Natuurkunde hoofdstuk 14
§14.1
Quantumwereld: de wereld op de schaal van individuele fotonen en zeer kleien materiedeeltjes,
zoals elektronen protonen en neutronen
Golf-deeltje-dualiteit: quantumdeeltjes en elektromagnetische straling kunnen zowel een
golfkarakter vertonen als een deeltjeskarakter, maar niet tegelijkertijd
Interferentie: de interactie van lopende golven uit identieke bronnen
- Resulteert in een interferentiepatroon met plaatsen waar de amplitude maximaal en
minimaal is
- Voorbeelden: geluidsgolven en staande golf in een koord (knopen en buiken)
Als een elektron in een atoom een foton uitzendt (emissie), raakt het atoom een beetje energie kwijt.
Bij absorptie van een foton krijgt een elektron in een atoom er een beetje energie bij. Losse atomen
zoals in een gas zenden alleen fotonen uit met bepaalde fotonenergieën.
- Fotonenergie: E f =h∙ f
Atoommodel van Bohr:
- Een elektron kan slechts in een beperkt aantal ‘toegestane’ banen rond de atoomkern
bewegen
- Bij elk van de banen hoort een bepaald discreet energieniveau: hoe groter de baanstraal, des
te hoger is het energieniveau
- De fotonenergie van de eventuele uitgezonden straling wordt bepaald door het
energieverschil tussen de twee energieniveaus, voor en na de sprong
- E f =h∙ f =|E m−En|
- Bij metalen zijn er geen discrete energieniveaus, dit komt door de vrije elektronen, zij hebben
een continu spectrum 14.2
§14.2
Buiging van licht: door licht door een nauwe spleet te laten vallen, waaiert een deel van het licht dat
door de spleet gaat een beetje opzij uit
Interferentiepatroon kan ontstaan door een laser op een dubbele spleet te schijnen, hierdoor
ontstaan maxima en minima.
Buiging is een golfverschijnsel dat waarneembaar is als de opening van dezelfde orde van grootte is
als de golflengte.
Het buigingseffect, de spreiding van de straling(senergie), neemt toe naarmate de opening kleiner is
ten opzichte van de golflente.
Constructieve interferentie: golven uit identieke bronnen, in een bepaald punt versterken elkaar
wanner het faseverschil 0 (of 1) is
Destructieve interferentie: golven die in een bepaald punt met tegengestelde fase aankomen,
verzwakken elkaar of doven elkaar uit, als hun amplitudes even groot zijn
, Uittree-energie: energie die een vrij elektron in een metaal nodig heeft om uit het metaal los te
komen (afhankelijk van soort metaal)
Met het foto-elektrische effect is aangetoond dat bij absorptie in een metaal de fotonenergie ineens
geheel door een vrij elektron wordt geabsorbeerd. Dit is een manifestatie van het deeltjeskarakter
van elektromagnetische straling.
Uit het foto-elektrische effect blijkt dat fotonenergie toeneemt met afnemende golflengte van de
elektromagnetische straling.
Fotonen kunnen botsen en weerkaatsen. Elektromagnetische straling manifesteert zich dan sl een
bundel deeltjes.
Golf-deeltje-dualiteit: het deeltjeskarakter en het golfkarakter vinden nooit gelijktijdig plaats
- Sommige verschijnselen van licht (buiging en interferentie) kun je goed verklaren met het
golfkarakter, andere verschijnselen kun je goed verklaren met het deeltjeskarakter (emissie-
en absorptiespectrum, foto-elektrisch effect en botsen)
c
Foto-elektrisch effect: E f =h∙ f =h ∙
λ
- Fotonenergie neemt toe naarmate de golflengte van licht kleiner wordt
- Een enkel foton heeft geen golflengte
- Bij de golflengte hebben de fotonen net genoeg energie om elektronen los te maken uit
metaal
Impuls (p): de hoeveelheid beweging van een voorwerp of deeltje
- p=m∙ v
- p (impuls) in kg ∙ m∙ s−1
- Voor elke botsing tussen twee voorwerpen is de totale impuls voor en na de botsing gelijk.
- 3e wet van Newton
- fotonen hebben geen massa, toch is er impulsbehoud:
h
- p=
λ
§14.3
Verschillen tussen bundel elektronen en laserstraal:
- Licht vervoert geen massa en geen lading, een bundel elektronen wel
- Licht heeft altijd de lichtsnelheid, elektronen halen dat nooit
Overeenkomst:
- Vertonen van buiging na een kleien opening en interferentie na kleien, dichtbij elkaar staande
opening
Buigingsverschijnselen zijn waar te nemen als de afmeting van de opening dezelfde orde van grootte
heeft als de golflengte van het betreffende golfverschijnsel.
Materiedeeltjes zoals elektronen kunnen zowel een deeltjeskarakter als een golfkarakter vertonen,
maar niet tegelijkertijd. De golf-deeltje-dualiteit geldt ook voor materiedeeltjes.
