7. Elektromagnetisch spectrum

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 2,3

7. Elektromagnetisch spectrum

Planning vandaag

• Trillingen
• Elektromagnetische straling
• Verschillende soorten
• Tijd voor huiswerk

Trillingen, waarin ?

Trillingen in water 

= watergolven

Trillingen in de lucht

= geluid

Trillingen, waarin ?

Trillingen elektromagnetisch veld

= elektromagnetische straling

. . . .
Trillingen in water = watergolven	Trillingen in lucht = geluid	Trillingen in elektromagnetisch veld = elektromagnetische straling

Trillingen, waarin ?

Vond je de video interessant?

vind je een playlist met de vervolgfilmpjes hierop.

Dit is niet allemaal toetsstof maar wel leuk om te kijken als je wat meer wilt weten. 

HIER

.

.

.

.

Elektromagnetisch spectrum

Veel energie

Hoge frequentie

Weinig energie

Lage frequentie

.

.

.

.

Elektromagnetisch spectrum

Veel energie

Hoge frequentie

Weinig energie

Lage frequentie

Er bestaan veel verschillende soorten elektromagnetische straling. Licht is daar een voorbeeld van, maar er zijn ook andere soorten, zoals radiogolven, röntgenstraling en gammastraling. Als je al deze straling op een rijtje zet, krijg je het elektromagnetische spectrum. Wetenschappers hebben dit spectrum opgesplitst in zeven verschillende soorten straling, op basis van hoe snel de straling trilt en hoeveel energie het heeft.

Straling aan de rechterkant van het spectrum (zoals radiogolven) trilt langzaam en heeft weinig energie.

Straling aan de linkerkant (zoals röntgen- en gammastraling) trilt heel snel en heeft veel energie.

Hoe sneller de trillingen, hoe energieker (en soms ook gevaarlijker) de straling is. Daarom is het belangrijk dat we sommige soorten straling goed begrijpen en veilig gebruiken.

Ioniserende straling

<--------------(niet - ioniserende straling)--------->

<--------(ioniserende straling)------->

Toepassingen van soorten straling

Ioniserende straling

<-------------------(ioniserende straling)-------------->

<-------(niet ioniserende straling)------->

Straling kan worden onderverdeeld in twee soorten: ioniserende en niet-ioniserende straling. Het verschil tussen deze twee heeft te maken met de hoeveelheid energie die de straling met zich meebrengt. Ioniserende straling heeft veel energie. Dit type straling is gevaarlijk voor de gezondheid, omdat het het DNA in onze cellen kan beschadigen. Wanneer het DNA wordt aangetast, kunnen er fouten ontstaan in de celdeling. Dit vergroot het risico op ziektes zoals kanker.  Niet-ioniserende straling, zoals zichtbaar licht of radiogolven, heeft veel minder energie en is onder normale omstandigheden niet schadelijk voor het DNA.

Gammastraling

Gammastraling is een vorm van radioactieve straling. Het is onzichtbaar, je kunt het niet voelen, maar het heeft wél veel energie. Gammastraling is de straling met de meeste energie en dus ook het meest schadelijk.

Toch wordt gammastraling ook gebruikt om mensen te genezen. In het ziekenhuis kunnen artsen de straling heel precies richten op een tumor, zodat die kankercellen kapotgaan, terwijl de rest van je lichaam zo veel mogelijk gespaard blijft.

Gammastraling wordt ook gebruikt bij medische beeldvorming. Dan krijg je een speciale, radioactieve vloeistof ingespoten die naar een bepaald orgaan in je lichaam gaat. Met een speciale camera kunnen artsen dan precies zien wat er daar gebeurt. Een beetje zoals een soort ‘zoeklicht’ in je lichaam.

Gammastraling

In 1986 vond er een grote kernramp plaats in het plaatsje Tsjernobyl, in het toenmalige Sovjetunie, nu Oekraïne. Bij deze ramp ontplofte een kernreactor in een kerncentrale, waardoor er veel radioactieve straling vrijkwam.

