Deeltjes in licht

[demo-love]

Hallo allemaal,

Ik wil me de komende tijd bezig gaan houden met theoretische kennis achter kwantummechanica, licht, atomen enz.. Dit omdat we na de vakantie een PWS over fluorescentie gaan maken en ik graag de basis ervan goed wil begrijpen.

Ik heb daarom een begin gemaakt aan een soort verslag voor mezelf om alles beter te gaan begrijpen. Ik kan echter niet al mijn vragen beantwoorden door informatie op internet te zoeken.

Daarom vraag ik hulp aan jullie. Zou iemand het onderstaande verhaal willen lezen en eventuele onjuistheden willen aangeven? Verder staan er onderaan nog drie vragen waar ik graag antwoord op zou willen hebben, maar waar ik zelf niet uitkom.

Houd er wel rekening mee dat ik nog op het VWO zit en geen les over dit onderwerp heb gehad. Daarom zal mijn niveau niet erg hoog zijn, maar toch wil ik graag een poging doen om alles beter te gaan begrijpen.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Licht bestaat uit kleine deeltjes met stukjes energie. De deeltjes heten fotonen. Fotonen bewegen altijd met de snelheid van het licht: 2,99792458 × 10 ^8 m/s.

Fotonen hebben geen rustmassa. De rustmassa is de massa van een deeltje dat zich in een rusttoestand bevindt. Een foton heeft geen massa. Anders zou het zich nooit met de lichtsnelheid kunnen bewegen. Fotonen zijn dus ook geen materiële deeltjes, anders zouden ze een massa hebben. De energie die een foton bevat, kan wel worden omgezet naar een massa. Dit gebeurt bij kernenergie. Een foton bestaat enkel uit elektromagnetische straling.

Fotonen ontstaan wanneer elektronen terugvallen naar een lagere energietoestand (een lagere schil). Hoe groter de baan van een elektron, hoe groter zijn (potentiële) energie. Een elektron streeft ernaar een zo laag mogelijk energieniveau te handhaven. Dit is het grondniveau. Als een elektron meer energie bevat dan in het grondniveau, bevindt het zich in een aangeslagen toestand. De aangeslagen toestand wordt bereikt door excitatie: het verplaatsen van een elektron van de ene schil naar de andere schil. Een schil is geen rondje of cirkel, maar een golfpatroon met buiken en knopen.

Te beantwoorden vragen:

• Hoe wordt een foton gevormd?
• Waarom neemt de energie van een elektron toe, naarmate hij verder van de kern afstaat?
• Wanneer komt een elektron in de aangeslagen toestand?

[Echelon]

Ik vind je tekst niet erg vlot en duidelijk geschreven. Je zegt dezelfde dingen soms meerdere keren en het is vaak op het randje qua formulering, zoals de eerste zin al.

De energie die een foton bevat, kan wel worden omgezet naar een massa. Dit gebeurt bij kernenergie. Een foton bestaat enkel uit elektromagnetische straling

Als dat waar was, dan hadden we ondertussen al de hele wereld van ongelimiteerde energie kunnen voorzien, denk ik. Kernenergie heeft niets te maken met fotonen. Daarnaast haal je twee dingen door elkaar wanneer je stelt dat ze uit elektromagnetische straling bestaan. Licht kun je zowel beschouwen als een elektromagnetische golf als een stroom van deeltjes (jouw fotonen), zoek daarvoor het golf-deeltje dualiteit op.

Ik raad je verder aan, gezien je eerder beperkte kennis ter zake, om de informatie van enkele bronnen samen te binden en te parafraseren tot een samenhangend verhaal, eerder dan een opsomming te maken van wat je zelf allemaal weet, zoals je nu doet.

Voor je te beantwoorde vragen moet je maar eens een beetje geavanceerder zoeken, zoals "het atoommodel van Bohr" voor je tweede vraag. De derde vraag los je in je tekst zelf al op, dus dat doet een beetje vermoeden dat je dat zelf niet snapt. Wanneer een elektron net voldoende energie krijgt, kan het naar een hoger energieniveau (schil, of nog juister: orbitaal) verspringen, waarbij het in een aangeslagen toestand verkeert. Het kan dan die energie weer afstaan onder de vorm van (verschillende soorten) straling.

