Introduction. Objectifs dapprentissage Spécifier les domaines détude de la physique; Préciser les différentes formes dénergie; Radiation ionisante Introduire.

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1 Introduction

2 Objectifs dapprentissage Spécifier les domaines détude de la physique; Préciser les différentes formes dénergie; Radiation ionisante Introduire la notion dinteraction matière-énergie.

3 Pourquoi de la physique ??? Grâce aux nouvelles technologies, nombre dinstruments, dappareils de diagnostics et de traitements se sont développés. Ces nouveaux outils impliquent de nombreux phénomènes dont les lois et principes appartiennent à la physique, science fondamentale décrivant le comportement de lunivers. Il est essentiel de former le personnel des institutions de santé de façon quil puisse accueillir et informer les patients avec toute la compassion et la compétence requises en toutes circonstances. Ce cours nous fera prendre connaissance des principes physiques à la base des technologies médicales.

4 Étude de la physique La physique étudie la composition et le comportement de la matière et ses interactions au niveau le plus fondamental. Le champ dapplication de la physique est très vaste puisquil va des constituants du minuscule noyau atomique à limmensité de lUnivers.

5 Domaine de la physique La physique classique (entre 1600 et 1900): La mécanique classique (étude du mouvement) La thermodynamique (température et transfert de chaleur) Lélectromagnétisme (électricité, magnétisme, onde E.M.) La physique moderne (de 1900 à aujourdhui): La relativité restreinte La mécanique quantique (théorie atomique) La relativité générale

6 Espace, matière, énergie Dans sa représentation la plus simple, on imagine lunivers comme étant un vaste espace vide contenant tout ce qui est concevable en tant que matière dans un état de mouvement perpétuel quon appelle de lénergie. Lespace est donc un volume indéfini, sans bords, vide, à lintérieur duquel on peut y placer tous les corps de lunivers. Tous les corps en général sont constitués de ce quil est convenu dappeler «la matière». La structure la plus fondamentale de la matière est latome et les molécules. La matière est donc une entité concrète et observable. Tous les corps sont constitués de matière et une propriété physique en découle: la masse. À lespace et à la matière sajoute lénergie. Cest laction sous toutes ses formes modifiant lallure de notre univers dans le temps.

7 Les différentes formes dénergie Lors de sa course, cet athlète transforme lénergie chimique emmagasinée dans son organisme en énergie cinétique. Cette énergie cinétique est par la suite transformée en énergie potentielle élastique (illustrée par la déformation de la perche). Par la suite, lénergie potentielle élastique se transforme en énergie potentielle gravitationnelle. Éventuellement celle-ci se transformera en énergie cinétique lorsquil touchera le sol.

8 Importance du concept dénergie Le concept dénergie est essentiel en technique médicale: chaleur radiation chimie électricité motricité nucléaire

9 Lénergie cinétique Forme dénergie associée au mouvement

10 Lénergie potentielle Énergie due à létat dun système: Énergie potentielle gravitationnelle (gravitation) Énergie chimique (batterie) Énergie nucléaire (fusion thermonucléaire) Énergie électromagnétique (rayon X)

11 Énergie et matière Albert Einstein na plus besoin de présentation. Récipiendaire du prix Nobel pour sa théorie sur leffet photoélectrique, on le connaît davantage pour son développement de la théorie de la relativité. Sans entrer dans les détails pour le moment, mentionnons quil est lauteur de la célèbre équation E = mc 2 où E représente lénergie totale dune particule de masse m en mouvement et c correspond à la vitesse de la lumière.