Deze radioactieve straling is erg gevaarlijk. Het kan het lichaam van mensen beschadigen, vooral het DNA. Daardoor kunnen mensen ernstig ziek worden. Sommige mensen stierven direct door de straling, anderen werden later ziek. Er zijn mensen die jaren later kanker kregen door de straling. Ook zijn er baby’s met afwijkingen of verminkingen geboren.

De ramp in Tsjernobyl is een van de ergste kernrampen ooit en laat zien hoe gevaarlijk ioniserende straling kan zijn.

Op deze afbeelding zie je de bloedvaten in de hersenen. Deze afbeelding is gemaakt met behulp van een speciale medische techniek.

Voor zo’n scan krijgt de patiënt eerst een radioactieve stof ingespoten. Deze stof verspreidt zich via het bloed door het lichaam en komt ook in de hersenen terecht. De straling die van deze stof afkomt, kan worden opgevangen door een scanner.

Vaak wordt hiervoor een speciale MRI- of PET-scanner gebruikt. De scanner maakt op basis van die straling een beeld van de bloedvaten. Zo kunnen artsen precies zien of er iets mis is in de hersenen, zoals een bloeding of een verstopping.

Op deze afbeelding zie je een speciaal apparaat dat wordt gebruikt om kanker te behandelen. Dit apparaat zendt radioactieve straling uit die gericht wordt op de tumor – dat is een gezwel van kankercellen.

De straling zorgt ervoor dat de kankercellen beschadigd raken en afsterven. Gezonde cellen in de buurt proberen artsen zoveel mogelijk te beschermen door heel precies te richten.

Deze behandeling heet radiotherapie. Het helpt om tumoren kleiner te maken of zelfs helemaal weg te halen, zonder dat er een operatie nodig is.

Röntgenstraling

Röntgenstraling is een vorm van straling die iets minder krachtig is dan gamma-straling, maar het is nog steeds ioniserend, dus het heeft nog steeds energie en kan schadelijk zijn bij te veel blootstelling.

Röntgenstraling wordt vooral gebruikt voor het maken van röntgenfoto’s, bijvoorbeeld om te kijken of je een bot gebroken hebt. Deze straling gaat gemakkelijk door zacht weefsel zoals huid, spieren en organen heen, maar niet door botten. Botten houden de röntgenstraling tegen en daardoor verschijnen ze duidelijk wit op de foto. Zacht weefsel wordt donkerder, omdat de straling daar wél doorheen gaat.

Röntgenstraling

Een röntgenapparaat maakt gebruik van een speciale lamp die röntgenstraling uitzendt. Deze straling gaat door je lichaam heen, maar niet overal even goed.

Achter je lichaam zit een gevoelige plaat (of tegenwoordig een digitale sensor). Deze plaat wordt zwart als er röntgenstraling op valt.

Zacht weefsel, zoals je huid en spieren, laat de straling door. Daarom wordt dit op de afbeelding zwart of donker.

Botten houden de straling tegen. Op de plek waar geen straling op de plaat komt, blijft het wit.

UV-straling (ultraviolet straling)

UV-straling (ultraviolet straling)

De zon is onze grootste bron van UV-straling (ultravioletstraling), maar er bestaan ook lampen die speciaal UV-straling uitzenden. Zulke UV-lampen worden bijvoorbeeld gebruikt in zonnebanken.

Behalve UV-straling zenden deze lampen ook een beetje violet licht uit. Aan dit paarse licht kun je zien dat het een UV-lamp is, want UV-straling zelf kun je niet zien.

Als je het lichtspectrum bekijkt (een overzicht van alle soorten licht), dan zit UV-straling net naast violet licht. De naam ultraviolet betekent letterlijk: voorbij het violet.

UV-straling heeft een bijzonder effect op je huid: je wordt er bruin van. Dat komt doordat UV-straling je huidcellen aanzet om meer pigment (melanine) te maken. Te veel UV-straling kan echter schadelijk zijn, daarom moet je je goed beschermen, bijvoorbeeld met zonnebrandcrème of een zonnebril.

