Atoomfysica Waterstof
Een beroemde lijn in de astrofysica is de ‘21 cm’-lijn van waterstof. Het gaat dan om de golflengte in het emissie- en absorptiespectrum van atomaire waterstof in het heelal. Bereken de frequentie die hoort bij deze golflengte.
TL-BUIZEN
TL-buizen zijn zogenaamde fluorescentiebuizen. Je hebt misschien opgemerkt dat de nieuwere TL-buizen op school eerder wat gelig dan wit licht uitzenden. Dat komt niet omdat ze met een ander soort kwikdamp zijn gevuld of nieuw zijn.
Hoe beïnvloedt de fabrikant de ‘kleur’ van een TL-buis? En verklaar de natuurkundige achtergrond van het toegepaste verschijnsel.
Uitwerking
De kleur bij fluorescentie wordt veroorzaakt door het fluorescerende materiaal. Het is dat materiaal dat het UV absorbeert en met een andere, lagere frequentie uitzendt. Je krijgt een andere kleur door andere poeders te gebruiken.
VERKEERSBORDEN
In het kader van de signalering in het verkeer en de verkeersveiligheid maakt men gebruik van fluorescerende materialen op borden.
Leg uit wat fluorescerende materialen doen.
EMISSIESPECTRUM
Waterstof geeft een emissiespectrum dat gedeeltelijk in het zichtbare gebied zit.
Zoek in BINAS een viertal golflengten van waterstof in het zichtbare gebied op en schrijf erbij welke kleur ze hebben én bereken van één van die golflengten welke frequentie erbij hoort.. De kleur kun je in BINAS vinden.
656 nm, rood; 486 nm, blauw/groen; 434 nm, blauw/violet; 410 nm violet; 397 nm violet = vT = c/f f = c/
= (3,00 108)/(656 109) = 4,57 1014 Hz.SPECTRA
Het absorptiespectrum van een stof komt overeen met het emissiespectrum.
Leg de overeenkomst, maar ook het verschil uit. Het liefst aan de hand van grafieken. Kwik
In een ruimte is geknoeid met kwik. Om te controleren of er na de schoonmaak nog kwikresten zijn, maakt men ervan gebruik dat kwikdamp oplicht als het met UV wordt beschenen.
Leg de werking van dit oplichten uit met behulp van het atoommodel van Bohr. Uitwerking:
UV-fotonen hebben een energie boven de door onze ogen waarneembare.
Zij brengen elektronen in een baan, waarbij de elektronen er minstens een overslaan. De elektronen vallen daarna terug, maar stapsgewijze.
Hierbij komen fotonen vrij met kleinere energie, die wel waarneembaar zijn. Waterstof
Een van de bekende ‘waterstoflijnen’ is licht met = 656 nm. Bereken de frequentie en de energie van de fotonen.
Uitwerking: = vT = c/f
f
c
2 998 10
656 10
4 57 10
8 9 14,
,
Hz
E = hf = 6,62 10-34 × 4,57 1014 = 3,03 10-19 J
FOTO-ELEKTRISCHEFFEKT
Een monochromatische lichtbron geeft licht van 450 nm. De fotocel waar dit licht op valt levert een fotostroom van 51 nA. De kathode is voorzien van een laagje natrium.
A Bereken hoeveel elektronen er per seconde de anode bereiken. B Bereken de remspanning in deze situatie.
C Teken een schakeling waarmee deze remspanning bepaald kan worden.
WATERSTOF
Het elektron in een waterstofatoom heeft een energie E die uit te rekenen is met de formule
Hierin is n het volgnummer van de schil, waarin het elektron zich bevindt, h de constante van Planck en c de lichtsnelheid.
A Leid uit de formule af welke eenheid de constante R moet hebben. De ionisatie-energie van waterstof in de grondtoestand is 13,6 eV.
B Bereken, gebruik makend van deze ionisatie-energie en de gegeven formule, hoeveel energie nodig is om het waterstofatoom vanuit de grondtoestand in de eerste aangeslagen toestand te brengen.
NATRIUM
Bij de bekende gele natriumlampen zie je licht van 589 nm. Een lamp heeft een opgenomen elektrisch vermogen van 250 W en een rendement van 60%.
