TSTIDD: SANTÉ-Caractéristiques des ondes électromagnétiques utilisées pour se soigner. Activité_1. Quelles sont les propriétés d'un faisceau laser

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Edmond Lépine
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1 Activité_1. Quelles sont les propriétés d'un faisceau laser 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 1 / 10

Activité_2. Des matériaux transparents (dans le visible), absorbent les UV? http://wiki.scienceamusante.net/index.php?

On ne voit pas le feutre fluo jaune éclairé par une lampe à incandescence. On le voit peu à la lumière des tubes fluorescents, bien à la lumière du jour,très bien à la lumière UV.

Cela dépend de leur composition chimique, car l'absorption correspond à une excitation des électrons des molécules ou des atomes.

L'énergie des radiations et l'effet photoélectrique $ clive http://www.youtube.com/watch?v=nsevsqlmjle, Charge de l' électroscope et de la plaque de Zn : 1.

Les e sont chassés vers l'aiguille et l'axe de l'électroscope qui se repoussent. La plaque de Zn est chargée (+). 3.

2 Activité_2. Des matériaux transparents (dans le visible), absorbent les UV? Une lampe UV éclaire une feuille calque couverte de rectangles de feutres Fluorescents jaune et vert. On ne voit pas le feutre fluo jaune éclairé par une lampe à incandescence. On le voit peu à la lumière des tubes fluorescents, bien à la lumière du jour,très bien à la lumière UV. POURQUOI? Certains matériaux, comme les plastiques et le verre, absorbent les ultraviolets. Cela dépend de leur composition chimique, car l'absorption correspond à une excitation des électrons des molécules ou des atomes. Plus l'épaisseur du matériau est grande, plus l'absorption est forte. Ici le plastique des lunettes. Le quartz absorbe très peu les UV. Activité_3. L'énergie des radiations et l'effet photoélectrique $ clive Charge de l' électroscope et de la plaque de Zn : 1. On frotte une baguette de plexiglass(ou PVC) avec une peau de chat(ou Laine).Elle se charge(-). 2. On approche la baguette de la plaque de Zn.Les e sont chassés vers l'aiguille et l'axe de l'électroscope qui se repoussent. La plaque de Zn est chargée (+). 3. On touche le plateau de l'électroscope avec le doigt, relié à la terre par les pieds.la terre fournit des e attirés par les charges (+) de la plaque de Zn. 4. On retire le doigt et la baguette, les e venant de la terre sont piégés et l'électroscope+plaque Zn sont chargés (-). L'électroscope, donc l' axe et l'aiguille sont chargés (-) et donc se repoussent. La lampe à incandescence, même très proche n'a pas d'effet sur la charge de l'électroscope. Par contre, la lampe UV décharge l'électroscope. POURQUOI? Rappel : ÉNERGIE DU PHOTON c (m/ s) E photon (J )=h. ν(hz )=h. λ (m) 19 1 ev =1,6. 10 J 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 2 / 10

3 Canette «Al» remplie d'eau chaude est peinte de 2 bandes noire et blanche. On laisse une bande nue. On observe les différentes bandes avec une caméra IR ou thermomètre IR qui mesure le flux de rayons IR émis par la canette. 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 3 / 10

1. LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES ET LA SANTÉ Les ondes radio cm<λ <m sont utilisées pour l' IRM. 2. RAYONNEMENT, TEMPÉRATURE ET longueur d'onde.

Les corps froid émettent des ondes radio (Rayonnement 3K du fond cosmologique).

K) LOI DE STEFAN : Température et rayonnement M (W /m²)=ϵ. σ. T 4 ; T (K ) ; σ=5,67. 10 8 ( W.m 2.

4 1. LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES ET LA SANTÉ Les ondes radio cm<λ <m sont utilisées pour l' IRM. 2. RAYONNEMENT, TEMPÉRATURE ET longueur d'onde. Les corps chauds émettent un rayonnement de grande intensité et de courte longueur d'onde. Les corps à température ambiante émettent en IR. Les corps froid émettent des ondes radio (Rayonnement 3K du fond cosmologique). LOI DE WIEN : Elle donne la longueur d'onde λ max qui correspond au maximum d'émission du corps à T(K). λ max (m)= A T (K ) ; A = 2, ³(m.K) LOI DE STEFAN : Température et rayonnement M (W /m²)=ϵ. σ. T 4 ; T (K ) ; σ=5, ( W.m 2. K 4 ) ; 0< ϵ<1 émissivité dépend du matériau et de l'état de surface (mat, lisse, brillant...). Elle indique la capacité à émettre son énergie interne par rayonnement ; ϵ=1 (corps noir)et ϵ=0 puissance de rayonnement nulle 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 4 / 10

$Lors de la rencontre avec un obstacle, il y a diffraction ; Lors d'un changement de milieu, il y a réflexion et réfraction.$