[Marko]

Hoewel het qua schrijfstijl - je zegt een aantal dingen twee keer en springt een paar keer van de hak op de tak - inderdaad niet de hoofdprijs verdient klopt het voor het grootste deel heel aardig. Daarnaast wil ik even complimenten maken dat je al zo enthousiast aan de slag bent gegaan!

Inhoudelijk:

De energie van een foton kan wel degelijk worden omgezet in massa, en omgekeerd. Dat laatste is inderdaad wat er bij kernenergie gebeurt.

Een foton bestaat niet uit elektromagnetische straling, het is eerder omgekeerd. Elektromagnetische straling bestaat uit fotonen.

Bij emissie is het inderdaad zo dat een elektron terugvalt naar een lagere schil. Dit terugvallen gaat gepaard met de vorming van een foton. Dat is wat er bij fluorescentie plaatsvindt. Maar houd in je achterhoofd dat dat niet de enige manier is waarop fotonen ontstaan. Er zijn allerlei vormen van elektromagnetische straling, die op allerlei verschillende manieren ontstaan.

Ik zou een schil ook niet willen zien als een rondje met buiken en knopen. Elektronen bewegen niet in rondjes, maar ook niet in een golfbeweging. Een schil is een mogelijke toestand waarin een elektron zich kan bevinden, en die toestand bepaalt de kans dat je een elektron op een bepaalde plaats aantreft. Dat klinkt heel abstract, maar maar valt er helaas ook niet van te maken. Wat belangrijk is om te onthouden, is dat elke schil overeenkomt met een bepaalde, vaste energie, en dat de overgang van de ene naar de andere schil dus ook overeenkomt met het opnemen of uitzenden van een vastliggende hoeveelheid energie, die overeenkomt met het verschil tussen beide niveaus.

Met betrekking tot je vragen:

1. Daar is niet een bepaald mechanisme of proces voor. Dat is een beetje het lastige met elementaire deeltjes, ze zijn er, of ze zijn er niet.

2. Een elektron is negatief geladen, de kern is positief geladen. De kern en het elektron trekken elkaar dus aan (Coulomb-kracht). Het zal dus energie kosten om een elektron verder weg te krijgen van de kern, net zoals het energie kost om een voorwerp met massa naar een grotere hoogte te verplaatsen.

3. Wanneer (op wat voor manier dan ook) de benodigde hoeveelheid energie wordt opgenomen.

[sirius]

Ik heb geen vergelijkingsmateriaal van andere scholieren van jouw opleidingsniveau, maar ik vond het stukje tekst niet zo slecht.

Licht bestaat uit kleine deeltjes met stukjes energie. De deeltjes heten fotonen. Fotonen bewegen altijd met de snelheid van het licht: 2,99792458 × 10 ^8 m/s.

Fotonen hebben geen rustmassa. De rustmassa is de massa van een deeltje dat zich in een rusttoestand bevindt. Een foton heeft geen massa. Anders zou het zich nooit met de lichtsnelheid kunnen bewegen. Fotonen zijn dus ook geen materiële deeltjes, anders zouden ze een massa hebben.

Ik weet niet precies wat een materieel deeltje is. Je hebt al gezegd dat ze geen massa hebben en met de lichtsnelheid bewegen. Aangezien je dus al een redelijke omschrijving hebt gegeven zou ik deze zin verwijderen.

De redenatie dat fotonen niet met de lichtsnelheid zouden kunnen bewegen als ze een rustmassa zouden hebben, komt uit de speciale relativiteitstheorie. Die zou ik daar even bij noemen.

De energie die een foton bevat, kan wel worden omgezet naar een massa. Dit gebeurt bij kernenergie.

Echelon merkt terecht op dat dit niet helemaal duidelijk is. De zin: 'Dit gebeurt bij kernenergie' is sowieso onduidelijk. Kernenergie is een heel ruim begrip een wijst niet specifiek op een bepaald proces waarin een foton omgezet wordt in massa. Een beter voorbeeld is het ontstaan van electron-positron paren in een nevelvat: http://nl.wikipedia.org/wiki/Nevelvat. Hier kan een foton in de buurt van materie omgezet worden in twee deeltjes waarvan alle eigenschappen tegenovergesteld zijn, behalve hun massa.