Bescherming tegen ioniserende straling

. . . . . . .
Voor zeer sterke ioniserende gamma straling, zoals bij een kerncentrale, heb je dikke lagen beton of lood nodig. Deze materialen houden de straling tegen zodat mensen erachter veilig zijn.	Voor minder sterke straling, zoals röntgenstraling, is een dunne laag lood vaak al genoeg. Daarom dragen laboranten en tandartsen soms een loodschort bij het maken van een röntgenfoto.	UV-straling is minder krachtig, maar nog steeds een beetje ioniserend. Daarom gebruiken we zonnebrandcrème of een zonnebril om onze huid en ogen te beschermen tegen te veel UV-straling van de zon. Maar ook kleding of parasol kan je al beschermen tegen deze straling

Ioniserende straling is gevaarlijk, omdat het je DNA kan beschadigen en daardoor kanker kan veroorzaken. Daarom is het belangrijk om je goed te beschermen.

De manier van bescherming hangt af van hoe sterk de straling is:

Bescherming tegen ioniserende straling

Dit is een enorme koepel die om de onplofte kerncentrale in Chernobyl gebouwd is. Dit is gemaakt van lood en een enorm dikke laag beton.

Zichtbaar licht

Zichtbaar licht

Zichtbaar licht is het deel van de straling dat je met je ogen kunt zien. Het bestaat uit alle kleuren van de regenboog, zoals rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet. Samen vormen deze kleuren wit licht, zoals dat van de zon of een lamp.

Als je het lichtspectrum bekijkt, zit zichtbaar licht tussen infrarood en ultraviolet. Dat betekent dat het minder energie heeft dan UV-straling, maar meer energie dan infraroodstraling

Infraroodstraling

Infraroodstraling

Infraroodstraling is niet ioniserend en dus niet schadelijk. De zon straalt behalve wit licht ook infrarode straling en ultraviolette straling uit. Je kunt infrarode straling (IR-straling) niet zien, maar wel voelen, omdat je huid warm wordt als er IR-straling op valt. 

Als je een spectrum maakt van de straling van een warmtelamp, vind je de IR-straling naast het rood.

De naam ‘infrarood’ betekent letterlijk ‘vóór het rood’.

IR-straling is warmtestraling.

Warmtelampen zijn lampen die naast zichtbaar licht ook infraroodstraling uitstralen. Dit zorgt ervoor dat bijvoorbeeld dieren het niet te koud krijgen

In de meeste afstandsbedieningen zit een infrarood lampje die communiceert met een infrarood ontvanger op een TV.

Onze ogen kunnen infraroodstraling niet zien maar een speciale camera wel. Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt door het legen om in de nacht dingen toch te kunnen zien.

Microgolven (radargolven)

Microgolven (radargolven)

Microgolven zijn een soort niet-ioniserende straling. Dat betekent dat ze niet genoeg energie hebben om DNA te beschadigen.

Je vindt microgolven in de veel verschillende apparaten, zoals:

• In een magnetron om je eten op te warmen.
• In radarsystemen om vliegtuigen te lokaliseren op lange afstanden of in mist of donker.
• In flitspalen om de snelheid van een auto te meten
• In communicatiesystemen zoals Wi-Fi, Bluetooth, RFID en telefoonverbindingen (bijvoorbeeld 4g en 5g)
• In GPS-systemen om je locatie te bepalen

Radiogolven

Radiogolven

Radiogolven zijn een vorm van niet-ioniserende straling. Dat betekent dat ze niet schadelijk zijn voor je lichaam. Ze worden gebruikt om informatie draadloos te verzenden over grote afstanden. Radiogolven worden vaak opgevangen met een antenne. Hoe langer de golflengte, hoe groter de antenne moet zijn.

Bijvoorbeeld:

• Radio-uitzendingen (FM en AM)
• Televisie-uitzendingen: analoge en digitale tv-signalen.
• Communicatie met vliegtuigen en schepen: via radiogolven blijven ze in contact met de grond.
• Walkie-talkies en portofoons: korteafstandsgesprekken via radiogolven.
• Ruimtevaart: communicatie tussen aarde en ruimtestations gebeurt vaak met radiogolven.

