdag geen sterren waarnemen vanwege de blauwe lucht die veel sterker is dan het zwakke sterlicht. De blauwe lucht komt door verstrooiing van zonlicht in de dampkring. Wanneer je buiten de dampkring bent is er ook geen blauwe lucht en kun je gewoon sterren zien. Het zonlicht is er wel en er moet voor gezorgd worden dat het zonlicht wordt afgeschermd en uiteraard mag de telescoop nooit direct op de zon gericht worden, maar in de ruimte kun je in principe altijd waarnemen. Dus ook als de HST zich aan de dagkant van de aarde bevindt.

Opgave 2

b. In BINAS tabel 30E staat hoeveel straling in de atmosfeer geabsorbeerd wordt. Aan de golflengte kun je met behulp van BINAS tabel 19B zien om wat voor soort straling het gaat.

Röntgen (λ 0,1 < 1 nm) 100% geabsorbeerd

UV-straling (λ 10 - 350 nm) vrijwel 100% geabsorbeerd

Zichtbaar licht (λ 400 - 750 nm) wordt doorgelaten

IR-straling (λ 750 - 100μm) wisselend

microgolfstraling (100μm -1 cm) gedeeltelijk geabsorbeerd

Radiostraling (λ > 1 cm) wordt doorgelaten. 

Röntgen en infrarood (tussen 100μ en 1 mm), kunnen alleen vanuit de ruimte waargenomen worden. Ook gammastraling (niet in tabel 30E) wordt in de dampkring geabsorbeerd en kan alleen vanuit de ruimte worden waargenomen. Voor alle genoemde stralingsoorten bestaan er ruimtetelescopen die buiten de dampkring waarnemingen doen.

Opgave 3

a. Vaste stoffen en vloeistoffen geven een continu spectrum wanneer ze straling uitzenden. Het licht van gloeiende staaf ijzer zal dus een continu spectrum te zien geven.

b. In een gloeilamp wordt een stroom door een gloeidraad heen gestuurd. De gloeidraad word hierbij zo heet dat deze licht uitzendt. De gloeidraad zelf is een vaste stof dus het uitgezonden licht zal een continu spectrum te zien geven.

Opgave c

c. Een laser geeft monochromatisch licht. Monochromatisch licht betekent licht van één enkele golflengte. Bij deze laserpointer is dit 635 nm. Het spectrum zal dus een lijnenspectrum met maar één emissielijn bij 635 nm zijn.

Opgave 4

a. Een zwart lichaam absorbeert alle straling die erop valt. Er komt dus geen licht van het zwarte lichaam af vandaar dat het er van alle kanten volkomen zwart uitziet. Je ziet dus ook geen details op het voorwerp waaruit je kunt afleiden hoe de diepte van het voorwerp eruit ziet. Vandaar dat het voorwerp eruit ziet als een plat 2D-voorwerp.

Opgave 5

a. De wet van Wien luidt (BINAS tabel 35-E1): λmax T = kW

Invullen van kW = 2,8977721·10^-3 mK (BINAS tabel 7) en T = 5780 K geeft: λmax = kW / T = 2,8977721·10^-3 / 5780 = 5,013447·10^-7 m.

Afgerond op vier cijfers is dit 501,3 nm.

b. De temperatuur van het menselijk lichaam is onder normale omstandigheden 37 °C. Dit is gelijk aan 37 + 273 = 310 Kelvin. Invullen geeft: λmax = kW / T = 2,8977721·10^-3 / 310 = 9,3477·10^-6 m.

Afgerond is dit 9,35 μm. In BINAS tabel 19B is af te lezen dat straling met een golflengte tussen de 10^-6 en 10^-4 m infraroodstraling is.

Opgave 6

a. In BINAS tabel 22 staat de Planck-kromme bij T = 2500 K (onderste diagram). Het gele vlak in dit diagram is het zichtbare gedeeltje van het spectrum. De intensiteit van de Plank-kromme is het hoogst aan de rode kant van het zichtbare spectrum en neemt af bij kortere golflengte. Bij 520 nm is de intensiteit verwaarloosbaar klein. Het licht bestaat dus uit een klein beetje geel, iets meer oranje en voornamelijk rood.

b. De meeste intensiteit wordt uitgezonden in het infrarood (750 nm en hoger) en is dus niet zichtbaar. Een gloeilamp is dus behoorlijk inefficient en heeft dus een laag rendement: De meeste energie wordt dus uitgezonden als straling die voor ons onzichtbaar is.

c. Een daglichtlamp geeft dezelfde kleur licht als daglicht op een zonnige dag. In BINAS tabel 32 B vinden dat de zon een temperatuur heeft van 5780 K. Het rode deel van het zonlicht wordt in de atmosfeer meer geabsorbeerd en verstrooid dan het blauwe gedeelte. Hierdoor is daglicht net iets anders van samenstelling dan de straling die door de zon wordt uitgezonden. In de praktijk hebben de meeste daglichtlampen een kleurtemperatuur tussen de 5000 K en 5700 K.