Beschouw een deeltje in een doos (afgesloten ruimte)
Het simpelste kwantumsysteem
Slide 4 - Tekstslide
Beschouw een deeltje in een doos (afgesloten ruimte)
Als de doos groot is ten opzichte van de kansgolf van het deeltjes, dan zal de kansgolf zich als een deeltje gedragen. De kansgolf zal dan heen en weer botsen in het doosje alsof het een deeltje is
Het simpelste kwantumsysteem
Slide 5 - Tekstslide
Als de doos echter klein is ten opzichte van de kansgolf, dan beginnen we golfverschijnselen te merken.
Het simpelste kwantumsysteem
Slide 6 - Tekstslide
Als de doos echter klein is ten opzichte van de kansgolf, dan beginnen we golfverschijnselen te merken.
Golf reflecteert tegen de wanden
Het simpelste kwantumsysteem
Slide 7 - Tekstslide
Als de doos echter klein is ten opzichte van de kansgolf, dan beginnen we golfverschijnselen te merken.
Golf reflecteert tegen de wanden → interfereert met zichzelf
Het simpelste kwantumsysteem
Slide 8 - Tekstslide
Als de doos echter klein is ten opzichte van de kansgolf, dan beginnen we golfverschijnselen te merken.
Golf reflecteert tegen de wanden → interfereert met zichzelf
→ staande golf met knopen en buiken
Het simpelste kwantumsysteem
Slide 9 - Tekstslide
Als de doos echter klein is ten opzichte van de kansgolf, dan beginnen we golfverschijnselen te merken.
Golf reflecteert tegen de wanden → interfereert met zichzelf
→ staande golf met knopen en buiken
Het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
Slide 10 - Tekstslide
Als de doos echter klein is ten opzichte van de kansgolf, dan beginnen we golfverschijnselen te merken.
Golf reflecteert tegen de wanden → interfereert met zichzelf
→ staande golf met knopen en buiken
Met natuurlijk:
n = 1 voor de grondtoestand
n = 2 of hoger de aangeslagen toestanden
Het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
Slide 11 - Tekstslide
Hieronder een aantal toestanden van een deeltje in de doos
Hoe groter de amplitude van de kansgolf, hoe meer kans dat je het deeltje daar zal aantreffen
Het simpelste kwantumsysteem
Slide 12 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
Slide 13 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
Slide 14 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
Slide 15 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
Slide 16 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
→v=2mLhn
Slide 17 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
→v=2mLhn
→
}
Slide 18 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
→v=2mLhn
Ekin=21mv2
→
}
Slide 19 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
→v=2mLhn
Ekin=21mv2
→
Ekin=21m(2mLhn)2
}
Slide 20 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
→v=2mLhn
Ekin=21mv2
→
Ekin=21m(2mLhn)2
Ekin=21m22m2L2h2n2
}
Slide 21 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
→v=2mLhn
Ekin=21mv2
→
Ekin=21m(2mLhn)2
Ekin=21m22m2L2h2n2
En=8mL2h2n2
}
Slide 22 - Tekstslide
Om de energie van een kwantumdeeltje in een doos af te leiden, wordt gebruik gemaakt van de volgende formules:
{
De energie van het simpelste kwantumsysteem
L=21λn
λ=ph=mvh
L=21mvhn
→L=2mvhn
→v=2mLhn
Ekin=21mv2
→
Ekin=21m(2mLhn)2
Ekin=21m22m2L2h2n2
En=8mL2h2n2
}
Slide 23 - Tekstslide
Het elektron in het doosje kan niet zomaar elke kinetische energie en dus niet elke snelheid kan aannemen
Alleen de waarden die overeenkomen met de staande golven zijn mogelijk.
De energie is gekwantiseerd (heeft een vaste hoeveelheid).