Samenvatting - Elektromagnetisch Spectrum

<----------(ioniserende straling)------->

<----------------(niet - ioniserende straling)-------------->

Straling is ioniserend of niet-ioniserend. Ioniserende straling, zoals röntgenstralen, beschadigt DNA en verhoogt kans op kanker. Niet-ioniserende straling, zoals zichtbaar licht en radiogolven, heeft minder energie en is onder normale omstandigheden onschadelijk voor het lichaam.

Je kan je beschermen tegen gamma en röntgenstraling  beschermen met lood en dikke lagen beton. Met zonnebrandcrème bescherm je je tegen ultraviolette straling

Samenvatting - Toepassingen van soorten straling

Verwerkingsvragen

Dit is Huiswerk

In SOM vind je wanneer je dit precies moet af hebben

Opdracht 7.1
a. Welke soort straling komt vrij bij een warme radiator?
b. Welke soorten straling straalt de gloeidraad van een gloeilamp uit?
c. Welke soorten straling worden door de zon uitgezonden?

Opdracht 7.2
Welk soort elektromagnetische straling beweegt ongehinderd dwars door een muur heen?

1. Zichtbaar licht
2. Gammastraling
3. UV-straling

Opdracht 7.3
Welke stelling klopt niet?

1. röntgenstraling is deel van het E.M. spectrum
2. röntgenstraling is niet zichtbaar met het oog
3. röntgenstraling gaat niet door stoffen heen
4. röntgenstraling is schadelijk voor mensen

Kleine frequentie

Grote golflengte

Kleine energie

Grote frequentie

Kleine golflengte

Grote energie

Zet het spectrum op de juiste volgorde

Opdracht 7.4

Infrarood-straling

Radiogolven

Zichtbaar licht

Röntgenstraling

Gamma-straling

Ultraviolet-straling

Opdracht 7.5
Welke van de volgende soorten straling heeft de hoogste energie en is het meest schadelijk voor de gezondheid?

1. Radiogolven
2. Ultraviolet-straling
3. Röntgenstraling
4. Gammastraling

Opdracht 7.6
Leg uit waarom het belangrijk is om jezelf te beschermen tegen ioniserende straling en geef twee manieren waarop je dit kunt doen.

Opdracht 7.7
Noem twee toepassingen van microgolven.

Opdracht 7.8
Je gebruikt een afstandsbediening voor de tv. Welke soort straling wordt hierbij gebruikt?

Opdracht 7.9
Welk soort straling wordt gebruikt om bankbiljetten op echtheid te controleren? (Je mag het opzoeken op internet)
- Wat gebeurt er met het biljet als je dit soort straling erop richt?
- Waarom werkt dit alleen bij echte biljetten en niet bij nepgeld?

Uitwerkingen open vragen

Opdracht 7.1

a. Infrarood

b. zichtbaar licht en infrarood

c. zichtbaar licht, infrarood en ultraviolet

Opdracht 7.6

Het is belangrijk omdat ioniserende straling jouw cellen beschadigd. Je kan er kanker van krijgen. Je kan je beschermen op veel verschillende manieren:

- Jezelf beschermen met lood of een dikke laag beton

- zonnebrand smeren

- straling vermijden

Opdracht 7.7

- Radar (bepalen van posities van vliegtuigen en schepen

- magnetron

- Wi-Fi, bluetooth, 4g, 5g

- flitspalen

Opdracht 7.9

Bankbiljetten worden gecontroleerd met ultraviolet (UV)-straling. Echte bankbiljetten bevatten speciale inkt en vezels die oplichten (fluoresceren) wanneer ze worden beschenen met UV-licht. Deze kenmerken zijn onzichtbaar bij normaal licht, maar worden zichtbaar onder een UV-lamp.

Bijvoorbeeld: op eurobiljetten lichten kleine vezels op in verschillende kleuren (blauw, rood, groen) en sommige delen van het biljet, zoals het waardecijfer of het vlaggetje van de EU, worden fel zichtbaar.

Waarom werkt dit alleen bij echte biljetten?

Valse biljetten missen vaak deze speciale UV-inkt en vezels of gebruiken verkeerde materialen, waardoor ze onder UV-licht niet of anders reageren dan echte biljetten. Zo kun je snel controleren of een biljet echt is.