COMPÉTENCES EXIGIBLES Associer la propagation

Wilhelm Conrad Roentgen

Description

Niveau: Secondaire, Lycée
COMPÉTENCES EXIGIBLES Associer la propagation d'une onde à un transfert d'énergie sans déplace- ment de matière. Distinguer une onde longitudinale d'une onde transversale. Défi nir quelques gran- deurs physiques associées à une onde mécanique : célérité, amplitude, pé- riode, fréquence, longueur d'onde. Onde ultrasonore : Mesu- rer la célérité d'une onde sonore ou ultrasonore. Déterminer expérimentale- ment des distances à partir de la propagation d'un si- gnal. Associer les énergies transmises et réfl échies à la nature des différents milieux. (voir chapitre « confort acoustique ») Ondes électromagné- tiques : classer les ondes électromagnétiques selon leur fréquence, leur lon- gueur d'onde dans le vide et leur énergie. Analyser qualitativement l'infl uence d'un milieu sur la transmis- sion d'une onde électroma- gnétique Le rayonnement laser : Extraire d'une documen- tation les principales caractéristiques d'un laser et les différents types de soins effectués à l'aide des lasers. Mettre en évidence expérimentalement les propriétés d'un faisceau laser en respectant les consignes de sécurité. \180 11. Les ondes au service de la santé pôle 4 \ santé s i tua t ion prob lème Pourquoi étudier « Les ondes comme outils du diagnostic médical » en STL-STi2D ? Pour comprendre le fonctionnement des différents imageurs médicaux Pour comprendre les effets des ondes sonores et électromagnétiques sur le corps humain Pour savoir parler des différentes utilisations des lasers 1.

• lon- gueur d'onde dans le vide


• étranges rayonnements


• rayonnement laser


• onde


• chauffage micro-ondes


• proche en proche


• pm pm

Sujets

• Physique-chimie
• Savoir
• Roentgen
• brevet

Informations

• Publié par: sucun
• Nombre de lectures: 142
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