Bereken hoeveel fotonen van 589 nm deze per uur uitzendt. Uitwerking:
60% van 250 W = 150 W = 150 J/s = 540 000 J/h.
1 foton heeft energie hc / = 6,61034 × 3,0108 / (589109) = 3,3771019 J Aantal fotonen per uur: 540 000 / (3,3771019 )= 1,61024.
E
R h c
n
n
1
FOTO-ELEKTRISCHEFFECT
Een fotocel wordt opgenomen in de schakeling van figuur 1. De kathode is voorzien van een laagje natrium als lichtgevoelig materiaal. De bedoeling is om er licht op te laten vallen en de remspanning te meten bij het gebruikte licht. Daarvoor moeten in de schakeling nog een volt-en ampèremeter wordvolt-en opgvolt-enomvolt-en. Figuur 1 is vergroot op het antwoordblad opgenomen. A Teken op het antwoordblad in figuur 1 de V- en
A-meter op een geschikte plaats.
Het licht dat op de fotocel valt, veroorzaakt een stroom.
B Beredeneer in welke richting het schuifcontact S verschoven moet worden om de remspanning te meten.
Het glas van de gebruikte fotocel laat geen ultraviolette noch infrarode straling door. Het te onderzoeken licht komt van een waterstoflamp. Zie tabel 21.
C Leid af welke golflengte van het waterstofspectrum bepalend is voor de remspanning, zoals die bij het experiment van vraag 2 wordt vastgesteld.
In tabel 104 kun je de elektronenconfiguratie van 74W vinden. Wolfraam is geschikt zowel zichtbaar licht als om röntgenstraling te produceren.
D Schets hoe Bohr zich een wolfraamatoom voorstelt en leg met die tekening uit hoe zichtbaar licht en hoe röntgenstraling kan ontstaan.
Uitwerking:
A De stroom door de fotocel en de spanning erover moeten worden gemeten.
B Om de remspanning te meten moeten de elektronen in de cel worden afgeremd nadat ze van de kathode zijn losgemaakt door het licht.
De kathode moet dus positief zijn t.o.v. anode. P is positief t.o.v. anode en Q negatief t.o.v. anode. Het schuifcontact S moet dus in de richting van P geschoven worden.
C Volgens tabel 19a is zichtbaar licht tussen 380 en 750 nm.
Volgens tabel 21A geeft waterstof in dat gebied: 656, 486, 434, 410, 397, .... nm
De remspanning wordt bepaald door de energierijkste elektronen, veroorzaakt door de energierijkste fotonen; die met de hoogste frequentie
en laagste golflengte. Het gaat dus om 397 nm en kleiner uit de Balmer-reeks.
D Wolfraam heeft 74 protonen in de kern en er cirkelen bij een neutraal atoom ook 74 elektronen omheen. Het aantal elektronen voor elke schil staat in tabel 104: resp. 2, 8, 18, 32, 12 en 2.
Zichtbaar licht is niet zo energierijk en ontstaat als het wolfraamatoom in een aangeslagen toestand komt -een elektron gaat van schil 6 naar -een hoger gelegen schil - en dan terugvalt naar de grondtoestand, zoals getekend.
Röntgenstraling is energierijk. Daarvoor moet in de binnenste schillen ruimte worden gemaakt door botsing
met een energierijk elektron. Bijv. een elektron uit schil 1 wordt uit het atoom gestoten. Dan kan een elektron uit bijv. schil 4 die plaats gaan innemen. Daarbij komt een röntgenfoton vrij.
DE BROGLIE
In de kristallografie gebruikt men behalve röntgenstraling ook versnelde elektronen.
Bereken de versnelspanning die nodig is om elektronen met een golflengte van 1,31011 m te krijgen. Uitwerking:
h
p
13 10
p
p
6 63 10
5 07 10
11 34 23,
,
, ...
Ns
E
mv
p
m
1 2 2 12 2 1 2 23 2 315 07 10
9 1 10
( , ...
