19.2 Fotonen - atGreijdanus.nl

Natuurkunde Samenvatting Hf. 19+20
Periode 2
19.2 Fotonen
Continue spectrum:

Hoe hoger de temperatuur van een voorwerp, hoe meer straling er wordt uitgezonden.

De intensiteit hangt af van de golflengte.
Verschuivingswet van Wien (Binas 35E): λmax ∙ T = kw  kw = 2,8978∙10-3 mK (Binas 7)

De oppervlakte onder de grafiek is de maat voor het stralingsvermogen P

De intensiteitsverdeling in het spectrum is voor elk materiaal hetzelfde
Foto-elektrisch effect/foto-emissie: straling die invalt op een metalen plaat kan daaruit elektronen vrijmaken.

Fotocel:
o Ultravioletstraling kan elektronen vrijmaken uit zink
o Zichtbare straling kan elektronen vrijmaken uit andere metalen
o De fotostroom loopt van anode naar kathode, de elektronen lopen tegengesteld
o De frequentie van de invallende straling moet groter zijn dan de grensfrequentie van het metaal
o Er hoeft geen spanning over de fotocel te staan, maar dan komen de elektronen soms op de
vacuümbuis terecht. Met een spanning wordt de stroomsterkte wel groter, tot er bij de
verzadigingsstroom een maximale stroomsterkte bereikt is.
Uittreedenergie:

De vrije elektronen op het metaal ondervinden een aantrekkende kracht van de omringende metaalionen,
waardoor het energie kost om hem vrij te maken. Dit kan als hij stralingsenergie absorbeert die groter is dan
de uittreedenergie.

Ek, max = Ef - Eu = h ∙ f - Eu
Fotocelschakeling:

Bij een voldoende grote, negatieve spanning is het elektrisch veld zo sterk
dat zelfs de elektronen uit de kathode de anode niet meer kunnen bereiken
 er loopt geen stroom meer. De spanning waarbij dit gebeurt is Urem

Ek,max = -e ∙ Urem (Binas 35 E2)  e zijn het aantal elementaire ladingen
De helling is de
constante van Planck
19.3 Energieniveaus
n = 1: Lymanreeks (uv)
n = 2: Balmerreeks (licht)
n = 3: Paschenreeks (ir)
n en m zijn een geheel getal,
n≥1 en m>n
Energieniveaus:

Bij een botsing met een elektron kan het atoom een deel van de kinetische
energie van het botsende atoom absorberen

Bij elke baan rond een atoom hoort een bepaalde energiewaarde

Hoe groter de baanstraal, hoe hoger het energieniveau van het atoom

Bij absorptie van energie ‘springt’ het elektron naar een hogere toegestaan energieniveau, waarna hij
terugvalt en hierbij fotonen uitzendt

Ef = h ∙ f = Em - En (Em en En zijn de energieniveaus waarin het atoom zich bevindt voor en na het uitzenden
van het foton)

Ionisatie-energie: de energie die aan een atoom moet
worden toegevoerd om het vanuit de grondtoestand in
de geïoniseerde toestand te brengen, waarbij het atoom
in een positief geladen ion verandert
Lijnenspectrum: het aantal energieniveaus van een atoom is
beperkt en de straling die hij uitzendt heeft dus maar een
bepaald aantal frequenties  lijnenspectrum
Als een atoom ingewikkelder in elkaar zit wordt het spectrum
bijna continu.
Versnelspanning: vrijgemaakte elektronen vanuit de kathode worden door een spanning versneld en na het
passeren van de anode vertraagd door een tegenspanning. Als bij een toename van de spanning de stroomsterkte
plotseling daalt is dit een gevolg van een energieoverdracht aan een gasatoom. De versnelspanning geeft de
hoeveelheid energie aan die dus nodig is om een gasatoom aan te slaan.
Emissiespectrum: de gasatomen absorberen een deel van de kinetische energie van botsende elektronen en zenden
hierdoor fotonen uit. Hierdoor ontstaan spectraallijnen.
Absorptiespectrum: Een gasatoom kan ook aangeslagen worden door absorptie van de energie van een invallend
foton. De fotonenergie moet dan precies gelijk zijn aan de energie die past bij een sprong naar een hogere schil. Als
wit licht invalt op een ‘koud’ gas ontstaat een absorptiespectrum, de absorptielijnen liggen op exact dezelfde plaats
als de emissielijnen van het gas  lijnomkering
Laser  Metastabiel energieniveau: aangeslagen toestand waarin een atoom relatief lange tijd verblijft, voordat het
terugvalt door spontane emissie. Door pompen wordt een groot aantal atomen op een metastabiel energieniveau
gebracht.
19.4 Materiegolven
Comptoneffect: röntgenstraling die op waterstofatomen valt, wordt verstrooid waarbij de frequentie van de
verstrooide straling kleiner is dan die van de invallende straling. Een foton kan daarom worden opgevat als een
deeltje met een impuls.
Dualistisch karakter: afhankelijk van de omstandigheden vertoont straling haar golfkarakter óf haar
deeltjeskarakter. Interferentie bij licht en elektronen toont het golfkarakter aan.
Het interferentiepatroon geeft geen informatie over de baan van een individueel deeltje naar het scherm. We weten
alleen hoe groot de kans is dat een deeltje op een bepaalde plaats het scherm treft.
Golflengte van een materiedeeltje:
p is de impuls (in Ns) van het materiedeeltje
Materiegolven: materiegolven kunnen worden aangetoond door verstrooiing van een elektronenbundel aan een
kristaloppervlak waarbij interferentie in de teruggekaatste bundel optreedt. Slechts in een beperkt aantal richtingen
treedt versterking op en in alle andere richtingen uitdoving.