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Spectre Électromagnétique

Plans de Leçon par Oliver Smith

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Spectre Électromagnétique | Spectre de Lumière


Le spectre électromagnétique, ou spectre EM, est tout autour de nous. La lumière que nous voyons, les micro-ondes qui nous permettent d’utiliser nos téléphones cellulaires, les ondes radio utilisées pour diffuser de la musique dans nos voitures et les rayons gamma utilisés pour traiter le cancer sont toutes des ondes identiques ne variant que par la longueur et la fréquence d’onde. Le spectre électromagnétique a de nombreuses utilisations qui ont changé notre mode de vie. Parallèlement à cela, ils présentent également des risques. Les rayons gamma ont le plus d'énergie et peuvent causer le cancer, mais il existe de nombreux autres types de radiations pouvant nuire aux humains.


Activités étudiantes pour Spectre Électromagnétique Inclure:



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Informations de base sur le spectre EM pour les enseignants

Le spectre électromagnétique est une manière d’organiser les différents types de rayonnement EM que l’on trouve dans l’univers. Il s’agit d’un spectre continu, c’est-à-dire où une partie se termine, une autre commence sans lacunes. Les parties du spectre EM ont toutes un point commun: elles se déplacent toutes à la même vitesse dans le vide. Toutes les vagues voyagent à 3 x 10 8 m / s ou 300 000 000 m / s. Les différentes parties ont toutes des utilisations et des dangers différents liés à leur longueur d'onde et à leur fréquence. À mesure que la fréquence augmente (et que la longueur d'onde diminue), l'énergie des vagues augmente. La fréquence et la longueur d'onde des ondes sont associées à l'aide de v = fλ, où v est la vitesse mesurée en m / s, f est la fréquence mesurée en Hertz et λ est la longueur d'onde mesurée en m.

Dispositif mnémonique pour les types de rayonnement électromagnétique


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Red Monkeys in Vans Use Xray Glasses
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Types de rayonnement électromagnétique

Les ondes radioélectriques ont la plus grande longueur d'onde, la plus basse fréquence et la plus basse énergie. Les ondes radio sont utilisées pour la diffusion et la communication. Il n'y a pas de réel danger associé aux ondes radio car leur énergie est si basse. Heinrich Hertz a découvert les ondes radio et les a utilisées pour montrer que la théorie de l'électromagnétisme de James Clerk Maxwell était correcte.


Les micro - ondes ont la deuxième longueur d'onde la plus longue. Ils sont le plus souvent connus pour leur utilisation dans les fours à micro-ondes. Les fours à micro-ondes fonctionnent en faisant vibrer les molécules d'eau dans vos aliments. Le four à micro-ondes a été inventé par Percy Spence et le premier four à micro-ondes commercial a été fabriqué en 1947. Le four à micro-ondes original coûte 5 000 $! Les micro-ondes sont également utilisées dans les téléphones mobiles, ce qui nous permet de communiquer avec des personnes du monde entier. Les micro-ondes peuvent être dangereux. Si vous mettiez une personne dans un four à micro-ondes, les molécules d'eau à l'intérieur du corps seraient chauffées et les tissus internes cuits.


L'infrarouge est ce que nous, les humains, ressentons comme de la chaleur ou de la chaleur. Il est utilisé en imagerie thermique. La police l'utilise la nuit pour trouver des personnes qui se cachent. Même si le fugitif ne réfléchit aucune lumière visible, il émettra quand même des rayons infrarouges. L'infrarouge est également utilisé dans la communication par fibre optique. La communication par fibre optique se produit lorsque l’information est envoyée sur de longs câbles optiques en utilisant l’infrarouge en renvoyant le signal des côtés de la fibre. Trop d’infrarouge peut causer des brûlures à la peau.


La lumière visible est la gamme étroite de rayonnement EM que nous pouvons voir. La lumière blanche est composée de 7 couleurs: rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet. Nous pouvons utiliser un prisme pour scinder la lumière en ses couleurs constitutives car les différentes longueurs d'onde réfractent des quantités différentes; La séparation de la lumière comme ceci s'appelle la dispersion. Une bonne façon de s'en souvenir est de penser aux lettres qui portent un nom - Roy G. Biv. Pendant la majeure partie de l'histoire de l'humanité, la lumière visible était le seul type de rayonnement qui existait avant la découverte de l'infrarouge par Herschel. La lumière visible a de nombreuses utilisations, notamment la télescopie optique et la microscopie optique. Il n’ya pas de réel danger, mais trop de lumière visible peut endommager les yeux.