)
,
1,4 10 J = 8851 eV
-15De versnelspanning is dus 8,9 kV. Tussentijds niet afronden! ELEKTRISCHVELD
In nevenstaand apparaat komen dankzij een geschikte lamp elektronen los van de kathode K met een kinetische energie van 1,73 eV.
A Bereken de snelheid van die elektronen. Het blijkt dat die elektronen bij de anode
aankomen met een kinetische energie van 0,23 eV. Het is bij het gebruikte apparaat mogelijk de anode in de richting van de kathode te schuiven. B Leid af hoe de waarde van de kinetische energie
waarmee de elektronen bij de anode aankomen, afhangt van de afstand tussen de anode en kathode.
FOTO-ELEKTRISCHEFFECT
We hebben behalve over groene lampen ook de beschikking over infrarode en ultraviolette lampen. Het blijkt bij de opstelling volgens de tekening dat het gebruik van de groene lampen geen meetbare stroom tot gevolg heeft.
A Beredeneer of het gebruik van de andere soorten lampen wel of geen zin heeft, als we een stroom willen meten ten gevolge van het foto-elektrisch effect. Denk er wel aan dat je alleen de lampen mag vervangen en dus verder aan de opstelling niets mag wijzigen.
Polen we de voeding om, dan blijkt er bij gebruik van de groene lampen wel een stroom te lopen.
B Welke kwantitatieve conclusie kun je hieruit trekken ten aanzien van het gebruikte kathodemateriaal?
A Om stroom te laten lopen heb je vrije elektronen nodig. Om elektronen vrij te maken heb je energie nodig. Kennelijk hebben de groene fotonen te weinig energie om de elektronen vrij te maken en als dat al lukt, hebben deze te weinig kinetische energie om de overkant te
bereiken, die negatief is. Je hebt alleen kans op fotostroom met energierijkere fotonen, dus met UV. Zie BINAS, tabel 19
B Als er na ompolen wel een stroom loopt en dus elektronen vrijgekomen zijn, moet de energie van de fotonen groter dan de uittree-energie van het kathodemateriaal. Volgens BINAS, tabel 19a, hoort bij groen licht 2,3 eV.
ELEKTRONENEMISSIE
Een fotocel is opgenomen in een schakeling om de stroomsterkte te meten als functie van de spanning tussen kathode en anode.
A Teken zo’n schakeling.
We bouwen twee van dergelijke schakelingen; we gebruiken daarbij identieke fotocellen. Op elke kathode valt een lichtbundel. Hoewel de intensiteit (in W/m²) van de lichtbundels op de kathode van beide fotocellen gelijk is, hoeft de stroomsterkte ten gevolge van de
lichtbundels allerminst gelijk te zijn.
B Noem twee mogelijke oorzaken en licht ze toe. Uitwerking:
Een verschil kan zitten in de golflengte en daarmee het aantal fotonen. Een ander verschil kan zitten in de spanning UAK.
Als je een grotere golflengte hebt, bezitten de fotonen minder energie en zijn wellicht niet eens in staat om elektronen vrij te maken.
Kunnen ze dat wel, dan zijn er meer fotonen en
daarmee mogelijk meer elektronen beschikbaar.
De stroomsterkte is afhankelijk van de aangelegde spanning, zie de grafiek.
RÖNTGEN-DE BROGLIE
In een röntgenbuis worden elektronen versneld door een spanning UAK = 125 kV.
A Bereken welke golflengten röntgenstraling met deze elektronen kan worden opgewekt. Leg ook uit waarom je niet één enkele golflengte moet verwachten.
Vlak voor de bundel elektronen tegen de anode botst, hebben de elektronen hun maximale energie. Volgens de Broglie is deze elektronenbundel ook als een golf op te vatten.
B Bereken de de-Brogliegolflengte van die elektronen.
B = h / mv. m = 9,11031 kg. v volgt uit ½mv² = qU en is 2,097106 m/s. Dat levert samen op = 3,51012 m
ELEKTRONENEMISSIE
Een fotocel is opgenomen in een schakeling om de stroomsterkte te meten als functie van de spanning tussen kathode en anode.
A Teken zo’n schakeling.
Op de kathode van de fotocel val een lichtbundel met een intensiteit van 1 W/m². B Welke gegevens heb je nog meer nodig om te weten of er wel elektronen vrijkomen?