Zelfs in grondtoestand heeft het deeltje nog energie → nulpuntsenergie
Consequenties
En=8mL2h2n2
Slide 24 - Tekstslide
Antwoord:
q = e, het elementair ladingsquantum
In deze opdracht gaan we afleiden op welke afstanden de schillen zich bevinden in het waterstofatoom.
a. Voor het elektron in zijn baan om het proton in het waterstofatoom geldt:
Opdracht 3a van WS
Felek=Fmpz
r2fq1q2=rmv2
→rfq1q2=mv2
→rfe2=mv2
rfe2=mv2
Slide 25 - Tekstslide
Antwoord:
Er past telkens een heel aantal golven in een schil. De omtrek van de schil is gelijk aan de
omtrek van een cirkel. Er geldt dus:
Als we dit combineren met , dan vinden we:
Als we dit omschrijven, dan vinden we:
b. Niels Bohr stelde het elektron in waterstof voor als een golf die rond het proton draaide (zie de onderstaande afbeelding).
Hij leidde hiermee af dat de snelheid van het elektron in de nde schil gelijk is aan:
Er geldt hier dat ℏ gelijk is aan .
Leid deze formule af.
Opdracht 3b van WS
2πr=nλ
vn=mrnℏ
ℏ=2πh
λ=ph=mvh
(λ=)mvh=n2πr
hn=2πrmv
→v=2πmrhn
→v=2πhmrn=mrℏn
Slide 26 - Tekstslide
Antwoord:
Van vraag a hebben we:
Als we dit combineren met , dan vinden we:
voor n = 1:
c. Laat nu zien dat:
waarin:
Opdracht 3c van WS
rn=n2r12
r1=fme2ℏ2
rfe2=mv2
vn=mrnℏ
rfe2=m(mrnℏ)2
→rfe2=m2r2mn2ℏ2
→fe2=mrn2ℏ2
→r=fme2n2ℏ2
r1=fme2ℏ2
→fe2mr=n2ℏ2
Slide 27 - Tekstslide
Antwoord:
Met vinden we:
Met vinden we dan:
d. We gaan nu naar de energie van het elektron in het waterstofatoom kijken. Er geldt:
De eerste term is de bekende kinetische energie van het elektron en de tweede term de elektrische energie van het elektron.
Copernicus kwam als eerste met bewijs voor het heliocentrische model.
a. Wat is het heliocentrische model?
b. Welk bewijs vond hij? Gebruik in je antwoord in ieder geval het woord retrograde beweging.
Opgave 2
Galileo vond tevens een bewijs dat het geocentrische model verwierp. Welk bewijs vond hij en waarom verwierp dit het geocentrische model?
Opgave 3
Toen men nog geloofde dat de aarde niet om zijn eigen as draait, moest men aannemen dat de sterren elke 24 uur een rondje om de aarde maakten. Leg uit waarom men dit dacht.
Opgave 4
De maan draait in iets meer dan 27 dagen in een baan om de aarde.
a. Leg uit wanneer zons- en maansverduisteringen plaatsvinden tijdens deze beweging.
b. Leg uit waarom niet elke 27 dagen een zons- of maansverduistering plaatsvindt.
c. Leg uit of er in de middag een volle maan zichtbaar kan zijn.
Slide 31 - Tekstslide
Opgaven
Opgave 1
Copernicus kwam als eerste met bewijs voor het heliocentrische model.
a. Wat is het heliocentrische model?
b. Welk bewijs vond hij? Gebruik in je antwoord in ieder geval het woord retrograde beweging.
Opgave 2
Galileo vond tevens een bewijs dat het geocentrische model verwierp. Welk bewijs vond hij en waarom verwierp dit het geocentrische model?
Opgave 3
Toen men nog geloofde dat de aarde niet om zijn eigen as draait, moest men aannemen dat de sterren elke 24 uur een rondje om de aarde maakten. Leg uit waarom men dit dacht.
Opgave 4
De maan draait in iets meer dan 27 dagen in een baan om de aarde.
a. Leg uit wanneer zons- en maansverduisteringen plaatsvinden tijdens deze beweging.
b. Leg uit waarom niet elke 27 dagen een zons- of maansverduistering plaatsvindt.
c. Leg uit of er in de middag een volle maan zichtbaar kan zijn.