NATUURKUNDE

1. THERMODYNAMICA NATUURKUNDE Straling

2. THERMODYNAMICA Lessenoverzicht NATUURKUNDE T3-01 Stralen en bundels  T3-02 Optische bank T3-03 Afbeeldingen T3-04 Lenzenwet T3-05 Optische rails T3-06 Oog en loep T3-07 Breking T3-08 Glasvezel T3-09 Stralingsbronnen T3-10 Kernstraling  T3-11 Geigerteller  T3-12 Stabiliteit en verval  T3-13 Radioactiviteit  T3-14 Stralingsdosis  T3-15 Dosisequivalent  T3-16 Toepassen van straling  T3-17 Kernreacties  T3-18 Kerncentrale  T3-19 Kernwapens

3. Straling en materie Reflectie (weerkaatsing) Het licht (van een bepaalde kleur) wordt weerkaatst. Absorptie (opname) Een gedeelte van het licht wordt geabsorbeerd door het materiaal en omgezet in warmte Diffractie (breking) Een deel van het licht wordt doorgelaten maar de lichtstraal verandert daarbij van richting (breking). RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-01: Stralen en bundels Cursusjaar 0809

4. Reflectie hoek van inval normaal hoek van terugkaatsing De richting van de gespiegelde lichtstraal wordt bepaald met behulp van de volgende regel: hoek van inval = hoek van terugkaatsing De hoek die een lichtstraal maakt met een oppervlak wordt altijd gemeten ten opzichte van de normaal (loodlijn) op het oppervlak. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-01: Stralen en bundels Cursusjaar 0809

5. Opdracht A8 Met een lens maak je een beeld van een clown op een scherm. a) Wat is diffuse terugkaatsing Diffuse terugkaatsing betekent dat het licht in alle richtingen weerkaatst wordt. Het is de tegenhanger van spiegelende terugkaatsing, waarbij licht uit één bepaalde richting in één andere richting wordt teruggekaatst. b) Leg uitwaaromiedereen in de omgeving van het scherm het beeldziet. Witte oppervlakken geven diffuse terugkaatsing. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-01: Stralen en bundels Cursusjaar 0809

6. Bundels en lenzen evenwijdig divergent convergent convergerend effect divergerend effect RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-01: Stralen en bundels Cursusjaar 0809

7. Opdracht A11 Watvoorsoort lens moet je gebruikenom: a) Eenconvergentebundeleendivergentebundel te maken; Een (sterk) holle lens. b) Van eenevenwijdigebundeleendivergentebundel te maken Eenholle lens. c) Van eenconvergentebundeleenevenwijdigebundel te maken Eenholle lens. d) Van eendivergentebundeleenevenwijdigebundel te maken Eenbolle lens. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-01: Stralen en bundels Cursusjaar 0809

8. EINDE Verwerkingsopdrachten A7, A9, A12, A13 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-01: Stralen en bundels Cursusjaar 0809

9. Lenzen Met een +-teken geven we aandat het om een positieve, dusconvergerende lens gaat. + L De hoofdas door het optisch midden van de lens Een lampje in punt L hoofdas F F De sterkte van de lens wordt aangeduid door aan beide zijden het brandpunt van de lens weer te geven. O (optisch midden) Een lens RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

10. 90° 1e constructiestraal + Een lichtstraal valt loodrecht in op de lens. L De lichtstraal gaat vervolgens verder door het brandpunt aan de andere zijde van de lens. hoofdas F F RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

11. 90° 2e constructiestraal Een lichtstraal die precies op het optisch midden van de lens valt… + L hoofdas … gaat recht door het midden van de lens. F F RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

12. 90° 90° 3e constructiestraal + L hoofdas De straal gaat verder loodrecht op de lens. F F Een lichtstraal die door het brandpunt op de lens valt. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

13. 90° 90° Beeldpunt + L Het beeldpunt B is het punt waar de drie verschillende constructiestralen elkaar kruisen. hoofdas F F B RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

14. 90° 90° Lichtbundel + Alle andere lichtstralen in de licht bundel die vanuit L op de lens vallen gaan ook door punt B. L hoofdas F F B RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

15. Opdracht B20 • Op eenfinishfotozie je welkeatleet of wielrenneralseerste de streeppasseert. • Waaromwordendergelijkefoto’sgemaakt met eenhelekortesluitertijd? • Anders wordtgeenscherpbeeldgevormd. • b) Waaromworden de foto met een groot diafragmagenomen? • Dan heeft de fotoeengroterescherptediepte. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