RÖNTGEN
In een röntgenbuis worden elektronen versneld door een spanning UAK = 125 kV. A Bereken de snelheid die de elektronen krijgen.
Bij de botsing tegen de anode ontstaat röntgenstraling. Men wil meer röntgenstraling. B Leg uit of dat doel bereikt wordt door de spanning UAK te vergroten?
CONTROLASER
De controlaser is een modern beveiligingssysteem met als doel kop-staart-botsingen te voorkomen. Het systeem bestaat uit een laser die samen met een ontvanger achter de voorruit van de auto is gemonteerd. De laser zendt per seconde 1000 zeer korte
elektromagnetische stralingspulsen naar voren toe uit. Na reflectie op een auto worden de pulsen door de ontvanger weer opgevangen.
De straling van de laser heeft een golflengte van 859 nm. Per seconde zendt de laser 0,50 mJ stralingsenergie uit.
A Bereken het aantal fotonen dat per puls door de laser wordt uitgezonden. Een laser maakt gebruik van metastabiele toestanden.
B Wat bedoelt men met metastabiele toestanden Niet in examenprogramma 2e fase: en waarom zijn die nodig om een laser te kunnen laten werken.
De golflengte van de laserbundel is bepaald met een tralie en een camera. De camera mat het eerste orde maximum onder een hoek van 8,14° t.o.v. het nulde orde maximum.
C Bereken de tralieconstante van het gebruikte tralie.
De gebruikte camera was een moderne met allerlei tierelantijnen. Oude camera’s hadden voor die tijd ook mooie attributen. Zo heb ik een camera met een voor die tijd luxe
belichtingsmeter.
Het meetcircuit bestond alleen maar uit een fotocel en een microampèremeter. D Teken het circuit en leg de werking van de fotocel uit.
Hoewel je de fotocel niet bij de hand hebt, kun je toch zeggen hoe groot de grensgolflengte moet zijn geweest.
LASERBuiten examenprogramma
Een laser is een apparaat waarin een evenwijdige,
monochromatische lichtbundel wordt gemaakt. De bundel is dankzij gestimuleerde emissie ook nog coherent.
A Beschrijf wat men onder gestimuleerde emissie verstaat. In een bepaald type laser bevindt zich neongas. Een aantal
energieniveaus van neon zijn gegeven in de figuur hiernaast. In de laserbuis worden neonatomen voortdurend in de aangeslagen toestand 20,6 eV gebracht. Van daaruit vallen ze terug onder uitzending van licht met een golflengte van 633 nm.
B Bereken bij welke overgang vanuit het niveau 20,6 eV in een neonatoom dit licht wordt uitgezonden.
A Als een atoom in een aangeslagen toestand is en terug zou kunnen
vallen onder uitzending van een foton met een energie Efoton en er komt een foton ‘langs’ met precies die energie, dan zal het aangeslagen atoom ook terugvallen naar een lager
energieniveau onder uitzending van een foton met energie Efoton in dezelfde richting als het passerende foton.
Dat verschijnsel noemen we gestimuleerde emissie.
B
E
hf
hc
6 626 10
2 998 10
633 10
3 138 10
34 8 9 19,
,
,
J
. Dat is 1,96 eV.Als vanuit 20,6 eV een foton van 1,96 eV wordt uitgezonden, dan blijft voor het atoom 20,6 1,96 = 18,6 eV over.
Het gaat dus om de overgang van 20,6 naar 18,6 eV. NA-LIJN
Het emissiespectrum van natrium laat de 589 nm-lijn zien.
Bereken de frequentie van dit Na-licht, bespreek hoe je dat natrium tot lichten kunt aanzetten en hoe we ons dat proces op atomair niveau voorstellen.
Antw: 5,091014 Hz REMSPANNING
Dichtheid is een materiaaleigenschap. Leg uit of remspanning dat ook is. Antw: is het niet
TRALIE
A. In de ‘vuurwerkbril’ zit een tralie met 300 lijnen/mm. Ik kijk naar een natriumlamp met de bril op mijn neus. Hoeveel maxima kan ik waarnemen?
