Vraag 18In de zon

De buitenste gebieden van de zon hebben een temperatuur van 5,78 · 10 K. 3 Bij deze temperatuur hoort de planck-kromme van het oppervlak van de zon die is weergegeven in figuur 1. In figuur 2 staat het spectrum van het zonlicht weergegeven, gemeten net buiten de aardatmosfeer. figuur 1 figuur 2 I 100 I 2,5 3 -2 -1 (W m -2 nm -1 ) (10 W m nm ) 80 2,0 60 1,5 40 1,0 20 0,5 0 00 400 800 1200 1600 2000 0 400 800 1200 1600 2000 λ (nm) λ (nm) Het grote verschil in de maximale intensiteit van de twee spectra kan ongeveer verklaard worden met behulp van de kwadratenwet.

Figuur 3 geeft het UV -spectrum (ultraviolet) buiten de dampkring. Figuur 4 geeft het UV -spectrum bij het aardoppervlak midden op een heldere dag rond 21 juni. figuur 3 figuur 4 I 1,6 I 1,6 (W m -2 nm -1 ) (W m -2 nm -1 ) 1,2 1,2 0,8 0,8 0,4 0,4 0,0 0,0 200 240 280 320 360 400 200 240 280 320 360 400 λ (nm) λ (nm) Figuur 5 geeft de intensiteitsverdeling van het ‘biologisch effectieve UV- spectrum’. Dat is het UV- spectrum van het zonlicht gewogen met de mate waarin de straling schadelijk is voor de onbeschermde menselijke huid. Figuur 5 geldt voor UV bij het aardoppervlak midden op een heldere dag rond 21 juni. UV -straling van de zon kan schadelijk zijn voor de huid. Er bestaan drie typen van UV -straling: UV-C , UV-B en UV-A . De mate waarin de drie typen schadelijk zijn voor de huid wordt weergegeven met een weegfactor. In figuur 6 zijn deze weegfactoren weergegeven. figuur 5 figuur 6 I 0,0025 UV-C UV-B UV-A (W m -2 nm -1 ) 0,0020 weegfactor 1 200 200 200 240 280 320 360 400 400 400 0,0015 0,1 0,0010 0,01 0,0005 0,001 0,0000 200 240 280 320 360 400 0,0001 λ (nm) λ (nm)

Voor veilige blootstelling van een gevoelige menselijke huid aan UV -licht − 2 geldt een bovengrens van 80 J m . Figuur 5 staat vergroot weergegeven op de uitwerkbijlage.

Om veilig gedurende een langere tijd in de zon te kunnen liggen, kan men zonnebrandcrème op de huid smeren. In zonnebrandcrème zit een stof die fotonen met een bepaalde energie kan absorberen. Deze energie moet overeenkomen met een sprong in het energieniveauschema van de stof. In figuur 7 staan twee typen energieniveauschema’s weergegeven. De linker figuur kent discrete niveaus. De rechterfiguur kent twee groepen met zeer veel energieniveaus dicht op elkaar met daartussen een sprong, de zogenaamde ‘band-gap’. figuur 7 Energieniveau Energieniveau band-gap Een stof met een band-gap is beter geschikt voor zonnebrandcrème dan een stof met een discreet energieniveauschema.

Voor een goede zonnebrandcrème gelden twee specificaties: − De crème absorbeert het UV-B . − De crème absorbeert geen zichtbaar licht. In tabel 1 staan drie stoffen met een band-gap gegeven die in zonnebrandcrème verwerkt kunnen worden. De stoffen worden in de vorm van nanodeeltjes toegevoegd aan de crème. tabel 1 stof band-gap-energie ( eV ) galliumoxide Ga O 4,4 2 3 titaandioxide TiO 3,3 2 zilveroxide Ag O 1,5 2 Slechts een van de stoffen in tabel 1 is geschikt als werkend bestanddeel in zonnebrandcrème.

Voer de volgende opdrachten uit: − Leg uit, onder andere met een berekening, welke stof dat is. − Leg uit waarom de andere twee stoffen niet geschikt zijn.