16. Vergrotingsfactor Als een voorwerp dicht bij de lens staat, zal het beeld vergroot (en dus verzwakt) worden weergegeven. B’ De vergrotingsfactor N is per definitie de verhouding tussen de grootte van het beeld BB’en het voorwerp LL’. L F L’ De vergrotingsfactor is vaak eenvoudiger te berekenen met de voorwerpsafstand v en de beeldafstand b. B v b RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

17. Opdracht B21 De lens A van een projector maakteenbeeld op eenscherm. Leg uitwatergebeurt met de lichtsterkte (de hoeveelheidlicht per cm² van het beeld), de grootte en de plaats van het beeldals: a) lens A wordtvervangen door een even sterkemaargrotere lens B De lichtsterktewordtgroter, want de lens “vangt”meerlichtmaar de grootte en plaats van het beeldveranderenniet. b) je de helft van lens B afdekt De lichtsterktehalveert, maarverderverandert het beeldniet. c) je lens B vervangt door een even grotemaarzwakkere lens C Het beeldkomtverder van het scherm te liggen, en wordtdusmeervergroot. De lichtsterktewordteenstukzwakker. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

18. Opdracht B26 Eenoverheadprojectormaakteen 12x vergrootbeeld van de sheet op eenscherm. De afstand van de sheet via de lens en de spiegel tot het scherm is 5,97 m. a) Bereken hoe ver de sheet van de lens in de projector afligt. De verhouding sheet-lens en lens-scherm is 1:12. De afstand van sheet tot lens is dus 1/13e van de totaleafstand, dus 5,97 m/13 = 0,46 m. b) Wat is de functie van de condensorbijeenoverheadprojector? Die helptomzoveelmogelijklixht te vangen en eenhelderbeeld te maken. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

19. EINDE Verwerkingsopdrachten A18, B22, B24, B25, C27, C28 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

20. Lenzenwet De voorwerpsafstand v is de afstand tussen de middellijn van de lens en een evenwijdigd lijn door L. f f De beeldafstand f is de afstand tussen de middellijn van de lens en een evenwijdige lijn door B. L De brandpuntsafstand f is de afstand tussen de middellijn van de lens en een evenwijdige lijn door F. hoofdas Er is een verband tussen v, b en f. Als je twee van de drie kent, kun je de derde berekenen. F F B De lenzenwet wordt echter meestal zo geschreven: v b RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

21. Opdracht A29 Je maakt een foto van een kunstwerk dat een hoogte heeft van 50 cm. Het kunstwerk staat op een afstand van 78 cm van de lens (f = 5,0 cm). a) Bereken de plaats van het beeld 1/f = 1/v + 1/b 1/b = 1/f – 1/v = 1/(0,05) – 1/(0,78) = 20 – 1,28 = 18,72 b = 1/(18,72) = 0,053 m = 5,3 cm. b) Ga door berekeningna of het beeld op de filmstrook (3,6 cm breed) past. De verkleiningsfactor is 78cm/5,3cm = 14,6. Het beeldheeftduseengrootte van 50 cm/14,6 = 3,4 cm. Dus het past net. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

22. Opdracht B30 Met een lens kun je eenbeeld van de zonmaken. Daarmeegebruik je de lens alsbrandglas. a) Moet diteenpositieve of eennegatieve lens zijn? Licht je antwoord toe. De lens moetpositiefzijn. Zonlichtkomt op de aardeaanalseen (vrijwel) evenwijdigebundel. Om deze convergent te maken is een lens met eenconvergerendewerkingnodig, eenpositieve lens dus. b) Voor het beeld van de zongeldt: b = f. Leg datuit. De zonstaatrelatief heel verweg, dus v = ∞ en 1/v = 0. c) Waarombrandteenstukpapierniet of nauwelijks en eenveterwel? Mogelijkeargumenten: (wit) papierreflecteertveellicht, in papierwordteenkleingaatjegebrand, maar de rest van het papierisnietverlicht. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

23. Opdracht A19 Opdracht A6 Vergelijk de beeldvorming van een fototoestel met een diaprojector. Wat is er duidelijk verschillend? Bij een fototoestel staat het voorwerp ver weg en wordt het beeld dicht bij de lens gevormd. Het beeld is sterk verkleind.Bij een diaprojector staat het voorwerp (dia) heel dicht bij de lens en wordt het beeld ver weg (op het scherm) gevormd. Het beeld is sterk vergroot. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-03: Afbeeldingen Cursusjaar 0809

