H6.4 B2TH Infrarode en ultraviolette straling

• Nask / Techniek
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 1

• Je schrift 
• Pen en potlood
• Liniaal/geodriehoek 

Pak alvast:

Wat gaan we deze les doen?

1. Herhaling: Spiegelbeelden tekenen
2. Uitleg: H6.4 Infrarode en ultraviolette straling
3. Demo - Fluorescentie
4. Demo - IR-camera

Oefenopdracht

Oefenopdracht

HERHALING

Opdracht 1

Opdracht 2

Oefenopdracht

HERHALING

Opdracht 3

Je kunt uitleggen wat een spectrum is en hoe je een spectrum zichtbaar maakt.

Spectraal kleuren

• Het witte licht van de zon bestaat uit alle kleuren van de regenboog.
  
• Dat kun je aantonen met een prisma
  
• Op een scherm achter het prisma is dan een reeks kleuren te zien: een spectrum.
  
• Zonlicht is een mengsel is van verschillende spectraalkleuren (de zuivere kleuren in het spectrum).

Je kunt uitleggen hoe je een voorwerp met een bepaalde kleur ziet bij verschillende kleuren licht.

Het spectrum van lamplicht

• In het licht van een natriumlamp ziet de wereld er heel anders uit dan je gewend bent. 
• Een paarse trui lijkt donkergrijs of zwart. 
• De trui absorbeert het gele licht van de natriumlamp bijna volledig.  
• Een witte trui en een gele trui lijken onder een natriumlamp allebei geel. 
• Het gele licht van de natriumlamp wordt door de twee truien even sterk teruggekaatst.

Doel: het effect van licht van één kleur laten zien.

Nodig: een natriumlamp, vellen gekleurd papier. (Via de gemeente kun je waarschijnlijk wel aan een natriumlamp voor straatverlichting komen.)

Uitvoering: Zet de lamp op tijd aan (het duurt even voordat hij het gewenste felle gele licht geeft.) Verduister het lokaal. Doe het gewone licht uit als de lamp goed brandt. Laat de leerlingen raden welke kleur de vellen papier hebben. Doe nu het licht aan (natriumlamp laten branden) en laat ze zien wat de werkelijke kleur is.

Doe het licht weer uit. Laat een leerling met een veelkleurige trui of iets dergelijks bij de lamp komen staan. Bespreek met de leerlingen welk effect de lamp heeft.

N.B. Een natriumlamp geeft, behalve de bekende Na-lijn met een golflengte van 589 nm, ook nog zwak licht met andere golflengten. Dit komt doordat de lamp ook startgassen bevat.

Je kunt benoemen waar infrarode en ultraviolette straling zich in het spectrum bevinden

Infrarode straling

• Alle voorwerpen om je heen zijn bronnen van infrarode straling (ir-straling)
  
• Hoe hoger de temperatuur, des te meer straling
• Warmtelampen zenden (vooral) veel infrarode straling uit.
• Infrarood betekent letterlijk: vóór het rood. (Omdat het spectrum zich voor het rood bevind)

Alle voorwerpen om je heen, maar ook mensen en dieren, zijn bronnen van infrarode straling (ir-straling). Hoe hoger de temperatuur van het voorwerp, des te meer straling het uitzendt. Dat merk je bijvoorbeeld als je een hand voor een hete radiator houdt. Je voelt dat je hand warm wordt, doordat die de infrarode straling van de radiator absorbeert.

Warmtelampen zenden, behalve een beetje rood licht, vooral veel infrarode straling uit. Ze worden veel gebruikt om pasgeboren jonge dieren warm te houden (figuur 1), maar je komt ze ook tegen in terrasverwarmingen en infraroodsauna’s. Mensen en dieren ervaren de straling die deze lampen uitzenden, als ‘aangenaam warm’.

Als je een spectrum maakt van een warmtelamp, vind je de infrarode straling naast het rood. Om dat vast te stellen, kun je een sensor gebruiken die gevoelig is voor infrarode straling. Er bestaan ook infraroodcamera’s, waarmee je infrarode straling kunt fotograferen. De naam ‘infrarood’ betekent letterlijk ‘vóór het rood’.

Je kunt kenmerken benoemen van infrarode en ultraviolette straling.

Toepassingen van infrarode straling

• Afstandsbediening van apparaten 
• Bewegingssensor (in een buitenlamp) 
• Alarminstallaties of winkeldeuren
• Nachtkijkers (in het leger)

Infrarode straling wordt onder andere toegepast in de afstandsbediening van apparaten. In zo’n afstandsbediening zit een led die infrarode straling produceert. Als je op een knopje drukt, zendt de led een reeks infrarode ‘flitsen’ uit. Dit signaal wordt opgevangen door een infraroodsensor in het apparaat en daarna verwerkt door de elektronica.