B. Hoe kan men natrium tot lichten brengen? ALUMINIUM
Op de aluminiumkathode van een fotocel laat men monochromatisch licht vallen met een golflengte van 200 nm.
A Hoe zou jij de kleur van dit ‘licht’ omschrijven?
B Bereken de energie van de betreffende fotonen in eV. C Bereken de remspanning voor de vrijkomende elektronen.
KWIKDAMP
In een bol van kwartsglas bevindt zich kwikdamp. Verder tref je er een anode A en een kathode van nikkel Ni die wordt verhit door een wolfraam gloeidraad W, aan. Zie de tekening.
De gloeistroom van de wolfraamdraad is 450 mA bij een spanning van 6,30 V. Van deze energie wordt 0,15% gebruikt om door thermische emissie elektronen uit het nikkel los te maken. De vrijgekomen elektronen hebben een verwaarloosbare kinetische energie.
a Bereken het aantal elektronen dat per seconde wordt vrijgemaakt.
Door de spanning tussen anode en kathode
te veranderen, kan men de snelheid van de elektronen regelen.
b Bereken de maximale snelheid waarmee elektronen bij de anode komen, indien UAK = 4,0 V. Hiernaast is een vereenvoudigd energieschema van kwik
weergegeven.Bij deze proef is waar te nemen dat als de spanning UAK = 4,80 V, de elektronen met een kinetische
energie van 4,80 eV bij de anode aankomen, terwijl bij een spanning van 5,00 V niet alle elektronen een kinetische energie van 5,00 eV blijken te hebben bij aankomst bij de anode.
c Verklaar dit verschijnsel.
Voeren we de spanning op tot 6,70 V, dan zie je de buis licht uitstralen.
d Verklaar dat verschijnsel, maak hierbij gebruik van het energieschema en leid af welke kleur dat licht heeft.
e Bereken de golflengte van het licht.
Bij voorgaande experimenten is de temperatuur van de kwikdamp 70 C, het volume 100 cm3. De hoeveelheid damp is 3,86·107 mol.
f Bereken de druk van de kwikdamp in de bol tijdens de experimenten.
Als de buis afkoelt na het beëindigen van de experimenten, condenseert alle kwikdamp. g Bereken het volume van de ontstane druppeltjes kwik.
Uitwerking:
a Als je weet hoeveel energie beschikbaar is en hoeveel het kost om 1 elektron vrij te maken ben je klaar. We praten over 1 s. E = IUt = 0,450·6,3·1=2,835 J nuttig: 0,15 * 0,01 * 2,835 = 4,25·10-3 J uittree-energie = 4,91 eV = 7,856·10-19 J vrij: 4,... / 7,... = 5,41·1015 elektronen.
b De vrijgekomen elektronen hebben een verwaarloosbare kinetische energie. De energie waarmee ze bij de anode aankomen hebben ze helemaal van het elektrische veld gekregen.
W = E kin qU = ½mv2 1,60·10-19 · 4,0 = ½·9,1·10-31·v2 v = 1,19·106 m/s
c De elektronen die 4,80 V doorlopen, raken onderweg geen energie kwijt. De elektronen die 5,00 V doorlopen kennelijk wel. Dat kan omdat zij tegen de kwikatomen botsen en daarbij de
kwikatomen in een aangeslage toestand brengen. Hierbij raken ze 4,89 eV kwijt. De
elektronen die aankomen bij de anode hebben óf een kinetische energie van 5,00 eV als ze niet gebotst hebben óf 0,11 eV als ze bij een botsing energie hebben overgedragen.
d Komt het kwik in een aangeslagen toestand, dan zal het daarna gaan terugvallen naar de grondtoestand. Dat kan ineens, daarbij komt dan een foton van 6,70 eV vrij, of via de eerste aangeslagen toestand dan komen achtereenvolgens 6,70-4,89 = 1,81 en 4,89 eV-fotonen vrij.
