H14 Quantumwereld
14.1 Introductie
Bij quantumverschijnselen gaat het niet alleen om materiedeeltjes als protonen, elektronen, atomen
en moleculen, maar ook om fotonen: lichtdeeltjes met een afgepaste hoeveelheid stralingsenergie. Op
atomair niveau gaan de wetten van de klassieke mechanica niet meer op. Massadeeltjes lijken een
golfkarakter te hebben. En elektromagnetische straling blijkt ook een deeltjeskarakter te hebben.
Behoudswetten van bijv. lading en impuls
Lading kan niet verdwijnen, maar positieve en negatieve lading kan wel elkaar opheffen.
Energie in een systeem kan niet veranderen, alleen omgezet worden. In de quantumwereld
zijn de energieën per deeltje zo klein dat je daarvoor meestal de eenheid elektronvolt eV voor
gebruikt:
1 eV = 1,60217653 x 10-19 J
Bij botsingen geldt behoud van impuls: de grootheid die de hoeveelheid beweging van de
deeltjes aangeeft.
Staande golven door interferentie van lopende golven
Lopende golf = trillingen worden doorgegeven. Elk volgend trillend punt in het koord of de lucht
‘loopt dan iets achter’ of beter gezegd: de fase is iets kleiner. De amplitude is overal gelijk, maar niet
in fase.
als in een koord van beide kanten lopende golven komen, met dezelfde constante golflengte, dan
kunnen er staande golven met knopen en buiken ontstaan.
Interferentie = de samenwerking van verschillende lopende golven. Het patroon van de amplitudes
van de resulterende staande golf is een interferentiepatroon.
Elektromagnetische straling en fotonen
Als een elektron in een atoom een foton uitzendt (emissie) raakt het atoom een
beetje energie kwijt.
Bij absorptie van een foton krijgt een atoom er een beetje energie bij.
Losse atomen zenden alleen fotonen uit met bepaalde golflengtes en de daarbij
horende fotonenergie. In het spectrum worden die golflengten zichtbaar als
spectraallijnen.
E f =h∙ f
Atoommodel van Rutherford
Alle atomen bestaan uit 3 materiedeeltjes: protonen, neutronen en elektronen. Een atoom bestaat uit
een stilstaande kern van protonen en neutronen, waaromheen de elektronen, bewegen in een soort
planeetbanen.
Atoommodel van Bohr
Een elektron kan slechts in een beperkt aantal banen rond de atoomkern bewegen. Van elk van die
banen hoort een bepaald energieniveau: hoe groter de baanstraal, des te hoger is het energieniveau.
, De fotonenergie van eventueel uitgezonden straling wordt bepaald door het energieverschil tussen de 2
energieniveaus Em en En van het atoom vóór en ná de ‘sprong omlaag’:
E f =h∙ f =Em – E n∨¿
De discrete energieniveaus en vaste hoeveelheden fotonenergie die horen
bij de overgangen tussen de energieniveaus quantumverschijnselen. Bij
vaste stoffen zoals metalen hebben de vrije elektronen, die niet gebonden
zijn, geen discrete energieniveaus (continuspectrum) en geen quantum.
14.2 Golfkarakter van licht
Begrijpen
Het uitzenden en absorberen van elektromagnetische stralingsenergie, zoals licht, is gequantiseerd =
het gebeurt in afzonderlijke hoeveelheden en niet als een continu proces.
Trillingen hebben een frequentie en golven een golflengte, waarvoor geldt:
v
λ=
f
Interferentie is een typisch golfverschijnsel. Als in een bepaald punt van 2 kanten golven voortdurend
met gelijke fase aankomen, versterken ze elkaar en is er sprake van constructieve inferentie. Golven
die in een bepaald punt voortdurend met tegengestelde fase aankomen, verzwakken elkaar of doven
elkaar uit als hun amplitudes even groot zijn destructieve interferentie. \
Elektromagnetische golven zoals licht/radiogolven vertonen ook interferentie.
Interferentie bij 2 bronnen
De hiervoor besproken interferentie vindt plaats bij golven die van 2 kanten langs een rechte lijn
bewegen, zie plaatje. Interferentie van golven die zich in de ruimte uitbreiden kun je waarnemen als 2
verschillende bronnen dicht bij elkaar en continu trillen met eenzelfde vaste frequentie.
In het gebied waar de golven door elkaar heen lopen ontstaat een
interferentiepatroon van knooplijnen en buiklijnen. Geluidsgolven kunnen
elkaar versterken in bepaalde punten of verzwakken: ook op plaatsen waar je
vrijwel niets hoort komt ‘geluid’ uit beide luidsprekers. Destructieve
interferentie kun je niet verklaren met het deeltjesmodel het is een golf.
