H12 Betekenis en toepassing van materiegolven

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

H12 Betekenis en toepassing van materiegolven

Na deze les kan ik ...

... uitleggen welke informatie je uit de golffunctie van een deeltje kan halen. 

... uitleggen hoe een elektronenmicroscoop werkt. 

... uitleggen welke factoren bepalend zijn voor de resolutie. 

Materiegolf

Materiegolf = golf die bij materie hoort

Als materiegolf een grote amplitude heeft, dan verschijnen daar veel elektronen.

Als een materiegolf ergens niet trilt (amplitude = 0), dan verschijnen daar geen elektronen.

Dus: materiegolf voorspelt hoeveel elektronen er in een bepaal gebied op een scherm terecht zullen komen.

Interferentie bij materiegolven

Destructieve interferentie = uitdoven van deeltjes door elkaar.

• Toch niet mogelijk?! Massa verdwijnt toch niet?!

Deeltjes interfereren niet met elkaar

• Experiment van Tonomura: elektronen worden één voor één door een dubbelspleet gestuurd
  
• Deeltjes interfereren met zichzelf
  

Golffunctie

Golffunctie: de golf die elk materiedeeltje omschrijft

• Het geeft de kans aan dat het deeltje ergens te vinden is
  
• Hoe groter de amplitude, des te groter de kans
  

Golffunctie in het kwadraat = kansverdeling 

• De kans om een deeltje in een bepaald gebied aan te treffen. 
• Let op: precieze uitkomst is NIET te voorspellen!
  

Om golffunctie te berekenen: Schrödingervergelijking

Schrödingervergelijking

In welke ordegrootte ligt de resolutie van een lichtmicroscoop?

1. 10^-3 m
2. 10^-7 m
3. 10^-10 m
4. 10^-14 m

In welke ordegrootte ligt de resolutie van een elektronenmicroscoop?

1. 10^-3 m
2. 10^-7 m
3. 10^-10 m
4. 10^-14 m

Elektronenmicroscoop

Belangrijke toepassing!!

Elektronen worden afgebogen, maar met een veel kleinere golflengte dan bij licht.

• Details zijn beter zichtbaar dan bij lichtmicroscoop
  

Transmissie-Elektronenmicroscoop (TEM)

Elektronenkanon: elektronen worden vrijgemaakt

Diafragma (gat in metalen plaat): regelt ‘belichting’

Condensorlenzen: regelen gelijkmatige belichting

Objectief- en projectorlenzen: zorgen ervoor dat een beeld wordt gevormd

Scherm: digitaal of op fluorescerend scherm

Lenzen in TEM

Dit zijn geen 'echte' lenzen.

Lenzen in TEM

Dit zijn geen 'echte' lenzen.

• Worden gemaakt door magnetische en elektrische velden.
• Hebben een brandpunt. 
• Zitten in een vacuüm. 

Het te bekijken preparaat moet dun zijn. 

Elektronen moeten door het preparaat heen kunnen. 

Waarom kunnen er geen dikke preparaten bekeken worden met een TEM?

Waarom is er een vacuüm in de elektronenmicroscoop?

Resolutie TEM

Resolutie: minimale afstand (d) waarop twee punten in het object nog herkenbaar als twee punten worden afgebeeld.

Afhankelijk van:

• Kwaliteit van de lenzen 
• Debroglie-golflengte van elektronen (d~λ)

Resolutie

• TEM: ongeveer 0,1 nm
• Lichtmicroscoop: ongeveer 0,2 μm

TEM vs SEM

SEM

TEM

SEM: Scanning elektron microscope (Geen examen)

Pollen met SEM microscoop

TEM vs SEM (Geen examen)

TEM

• Elektronen gaan door de stof heen.
  
• Info over opbouw en structuur.
  
• 2D
  
• Dunne preparaten
  
• 1 tot 2 miljoen keer vergroten
  
• Resolutie: ± 0,1 nm

SEM

• Elektronen weerkaatsen
  

• Info over oppervlak.
  

• 3D
  
• Dikkere preparaten
  
• 50 miljoen keer vergroten
  

• Resolutie: < 50 pm
  

Hoe ver kan deze microscoop inzoomen?

Na deze les kan ik ...

... uitleggen welke informatie je uit de golffunctie van een deeltje kan halen. 

... uitleggen hoe een elektronenmicroscoop werkt. 

... uitleggen welke factoren bepalend zijn voor de resolutie. 

😒🙁😐🙂😃

Maak opgave 18 en 20