Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Wie te hard loopt, is verdacht
Bron: NRC Handelsblad, 15 oktober 2009.
Met de terreuraanslagen in de VS en Europa in het geheugen gegrift, beschouwt Brussel nieuwe technologieën onmisbaar in de strijd tegen het terrorisme. Met name vliegvelden zijn doelwitten voor terrorisme. Een belangrijk middel om de veiligheid op vliegvelden te verhogen zijn het gebruik van warmtegevoelige camera’s.
De warmtegevoelige camera’s kunnen alles registreren, dat tot afwijkend gedrag kan behoren: Iemand die tweemaal naar het toilet gaat, of een persoon die nerveus gedrag vertoont voor de gate.
Met de nieuwe technologie van warmtegevoelige camera’s kan zelfs meer dan afwijkend gedrag worden waargenomen. De camera’s registreren bijvoorbeeld verhoogde of juist erg lage lichaamstemperaturen van bijvoorbeeld vliegtuig-passagiers. Zoals een koude neus bijvoorbeeld. Een koude neus wijst volgens veiligheidsexperts op extra nervositeit bij een persoon. In tegenstelling tot gedrag kunnen terroristen deze fysieke factoren praktisch niet verbergen.
Een grote drempel voor de massale aanschaf van warmtegevoelige camera’s is nog steeds de hoge prijs. Naar verwachting zal deze prijs uiteindelijk gaan dalen.
Vragen en opdrachten
Ieder voorwerp zendt ‘warmtestraling’ uit. De intensiteit van de straling en het spectrum hangen af van de temperatuur van het oppervlak van het voorwerp. Bij lage temperaturen is dit vrijwel alleen infrarood-straling en dus voor het menselijk oog niet waarneembaar. Bij hogere temperatuur wordt ook zichtbaar licht uitgestraald. Het oppervlak van de zon is zo heet dat de uitgezonden straling voor het grootste deel zichtbaar licht betreft. De ‘stralingskrommen’ in tabel 23 van Binas laten dat zien. De formule van Wien in tabel 35 E1 beschrijft het verband tussen de temperatuur en de golflengte die daarbij maximaal in de stralingskromme vertegenwoordigd is.
Met een warmtegevoelige camera kan een afbeelding gemaakt worden van de uitgezonden infraroodstraling. Meestal worden dan aan verschillende intensiteiten van de ontvangen straling, en dus aan verschillende temperaturen, kunstmatig verschillende kleuren gekoppeld, zodat je een afbeelding krijgt in ‘false colour’. (Bij de van het weerjournaal bekende radaropnamen gebeurt iets vergelijkbaars. Ook radargolven zijn voor het menselijk oog onzichtbaar; de afbeelding op de televisie is eveneens in false colour.)
a) Bepaal met behulp wet van Wien de golflengte die het meest vertegenwoordigd is in de warmtestraling die wordt uitgezonden door een persoon met een oppervlaktetemperatuur van 37 graden Celsius (de waarde van de constante kW staat in tabel 7 van Binas).
b) Laat zien dat deze golflengte in het infrarood deel van het elektromagnetisch spectrum ligt.
De digitale camera’s die gebruikt worden bij het registreren van de lichaamstemperatuur van passagiers op een vliegveld zijn zeer gevoelig. Ze kunnen temperatuurverschillen tot op een twintigste graad Celsius nauwkeurig meten.
c) Bereken het golflengteverschil van de in de warmtestraling meest voorkomende golflengten die horen bij temperaturen van 38,5 oC en van 38 oC. Gebruik 0 K = 273,15 oC
De camera’s zijn dan wel zeer gevoelig, maar dat wil nog niet meteen zeggen dat zij de mensen die koortsig zijn kunnen onderscheiden van mensen zonder verhoging.
d) Geef daarvoor een reden.
Deze manier van temperatuur meten is ‘niet-invasief’, dat betekent dat men niet in het lichaam hoeft te meten. Maar de vraag is of het zo maar geoorloofd is van mensen de lichaamstemperatuur te bepalen. Is dat geen inbreuk op de privacy?
e) Wat vind jij ervan?
Op internet is te lezen dat de meest betrouwbare waarde voor de lichaamstemperatuur wordt gevonden als de camera het hoofd van opzij bekijkt en gericht wordt op het oor. Dan moet de meetafstand voor het beste resultaat ongeveer een halve meter zijn. Als je zo de temperatuur bepaalt, kan met een zekerheid van tussen de 83% en 88% vastgesteld worden of iemand een lichaamstemperatuur heeft boven 38 oC. Wie koorts heeft kan er met redelijke zekerheid uitgepikt worden. Het is daarvoor nodig de apparatuur te ijken.
f) Noem enkele beperkingen van het gebruik van deze cameraâs op vliegvelden om mensen die leiden aan de Mexicaanse griep op te sporen.
Uitwerking vraag (a)
Wet van Wien: λmaxT = kW. Dus λmax • 310 = 2,8978 •10-3. Zo vinden we dat de maximale golflengte gelijk is aan λmax = 9,35 •10-6 m.
Uitwerking vraag (b)
Elektromagnetische straling is zichtbaar tussen ongeveer 400 en 800 nm (zie tabel 19A in Binas). Is de golflengte groter dan 800 nm (= 800 • 10-9 = 0,8 • 10-6 m), dan is er sprake van infrarood. λmax is ongeveer tien keer zo groot als deze grenswaarde. De uitgezonden warmtestraling ligt dus inderdaad in het infrarood (zie ook tabel 19B).
Uitwerking vraag (c)
Hieruit volgt voor het verschil in golflengte:
Uitwerking vraag (d)
De lichaamstemperatuur heerst in het lichaam. De temperatuur aan het oppervlak. Het puntje van de neus is ongetwijfeld koeler dan de oogbol. (Uit onderzoek blijkt dat het temperatuur verschil wel twee graden Celsius kan bedragen.) De camera meet de temperatuur aan het oppervlak. Ook wie koortsig is, kan aan de buitenkant een normale temperatuur hebben.
Uitwerking vraag (e)
Je moet de risico’s voor de volksgezondheid, dus van vele mensen, afschatten tegen de inbreuk op de individuele privacy. Dat vraagt om waarborgen tegen misbruik van de informatie.
Uitwerking vraag (f)
Een zekerheid van 83 tot 88 procent dat je iemand die een temperatuur hoger dan 38 0C eruit haalt, betekent dat misschien wel een tiende van de mensen met koorts door de controle glippen. Dat kunnen grieppatiënten zijn. En wie er terecht wel uitgepikt wordt, heeft wel koorts, maar het hebben van koorts betekent nog niet dat er Mexicaanse griep in het spel is.