14.1 Introductie
Bij quantumverschijnselen gaat het niet alleen om materiedeeltjes als protonen, elektronen, atomen
en moleculen, maar ook om fotonen: lichtdeeltjes met een afgepaste hoeveelheid stralingsenergie. Op
atomair niveau gaan de wetten van de klassieke mechanica niet meer op. Massadeeltjes lijken een
golfkarakter te hebben. En elektromagnetische straling blijkt ook een deeltjeskarakter te hebben.
Behoudswetten van bijv. lading en impuls
Lading kan niet verdwijnen, maar positieve en negatieve lading kan wel elkaar opheffen.
Energie in een systeem kan niet veranderen, alleen omgezet worden. In de quantumwereld
zijn de energieën per deeltje zo klein dat je daarvoor meestal de eenheid elektronvolt eV voor
gebruikt:
1 eV = 1,60217653 x 10-19 J
Bij botsingen geldt behoud van impuls: de grootheid die de hoeveelheid beweging van de
deeltjes aangeeft.
Staande golven door interferentie van lopende golven
Lopende golf = trillingen worden doorgegeven. Elk volgend trillend punt in het koord of de lucht
‘loopt dan iets achter’ of beter gezegd: de fase is iets kleiner. De amplitude is overal gelijk, maar niet
in fase.
als in een koord van beide kanten lopende golven komen, met dezelfde constante golflengte, dan
kunnen er staande golven met knopen en buiken ontstaan.
Interferentie = de samenwerking van verschillende lopende golven. Het patroon van de amplitudes
van de resulterende staande golf is een interferentiepatroon.
Elektromagnetische straling en fotonen
Als een elektron in een atoom een foton uitzendt (emissie) raakt het atoom een
beetje energie kwijt.
Bij absorptie van een foton krijgt een atoom er een beetje energie bij.
Losse atomen zenden alleen fotonen uit met bepaalde golflengtes en de daarbij
horende fotonenergie. In het spectrum worden die golflengten zichtbaar als
spectraallijnen.
E f =h∙ f
Atoommodel van Rutherford
Alle atomen bestaan uit 3 materiedeeltjes: protonen, neutronen en elektronen. Een atoom bestaat uit
een stilstaande kern van protonen en neutronen, waaromheen de elektronen, bewegen in een soort
planeetbanen.
Atoommodel van Bohr
Een elektron kan slechts in een beperkt aantal banen rond de atoomkern bewegen. Van elk van die
banen hoort een bepaald energieniveau: hoe groter de baanstraal, des te hoger is het energieniveau.
, De fotonenergie van eventueel uitgezonden straling wordt bepaald door het energieverschil tussen de 2
energieniveaus Em en En van het atoom vóór en ná de ‘sprong omlaag’:
E f =h∙ f =Em – E n∨¿
De discrete energieniveaus en vaste hoeveelheden fotonenergie die horen
bij de overgangen tussen de energieniveaus quantumverschijnselen. Bij
vaste stoffen zoals metalen hebben de vrije elektronen, die niet gebonden
zijn, geen discrete energieniveaus (continuspectrum) en geen quantum.
14.2 Golfkarakter van licht
Begrijpen
Het uitzenden en absorberen van elektromagnetische stralingsenergie, zoals licht, is gequantiseerd =
het gebeurt in afzonderlijke hoeveelheden en niet als een continu proces.
Trillingen hebben een frequentie en golven een golflengte, waarvoor geldt:
v
λ=
f
Interferentie is een typisch golfverschijnsel. Als in een bepaald punt van 2 kanten golven voortdurend
met gelijke fase aankomen, versterken ze elkaar en is er sprake van constructieve inferentie. Golven
die in een bepaald punt voortdurend met tegengestelde fase aankomen, verzwakken elkaar of doven
elkaar uit als hun amplitudes even groot zijn destructieve interferentie. \
Elektromagnetische golven zoals licht/radiogolven vertonen ook interferentie.
Interferentie bij 2 bronnen
De hiervoor besproken interferentie vindt plaats bij golven die van 2 kanten langs een rechte lijn
bewegen, zie plaatje. Interferentie van golven die zich in de ruimte uitbreiden kun je waarnemen als 2
verschillende bronnen dicht bij elkaar en continu trillen met eenzelfde vaste frequentie.
In het gebied waar de golven door elkaar heen lopen ontstaat een
interferentiepatroon van knooplijnen en buiklijnen. Geluidsgolven kunnen
elkaar versterken in bepaalde punten of verzwakken: ook op plaatsen waar je
vrijwel niets hoort komt ‘geluid’ uit beide luidsprekers. Destructieve
interferentie kun je niet verklaren met het deeltjesmodel het is een golf.
