Transcript powerpoint presentatie

Intoductie filmpje 1
EM straling en materie: H9 2014
Intoductie filmpje 2
EM straling en materie: H9 2014
http://www.youtube.com/watch?v=zSWdZVtX
T7E
Het EM-spectrum
Licht en Intensiteit
Kwadratenwet
𝑃𝑏𝑟𝑜𝑛
𝐼=
4 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟2
Nina Zon en sterren 2011
Experiment 2
EM straling en materie: H9 2014
Vermogen van de zon
inschatten
• Gegevens:
– Plamp = 300 W
– afstand rlamp van hand tot lamp = 0,095 m (klasgemiddelde)
– afstand rzon van aarde tot zon = 0,15 x 1012 m (Binas!!)
• Aanname: de intensiteit op de hand is bij deze
afstand dezelfde als die van zonlicht op aarde
• Berekening:
Planckkromme
Nina Zon en sterren 2011
Planckkromme
Nina Zon en sterren 2011
Wet van Wien
De wet van Wien zegt dat de golflengte waar het
stralingsspectrum van een lichaam piekt, omgekeerd
evenredig is met de absolute temperatuur in Kelvin:
De constante van Wien is: kw = 2,9⋅10−3 mK (meter Kelvin)
Nina Zon en sterren 2011
Planckkrommen
Nina Zon en sterren 2011
Oppervlak
I∙104 in W∙m−2∙nm−1
Oppervlak van 1 cm2-hokje:
Oppervlakte = hoogte × breedte
2∙104 ∙ 200 = 4∙106 W∙m−2
Wat betreft de eenheid:
W∙m−2∙nm−1 ∙ nm = W∙m−2
λ in nm
Nina Zon en sterren 2011
Opgave 6 en 7
T(K) 6500 6000 5800 5700 5500 5000 4000
Aantal
25,4 18,4 16,0 15,0 13,0 8,9
3,6
Hokjes
I
(Wm−2)
1 cm2-hokje = 4∙106 W∙m−2
Nina Zon en sterren 2011
Thomas Young (1773-1829,
natuurkundige, egyptoloog èn arts)
Er treedt interferentie op: conclusie:
licht gedraagt zich als een golf *
Licht als golf
Elektromagnetische golven
λ=v∙T
c=λ∙f
met
A
λ
• λ de golflengte in meter
• c de lichtsnelheid: 2,998∙108 m/s
• f de frequentie in Hz
Nina Zon en sterren 2011
f=1/T
→
Elektromagnetische golven
Nina Zon en sterren 2011
Het golfkarakter van licht
Nina Zon en sterren 2011
Demo interferentie
Nina Zon en sterren 2011
Licht als deeltje
Foto elektrisch effect
Nina Zon en sterren 2011
Foto elektrisch effect
• om een elektron vrij te maken uit de geleider is een
bepaalde arbeid (W van work) nodig
• licht is opgebouwd uit lichtkwanta ofwel 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.
Foto-elektrisch effect
remspanning
Foto-elektrisch effect
Foto-elektrisch effect
u
constante van Planck
(helling van de grafiek)
-
as-afsnede: -Wu
uittreeenergie
Spectrum
Nina Zon en sterren 2011
Soorten spectra
Nina Zon en sterren 2011
Spectrum van de zon
Nina Zon en sterren 2011
Spectra van elementen
Waterstof
Helium
Nina Zon en sterren 2011
Betelgeuze en Rigel
Nina Zon en sterren 2011
Classificatie van sterspectra
Nina Zon en sterren 2011
Atoommodel van Thomson
1902:
Thomson de ontdekker van het elektron
dacht dat de elektronen verdeeld zaten in
het atoom als krenten in een krentenbol
EM straling en materie: H9 2014
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.
