De Broglie. N.G. Schultheiss



Vergelijkbare documenten
7. Hoofdstuk 7 : De Elektronenstructuur van Atomen

Deeltjes in Airshowers. N.G. Schultheiss

Opgave 1 Golven op de bouwplaats ( 20 punten, ) Een staalkabel met lengte L hangt verticaal aan een torenkraan.

(a) Noem twee eigenschappen die quarks en leptonen met elkaar gemeen hebben.

Theory DutchBE (Belgium) De grote hadronen botsingsmachine (LHC) (10 punten)

Hoofdstuk 12 Elektrische velden. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Fluorescentie. dr. Th. W. Kool, N.G. Schultheiss

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 27 november 2003 van 09:00 12:00 uur

Hoofdstuk 12 Elektrische velden. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Correctievoorschrift Schoolexamen Moderne Natuurkunde

In de figuur hieronder zie je een Elektromagnetische golf: een golf die bestaat uit elektrische en magnetische trillingen.(zie figuur).

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 21 januari 2005 van 14:00 17:00 uur

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

Higgs-deeltje. Peter Renaud Heideheeren. Inhoud

Exact Periode 5. Dictaat Licht

Eindexamen vwo natuurkunde pilot I

Exact Periode 5 Niveau 3. Dictaat Licht

Uitwerkingen van de opgaven in Basisboek Natuurkunde

nieuw deeltje deeltje 1 deeltje 2 deeltje 2 tijd

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 9 januari 2008 van 9:00 12:00 uur

Wetenschappelijke Begrippen

De Zon. N.G. Schultheiss

Eindexamen vwo natuurkunde I

1 Een lichtbron zendt licht uit met een golflengte van 589 nm in vacuüm.

QUANTUM- & ATOOMFYSICA VWO

Einstein (6) v(=3/4c) + u(=1/2c) = 5/4c en... dat kan niet!

formules havo natuurkunde

Oplossing examenoefening 2 :

2.1 Wat is licht? 2.2 Fotonen

Relativistische interacties. N.G. Schultheiss

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 16 november 2004 van 14:00 17:00 uur

Statistiek voor Natuurkunde Opgavenserie 4: Lineaire regressie

Sterrenkunde Ruimte en tijd (3)

GEEF STERRENKUNDE DE RUIMTE! SPECTROSCOPISCH ONDERZOEK VAN STERLICHT INTRODUCTIE

Aandachtspunten voor het eindexamen natuurkunde vwo

1 Welk van onderstaande schakelingen is geschikt om de remspanning te meten?

Botsingen. N.G. Schultheiss

natuurkunde vwo 2019-II

6 Het atoommodel van Bohr. banner. CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie.

Begripsvragen: Elektrisch veld

MINISTERIE VAN ONDERWIJS, WETENSCHAP EN CULTUUR UNIFORM EXAMEN VWO 2015

Inleiding stralingsfysica

Hoofdstuk 6: Elektromagnetisme

Tentamen Natuurkunde A uur uur woensdag 10 januari 2007 Docent Drs.J.B. Vrijdaghs. Vul Uw gegevens op het deelnameformulier in

(Permitiviteit van vacuüm)

Hoofdstuk 8 Hemelmechanica. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 10 Atomen ( ) Pagina 1 van 10

QUARK_5-Thema-01-elektrische kracht Blz. 1

NATIONALE NATUURKUNDE OLYMPIADE. Tweede ronde - theorie toets. 21 juni beschikbare tijd : 2 x 2 uur

4. Maak een tekening:

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 16 januari 2006 van 14:00 17:00 uur

Later heeft men ook nog een ongeladen deeltje met praktisch dezelfde massa als een proton ontdekt (1932). Dit deeltje heeft de naam neutron gekregen.