5 3. PROPAGATION DES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES Dans un milieu homogène et isotrope, l'onde électromagnétique se propage en ligne droite. Lors de la rencontre avec un obstacle, il y a diffraction ; Lors d'un changement de milieu, il y a réflexion et réfraction. Lorsque la lumière arrive sur la matière, ces atomes et molécules peuvent réagir de diverses manières : absorption, fluorescence, transmission, réfraction, réflexion, diffusion. Diffusion Lorsqu'une onde rencontre un atome, elle se diffuse sur celui-ci, elle change de direction. (exemple : la diffusion de la lumière solaire sur les molécules de l'air qui lui donne sa couleur bleue) ABSORPTION : Au niveau des photons, l'absorption représente le phénomène par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre particule, par exemple un atome dont les électrons de valence effectuent une transition entre 2 niveaux d'énergie électronique. Le photon est alors détruit par l'opération, l'énergie électromagnétique est absorbée et transformée en énergie électronique. Une onde électromagnétique est une variation périodique de champ électrique et magnétique. Cette onde peut être absorbée par un récepteur qui possède un moment dipolaire(exemple : molécule polaire). Soumis à une attraction sinusoïdale un dipôle peut se mettre à tourner(micro-ondes) ou à vibrer(ir). Pour les énergies plus fortes la liaison peut être rompue(visible, Rayons X ou γ ). L'ABSORPTION DES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES DÉPEND DE LEUR LONGUEUR D'ONDE ET DE LA MATIÈRE RECEVANT L'ONDE. ABSORPTION DES RAYONS X EN RADIOGRAPHIE : I =I 0. e (µ.x) ; I intensité du rayonnement. µ (m ¹) coefficient d'absorption linéique dépend de la longueur d'onde nature de la matière traversée. λ des rayons X et de la L'absorption est d'autant plus grande que λ (m) et l'épaisseur sont grandes, le N atomique Z est grand Fe(Z=26) absorbe mieux que Al (Z=13) 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 5 / 10

Sur un cliché radiographique les os apparaissent en blanc et les poumons apparaissent en noir.

6 APPLICATION À LA RADIOGRAPHIE :(CNED_RytEM_Sante.pdf) Lors d une radiographie, un faisceau de rayons X traverse le corps du patient. Plus les rayons X impressionnent la plaque photographique située derrière le patient et plus celle-ci noircira. Sur un cliché radiographique les os apparaissent en blanc et les poumons apparaissent en noir. Les os contiennent les éléments P (Z = 15) ; Ca (Z = 20) Les poumons contiennent principalement des éléments : O (Z = 8), N (Z = 7), C (Z = 6) et H (Z = 1). Une zone noire correspond à une partie du faisceau qui n a pas été atténuée (ou alors très faiblement). Une zone blanche correspond à une partie qui n a pas reçu de photons (cette partie du faisceau a été arrêtée). Une zone grise correspond à une partie du faisceau qui a été partiellement atténuée. 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 6 / 10

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8 5 LOI DE WIEN : 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 8 / 10

ANNEXE 1. http://www.lct.jussieu.fr/pagesperso/chaquin/9.spectro1.

9 ANNEXE 1. Nous limiterons aux spectroscopies liées aux trois formes d énergie moléculaire suivantes : énergie de rotation(des molécules), énergie de vibration (des molécules) et énergie électronique(atomes ou molécules). L énergie de translation, qui n est pas quantifiée, ne donne pas lieu à une spectroscopie. Les atomes donnent lieu à la seule spectroscopie électronique(absorption en fonction des niveaux d'énergie électroniques). La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes, dont la longueur d'onde est beaucoup plus grande que la taille des particules diffusantes. On parle de diffusion élastique, car cela se fait sans variation d'énergie, autrement dit l'onde conserve la même longueur d'onde. L'atmosphère terrestre diffuse les rayonnements provenant du soleil, d'autant plus que leur longueur d'onde est courte ce qui correspond, dans le spectre visible, aux couleurs proches du violet. La diffusion Rayleigh, avec sa loi en 1/λ4, indique que le violet est environ seize fois plus diffusé que le rouge. D'un autre côté, la Loi du corps noir affirme que le rayonnement du Soleil est maximum dans le vert, où l'œil humain en vision photopique présente un pic de sensibilité (aux environs de 555 nm), tandis que la sensibilité au violet est 100 fois plus faible. Ceci conduit à la perception d'un ciel bleu. 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 9 / 10

10 ANNEXE 2. DIFFUSION Exemples de patrons de diffusion selon la taille des diffuseurs par rapport à la longueur d'onde. L'onde incidente arrive par la gauche. De gauche à droite : diffusion de Rayleigh ( λ Φ particule ), diffusion de Mie pour de petites particules (régime résonnant) et pour de grosses particules (régime spéculaire:miroir). 14/05/13-TSTIDD_SanteOndEM.odt-Djl-Page: 10 / 10

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