De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

CONCEPT Samenvatting. Fotonen en materiedeeltjes De quantumwereld is de wereld van fotonen en materiedeeltjes zoals elektronen en atomen. Bij deze kleine.

Verwante presentaties


Presentatie over: "CONCEPT Samenvatting. Fotonen en materiedeeltjes De quantumwereld is de wereld van fotonen en materiedeeltjes zoals elektronen en atomen. Bij deze kleine."— Transcript van de presentatie:

1 CONCEPT Samenvatting

2 Fotonen en materiedeeltjes De quantumwereld is de wereld van fotonen en materiedeeltjes zoals elektronen en atomen. Bij deze kleine deeltjes treden quantumverschijnselen op. Enkele voorbeelden van quantumeigenschappen: Elektronen in een atoom kunnen zich in de grondtoestand of in een aangeslagen toestand bevinden. Dat zijn quantumtoestanden. Als een elektron naar een andere quantumtoestand gaat dan wordt een foton uitgezonden of geabsorbeerd. Een foton is een quantum energie. Een quantumtoestand wordt beschreven met een wiskundige golffunctie. Het golfkarakter is een voorbeeld van een quantumeigenschap. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 1 CONCEPT

3 Golfkarakter en deeltjeskarakter In de quantumwereld hebben deeltjes zowel een golfkarakter als een deeltjeskarakter. Op het moment dat er sprake is van detectie of interactie (zoals absorptie of emissie) dan manifesteert het deeltjeskarakter zich. Er wordt bijvoorbeeld een hoeveelheid energie uitgezonden of geabsorbeerd, of er wordt impuls overgedragen Tussen de momenten van detectie of interactie heeft het deeltje een golfkarakter en kan een deeltje beschreven worden met een wiskundige golffunctie. Dat is geen golf die waargenomen kan worden. De golffunctie beschrijft de kans om het deeltje op een bepaalde plek te detecteren. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 2 CONCEPT

4 Golfkarakter Zowel fotonen als materiedeeltjes hebben een golfkarakter. Dat is bijvoorbeeld zichtbaar bij: Buiging door een smalle spleet: Als de breedte van de opening in dezelfde orde van grootte is als de golflengte is Dan ontstaat een buigingspatroon. Het buigingseffect, de spreiding van de stralingsenergie, neemt toe naarmate de opening kleiner is ten opzichte van de golflengte. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 3 Figuur 4 CONCEPT

5 Golfkarakter Interferentie bij een dubbele spleet: Als de afstand tussen de spleten in dezelfde orde van grootte is als de golflengte dan ontstaat een interferentiepatroon. De knooplijnen en buiklijnen lopen wijder uiteen naarmate de afstand tussen de identieke bronnen kleiner is ten opzichte van de golflengte. Een buigingspatroon en een interferentiepatroon is een waarschijnlijkheidsverdeling voor waarnemingen. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 5 Figuur 6 Figuur 7 CONCEPT

6 Golfkarakter Zowel fotonen als materiedeeltjes hebben een golfkarakter. Dat is bijvoorbeeld zichtbaar bij: Diffractie: Als elektronen of energierijke fotonen worden afgeschoten op een kristal dan ontstaat er een interferentiepatroon. Het patroon hangt af van de golflengte en van de roosterafstand in het kristal. Opgesloten deeltjes: Als de afmetingen van de opsluiting in dezelfde orde van grootte zijn als de golflengte is dan ontstaan quantumtoestanden. In het atoommodel van Bohr past de golflengte op de omtrek van de cirkelbaan van het elektron. Toevalsprocessen: De golffunctie beschrijft de kans op een gebeurtenis. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 8 CONCEPT

7 Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 9 CONCEPT

8 Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 10 CONCEPT

9 Deeltjeskarakter Zowel fotonen als materiedeeltjes hebben een deeltjeskarakter. Materiedeeltjes hebben massa en soms lading. Andere deeltjeseigenschappen zijn energie en impuls. Die eigenschappen worden zichtbaar bij: Het foto-elektrisch effect: Een foton kan alleen een elektron losmaken uit een metaal als de fotonenergie groter is dan de uitree-energie van het metaal. Botsingen: Bij een botsing oefenen deeltjes kracht op elkaar uit. Door de interactie wordt impuls overgedragen. Quantumtoestanden: In een quantumtoestand heeft een deeltje een bepaalde energie. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 11 Figuur 12 CONCEPT

