Licht dualiteit

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Welkom

Quantum

Mechanica

In de fysica is een kwantum of quantum de kleinste, ondeelbare hoeveelheid van een grootheid die bij een interactie betrokken kan zijn.

Het woord "kwantum" is afgeleid van het Latijnse "quantum" dat refereert aan een gehele hoeveelheid van iets (vragend: 'hoeveel?' en relatief: zoveel als).

een voorbeeld van een quantum binnen het veld van ladingen is de elektron. Er bestaan geen halve elektronen.

De mechanica is het onderdeel van de natuurkunde dat zich bezighoudt met evenwicht en beweging van voorwerpen onder invloed van de krachten die erop werken.

Quantum mechanica

De beweging en invloed van krachten op de kleinste, niet deelbare, voor ons bekende, deeltjes.

Het eerste quanta (kleine deeltje) wat wij gaan bekijken in dit hoofdstuk is licht.

Vraag: Wat is licht?

phet.colorado.edu

Licht als golf

Interferentie

interferentie

golfsnelheid en frequentie

Absorptie

Interferentie -> golf

Interferentie

Als twee geluidsgolven door elkaar heen gaan lopen, dan worden de uitwijkingen van de golf bij elkaar opgeteld. Deze 'optelling van golven' wordt superpositie genoemd. Op sommige punten zullen de golven elkaar versterken en op andere zullen de golven elkaar uitdoven. We noemen deze effecten interferentie.
Als twee geluidsgolven op een bepaald punt in fase lopen, dan zullen de golven elkaar maximaal versterken en is het geluid maximaal hoorbaar. 

We spreken hier van constructieve interferentie en we noemen een punt waar dit plaatsvindt ook wel een maximum. Als de geluidsgolven op een bepaald punt in tegenfase lopen, dan zullen ze elkaar opheffen en als gevolg is er geen geluid hoorbaar. We spreken hier van destructieve interferentie en we noemen een punt waar dit plaatsvindt ook wel een minimum.

Licht als deeltje

Foto elektrisch effect

Vrije elektronen

Foto-elektrisch effect

In de 19de eeuw werd ontdekt dat licht golfeigenschappen heeft. Als gevolg werd gedacht dat het ontsnappen van de elektronen zou moeten afhangen van de intensiteit, oftewel de amplitude.

Dus elke kleur licht zou elektronen kunnen losmaken, zolang de intensiteit hoog genoeg zou zijn.

Foto-elektrisch effect

In de 19de eeuw werd ontdekt dat licht golfeigenschappen heeft. Als gevolg werd gedacht dat het ontsnappen van de elektronen zou moeten afhangen van de intensiteit, oftewel de amplitude.

Dus elke kleur licht zou elektronen kunnen losmaken, zolang de intensiteit hoog genoeg zou zijn.

Foto-elektrisch effect

In plaats van de intensiteit, bleek het de frequentie (en dus de kleur) van het licht het verschil te maken. Als de frequentie boven een bepaalde grensfrequentie (fgrens) komt, dan ontsnappen de elektronen en anders niet.

e

en sterker nog. een golf ultraviolet licht met een erg lage intensiteit wist wel een elektron los te maken terwijl hoge intensiteit infrarood licht dit niet wist te doen.

Het probleem is, deze proef suggereert een botsing. wat niet mogelijk is bij golven. alleen bij deeltjes.

Licht als golf en als deeltje

Licht heeft dus zowel golfgedrag (interferentie) als deeltjes gedrag (foto elektrisch effect).

Dit noemen wij golf-deeltjes dualiteit.

golf-deeltje dualiteit

Licht kan zich dus beide verschijnselen hebben maar niet tegelijkertijd. Wanneer je een golf verschijnsel waarneemt kan het geen deeltjes gedrag vertonen op dat moment.

Dit noemde Niels Bohr het Complementariteitsbeginsel.

golf-deeltje dualiteit

Licht kan zich dus beide verschijnselen hebben maar niet tegelijkertijd. Wanneer je een golf verschijnsel waarneemt kan het geen deeltjes gedrag vertonen op dat moment.

Dit noemde Niels Bohr het Complementariteitsbeginsel.

Maakwerk

Maken  opgave 4 tot en met 10 op pagina 126 + nakijken.

volgende les gaan wij indien nodig deze opgaven bespreken.

(Afhankelijk van het resultaat van het nakijken)