Alleen het 1,81 eV-foton van het 6,70 naar het 4,89 eV-niveau ligt in het zichtbare gebied. Uit tabel 19A blijkt dat rood licht te zijn.
e E = hc/ met E = 1,81 × 1,601019 J = 6,86 ·10-7 m f p = 11,0 Pa
Een fotocel
Een natriumlamp van 40 W geeft monochromatisch licht met een golflengte van 590 nm. Het lichtrendement bedraagt 10%.
a. Bereken het aantal fotonen dat de lamp per seconde uitzendt. Van het natriumlicht valt 1,0 W op het cesiumplaatje in een fotocel.
b. Bereken de remspanning.
We gebruiken vervolgens in plaats van de natriumlamp een kwiklamp en laten het licht op de cesiumelektrode vallen. Het
licht heeft een golflengte van 390 nm en er valt 1,0 W op de elektrode.
c. Schets in de (I,V)-grafiek die op het antwoordblad met de natriumlamp is opgenomen, de overeenkomstige grafiek van de kwiklamp.
LASER
In nevenstaande figuur staat een
vereenvoudigd enegieniveauschema van neon. In de helium-neon-laser bevinden de
aangeslagen neonatomen zich in de toestand van 20,7 eV.
Het laserlicht heeft een golflengte van 633 nm. Bereken met welke overgang de emissie van dit licht overeenkomt.
STROOISTRALING
Bij een röntgenologisch onderzoek maakte men gebruik van elektronen met een kinetische energie van 125 keV. Dit onderzoek vond plaats in een kamer met betegelde wanden. De röntgenstraling die vrijkwam werd echter ook geabsorbeerd door de atomen in de tegels van de wanden en deze bleken daardoor op hun beurt weer röntgenstraling uit te zenden in alle richtingen: de zogenaamde strooistraling.
Leg uit wat voor processen zich in die atomen van de wand dan hebben afgespeeld. FOTO-ELEKTRISCHEFFECT
We laten violet licht op een fotocel vallen. Op de fotocel staat gedrukt dat het kathodemateriaal bestaat uit B….. . Helaas is niet te zien of het B is, Ba of Be. Het blijkt dat er elektronen vrijkomen, want we meten een fotostroom.
Leid uit de gegevens af welke stof of stoffen in aanmerking komen als kathodemateriaal. Vervolgens willen we de remspanning bepalen in bovengenoemde situatie.
Maak een tekening van de opstelling, dus de fotocel samen met de essentiële onderdelen en aansluitingen die nodig zijn om de remspanning te bepalen en geef een korte toelichting op de schakeling. Zorg dat duidelijk is in de tekening van de fotocel, welke elektrode de kathode is.
AFBUIGING (naar havo 1977-I)
Door een gloeidraad G loopt een elektrische stroom. Hierdoor wordt een kathode K verhit. De ruimte binnen de gearceerde wand is vacuüm gepompt. K, A en T zijn geleiders. Door een potentiaalverschil tussen de kathode K en de anode A worden de elektronen versneld. Neem aan dat de snelheid waarmee de elektronen de kathode verlaten
verwaarloosbaar is. De elektronen passeren de anode met een snelheid van 6,0106 m/s.
a Bereken het potentiaalverschil UAK tussen anode en kathode. De elektronen gaan na het
passeren van anode A verder met constante snelheid naar T. b Leg dat uit op basis van de elektrische schakeling.
c Leid af welke richting het B-veld heeft en leg uit waarom dat geen invloed op de grootte van de snelheid heeft.
In het magneetveld beschrijven de elektronen een cirkel met een straal van 5,0 cm. d Bereken de magnetische inductie B van het magneetveld.
De elektronen komen na het doorlopen van het magneetveld bij spleet S. Als je nauwkeuriger meet kun je vaststellen dat er behalve elektronen met een snelheid van 6,00106 m/s ook elektronen zijn met een snelheid van 6,05106 m/s. Dank zij de breedte van spleet S komen ook die op het trefplaatje T; maar alleen niet in het midden.
e Beredeneer aan welke kant van het midden deze snellere elektronen op het trefplaatje komen.
Door een beetje waterstofgas in de buis toe te laten, gaat de elektronenbaan oplichten. f Zoek in BINAS één van de golflengtes die je zou kunnen waarnemen en bereken de erbij
behorende frequentie.
g Beredeneer of het verhogen van de gloeispanning invloed heeft op wat jij waarneemt en zo ja, wat voor invloed.