L'ultraviolet a été découvert par Johann Ritter un an après la découverte de l'infrarouge. Il a réalisé une expérience dans laquelle il a mesuré la rapidité avec laquelle le chlorure d'argent est passé du blanc au noir lorsqu'il a été exposé à différentes couleurs de lumière. Ritter a découvert que le chlorure d'argent devenait noir et que le plus rapide venait de dépasser le violet dans la partie invisible du spectre. Nous le connaissons maintenant sous le nom de rayonnement UV. Les rayons UV sont le rayonnement qui fait bronzer la peau et sont utilisés dans les lits de bronzage. Il est également utilisé pour vérifier les faux billets: en utilisant un type d’encre spécial qui absorbe les UV et émet des motifs de lumière visible peut être imprimé sur les billets qui semblent briller quand ils sont placés sous une lampe UV. Les caissiers peuvent vérifier les factures pour voir s’ils portent ces marques. Les UV peuvent également être utilisés pour stériliser l'eau de boisson car ils peuvent tuer des microorganismes nuisibles en perturbant leur ADN. Une exposition élevée aux UV peut également augmenter le risque de cancer de la peau. C'est pourquoi les médecins recommandent de porter un écran solaire les jours de soleil.


Les rayons X ont été découverts par Wilhelm Röntgen et s'appelaient à l'origine des rayons X parce qu'ils étaient d'origine inconnue, tout comme en mathématiques la variable inconnue s'appelle souvent 'x'. Ils sont couramment utilisés pour l'imagerie médicale et la sécurité. Les rayons X sont très pénétrants, ce qui signifie qu’ils sont difficiles à arrêter; Cela leur permet d'être utilisé pour créer des images d'os. Ils ne sont absorbés que par un matériau dense comme l'os et le métal et peuvent facilement traverser les tissus mous. Ils sont également utilisés pour la sécurité des aéroports, permettant aux agents de sécurité de vérifier l'intérieur des bagages d'un passager sans avoir à ouvrir la valise. Les rayons X sont ionisants et peuvent causer le cancer. C’est la raison pour laquelle les radiographes des hôpitaux se tiennent derrière un écran ou quittent la pièce lorsqu’ils font une radiographie.


Les rayons gamma sont les ondes électromagnétiques à plus haute énergie. Ils ont la longueur d'onde la plus courte et la fréquence la plus élevée. Ils sont extrêmement ionisants et pénétrants. Ils peuvent être très dangereux pour la santé humaine et sont liés au développement du cancer. En plus d'être une cause de cancer, ils peuvent également être utilisés pour traiter le cancer. Cela peut sembler contre-intuitif: "Comment un type de rayonnement peut-il causer et traiter le cancer?" En bref, la réponse à cette question est que les rayons gamma endommagent les cellules. Lorsque cela se produit, les cellules saines peuvent être modifiées et provoquer le cancer. Lorsque les cellules cancéreuses sont exposées aux rayons gamma, elles sont également endommagées et peuvent être tuées. Cela peut aider à arrêter la propagation du cancer. Le scientifique français Paul Villard a découvert les rayons gamma au début du XX e siècle, alors qu'il expérimentait le radon.


Idées de plan de leçon de spectre EM supplémentaires

  1. Demandez à vos élèves de créer un scénarimage pour montrer ce que serait le monde sans micro-ondes.
  2. Demandez à vos élèves de créer une affiche sur la sécurité destinée aux professionnels de la santé travaillant dans un hôpital. Comment peuvent-ils se protéger des ondes nocives EM utilisées dans les hôpitaux?
  3. Demandez aux élèves de créer leurs propres dispositifs mnémoniques pour rappeler l'ordre au spectre EM (ou les couleurs de la lumière) et de les visualiser pour les aider à s'en souvenir.


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