H12 samenvatting nova natuurkunde 6e klas vwo/gym

Natuurkunde samenvatting H12
Quantumwereld
Paragraaf 1; Quanta
De microscopische wereld is een quantumwereld; bepaalde grootheden zijn gequantiseerd
Op een kleine schaal (10-10) krijg je te maken met de natuurwetten van quantummechanica

 Een elektron heeft en lading van e- met het elementair ladingsquantum (e)
 Een lading is gequantiseerd als elke willekeurige hoeveelheid lading een veelvoud is van dat
ladingsquantum
 Een lading ervaart als een continue grootheid, als door een grote hoeveelheid elektronen,
een paar meer of minder niet verschilt (10 -6 C  1012 e)

 Massa is ook een continue grootheid, doordat alle materie opgebouwd is uit atomen
 de eenheid van de atoom is de atomaire massa-eenheid (u)

o elektromagnetische straling is ook gequantiseerd, deze bestaat uit fotonen (energiepakketjes
met; Ef = h x f)
o constante van Planck (h) is de fundamentele natuurconstante binnen de quantumwereld

 het spectrum van waterstof vertoont regelmaat van emissielijnen volgens het verband;

 f=C ( m1 − n1 )
2 2

 C is een constante en n en m zijn hele getallen (n > m)
 Een waterstofatoom bevindt zich in vaste energietoestanden
 Elektron verplaats naar een lagere toestand; Ef = En - Em
 Atoom kan een foton opnemen als de energie overeenkomt met het verschil tussen twee
toestanden
13,6
 Verband energie toestanden; En = -
n2
 En = energie van de n-toestand van het waterstofatoom in elektronvolt (eV)
 Hoofdquantumgetal (n) bepaalt de energietoestand van het waterstofatoom (geheel getal)


Paragraaf 2; Materiegolven
Elektromagnetische straling wordt soms als een golf en soms als een deeltje (fotonen) gezien
 Golven kunnen elkaar interfereren; versterken of uitdoven
 Constructieve interferentie: plaats waar golven samenkomen, versterken ze elkaar
 Destructieve interferentie: plaats waar golven samenkomen (verschil ½ fase) doven ze elkaar
uit

Buiging van golven is dat ze in een soort cirkelvorm verder voortplanten
Coherente trillingsbronnen; ze trillen met dezelfde frequentie en in fase
 Bij een dubbelspleet-experiment (twee openingen in een plaat) van golven in water,
ontstaan er grijze lijnen waar destructie plaatsvindt en lijnen waar constructie van golven
plaatsvindt
 Zo ontstaat een interferentiepatroon

,  Bij licht ontstaat bij dit experiment ook een interferentiepatroon van afwisselende lichte
en donkere plekken
 De golflengte bepaalt hoever de maxima in het interferentiepatroon uit elkaar liggen

Golf-deeltjesdualiteit; elektronen, deeltjes met een massa, gedragen zich als een golf bij het
dubbelspleet-experiment, door afwisselende lijnen te vormen
 Bij een grotere snelheid, neemt de golflengte van de elektronen af (omgekeerd
evenredig)
 De massa van een quantumdeeltje heeft invloed op de golflengte;

h h
λ= =
m× v p
De debroglie-golflengte ( λ ) in meters (m)
Constante van Planck (h) in joule keer seconde (J s)
Impuls (p) in kilogram keer meter per seconde (kg m/s)

De debroglie-golflengte; deze hebben alle materiedeeltjes, afhankelijk van hun impuls
 Alleen te merken bij deeltjes met een hele kleine massa
 Ekin is evenredig met het kwadraat van de impuls en omgekeerd evenredig met de
debroglie-golflengte
Impuls; is een maat voor de hoeveelheid beweging van een massa (p = m x v)

Paragraaf 3; Toepassingen van materiegolven

Materiedeeltjes gedragen zich als golven (dubbelspleet-experiment; alleen te merken als deeltjes in
de orde van de grootte van de spleet zijn)
Materiegolf/golffunctie = een golf die bij een materiedeeltje hoort
 Golflengte is de debroglie-golflengte
 Bij een grote amplitude verschijnen er veel elektronen
 Als de materiegolf niet trilt; verschijnen daar geen elektronen
 De golf zegt iets over de uitwijking van water boven of onder de evenwichtsstand
 Licht is een trilling van elektrische en magnetische velden die zich in de ruimte uitbreidt
met de lichtsnelheid

Interferentie treedt alleen op wanneer er meerdere golven samenkomen
 Elektronen; verschijnen op willekeurige plek bij dubbelspleet-experiment, maar er is nog
steeds een interferentiepatroon, hoewel ze niet met elkaar interfereren

Kansverdeling (waarschijnlijksheidsvergelijking) = het kwadraat van de golffunctie
 De quantummechanica voorspelt zeer nauwkeurig wat de kansen zijn om quantumdeeltjes
ergens aan te treffen
 Hoe groter de amplitude van de golffunctie, hoe groter de kans dat het dubbelspleet-
experiment voorspelt waar een quantumdeeltje te vinden is

Lichtmicroscopen hebben een beperkte resolutie; de minimale afstand d waarop twee punten in het
object nog herkenbaar als twee punten worden afgebeeld  d ~ λ (resolutie ong 0,2 μm)

Elektronenmicroscoop; elektronen worden afgebogen alsof het licht is, maar kleinere golflengte
(resolutie ong 0,1 nm)
 Elektrische en magnetische velden buigen elektronen af door een soort van lens
 Moet in een vacuüm door het voorkomen van het verstoren van het preparaat
 Twee soorten;