Het model van Rutherford
Nina Zon en sterren 2011
Energieschema
EM straling en materie: H9 2014
Lymanreeks
Nina Zon en sterren 2011
Het waterstofatoom
Nina Zon en sterren 2011
Balmerreeks
2
𝑛
𝜆=𝐵∙ 2
𝑛 − 22
Met B een constante met de waarde: 364,56 nm
Naam
Golflengte
(nm)
Kleur
H-α
H-β
H-γ
H-δ
H-ε
H-ζ
H-η
656.3 486.1 434.1 410.2 397.0 388.9 383.5 364.6
Rood
Cyaan
Blauw
Violet
(UV)
(UV)
Nina Zon en sterren 2011
(UV)
(UV)
Waterstofspectrum
Toenemende golflengte
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
Nina Zon en sterren 2011
→2
Waterstofspectrum
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
𝐸𝑓 = ℎ𝑓
Licht: v = c
en
𝑣
λ=𝑣∙𝑇 =
𝑓
ℎ𝑐
𝐸𝑓 =
λ
Nina Zon en sterren 2011
→2
Rydberg
1
1
1
= 𝑅𝐻 ∙
− 2
2
λ
𝑚
𝑛
Met RH = 1,0974∙107 m−1
Nina Zon en sterren 2011
Afleiding van het Bohrmodel
Les 7
• Afleiding van de energieniveau’s
volgens Bohr
• Koppeling aan zichtbare spectrum
• Huiswerk bespreken
• Werk:
§2.2 afronden
maak 78 t/m 84
Nina Zon en sterren 2011
Afleiding van het Bohrmodel
−
FMPZ = FE
+
Nina Zon en sterren 2011
Afleiding van het Bohrmodel
𝐹𝑀𝑃𝑍 = 𝐹𝐸
−
FMPZ = FE
+
𝑚𝑣 2
𝑞1 ∙ 𝑞2
=𝑘∙
𝑟
𝑟2
𝑚𝑣 2
𝑒2
=𝑘∙ 2
𝑟
𝑟
2
𝑒
𝑚𝑣 2 = 𝑘 ∙
𝑟
Nina Zon en sterren 2011
Quantisatie
𝑛 ∙ 𝜆 = 2𝜋𝑟
ingevoerd het quantumgetal n
Nina Zon en sterren 2011
Quantisatie
Nina Zon en sterren 2011
Afleiding van het Bohrmodel
2
𝑒
𝑚𝑣 2 = 𝑘 ∙
𝑟
𝑒𝑛
𝑛 ∙ 𝜆 = 2𝜋𝑟
De Broglie golflengte toepassen
ℎ
ℎ
𝜆𝑏 = =
𝑝 𝑚𝑣
𝑧𝑜𝑑𝑎𝑡
ℎ
𝑛∙
= 2𝜋𝑟𝑛
𝑚𝑣𝑛
Nina Zon en sterren 2011
Afleiding van het Bohrmodel
2
ℎ
𝑟𝑛 = 𝑛2 ∙ 2
4𝜋 𝑘𝑚𝑒 2
De energie wordt gegeven door de kinetische energie
en de potentiele energie in het elektrische veld
𝐸 = 𝐸𝑘𝑖𝑛 + 𝐸𝐸
Nina Zon en sterren 2011
Afleiding van het Bohrmodel
𝐸𝑘𝑖𝑛 = ½𝑚𝑣
𝑒2
𝐸𝐸 = −𝑘
𝑟
2
zodat
2
2
4𝜋 𝑘𝑚𝑒 1
𝐶
𝐸𝑛 = −
∙
=
−
ℎ2
𝑛2
𝑛2
Met C = 13,606 eV
Nina Zon en sterren 2011
Energie van fotonen
ℎ𝑐
1
1
𝐸𝑓 = ℎ𝑓 =
= 𝐸𝑚 − 𝐸𝑛 = 𝐶 ∙ 2 − 2
𝜆
𝑚
𝑛
Absorptie van een foton vindt alleen plaats als
de energie van een foton precies past bij een
bijbehorende energieovergang
Nina Zon en sterren 2011
Atoomodel
Nina Zon en sterren 2011
Spectra van elementen
Waterstof
Helium
Nina Zon en sterren 2011
Doppler effect
• http://www.youtube.com/watch?v=a3RfULw7
aAY
Roodverschuiving
𝑣
∆𝜆
𝑧= =
𝑐
𝜆
Symbolen:
∆λ is de verandering in golflengte in nm.