LICHTGOLVEN
Een tralie met 600 lijnen per mm is 3,0 cm breed.
Loodrecht daarop valt coherent natriumlicht, = 589,0 nm, zie tabel 21 C van Binas. 1 Bereken de hoek waaronder het 2e orde maximum waargenomen kan worden.
Dat natriumlicht laten we vallen op een met waterstofgas gevulde ballon.
2 Beredeneer of je absorptie van het natriumlicht door het waterstofgas verwacht. Gebruik ter ondersteuning van je redenering ook tabel 21A.
Uitwerking: 1 1,67 10 mm 600 1 3 N l d o n d n 45 707 , 0 10 667 , 1 10 589 2 sin sin 6 9 2
2 Natriumlicht wordt specifiek door natrium geabsorbeerd en dus niet door een ander gas, zoals waterstofgas. Die 589 nm komt dan ook niet in tabel 21A.
x Er is een verband tussen het absorptie- en emissiespectrum van een stof. Leg dat verband uit met behulp van tekeningen e/o grafieken.
uitwerking:
Als het gaat om emitteren, dan valt een aangeslagen atoom terug van een toestand B naar een energietoestand A door uitzending van een foton met energie
Als licht met alle ‘kleuren’/golflengtes op een atoom in de grondtoestand
valt, wordt precies de golflengte geabsorbeerd die hoort bij
E
E
hc
abs
A
B
.
Omdat in de twee vergelijkingen verder alles hetzelfde is, moet ook e = abse. En dus is het
absorptiespectrum ‘hetzelfde’ als het emissiespectrum; ‘hetzelfde’ betekent dat de absorptielijnen op dezelfde plaats liggen als de emissielijnen.
--E
E
hc
e
x ELEKTRISCHGELEDINGSVERMOGEN
Er zijn vaste stoffen, vloeistoffen, gassen en plasma’s. Men spreekt over de 4 fasen. Alle kunnen een elektrische stroom meer of minder geleiden.
Bespreek van één van de genoemde fasen de geleiding aan de hand van tekeningen.
Vast. In een vaste stof zitten de atoomrompen op hun plaats. De elektronen van de buitenste schil kunnen al dan niet t.g.v. de +pool en de - pool naar rechts gaan. Je hebt dan meer of minder geleiding.
Vloeistof: in een vloeistof bevinden zich al dan niet ionen. Zijn er positieve en negatieve ionen, dan willen die resp. naar de negatieve en positieve pool. Er is dan geleiding. Geen ionen, dan ook geen geleiding.
Gassen: In een ‘normaal’ gas zitten geen vrije ladingsdragers. een gas zal dus niet geleiden. Bevindt zich in dat gas een geladen voorwerp dan kan de lading aan een gasmolecule blijven hangen dat dan in het E-veld beweegt en zo toch voor geleiding zorgen.
Wordt echter de spanning te groot, dan zal een ‘verloren’elektron, bijv. direct of indirect ontstaan door kosmische straling, zo sterk versneld worden dat het bij botsing met de gasmoleculen nieuwe elektronen vrij maakt, die op hun beurt ook weer ionisaties teweeg kunnen brengen met als resultaat een plasma. Dat geleidt erg goed.
--ABSORPTIESPECTRUM
Teken en beschrijf een opstelling waarmee het absorptiespectrum kan worden gemaakt. Leg de atomaire achtergrond van het ontstaan van het absorptiespectrum uit.
uitwerking:
Een lichtbron die alle frequenties en dus alle energieën bevat, zendt zijn licht door een ruimte waarin zich de stof dat gaat absorberen. Je kijkt dan door een spectroscoop naar het uit die ruimte komende licht. Het essentiële onderdeel van de spectroscoop is een prisma of een tralie.
De elektronen van een atoom kunnen alleen maar bepaalde waarden aan energie hebben. Als fotonen met alle energieën bij het atoom komen, zullen alleen die fotonen worden opgenomen die een energie hebben die overeenkomt het energieverschil tussen die bepaalde waarden. Die fotonen zitten dan niet meer in de doorgaande bundel licht.