- Deeltjeskarakter: van de individuele materiedeeltjes kan op elk moment de positie worden
waargenomen of bepaald
- Golfkarakter: een bundel identieke materiedeeltjes kunnen buiging en interferentie vertonen
§14.1
Quantumwereld: de wereld op de schaal van individuele fotonen en zeer kleien materiedeeltjes,
zoals elektronen protonen en neutronen
Golf-deeltje-dualiteit: quantumdeeltjes en elektromagnetische straling kunnen zowel een
golfkarakter vertonen als een deeltjeskarakter, maar niet tegelijkertijd
Interferentie: de interactie van lopende golven uit identieke bronnen
- Resulteert in een interferentiepatroon met plaatsen waar de amplitude maximaal en
minimaal is
- Voorbeelden: geluidsgolven en staande golf in een koord (knopen en buiken)
Als een elektron in een atoom een foton uitzendt (emissie), raakt het atoom een beetje energie kwijt.
Bij absorptie van een foton krijgt een elektron in een atoom er een beetje energie bij. Losse atomen
zoals in een gas zenden alleen fotonen uit met bepaalde fotonenergieën.
- Fotonenergie: E f =h∙ f
Atoommodel van Bohr:
- Een elektron kan slechts in een beperkt aantal ‘toegestane’ banen rond de atoomkern
bewegen
- Bij elk van de banen hoort een bepaald discreet energieniveau: hoe groter de baanstraal, des
te hoger is het energieniveau
- De fotonenergie van de eventuele uitgezonden straling wordt bepaald door het
energieverschil tussen de twee energieniveaus, voor en na de sprong
- E f =h∙ f =|E m−En|
- Bij metalen zijn er geen discrete energieniveaus, dit komt door de vrije elektronen, zij hebben
een continu spectrum 14.2
§14.2
Buiging van licht: door licht door een nauwe spleet te laten vallen, waaiert een deel van het licht dat
door de spleet gaat een beetje opzij uit
Interferentiepatroon kan ontstaan door een laser op een dubbele spleet te schijnen, hierdoor
ontstaan maxima en minima.
Buiging is een golfverschijnsel dat waarneembaar is als de opening van dezelfde orde van grootte is
als de golflengte.
Het buigingseffect, de spreiding van de straling(senergie), neemt toe naarmate de opening kleiner is
ten opzichte van de golflente.
Constructieve interferentie: golven uit identieke bronnen, in een bepaald punt versterken elkaar
wanner het faseverschil 0 (of 1) is
Destructieve interferentie: golven die in een bepaald punt met tegengestelde fase aankomen,
verzwakken elkaar of doven elkaar uit, als hun amplitudes even groot zijn
, Uittree-energie: energie die een vrij elektron in een metaal nodig heeft om uit het metaal los te
komen (afhankelijk van soort metaal)
Met het foto-elektrische effect is aangetoond dat bij absorptie in een metaal de fotonenergie ineens
geheel door een vrij elektron wordt geabsorbeerd. Dit is een manifestatie van het deeltjeskarakter
van elektromagnetische straling.
Uit het foto-elektrische effect blijkt dat fotonenergie toeneemt met afnemende golflengte van de
elektromagnetische straling.
Fotonen kunnen botsen en weerkaatsen. Elektromagnetische straling manifesteert zich dan sl een
bundel deeltjes.
Golf-deeltje-dualiteit: het deeltjeskarakter en het golfkarakter vinden nooit gelijktijdig plaats
- Sommige verschijnselen van licht (buiging en interferentie) kun je goed verklaren met het
golfkarakter, andere verschijnselen kun je goed verklaren met het deeltjeskarakter (emissie-
en absorptiespectrum, foto-elektrisch effect en botsen)
c
Foto-elektrisch effect: E f =h∙ f =h ∙
λ
- Fotonenergie neemt toe naarmate de golflengte van licht kleiner wordt
- Een enkel foton heeft geen golflengte
- Bij de golflengte hebben de fotonen net genoeg energie om elektronen los te maken uit
metaal
Impuls (p): de hoeveelheid beweging van een voorwerp of deeltje
- p=m∙ v
- p (impuls) in kg ∙ m∙ s−1
- Voor elke botsing tussen twee voorwerpen is de totale impuls voor en na de botsing gelijk.
- 3e wet van Newton
- fotonen hebben geen massa, toch is er impulsbehoud:
h
- p=
λ
§14.3
Verschillen tussen bundel elektronen en laserstraal:
- Licht vervoert geen massa en geen lading, een bundel elektronen wel
- Licht heeft altijd de lichtsnelheid, elektronen halen dat nooit
Overeenkomst:
- Vertonen van buiging na een kleien opening en interferentie na kleien, dichtbij elkaar staande
opening
Buigingsverschijnselen zijn waar te nemen als de afmeting van de opening dezelfde orde van grootte
heeft als de golflengte van het betreffende golfverschijnsel.
Materiedeeltjes zoals elektronen kunnen zowel een deeltjeskarakter als een golfkarakter vertonen,
maar niet tegelijkertijd. De golf-deeltje-dualiteit geldt ook voor materiedeeltjes.
- Deeltjeskarakter: van de individuele materiedeeltjes kan op elk moment de positie worden
waargenomen of bepaald
- Golfkarakter: een bundel identieke materiedeeltjes kunnen buiging en interferentie vertonen