Van infrarode straling wordt ook gebruikgemaakt in automatische schakelingen. De sensor in een buitenlamp reageert bijvoorbeeld op infrarode straling die door voorbijlopende mensen wordt uitgestraald. De sensor schakelt dan de stroom in, zodat de lamp gaat branden (figuur 2).

Infraroodsensoren vind je ook in alarminstallaties en in winkeldeuren die automatisch openen en sluiten. In het leger worden nachtkijkers gebruikt die onzichtbare infrarode straling omzetten in een zichtbaar beeld

Je kunt benoemen waar infrarode en ultraviolette straling zich in het spectrum bevinden

Ultraviolette straling

• De zon straalt (behalve licht) ook ultraviolette straling (uv-straling) uit
• Te veel uv-straling is gevaarlijk, je kunt 'verbranden'. Je huidcellen raken dan beschadigd 
• Zonnebrandcrème bevat een uv-filter 
• Beschermingsfactor zegt hoeveel keer langer je in de zon kan liggen
• Factor 20 is dus 20x zo lang t.o.v. de periode die jij in de zon kan liggen zonder crème

Als je in de zon ligt, valt er behalve licht ook ultraviolette straling (uv-straling) op je huid. Je huid reageert daarop door extra kleurstof aan te maken: je wordt bruin. De kleurstof die je huid bruin kleurt, heeft een beschermende werking. Daardoor kun je langer in de zon blijven als je huid eenmaal bruin is.

Als er te veel ultraviolette straling op je huid terechtkomt, kun je last krijgen van zonnebrand. Je huid wordt dan rood en pijnlijk. Dat is een teken dat je huidcellen beschadigd zijn. Dat is niet alleen vervelend, maar levert ook risico voor je gezondheid op: te veel ultraviolette straling vergroot de kans op huidkanker. Vandaar dat mensen worden opgeroepen ‘verstandig te zonnen’ (figuur 3).

Zonnebrandcrème bevat een uv-filter dat een deel van de ultraviolette straling tegenhoudt. Als je zo’n crème gebruikt, verbrand je minder snel. Op de verpakking staat de beschermingsfactor vermeld. Dit getal geeft aan hoeveel keer langer je in de zon kunt blijven. Een crème met factor 10 maakt die tijd bijvoorbeeld tien keer zo lang. Als je zonder crème 5 minuten kunt zonnen, wordt dat met de crème dus 10 × 5 = 50 minuten.

Je kunt toepassingen noemen van infrarode en ultraviolette straling/Je kunt benoemen waar infrarode en ultraviolette straling zich in het spectrum bevinden/Je kunt uitleggen wat de gevaren zijn van uv-straling

UV-lampen

• Er zijn lampen die vooral uv-straling uitzenden: uv-lampen
• Zonnebanken en blacklightlampen 
• Deze lampen geven ook een beetje violet licht
• Ultraviolet betekent letterlijk: 'voorbij het violet'
• uv-straling kan sommige stoffen sterk oplichten: fluoresceren 
• Onder een uv-lamp licht fluorescerende inkt op (bv bij bankbiljet) 

Er zijn lampen die vooral ultraviolette straling uitzenden. Denk aan de uv-lampen in zonnebanken en de blacklightlampen in discotheken. Behalve ultraviolette straling geven deze lampen ook een beetje violet licht. Aan dit violette licht kun je uv-lampen en blacklightlampen herkennen.

Als je een spectrum maakt van een uv-lamp, vind je de ultraviolette straling naast het violet. Dat kun je nagaan door de hoeveelheid ultraviolette straling te meten met een uv-sensor. De naam ‘ultraviolet’ betekent letterlijk ‘voorbij het violet’ (figuur 4).

Ultraviolette straling kan sommige stoffen sterk oplichten. Dit wordt fluoresceren genoemd. Fluorescerende stoffen worden onder andere toegepast in tl-buizen en bankbiljetten. Onder een uv-lamp licht de fluorescerende inkt van een echt bankbiljet duidelijk op; een vervalsing waarvoor geen fluorescerende inkt gebruikt is, doet dat niet (figuur 5).

Je kunt de eigenschappen van drie soorten uv-straling noemen

Drie soorten ultraviolette straling

Uv-A-straling en uv-B-straling kunnen door de huid dringen. Uv-C-straling bereikt de aarde niet.

