Klas 6 natuurkunde 4 nieuwe hoofdstukken 3 toetsen 3 PO’s CE training SE: Nova, PTA CE: Syllabus + examenregels
Geen GR! Binas 6e druk
? E-pack ? Uitwerkingenboekje ? Magister mail check of maillijst?
Presentaties, planner, etc. -Site: web.usgym.nl/muusse -Magister / ELO / Natuurkunde klas 6 / Hoofdstuk 1
Lesplanning • Les 1: Uitleguur, nieuwe theorie, demo -Aantekeningen, opletten, vragen stellen
• Les 2: Werkuur, bespreken selectie (examen)opgaven, practicum -Al gelezen en deel hw gemaakt zodat je vragen kunt stellen -Te bespreken opgaven gemaakt en voorbereid
Klassieke natuurkunde
e 19
eeuw
• Deterministisch wereldbeeld a la Newton, mathematisch, precisie metingen • Engelse Universiteiten als Cambridge. Stoommachine was al uitgevonden voor 1800 door Watt. • Na de Franse revolutie; vrijheidsdenken. Ecole Polytechnique. • LaPlace, Poincare, Poisson, Lagrange, Hertz, Fourier, Joule, Carnot, Calorique, Ampere, Spinoza, etc • Demon van LaPlace Een intelligentie, die, op een zeker moment, alle krachten die in de natuur werken, en de toestanden van alle elementen, waaruit deze is opgebouwd, zou kennen, zou, als ze overigens groot genoeg was om al deze gegevens te kunnen analyseren, in een enkele formule de beweging van de grootste lichamen in het heelal en die van het kleinste atoom beschrijven: niets zou hiervoor onzeker zijn, en de toekomst, net zoals het verleden, zou tegenwoordig zijn in haar ogen. De menselijke geest, die de sterrenkunde zo volmaakt heeft leren beschrijven, vormt een flauwe afspiegeling van zo'n intelligentie
•
Determinisme of vrije wil?
Eind 19e eeuw • Energetisch wereldbeeld, deterministisch • Elektromagnetische aether • UK: Maxwell, Faraday, Rutherford maar ook Darwin. • DE: Ohm, Weber, Hertz • Industrialisatie; op wetenschap gebaseerde technologie. GE, Philips, Bell, etc. • 1880 Edison: gloeilamp
λ=v∙T c=λ∙f A
λ • λ de golflengte in meter • c de lichtsnelheid: 2,998∙108 m/s • f de frequentie in Hz
met
f=1/T
→
Begin 20e eeuw; relativiteitstheorie • 1897 Michelson Morley experiment; geen aether • 1905 Einstein; speciale relativiteitstheorie • In (speciale) relativiteitstheorie laten we de begrippen absolute tijd en positie los. Verder zijn snelheden niet zonder meer additief, er bestaat lengte en tijd contractie, etc. • (Speciale) relativiteitstheorie beschrijft natuurkunde voor objecten met hoge snelheid • Hoofdstuk 15
Begin • • • • • •
e 20
eeuw; quantummechanica
1905; Einstein; Foto elektrisch effect, lichtquanta 1900; Planck kromme; lichtquanta 1913; Bohr; electronen in schillen 1923; Compton; electron als deeltje en golf 1924; DeBroglie; electronen als materiegolf Klein, Hilbert, Weyl, Pauli, Schrodinger, Heisenberg, etc.
Quantisatie van licht
E h f
h 6,626 1034 Js
Foto-elektrisch effect • Om een elektron vrij te maken uit de geleider is een bepaalde arbeid (W van work of werkfunctie) nodig. • Licht is opgebouwd uit lichtquanta of fotonen. • Deze fotonen kunnen niet "samenwerken" om een elektron vrij te maken • Hieruit volgt direct dat elektronen alleen kunnen worden vrijgemaakt wanneer de frequentie van het opvallende licht groot genoeg is.
• Het effect is te vergelijken met een jongen die een bal op het dak probeert te schoppen. Schopt hij niet hard genoeg, dan rolt de bal weer naar beneden. Schopt hij honderd keer te zacht, dan rolt de bal honderd keer weer terug. Het lukt pas als hij in een keer hard genoeg schopt. • De kinetische van het vrijgekomen electron is niet afhankelijk van de intensiteit, maar van de frequentie van het inkomende foton.
Foto-elektrisch effect
Vijfde conferentie (1927). Bovenste rij (L-R): Auguste Piccard, E. Henriot, Paul Ehrenfest, Ed. Herzen, Théophile De Donder, Erwin Schrödinger, Jules-Émile Verschaffelt, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg, Ralph Howard Fowler, Léon Brillouin Middelste rij (L-R):Peter Debye, Martin Knudsen, William Lawrence Bragg, Hendrik Anthony Kramers, Paul Dirac, Arthur Compton, Louis de Broglie, Max Born, Niels Bohr Voorste rij (L-R):Irving Langmuir, Max Planck, Marie Curie, Hendrik Lorentz, Albert Einstein, Paul Langevin, Ch. E. Guye, Charles Thomson Rees Wilson, Owen Willans Richardson
Tekst
Quantumwereld 2014
• Quantummechanica beschrijft natuurkunde op kleine schaal
• Fundamenteel andere aanpak nodig! • Positie en snelheid van een microdeeltje zijn niet oneindig precies te meten • Geen puntdeeltjes • Niet door meetfouten, maar per definitie
• QM = Statistische theorie • Onzekerheidsrelatie van Heisenberg • Kleinste pakketjes energie: quanta
Quanta Afgemeten hoeveelheden Massa in kg
Aantal atomen
Energie in joule
Aantal fotonen
Quote
Het model van Rutherford
Rutherford experiment • Rutherford 1909; schiet alfa deeltjes door goud folie. Zijn conclusie; er is een kleine nucleus. • Deze is positief geladen want het alfa deeltje is ook + geladen.
Bohrmodel
Emissiespectra van H2 en He Waterstof
Helium
Waterstof; simpel atoom. Toch veel golflengten van licht dat waterstof kan uitzenden (spectraallijnen). Verklaring; electron valt van schil met hoge energie naar schil met lage energie. Vrijgekomen licht heeft een frequentie met een discrete waarde.
Absorptiespectra van H2
Quantisatie
Het waterstofatoom
Quantisatie
Formule voor energieniveau’s Met C = 13,606 eV
Waterstofspectrum
Kleinere golflengte, meer energie
3→2
4→2
5→2
6→2
7→2
8→2
9→2
H-α
H-β
H-γ
H-δ
H-ε
H-ζ
H-η
Golflengte (nm)
656.3
486.1
434.1
410.2
397.0
388.9
383.5
364.6
Kleur
Rood
Cyaan
Blauw
Violet
(UV)
(UV)
(UV)
(UV)
Overgang
Naam
→2
Atoomodel
Eenheid van energie: eV en J De eenheid van energie in de deeltjesfysica is elektronvolt (eV), dit is de energie die een elektron krijgt als hij een potentiaalverschil (spanning) doorloopt van één volt.
1J 1V 1C
1eV 1V 1e
lading
energie
1e 1, 602 1019 C
1 eV 1, 602 10 19 J
1C 6, 242 1018 e
1 J 6, 242 1018 eV