Frequentie = aantal golven per seconde op gegeven plek = v/λ = ν. Golflengte x frequentie = golfsnelheid

Bram Achterberg Afdeling Sterrenkunde IMAPP, Radboud Universiteit Nijmegen

Hoofdstuk 1 Atoombouw. Chemie 5 (2u)

Opgave 1 Waterstofkernen

1. Langere vraag over de theorie

7 College 01/12: Electrische velden, Wet van Gauss

Alfastraling bestaat uit positieve heliumkernen (2 protonen en 2 neutronen) met veel energie. Wordt gestopt door een blad papier.

Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

Tentamen Natuurkunde 1A uur uur vrijdag 14 januari 2011 docent drs.j.b. Vrijdaghs

Het tweespletenexperiment EN DE RELATIE TUSSEN HET INTERFERENTIEPATROON EN DE BREEDTE VAN DE SPLEET

-ft's Examen HAVO en VHBO. ::s ~ ::s ::s

Samenvatting Scheikunde H3 Door: Immanuel Bendahan

Eindexamen natuurkunde 1-2 vwo II

Eindexamen natuurkunde pilot vwo I

NATUURKUNDE 8 29/04/2011 KLAS 5 INHAALPROEFWERK HOOFDSTUK

(a) Noem twee eigenschappen die quarks en leptonen met elkaar gemeen hebben.

Speciale relativiteitstheorie

NATUURKUNDE. a) Bereken voor alle drie kleuren licht de energie van een foton in ev.

Exact Periode 5.2. Licht

NATUURKUNDE KLAS 5. PROEFWERK H8 JUNI 2010 Gebruik eigen rekenmachine en BINAS toegestaan. Totaal 29 p

Eindexamen moderne natuurkunde vwo 2008-I

Eindexamen natuurkunde 1-2 vwo 2001-II

Hoofdstuk 4 Trillingen en cirkelbewegingen. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

( ) Opgave 27.1 a. b. Na drie keer bètaverval verandert. Na drie keer bètaverval verandert

TENTAMEN. Van Quantum tot Materie

Eindexamen natuurkunde 1-2 vwo 2002-II

Eindexamen natuurkunde 1-2 vwo 2006-I

Juli blauw Fysica Vraag 1

Opgaven bij het college Kwantummechanica 3 Week 9

Eindexamen vwo natuurkunde II

Eindexamen natuurkunde vwo I

(Permitiviteit van vacuüm)

Tentamen Mechanica ( )

Begripsvragen: Elektromagnetische straling

oefen vt vwo5 h6 Elektromagnetisme Opgaven en uitwerkingen vind je op Oefen vt vwo5 h6 Elektromagnetisme Opgave 1.

natuurkunde vwo 2016-I

Een enkele detector op de grond geeft een signaal, dit wordt een single genoemd.

Eindexamen natuurkunde pilot vwo II

7.1 Het deeltjesmodel

Relativiteit. N.G. Schultheiss

5,5. Samenvatting door een scholier 1429 woorden 13 juli keer beoordeeld. Natuurkunde

Eindexamen vwo natuurkunde 2013-I

Statistiek en Data Analyse Opgavenserie 3: Lineaire regressie

Eindexamen natuurkunde 1-2 havo 2006-I

Beste leerling, Om een zo duidelijk mogelijk verslag te maken, hebben we de examenvragen onderverdeeld in 4 categorieën.

TENTAMEN NATUURKUNDE

Large Hadron Collider. Werkbladen. HiSPARC. 1 Inleiding. 2 Voorkennis. 3 Opgaven atoombouw. C.G.N. van Veen

Transcriptie:

De Broglie N.G. Schultheiss Inleiding Deze module volgt op de module Detecteren en gaat vooraf aan de module Fluorescentie. In deze module wordt de kleur van het geabsorbeerd of geëmitteerd licht gekoppeld aan de eigenschappen van atomen. Dit gebeurt aan de hand van een wiskundige afleiding. Kennis van wiskunde is dus noodzakelijk. Elektronen als golf In de 7 e eeuw was er tussen Huygens en Newton een verschil in inzicht over de aard van het licht. Huygens ging uit van de gedachte dat licht een golf was en Newton ging uit van de gedachte dat licht een deeltje was. Aan het begin van de 0 e eeuw is dit probleem opgelost door aan te nemen dat licht een golfdeeltje of foton is. De impuls p van een foton is op de volgende manier voor het geval een golf of een deeltje met de volgende formule te berekenen: p = h λ = mv (.) Hierin zijn de volgende grootheden te vinden: p: de impuls of hoeveelheid van beweging in [?]. h = 6,66... 0 34 [?]: een constante, vernoemt naar Max Planck. De constante van Planck. λ: de golflengte in [m]. m: de massa, in [kg]. v: de snelheid, in [m/s]. Opdracht : van de impuls p af. De massa m heeft de eenheid [kg], de snelheid v heeft de eenheid [m/s]. Leidt de eenheid Opdracht : De golflengte λ heeft de eenheid [m]. Leidt de eenheid van de constante van Planck h af. Max Karl Ernst Ludwig Planck (858 947) is een van de grondleggers van de kwantumtheorie. HiSPARC

Prince De Broglie kwam op het idee dat als een foton soms een golf en soms een deeltje is, een elektron ook soms een golf en soms een deeltje is. Met deze gedachte kon hij verklaren dat atomen vaste elektronbanen hebben. In het volgende hoofdstuk kijken we hoe dit met waterstof gaat. 3 Waterstof Een waterstofatoom bestaat uit een proton waaromheen een elektron draait. Vooralsnog gaan we ervan uit dat de lading van een elektron of proton de kleinste lading is die bestaat. Deze staat ook bekend als e =.60... 0 9 [C]. Omdat elektronen negatief geladen zijn en protonen positief, werkt er op beide een electrische kracht. Deze is als volgt te formuleren: F el = q q 4πɛ 0 r (3.) Hierin zijn de volgende grootheden te vinden: F el : de electrische kracht in [N]. q : lading, bijvoorbeeld de lading van een elektron in [C]. q : lading, bijvoorbeeld de lading van een proton in [C]. ɛ 0 : de diëlectrische constante. r: de straal of afstand tussen de ladingen. Opdracht : In formule 3. is uitgegaan van een waterstof kern met daaromheen een elektron. Beredeneer wat er gebeurt als we uitgaan van een heliumkern. Natuurlijk heeft een heliumatoom twee elektronen. Wat gebeurt er met de electrische kracht op een elektron als er geen He + -ion maar een He + -ion wordt gebruikt? Deze kracht zorgt dat het elektron in een cirkelvormige baan beweegt. Om deze centripetale versnelling te veroorzaken hebben we de volgende kracht nodig: F centr. = mv r (3.) Hierin is m de massa van een elektron. Aangezien de elektrische kracht de enige kracht is die het elektron versnelt geldt: mv r = q q 4πɛ 0 r (3.3) Volgens de Broglie heeft een elektron een golflengte. We moeten eerst de snelheid veranderen in een impuls, deze kan daarna omgezet worden in een golflengte. De naam De Broglie wordt volgens de Franse Wikipedia uitgesproken als De Breuille.