λ is de oorspronkelijke golflengte in nm.
v is de snelheid van de bron,
c is de lichtsnelheid en
z is de Doppler verschuivingsfactor.
Roodverschuiving ( z > 0 ); de bron beweegt van ons af.
Blauwverschuiving ( z < 0 ); de bron beweegt naar ons toe.
Geen verschuiving ( z = 0 ); geen onderlinge snelheid
Nina Zon en sterren 2011
Dopplereffect
lichtsnelheid
𝑠 =𝑣∙𝑡
λ=𝑐∙𝑇
λ
Dopplereffect
lichtsnelheid
λ=𝑐∙𝑇
λ
λ*
snelheid
bron
λ∗ = λ + 𝑣𝑏𝑟𝑜𝑛 ∙ 𝑇
λ
en 𝑇 =
λ∗ − λ = 𝑣𝑏𝑟𝑜𝑛 ∙ 𝑇
𝑐
λ
∆λ = 𝑣𝑏𝑟𝑜𝑛 ∙ 𝑇 zodat ∆λ = 𝑣𝑏𝑟𝑜𝑛 ∙
𝑐
Opgave 97
In het Lab
Waarneming
Opgave 97
a Van 589 nm naar 486 nm komt overeen met 44 mm.
1 mm ≜ 103 /44 = 2,34 nm
Opgave 97
b 1 mm ≜ 103 /44 = 2,34 nm
∆λ = 5 mm ≜ 2,34 × 5 = 11,7 nm
c De spectraallijnen zijn verschoven
naar langere golflengte: → van
ons af: roodverschuiving
d
𝑣
𝑐
=
𝑣=
∆λ
λ
11,7
589
→
𝑣=
∆λ
λ
∙𝑐
∙ 3 ∙ 108 = 6,0 ∙ 106 ms−1
Spectrale classificatie van sterren
Nina Zon en sterren 2011
Spectraaltypen
klasse temperatuur
kenmerken
W
30 000 - 60 000 K
Wolf-Rayet ster, geen He-absorptielijnen, wel C of N
O
30 000 - 50 000 K
absorptielijnen van geïoniseerd Helium
B
10 500 - 28 000 K
absorptielijnen van neutraal Helium
A
7500 - 10 000 K
sterke absorptielijnen van Waterstof
F
6100 - 7400 K
G
5000 - 6050 K
De zon is van type G2
K
3550 - 4900 K
veel absorptielijnen, ook van CH en CN moleculen
M
2500 - 3500 K
absorptiebanden van TiO, "rode dwergen"
R
als G en K
absorptiebanden van moleculaire koolstof
N
sterke absorptie van C en koolstofverbindingen
S
als M
absorptiebanden van zirkoonoxide
L
koeler dan M
variatie in absorptiespectra, "bruine dwergen"
http://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_classification
Nina Zon en sterren 2011
Hertzsprung Russell diagram
met spectrale classificatie
Nina Zon en sterren 2011
Levensloop van de zon
Orionnevel (M42)
De zon (Now)
Helixnevel (NGC 7293)
op 700 lj, diameter 2 lj
Hertzsprung Russell diagram
Ster Schillenmodel
Nina Zon en sterren 2011
Wolf Rayet ster
Kosmologie
• Diameter melkweg; 1021m = 100.000ly
Sterrenstelsel
Cluster
Hubble 1929
• Verband tussen afstand en snelheid van
sterrenstelsels
v  H0 d
H 0  70 km / s M pc
1 M pc  3,1  10 m  3 M ly
22
• Het is de ruimte zelf die expandeert
Schaalfactor
Wat veroorzaakt de uitzetting?
• Aanwezige materie; zorgt juist voor “krimp”
• Het heelal zal een keer weer inkrimpen?
• Big Crunch
Cosmic Microwave background
1eV ~300.000y ~3000K
Fotonen raken los van het “plasma”
Licht kan nu reizen en het heelal wordt doorzichtig
Bovendien worden de kernen niet meer
geioniseerd, stabiele atomen (kern+e-)
Cosmic Microwave background 1meV
Iedere dag kunnen we het eerste licht nog
waarnemen.
Dit was het elektromagnetisme tijdperk