• Uv-A-straling: grootste deel van de uv-straling. Deze straling wordt niet tegengehouden door bewolking of glas. Ze veroorzaakt huidveroudering, rimpels, huidvlekjes en melanoom, de gevaarlijkste vorm van huidkanker. 
• Uv-B-straling: klein gedeelte (ongeveer 2%) van uv-straling. Hoogtepunt tussen 12 en 15 uur. Uv-B-straling zorgt voor een bruine tint van de huid en voor de aanmaak van vitamine D. De uv-B-straling van de zon beschadigt daarnaast de buitenste laag van de huid, veroorzaakt zonnebrand en vergroot de kans op huidkanker.
  
• Uv-C-straling: wordt tegengehouden door de ozonlaag en bereikt de aarde dus niet. Gelukkig, want deze straling is bijzonder gevaarlijk voor de huid en de ogen. Uv-C-straling zet zuurstof om in ozon en draagt bij tot het in stand houden van de ozonlaag.

De voornaamste bron voor ultraviolette straling op aarde is de zon. Alle uv-straling is schadelijk voor de huid (figuur 6). Uv-A-straling en uv-B-straling kunnen door de huid dringen. Uv-C-straling bereikt de aarde niet.

• Uv-A-straling vormt het grootste deel van de ultraviolette straling. Deze straling wordt niet tegengehouden door bewolking of glas en ze is het hele jaar door aanwezig. Ze veroorzaakt huidveroudering, rimpels, huidvlekjes en melanoom, de gevaarlijkste vorm van huidkanker. Uv-A-straling veroorzaakt ook het verkleuren van stoffen en verf.

• Uv-B-straling vormt een klein gedeelte (ongeveer 2%) van de ultraviolette straling. In Nederland bereikt deze straling haar hoogtepunt tussen 12 en 15 uur. Uv-B-straling zorgt voor een bruine tint van de huid en voor de aanmaak van vitamine D. Maar de uv-B-straling van de zon beschadigt daarnaast de buitenste laag van de huid, veroorzaakt zonnebrand en vergroot de kans op huidkanker.

• Uv-C-straling wordt tegengehouden door de ozonlaag en bereikt de aarde dus niet. Gelukkig maar, want deze straling is bijzonder gevaarlijk voor de huid en de ogen. Uv-C-straling zet zuurstof om in ozon en draagt bij tot het in stand houden van de ozonlaag.

Doel: het effect van licht van één kleur laten zien.

Nodig: een natriumlamp, vellen gekleurd papier. (Via de gemeente kun je waarschijnlijk wel aan een natriumlamp voor straatverlichting komen.)

Uitvoering: Zet de lamp op tijd aan (het duurt even voordat hij het gewenste felle gele licht geeft.) Verduister het lokaal. Doe het gewone licht uit als de lamp goed brandt. Laat de leerlingen raden welke kleur de vellen papier hebben. Doe nu het licht aan (natriumlamp laten branden) en laat ze zien wat de werkelijke kleur is.

Doe het licht weer uit. Laat een leerling met een veelkleurige trui of iets dergelijks bij de lamp komen staan. Bespreek met de leerlingen welk effect de lamp heeft.

N.B. Een natriumlamp geeft, behalve de bekende Na-lijn met een golflengte van 589 nm, ook nog zwak licht met andere golflengten. Dit komt doordat de lamp ook startgassen bevat.

Doel: het effect van licht van één kleur laten zien.

Nodig: een natriumlamp, vellen gekleurd papier. (Via de gemeente kun je waarschijnlijk wel aan een natriumlamp voor straatverlichting komen.)

Uitvoering: Zet de lamp op tijd aan (het duurt even voordat hij het gewenste felle gele licht geeft.) Verduister het lokaal. Doe het gewone licht uit als de lamp goed brandt. Laat de leerlingen raden welke kleur de vellen papier hebben. Doe nu het licht aan (natriumlamp laten branden) en laat ze zien wat de werkelijke kleur is.

Doe het licht weer uit. Laat een leerling met een veelkleurige trui of iets dergelijks bij de lamp komen staan. Bespreek met de leerlingen welk effect de lamp heeft.

N.B. Een natriumlamp geeft, behalve de bekende Na-lijn met een golflengte van 589 nm, ook nog zwak licht met andere golflengten. Dit komt doordat de lamp ook startgassen bevat.

Schrijf 3 dingen op die je deze les hebt geleerd.

Stel 1 vraag over iets dat je nog niet zo goed hebt begrepen.