3 (mv) m = q q 4πɛ 0 r p m = q q 4πɛ 0 r h mλ = q q 4πɛ 0 r (3.4) Het elektron beweegt in een cirkel rond het proton. Om het elektron in deze baan te laten bestaan moet de lengte van de baan een geheel aantal golven zijn. Is dit niet het geval, dan dooft de elektrongolf zichzelf uit 3. nλ = πr λ = πr n (3.5) Nu kunnen we de golflengte uit de vergelijking halen door formule 3.5 in formule 3.4 te substitueren. ( n πr ) h m = q q 4πɛ 0 r n h 4π rm = q q 4πɛ 0 (3.6) r = ɛ 0n h πmq q (3.7) De straal van de baan van het elektron is nu te berekenen door de diverse constanten in te vullen. De baan met n = wordt: r = 8.8548787 0 ( 6.66069 0 34) π9. 0 3 (.607646 0 9) 0.53 0 0 [m] (3.8) Opdracht : Leg uit dat de grootte van een waterstofatoom hiermee ook gegeven is. Uiteraard zijn er ook banen met n =, n = 3, etc. De banen hebben dus een vaste reeks stralen. Iedere baan heeft een eigen energieniveau. Om van energieniveau naar energieniveau te gaan, zijn er dus exacte energieverschillen. De enige manier om energie aan een atoom toe te voeren of af te voeren, is door absorbtie of emissie van een foton. Een foton heeft de volgende energie: E f oton = hν = hc λ f oton (3.9) Doordat de mogelijke banen van elektronen vastliggen, liggen de kleuren, of golflengten van het licht, die geabsorbeerd of geëmitteerd ook vast. Een atoomsoort is dus te herkennen aan het geabsorbeerde of geëmiteerde licht. 3 Het elektron gedraagt zich als een staande golf om de kern, de knopen en buiken blijven op dezelfde plaats.

4 0 n m Absorbtie l 5 Emissie 0 Emissie k Energie in [ev] Figuur 3.: De energiebanen voor een elektron in waterstof Opdracht 3: herkennen is. Leg uit hoe het komt dat de atoomsoort aan het geabsorbeerde of geëmiteerde licht te 4 Absorptielijnen Als twee ladingen in de vrije ruimte oneindig ver van elkaar af zijn, ondervinden ze geen kracht. Omdat deze bewering voor iedere lading geldt, stellen we dat de elektrische energie deze twee ladingen dan 0eV is. De elektrische energie ligt hiermee eenduidig vast. Als de ladingen naar elkaar bewegen zal er een kracht ontstaan. Verder wordt er een weg door de lading afgelegd. Zoals bekend is, kunnen we nu zeggen dat: W = F s (4.) Volgens formule 3. is de kracht als functie van de afstand te schrijven. Hiermee is de verandering van de arbeid te berekenen:

5 W = q q s cos(α) (4.) 4πɛ o r Als de kracht en de weg parallel zijn, geldt: W = q q 4πɛ o r r (4.3) De arbeid is nu te vinden met: q q W = 4πɛ o r dr W = q q dr (4.4) 4πɛ o r W begin eind = q q ( ) (4.5) 4πɛ o r begin r eind Met formule 3.7 weten we welke stralen zijn toegestaan: W begin eind = q q ( πmq q 4πɛ o ɛ 0 n πmq q h ɛ 0 n ) (4.6) h W begin eind = mq q 4ɛ ( 0 h n n ) (4.7) Een deel van de elektrische energie wordt omgezet in kinetische energie. Omdat de snelheid van het elektron rond een atoom veel lager dan de lichtsnelheid is, geldt bij benadering: E kin = mv = m = q q 4πɛ 0 r = q q πmq q 4πɛ 0 ɛ 0 n h (4.8) p E n,n = mq q 8ɛ ( 0 h n n ) (4.9) Bij een elektronverval wordt de elektrische energie gebruikt voor het versnellen van het elektron en voor het vrijkomen van een foton. W begin eind = E kin + E f oton E f oton = W begin eind E kin (4.0)

6 E f oton = mq q 8ɛ ( 0 h n n ) (4.) hυ = h c λ = mq q 8ɛ ( 0 h n n ) (4.) λ = mq q 8ɛ ( 0 ch3 n n ) = R( n n ) (4.3) Hierin is R de Rydberg constante. Met formule 4.3 is de golflengte van een geëmitteerd foton te bepalen. Als een foton wordt geabsorbeerd neemt het elektron energie op door naar een hogere baan te gaan. Het atoom komt in een aangeslagen toestand.