Samenvatting van Systematische Natuurkunde VWO Hoofdstuk 13 Quantumwereld. Ideaal om je mee voor te bereiden op je toets of eindexamen. Ook van hoofdstukken 1 t/m 5 en 7 t/m 12 staan samenvattingen op Stuvia. Ze zijn allemaal los te koop voor €3,99, of allemaal samen als bundel voor €41,99!
Hoofdstuk 13 Quantumwereld
Paragraaf 13.1 Buiging
Vlakke en cirkelvormige golven
Er bestaan twee soorten golven:
Vlakke golven hebben golfbergen en golfdalen die evenwijdig aan elkaar in één richting
bewegen.
Cirkelvormige golven ontstaan vanuit een puntbron en breiden zich in alle richtingen uit.
Buiging van een vlakke golf bij een smalle spleet
Als een vlakke golf op een smalle spleet valt, dan kan de trilling alleen
op de plek van de spleet worden doorgegeven. De spleet gedraagt zich
daardoor als een puntbron en de vlakke golf breidt zich voorbij de
spleet uit als een cirkelvormige golf. Dit verschijnsel heet buiging van
golven.
Buiging van een vlakke golf bij een dubbele spleet
Als een vlakke golf op een dubbele spleet valt, treden beide spleten als puntbron op. Voorbij de
spleten treedt dan interferentie tussen twee golven op.
Bij constructieve interferentie (weergegeven met rode punten) wordt de amplitude van de
resulterende golf wordt groter. Er treedt maximale constructieve interferentie op bij plaatsen
waar het faseverschil tussen de twee golven een geheel getal is (∆𝜑 = 𝑛). Door deze punten
lopen buiklijnen.
Bij destructieve interferentie wordt de amplitude van de resulterende golf wordt kleiner.
Maximale destructieve interferentie treedt op als er voor een golf een andere golf te vinden is,
waarmee het faseverschil gelijk is aan (dus als geldt ∆𝜑 = ).
De weglengte is de afstand vanaf een punt tot een lichtbron. Het weglengteverschil is het verschil in
afstand tussen de weglengte van een punt van de ene bron ten opzichte van de andere bron. Het
weglengteverschil tussen de twee golven is nooit groter dan de afstand tussen de twee spleten.
De spleetafstand is de afstand tussen twee spleten.
Als de spleetafstand groter is dan de golflengte, zijn er meerdere plaatsen waar constructieve
interferentie optreedt en zijn er dus meerdere buiklijnen.
Als de spleetafstand kleiner is dan de golflengte, is er maar één plaats waar constructieve
interferentie optreedt en is er dus maar één buiklijn.
,Dubbelspleet-experiment van Young
In 1805 voerde Young een experiment uit waarbij licht door twee spleten viel. Als het experiment
herhaald wordt met een laser, wordt het schermbeeld van hieronder zichtbaar:
Het patroon bestaat uit lichte en donkere vlekken. De lichte vlekken geven plaatsen aan waar
constructieve interferentie plaatsvindt en de donkere vlekken geven plaatsen aan waar destructieve
interferentie plaatsvindt. Dit interferentiepatroon laat zien dat licht een golfverschijnsel is.
Omdat het aantal buiklijnen afhankelijk is van de spleetafstand, is ook het schermbeeld afhankelijk
van de spleetafstand.
Bij een grotere spleetafstand zijn er meer maxima te zien in een schermbeeld zoals hierboven.
De lichte vlekken liggen dan dichter bij elkaar.
Bij een kleinere spleetafstand zijn er minder maxima en liggen de lichte vlekken verder uit
elkaar.
Buiging van een vlakke golf bij een brede spleet
Als een vlakke golf op een smalle spleet valt, treedt de spleet op als puntbron. De golf breidt zich
voorbij de spleet uit als een cirkelvormige golf.
Ook als een vlakke golf op een brede spleet valt, treedt er buiging op. Het effect van de buiging is
echter minder sterk.
Dit minder sterke effect wordt verklaard door een combinatie van buiging en interferentie:
Interferentie (afhankelijk van faseverschillen) Buiging (afhankelijk van spleetbreedte)
In de voorwaartse richting zijn de Bij een spleetbreedte die kleiner is dan de
faseverschillen tussen de golven die uit de golflengte is er het meeste licht te zien links en
linker- en rechterkant van de spleet komen rechts van de spleet. Er treedt dan de meeste
vrijwel nul. Er treedt dus altijd constructieve buiging op.
interferentie op.
In de zijwaartse richting zijn de faseverschillen Bij een spleetbreedte die groter is dan de
groter en is ook destructieve interferentie golflengte komt in het midden het meeste licht
mogelijk. terecht. Er treedt dan nauwelijks buiging op.
Buigingsverschijnselen bij een obstakel
Buigingsverschijnselen treden niet allen op bij openingen. Ze treden ook op, wanneer een golf op een
obstakel valt. De verschijnselen zijn dan precies tegenovergesteld: waar bij een opening de intensiteit
groot is, daar is bij een obstakel van dezelfde afmeting de intensiteit klein en omgekeerd.
, Buiging in de praktijk
Zowel geluid als licht zijn golfverschijnselen. De golflengte is bepalend voor het of niet optreden van
buiging. Als de golflengte van het geluid of licht groter is dan het obstakel, dan vertoont de golf
buiging.
Geluid Licht
Golflengte Van centimeters tot enkele meters Ca. 0,5 m
Ook de mate van buiging en de kleur van de golf zijn afhankelijk van de golflengte. Voor de kleur van
licht, zie BINAS tabel 19A.
Een hele reeks van spleetjes wordt een tralie genoemd. Als er licht op een tralie valt, dan wordt het
licht in kleuren gesplitst. Er ontstaat dus een spectrum.
Paragraaf 13.2 Foto-elektrisch effect
Foto-elektrisch effect
Als licht op een metaal valt, wordt de stralingsenergie van licht door elektronen in het metaal
geabsorbeerd. Soms kan een elektron genoeg energie krijgen om het metaal te verlaten. In zo’n
situatie wordt er gesproken over het foto-elektrisch effect.
Elektronen verlaten een metaal alleen als de frequentie van het opvallende licht hoog genoeg is.
Rood licht blijkt geen elektronen vrij te maken, groen en blauw licht blijken dat wel te doen.
LET OP: Ook als de stralingsenergie of lichtintensiteit hoog is, zullen er geen elektronen vrijkomen als
de lager is dan de minimale waarde.
Einsteins verklaring voor het foto-elektrisch effect
Einstein bouwde voort op het idee van Planck dat de energie van licht verdeeld is in
energiepakketjes. Zo’n pakketje wordt een quantum genoemd. Een quantum van
elektromagnetische straling heet een foton. Voor de energie van een foton geldt:
𝑬𝒇 = 𝒉 ∙ 𝒇
𝐸 fotonenergie in J
ℎ constante van Planck (zie BINAS tabel 7A)
𝑓 frequentie van het foton in Hz
Om een elektron d.m.v. het foto-elektrisch effect los te laten komen uit een metaal, is een bepaalde
uittree-energie nodig. De uittree-energie is afhankelijk van de atoomsoort, zie BINAS tabel 24.
Einstein stelde dat bij het foto-elektrisch effect één elektron de energie van één foton absorbeert. Als
de energie van het foton groter of gelijk is aan de uittree-energie van het elektron, verlaat het
elektron het materiaal.
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller LukevdW. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $4.36. You're not tied to anything after your purchase.
