Nova natuurkunde 2020 6VWO complete samenvatting H12 tm H13

H12 Quantumwereld


P1 Quanta
Quantumdeeltjes gedragen zich als deeltjes en als golf, golflengte van de Broglie. We kunnen
niet exact meten waar een quantumdeeltje is en welke snelheid het heeft,
onzekerheidsrelatie van Heisenberg. De grootheid is gekwantiseerd, niet alle grootheden zijn
mogelijk. Lading is altijd een veelvoud van 1,6 x 10-19 C, massa is altijd een veelvoud van de
massa van een elektron, licht bestaat uit hele fotonen, de energie tussen elektronen en
atoomkernen komt door overslag tussen grondtoestand en volgende ringen in een atoom.


Een elektron beweegt in een ring om een proton. Het elektron kan energie krijgen als een
foton tegen het elektron botst. De energie die het krijgt is gelijk aan de energie van het foton
Ef = h x f = (h x c) / labda. Het elektron kan wegvliegen door ionisatie, ionisatieenergie = 13,60
eV. Elektron is weg bij de kern (B21C). Het elektron kan ook verplaatsen in het atoom. Hoe
verder het elektron zich van de kern bevindt, hoe meer energie het atoom heeft. Een atoom
kan zich in verschillende energietoestanden bevinden. Als je waterstof wilt ioniseren heb je
elektromagnetische straling nodig met minimaal 13,60 eV aan energie. De laagste
energietoestand is de grondtoestand. Daarboven is de 1e aangeslagen toestand, n=2. Het is
gekwantiseerd, want een elektron kan zich niet in alle energieën bevinden. Energie van
waterstofatoom kun je berekenen door En = -13,6/n2. En = De energie van de toestand n van
eht waterstofatoom (eV). 1 eV = 1,6 x 10-19 J. Als het elektron in waterstof van een hogere
naar een lagere energietoestand gaat, dan zendt het atoom een foton uit met energie gelijk
aan Ef = En – Em. Een atoom kan een foton opnemen als de energie van het foton overeenkomt
met het verschil in energie van de toestanden. n is het hoofdquantumgetal. Het model van
Bohr had enkele gebreken:
- Het verklaarde niet waarom atomen zich alleen in vaste energietoestanden kunnen
bevinden.
- Het kon het spectrum van atomen en ionen met meer dan één elektron niet
voorspellen.
- Het was niet in staat om chemische binding te verklaren.

, P2 Materiegolven
Buiging van golven wordt groter wanneer de openingsgrootte in de buurt van golflengte
komt. Dit gebeurt ook bij licht, licht buigt ook en bestaat uit golven. Wanneer golven elkaar
kruizen ontstaat interferentie. Hierbij ontstaat een interferentiepatroon. Wanneer
interferentie elkaar versterken kun je bij een faseverschil van 0 volledige constructieve
interferentie zien. Wanneer interferentie elkaar uitdooft kun je bij een faseverschil van ½
volledige destructieve interferentie zien. Zonder interferentie zie je een streep patroon, bij
interferentie zie je een stip patroon. Elektronen hebben ook een golflengte en interfereren.
Elektronen zijn deeltjes en kunnen zich gedragen als deeltje, golf-deeltjesdualiteit. Vanaf het
punt dat een elektron geabsorbeerd wordt, lijkt het golf gedrag te verdwijnen en gaat het
deeltje telkens door 1 spleet. Bij fotonen gebeurt hetzelfde. Dit leren we uit het dubbel-spleet
experiment. Coherente trillingsbronnen zijn twee bronnen die met dezelfde frequentie trillen
en in fase zijn. Elektronen worden versneld als deeltjes met een massa. Zodra je ze door een
beperkte ruimte stuurt, zoals de twee openingen in het dubbelspleet experiment, gedragen
ze zich als golven. Dit is de golf-deeltjesdualiteit.


Golflengte van de Broglie: labda = h / (m x v) = h / p. p = m x v. Als je wilt dat een deeltje
quantum gedrag vertoont, dan moet de golflengte in de buurt komen of groter zijn dan het
deeltje zelf. We spreken niet van quantumgedrag als de golflengte veel kleiner is dan het
deeltje zelf. De impuls is een maat voor de hoeveelheid beweging van een massa.