Samenvatting Natuurkunde – Overal Natuurkunde – 6 VWO – H15 Quantumwereld

Joël Smit | 6Va


Natuurkunde – H15 Quantumwereld
§15.1 Licht: golven of deeltjes? (opdr. 9,11b,13,16,18,20abcdeghi)
Golfbewijzen
Licht heeft zowel golfeigenschappen als deeltjeseigenschappen
Golfeigenschappen:
 Interferentiepatroon = intensiteitspatroon  hierin zijn zichtbaar:
o Constructieve interferentie = maximale versterking
o Destructieve interferentie = uitdoving
Bij gelijke amplitude geldt:
o Bergen van ene golf vallen samen met dalen van andere golf  golven
doven elkaar uit
o Bergen van ene golf vallen samen met bergen van andere golf  golven
versterken elkaar maximaal
Moeilijk om licht te laten interfereren, want:
o Golflengte van licht is heel klein (<1μm)
o Je moet lichtbundels hebben van dezelfde golflengte
Dubbelspleetexperiment van Young  lichtbron valt op 2 zeer smalle
spleten:
o Als licht deeltjesverschijnsel was, zou je schaduwpatroon waarnemen
 je meet interferentiepatroon dat bestaat uit meer dan 2 lijnen
o Spleten dichter bij elkaar  schaduwpatroon dichter bij elkaar als het
deeltjesverschijnsel is, maar in werkelijkheid liggen lijnen juist verder uit
elkaar
o Hoe meer spleten, hoe duidelijker interferentiepatroon (donkere stukken
breder en lichte strepen helderder)
 Buiging  treedt op in 2 situaties:
o Golven buigen als ze door opening gaan die ≤ golflente  hoe kleiner
opening, hoe meer buiging
o Golven buigen om objecten heen die < golflengte
Zwarte straler
Zwart lichaam = voorwerp dat alle straling absorbeert die erop valt  komt in natuur niet
voor
Temperatuur van zwart lichaam verhogen  zendt temperatuurstraling uit  hoe heter,
hoe meer straling (binas 22)
E = h*f
 E = (trillings)energie
 h = constante van Planck = 6,626*10-34
 f = frequentie van trillende atoom (en dus frequentie van straling)
Planck veronderstelde dat licht wordt uitgezonden in quanta = niet continu (zoals water
uit kraan), maar discontinu ofwel gequantiseerd (zoals kogels uit machinegeweer) 
veronderstelde hij om goede formule voor stralingskrommen te onderbouwen
h (constante van Planck) wordt beschouwd als fundamentele natuurconstante (net als c,
G etc.)  geeft ordegrootte van ondergrens aan van hoe klein dingen in natuur kunnen
worden
Het foto-elektrisch effect
Foto-elektrisch effect = verschijnsel dat bepaalde straling elektronen vrijmaakt uit metaal
Vrije elektronen = geleidingselektronen = elektronen die niet gebonden zijn aan atoom 
kunnen door metaal heen bewegen  wel gebonden aan metaal  uittree-energie =
minimale energie die nodig is om vrij elektron uit metaal los te maken (binas 24)




1

, Joël Smit | 6Va


Foto-elektrisch effect meten: (zie afb.) kathodemetaal beschijnen met licht
(straling)  vrijgemaakte elektronen (= foto-elektronen) bewegen naar anode
 ontstaat stroom (= fotostroom) die ampèremeter laat uitslaan
Bij foto-elektrisch effect meet je dat:
 Foto-elektronen komen onmiddellijk vrij nadat straling op metaal valt
 Als je metaal bestraalt met infrarood, meet je geen foto-elektronen
 Als je metaal bestraalt met ultraviolet, meet je foto-elektronen, ook bij lage
intensiteit
 Licht met grotere frequentie dan grensfrequentie (binas 24) veroorzaakt foto-
elektrisch effect  licht met kleinere frequentie niet
Einstein verklaarde foto-elektrisch effect met 3 postulaten (= niet-bewezen bewering die
je aanneemt):
 Licht bestaat uit fotonen (gequantiseerde energiepakketjes)  gaan met
hc
lichtsnelheid  energie foton: E = h*f =
λ
 Fotonen worden uitgezonden of geabsorbeerd op basis van alles of niets
Straler kan alleen geheel aantal fotonen uitzenden
1 elektron in metaal kan slechts 1 foton absorberen
 Als elektron foton absorbeert, geeft foton volledige energie af aan elektron
Plank dacht dat trillingsenergie van atomen gequantiseerd was, Einstein dacht dat
straling zelf gequantiseerd was
Het compton-effect
Compton-effect: röntgenfoton botst op stilstaand elektron  botsingen kun je goed
beschrijven met dezelfde botsingswetten als waarmee je ook botsingen tussen
deeltjes beschrijft  fotonen hebben dus deeltjeseigenschappen:
hc
 ‘kinetische’ energie  E = h*f =
λ
h
 Impuls  p =
λ
h
λ (van deeltje) =
mv
Botsing tussen foton en elektron is volkomen elastisch  er geldt wet van behoud van
‘kinetische’ energie en van impuls
Het complementariteitsbeginsel
Licht heeft zowel golfeigenschappen (interferentie, buiging) als deeltjeseigenschappen
(‘kinetische’ energie, impuls) = golf-deeltjedualiteit  niet elk verschijnsel uit de
microwereld is te vertalen naar vergelijkbare macroscopische verschijnselen  er geldt
complementariteitsbeginsel = bij 1 verschijnsel gedraagt licht zich of als golf of als
deeltje  bij samengesteld proces wisselen golfmodel en deeltjesmodel elkaar steeds af
Aantekeningen
Foton = lichtdeeltje gequantiseerd  precies  niet meer en niet minder
Ef = Eb + Ek (Efoton = Ebinding + Ekinetisch) ofwel Ef = Ek + Euittree
Emax = Uq (minimale U)
Over het algemeen geldt:
 Deeltje botst op iets wat ongeveer even zwaar is als zichzelf  impuls verandert
het meest
 Deeltje botst op iets wat veel lichter/zwaarder is dan zichzelf  grootte van impuls
verandert niet zo veel
 Deeltje botst op oneindig zwaar object  kaatst terug bij volkomen elastische
botsing = volledige terugkaatsing  impuls verandert niet
Foto-elektrisch effect:



2