11. Les ondes au
service de la santé
COMPÉTENCES Pourquoi étudier « Les ondes comme outils du
EXIGIBLES diagnostic médical » en STL-STi2D ?
Associer la propagation
d’une onde à un transfert Pour comprendre le fonctionnement des différents
d’énergie sans déplace- imageurs médicaux
ment de matière.endre les effets des ondes sonores et
Distinguer une onde
électromagnétiques sur le corps humainlongitudinale d’une onde
transversale. Pour savoir parler des différentes utilisations des
Défi nir quelques gran- lasers
deurs physiques associées
à une onde mécanique : situation problème
célérité, amplitude, pé-
riode, fréquence, longueur
d’onde. 1. Propagation ou déplacement ?
Onde ultrasonore : Mesu-
Les vagues Le courrier
rer la célérité d’une onde
provoquées par est-il
sonore ou ultrasonore.
la chute des propagé ou Déterminer expérimentale-
gouttes d’eau se déplacé ?ment des distances à partir
propagent ou se de la propagation d’un si-
déplacent ?gnal. Associer les énergies
transmises et réfl échies
à la nature des différents
milieux. (voir chapitre
« confort acoustique ») 2. Énergie solaire
Ondes électromagné-
Comment l’énergie solaire fait-elle pour franchir tiques : classer les ondes
l’espace entre le Soleil et la Terre ?électromagnétiques selon
leur fréquence, leur lon-
gueur d’onde dans le vide
et leur énergie. Analyser
qualitativement l’infl uence 3. Découverte des rayons « invisibles »
d’un milieu sur la transmis-
Les rayons X ont été découverts, par hasard, en 1895 par le physicien sion d’une onde électroma-
allemand Wilhelm Conrad Roentgen (1845 – 1923). Il étudiait les rayons gnétique
cathodiques émis par un tube cathodique. L’idée lui vint de recouvrir le Le rayonnement laser :
tube émetteur d’un carton noir pour mieux observer l’extrémité du tube Extraire d’une documen-
sur laquelle se projetaient les rayons cathodiques. Roentgen constata tation les principales
alors la brillance d’un écran disposé au-delà du carton. Il venait de caractéristiques d’un laser
découvrir un type de rayonnement méconnu jusqu’alors, capable de et les différents types de
traverser le carton et le verre mais qui est arrêté par le plomb. De plus, soins effectués à l’aide des
lasers. Mettre en évidence ces étranges rayonnements sont capables d’impressionner les plaques
expérimentalement les photographiques. Roentgen décide de dénommer ce rayonnement par
propriétés d’un faisceau la lettre de l’inconnue mathématique : les rayons X. À la fi n de l’année
laser en respectant les 1895, il réalise la toute première radiographie de l’histoire, celle de la
consignes de sécurité. main de son épouse, Berta Roentgen.
\180 pôle 4 \ santé
P4_11.indd 180 06/05/11 15:25situation problème
C’est une révolution presque instantanée puisque les premiers services d’imagerie médicale
ouvrent au début de l’année 1896. Roentgen reçoit le tout premier prix Nobel de physique en
1901. Dans l’intérêt de la médecine, il ne dépose pas de brevet sur sa découverte.
Illustration historique de
l’expérience de Roentgen
re1 radiographie de Wilhelm Conrad
l’histoire : la main Roentgen
(1845 – 1923) de Berta Roentgen,
épouse de Conrad
Les rayons X sont capables
de traverser le carton qui
recouvre le tube cathodique !
1\ Citer un appareil utilisant un tube cathodique.
2\ En observant la première radiographie de l’histoire, sélectionner les termes
exacts dans la phrase suivante :
« Les rayons X traversent/ne traversent pas les tissus mous, mais traversent/ne
traversent pas les os ».
3\ Qu’est-ce que le prix Nobel ?
4. Quel type de radiation pour quel type d’utilisation ?
Les ondes électromagnétiques ont de nombreuses applications en imagerie. Saurez-vous
reconnaître quel type d’onde est utilisé dans ces différentes applications ?
Rayons X U.V. I.R. Rayons X U.V. I.R. Rayons X U.V. I.R.
11 / les ondes au service de la santé 181/
P4_11.indd 181 06/05/11 15:25essentiel de cours
VOCABULAIRE Savoir
[Onde] Les ondes
Vibration se propageant
Une onde est caractérisée par sa célérité v, son amplitude, sa période de proche en proche. Une
onde transporte de T, sa fréquence f et sa longueur d’onde λ.
l’énergie sans
T et f sont reliés par la relation où f s’exprime en Hz et T en sdéplacement de matière
[Onde mécanique]
λ, T et f sont reliés par la relation L où λ s’exprime en m, v en Onde qui utilise un
–1support matériel comme m·s , T en s et f en Hz.
milieu de propagation
Les ondes ultrasonores[Onde transversale]
Onde dont la vibration est L’onde ultrasonore est une onde mécanique périodique longitudinale
perpendiculaire à la
dont les caractéristiques ont été détaillées dans le chapitre 5. Elles sont
direction de propagation
utilisées en échographie.
[Onde longitudinale]
Onde dont la vibration est Les ondes électromagnétiques
dans la même direction
que la direction de Une onde électromagnétique est une vibration périodique d’un champ
propagation électrique et d’un champ magnétique qui se propage de proche en
proche. C’est une onde périodique transversale.[Amplitude d’une
onde]
Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la
Nombre positif
–1vitesse de 299 792 458 m·s .caractérisant l’ampleur
de la vibration de l’onde –1 8 –1 –1c = 299 792 458 m·s ≈ 3,00 × 10 m·s ≈ 300 000 km·s
par rapport à sa valeur
Remarque : Dans l’air, la célérité des ondes électromagnétiques est moyenne
quasiment identique à celle dans le vide.
[Période T d’une
Les ondes électromagnétiques peuvent être décomposées en différents onde]
domaines :Durée au bout de laquelle
la vibration se répète Type de Domaine Domaine des Applications
radiation des Effets sur fréquences[Fréquence f d’une Domaine des à la santé
électro- longueurs le corps onde] énergies (*) et à la vie
magné- d’ondes humain
Nombre de fois que la courante
tique l
vibration se répète par
au-dessus deseconde. Médecine Rayonne-–14rayons en dessous de au-dessus de 2 10 J
nucléaire ment ioni-
19[Longueur d’onde] gamma γ 0,01 nm 3 10 Hz (Au-dessus de
sant (**)
5Distance parcourue par 10 eV)
une onde sinusoïdale en –14de 2 10 J
Radiographie Rayonne-un temps égal à sa 19 –17de 0,01 nm de 3 10 Hz à 2 10 J
rayons X et tomoden- ment ioni-période T. 16 5à 10 nm à 3 10 Hz (de 10 eV à
sitométrie sant (**)
100 eV)
Stérilisa-
–17de 2 10 J Stérilisation, tion, bron-
16 –19ultraviolet de 10 nm à de 3 10 Hz à 5 10 J bronzage et zage, risque
UV 400 nm à 750 THz (de 100 eV protection de de cancers
la peau si exposition à 3 eV)
prolongée
\182 pôle 4 \ santé
P4_11.indd 182 06/05/11 15:25
G5WDWp5GLGessentiel de cours
Domaine des Type de Domaine des
Applications à la fréquencesradiation longueurs Domaine des Effets sur le
santé et à la vie
électroma- d’ondes énergies (*) corps humain
courante
gnétique l
–19de 5 10 J à
de 400 Laser
–19de 750 THz à 2 10 J
visible chirurgical, Visionnm à
375 THz (de 3 eV à
800 nm luminothérapie
2 eV)
–19de 2 10 J à
de 800 –22infrarouge de 375 THz à 2 10 J Sensation de
nm à Thermomètre IR
IR 300 GHz (de 2 eV à chaleur
1 mm
1 meV)
En dessous de Télécommunica-
Léger –22ondes au-delà de En dessous de 2 10 J tions,
échauffement
hertziennes 1 mm 300 GHz (En dessous de chauffage
des tissus
1 meV) micro-ondes,…
–19(*) L’énergie d’une onde s’exprime en Joule (J) ou en électronvolt (eV). 1 J = 1,602 × 10 eV
(**) Les rayonnements ionisants sont capables d’arracher un ou plusieurs électrons à un atome ou à une molécule.
Ils peuvent alors modif er les propriétés chimiques des cellules vivantes mais également causer des altérations
de l’ADN. Ces lésions d’ADN, mal réparées, peuvent, dans certains cas, empêcher la reproduction cellulaire ou
entraîner la mort de la cellule.
Plus la longueur d’onde de la radiation électromagnétique est petite, plus la fréquence
est grande, plus la radiation est énergétique et plus ell