Fotonen ontstaan wanneer elektronen terugvallen naar een lagere energietoestand (een lagere schil). Hoe groter de baan van een elektron, hoe groter zijn (potentiële) energie. Een elektron streeft ernaar een zo laag mogelijk energieniveau te handhaven. Dit is het grondniveau. Als een elektron meer energie bevat dan in het grondniveau, bevindt het zich in een aangeslagen toestand. De aangeslagen toestand wordt bereikt door excitatie: het verplaatsen van een elektron van de ene schil naar de andere schil. Een schil is geen rondje of cirkel, maar een golfpatroon met buiken en knopen.

Dit lijkt in grote lijnen te kloppen.

Te beantwoorden vragen:

• Hoe wordt een foton gevormd?
• Waarom neemt de energie van een elektron toe, naarmate hij verder van de kern afstaat?
• Wanneer komt een elektron in de aangeslagen toestand?

In de tekst geef je inderdaad al aan dat een foton gevormd wordt door het terugvallen van electron. Dit terugvallen van het elektron kun je zien als een lading die zich van een plaats naar een andere plaats beweegt. Het versnellen en afremmen van ladingen veroorzaakt elektromagnetische golven.

Vraag 2-> De energie neemt af omdat de energie van de Coulombische interactie tussen atoomkern en electron afneemt naarmate hun afstand groter wordt. (De wet van Coulomb).

Een electron kan in een aangeslagen toestand komen door een foton te absorberen(zoals in fluorescentie). Ook kunnen bijvoorbeeld twee atomen in een gas met elkaar botsen wat ervoor zorgt dat een elektron in een hogere toestand 'geduwd' wordt.

Succes met verder uitzoeken. In plaats van wikipedia artikelen kan een goed boek ook helpen. Ga zeker even naar de bibliotheek van je school of je stad en blader door wat boeken.

[mathfreak]

Ik weet niet precies wat een materieel deeltje is.

Een materieel deeltje heeft een massa ongelijk aan 0, dus een foton is een niet-materieel deeltje omdat een foton een massa 0 heeft.

[SuperPrutser]

Je hebt al veel reacties gehad. Hier nog een antwoord op je vragen:

• Hoe wordt een foton gevormd?
• Waarom neemt de energie van een elektron toe, naarmate hij verder van de kern afstaat?
• Wanneer komt een elektron in de aangeslagen toestand?

Begrippen zoals "foton" zijn in de quantum mechanica vrij "abstract". In de quantum mechanica wordt op het moment dat hiervoor aan de randvoorwaarden wordt voldaan eigenlijk alles met een zekere kans gevormd dat gevormd zou kunnen worden.

Een foton ontstaat op het moment dat een systeem ( mogelijk een electron zoals jij omschrijft ) een toestand in neemt die wat het elektromagnetische veld betreft een lagere energie heeft. Daardoor komt de energie vrij en vliegt met de lichtsnelheid weg. Deeltjes zonder massa kunnen niet alleen met de lichtsnelheid bewegen; ze kunnen niet anders. Als je geen massa en wel energie hebt kan je niet stil blijven staan.

Het feit dat de energie van een elektron toe neemt als deze verder van de kern afstaat is een eigenschap van het elektro magnetisch veld. Er is geen antwoord. We praten over dit veld omdat we waarnemen dat dit altijd zo is.

Het elektron komt op zichzelf nooit in een aangeslagen toestand. Het is het systeem elektron + atoomkern dat onderling een andere energie heeft; een elektron zonder atoom heeft geen aangeslagen toestand.

Een systeem kan zich op het moment dat je naar een vast gesteld criterium als energie kijkt volgens de kwantum mechanica in een aantal "discrete" toestanden bevinden. Dat betekend dat er geen toestanden "tussen" de andere toestanden zijn. Als het systeem energie opneemt dan neemt het ruimtelijk een andere vorm aan. Je moet daarbij altijd naar het systeem kijken; een deeltje alleen heeft geen toestanden.