10 Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld CONCEPT

11 Golf-deeltje-dualiteit Bij experimenten met kleine deeltjes biedt de golf-deeltje-dualiteit een verklaring voor de waarnemingen. Het dubbelspleetexperiment werkt ook met individuele deeltjes. Bij een groot aantal deeltjes ontstaat uiteindelijk een interferentiepatroon. Bij uitzending, detectie en absorptie manifesteert het deeltjeskarakter zich, maar daartussen heeft het deeltje een golfkarakter. De waarschijnlijkheidsverdeling beschrijft de kans om het deeltje op een bepaalde plek te detecteren. Een waarneming bij een spleet verstoort het elektron zodanig dat er geen interferentiepatroon meer wordt waargenomen. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 13 Figuur 14 CONCEPT

12 Golf-deeltje-dualiteit Een elektron in een quantumtoestand in een atoom wordt beschreven met een waarschijnlijkheidsverdeling. Deze vult de ruimte rond de kern en beschrijft de kans om het elektron ergens te detecteren. Bij detectie manifesteert zich het deeltjeskarakter en dan wordt bijvoorbeeld de positie gemeten. Maar voorafgaand aan de detectie is er geen sprake van een positie, want die wordt pas bepaald bij de detectie. Dan is er dus sprake van onbepaaldheid. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 15 Figuur 16 CONCEPT

13 Onbepaaldheidsrelatie De golf-deeltje-dualiteit vormt de basis van het verschijnsel onbepaaldheid. Zowel de positie als de impuls zijn voorafgaand aan een meting onbepaald. De waarschijnlijkheidsverdeling beschrijft de kans om het deeltje op een bepaalde positie te detecteren. De onbepaaldheid van plaats is dan de spreiding in de waarschijnlijkheidsverdeling. Wordt de positie nauwkeuriger bepaald dan is de spreiding in de impuls groter en omgekeerd. Bij een deeltje dat opgesloten is in een kleine ruimte (zoals een atoom(kern) of een spleet) is de onbepaaldheid van de positie gelijk aan de afmeting(en) van de ruimte. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 17 CONCEPT

14 Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld CONCEPT

15 Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 18 CONCEPT

16 Deeltje in een doosje Hoe kleiner de ruimte, des te kleiner is de maximale debroglie- golflengte en des te groter zijn de impuls en de energie. Atomen met een kleine bohrstraal hebben een grote nulpuntsenergie. Lange moleculen hebben een lage nulpuntsenergie en kunnen fotonen uit het zichtbare gebied absorberen. Als de ruimte waarin de deeltjes opgesloten zijn veel groter is dan de debroglie-golflengte, zijn er geen quantumverschijnselen te verwachten. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld CONCEPT

17 Tunneling Het verschijnsel tunneling wordt veroorzaakt door de uitgebreidheid van de waarschijnlijkheidsverdeling. Een deeltje dat opgesloten zit in een kleine ruimte bevindt zich in een energieput. De energie van het deeltje is te laag om de put te verlaten. Als er dichtbij een plek is met een lagere energie dan laat de debroglie-golf zien dat er een kleine kans is dat het deeltje op die plek gedetecteerd wordt. Het deeltje tunnelt dan door de energiebarrière. De kans op tunneling wordt groter als de energiebarrière lager is en als de afstand kleiner is (de energiebarrière is dan smaller). De kans op tunneling wordt ook groter als de massa van het deeltje kleiner is. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 19 Figuur 20 Figuur 21 CONCEPT

18 Tunneling Een scanning tunneling microscoop (STM) maakt gebruik van tunneling van elektronen. De stroomsterkte (tunnelstroom) hangt af van de afstand tussen de punt van de naald en de atomen op het oppervlak. Deeltjes en quantumverschijnselen | vwo | Samenvatting 14 Quantumwereld Figuur 22 CONCEPT


Download ppt "CONCEPT Samenvatting. Fotonen en materiedeeltjes De quantumwereld is de wereld van fotonen en materiedeeltjes zoals elektronen en atomen. Bij deze kleine."

Verwante presentaties


Ads door Google