12 Ondes électromagnétiques Onde électromagnétique: perturbation des champs électrique et magnétique. Cette oscillation des champs électrique et magnétique se propage à la vitesse de la lumière (lumière visible, infrarouge, rayon X…) Tous ces types dondes électromagnétiques possèdent une même nature mais, ce qui les distingue, cest leur fréquence doscillation ainsi que la quantité dénergie que chaque type donde peut transporter dans lespace

13 Le spectre électromagnétique

14 Radioation ionisante Lénergie émise par tout corps qui en a le pouvoir est appelée radiation. Tout dispositif émettant de la radiation dans lespace est une source de radiations. Exemples: une ampoule électrique, un morceau de charbon chauffé au rouge (lumière et chaleur); le soleil (chaleur, lumière, rayons cosmiques); les substances radioactives (chaleur, particules alpha, bêta, gamma); lappareil à rayons X et laccélérateur linéaire (rayons X, électrons, chaleur). Les radiations consistent donc en particules (photons ( ), électrons ( - ), protons, neutrons, particules ) émises transportant avec elles une certaine quantité dénergie.

15 Notion de radiation (suite) Exemples de sources de radiations: ampoule électrique un morceau de charbon chauffé au rouge le soleil les substances radioactives lappareil à rayons X.

16 Interaction matière-énergie Lorsque des radiations atteignent de la matière, ces particules émises avec énergie frappent des atomes de matière, ces derniers peuvent alors absorber lénergie transportée par ces radiations, ce qui a pour effet de les exciter ou de les ioniser (radiation ionisante). Les techniciens et techniciennes manipulant ces sources doivent se protéger contre les radiations ionisantes Un contrôle des doses de radiations absorbées par le personnel est exercé avec rigueur. La physique enseigne comment mesurer ces doses.

17 Découverte des rayons X Cest par hasard que Wilhelm Rœntgen découvrit les rayons X en observant de la lumière fluorescente dans un tube à vide contenant des électrodes soumises à une différence élevée de potentiel électrique.

18 Nature des rayons X En radiologie, les faisceaux de particules revêtent une importance particulière: le faisceau de rayon X correspond à des particules appelées «photons» se déplaçant à la vitesse de la lumière; ils transportent de lénergie et interagissent avec les atomes et les molécules des cibles avec lesquelles ils entrent en contact. Radiations: ondes ou particules? Les physiciens modernes tendent à considérer davantage le rayonnement comme étant la manifestation de particules en mouvement. Cela nempêche aucunement quelle puissent se comporter également comme des ondes!

19 Le système international Dans le système international (SI) les unités fondamentales sont: Le kilogramme (kg) pour la masse; Le mètre (m) pour la longueur; La seconde (s) pour le temps.

20 Les autres unités Dans le système dunités britanniques, qui est encore utilisé aux États-Unis, lunité de masse est la livre-masse (lb), lunité de longueur est le pied (pi) et lunité de temps est la seconde. Néanmoins, les données scientifiques sont maintenant presque toutes exprimées en unités SI.

21 Les unités dérivées Les unités de grandeurs physiques autres que les unités fondamentales sont appelées unités dérivées quantitésunitésdéfinition Aire m x mm 2 mesure de la surface volumem x m x mm 3 capacité vitessem/sm/s distance parcourue par unité de temps accélérationm/s/sm/s 2 taux de variation de la vitesse

22 Autres unités dérivées quantités avec des unités complexes quantitéunités définition fréquenceHertzHz # doscillation par seconde forceNewtonN « tension ou traction » énergieJouleJ capacité deffectuer un travail Dose absorbée Gray Gy énergie déposée de 1 J/kg

23 La conversion des unités Il est souvent nécessaire de convertir lunité dune grandeur physique. Supposons que nous voulions convertir des milles par heure (mi/h) en mètres par seconde (m/s), sachant que 1 mi = 1,6 km. Le rapport (1,6 km)/ (1 mi), dont la valeur est égale à 1, est appelé facteur de conversion. Utilisés correctement, les facteurs de conversion nous permettent de passer dune unité à une autre. Par exemple:

24 Préfixes courants représentant des puissances de 10 10 -9 = 0,000000001 10 -6 = 0,000001 10 -3 = 0,001 10 0 = 1 10 3 = 1 000 10 6 = 1 000 000 10 9 = 1 000 000 000 Un milliardième (nano) Un millionième (micro) Un millième (milli) Un Mille (kilo) Un million (méga) Un milliard (giga)

25 Exercices suggérées 0101, 0102, 0103, 0106, 0107, 0108, 0109 et 0111