24. EINDE Verwerkingsopdrachten C31, B32, C34 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

25. Afbeeldingen + B ... een virtueel beeld! Voorwerpsafstand groter dan 2F... Voorwerpsafstand tussen F en 2F... V V V Voorwerpsafstand kleiner dan F... ... de bundel blijft divergent. ... een verkleind beeld ... een vergroot beeld F F B B RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

26. Opdracht C33 Opdracht A6 Je maakteen 1:1 fotokopie van eenbladzijde in eenboek. De afstandtussenbeeld en voorwerpbedraagt 36 cm. Bereken de sterkte van de lens in het kopiëerapparaat. Het beeld is even groot als het voorwerp, dus de voorwerpsafstandv is gelijkaan 2x de brandpuntsafstandf. Dusgeldt f = 9 cm en v = 18 cm. De lenssterkte S is dus S = 1/f = 1/0,09 = 11 dpt. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

27. Het oog Accommoderen RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

28. Opdracht A39 Opdracht A6 • Je maakt met eenfototoesteltweemaaleenfoto van eenslapendepanter in eendierentuin. De enekeerheb je de traliesscherp op de foto, de anderekeer de panter. • Wat verandert er aan de instelling van het toestel als je na de ene foto de andere foto wilt nemen? • Je wilt scherpstellen op eengroterevoorwerpsafstand “v”. Aangezien je de brandpuntsafstand “f” van de lens nietkanaanpassen, moet je datdoen door de afstandtussen lens en film “b” te verkleinen. • Stel dat je de ene keer met je ogen naar de tralie kijkt en de andere keer nmaar de panter. • Wat verandert er aan de “instelling” van je oog als je je blik verlegt? • Je wilt scherpstellen op een grotere voorwerpsafstand “v”. Je oog kan zich wel aanpassen naar een grotere brandpuntsafstand “f” door je oog minder bol te maken (minder te accomoderen). RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-06: Oog en loep Cursusjaar 0809

29. Opdracht B42 Opdracht A6 Eenspiegel en eenooglenskunnenbeideeenbeeld van eenvoorwerpvormen. a) Is een spiegelbeeld een reëel of virtueel beeld? Licht je antwoord toe. Eenvirtueelbeeld. Eenreëelbeeldkan je altijd op een (wit) schermprojecteren, eenvirtueelbeeldzie je altijd “achter” een lens of eenspiegel (maar je kan het nietaanraken). b) Is het beeld dat de ooglens vormt, een reëel of een virtueel beeld? Licht je antwoord toe. De ooglens maakt een reëel beeld, dat wordt “geprojecteerd” op het netvlies. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-06: Oog en loep Cursusjaar 0809

30. De loep RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

31. Opdracht A44/A45 Opdracht A6 Hoe dichterbij je oog, hoe meer details je kuntzien. Waarmoeteenvoorwerpzichbevindenomzoveelmogelijk details te kunnenzien. In het nabijheidspunt. Dat is het punt het dichtst bij het oog waarop je nog scherp kan stellen door te accommoderen. Als je nog meer details wilt kunnen zien moet je een extra hulplens gebuirken (een loep of vergrootglas). Waarmoetbij het gebruik van eenloep het virtuelebeeldzichbevindenomzoveelmogelijk details te kunnenwaarnemen? In het nabijheidspunt. Het virtuelebeeld is het vergroottebeeldzoals je datachter de loepziet. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-06: Oog en loep Cursusjaar 0809

32. EINDE Verwerkingsopdrachten A40, A41, B43, B46, C47, C48 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

33. Breking Een lichtstraal valt op een oppervlak tussen twee materialen onder een hoek van 45º. De brekings-index van de overgang is 1,5. Voor de hoek van afbuiging geldt: 45º 28º nglaslucht=0,67 Aan de andere kant van het glas komt de lichtstraal weer op een grens-oppervlak tussen twee materialen. De brekingsindex voor deze overgang kan je berekenen met: 28º nluchtglas=1,5 45º Door breking lijkt het alsof voorwerpen onder water of achter een dikke glasplaat een beetje verschoven zijn. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-07: Breking Cursusjaar 0809

34. Grenshoek Dichter medium Dunner medium Bij breking van de normaal af (van een dichtere naar een dunnere stof, dus n>0) is de hoek van breking groter dan de hoek van inval. In dit geval treedt breking op tot maximaal de grenshoek g. Bij een grotere hoek van inval treedt totale reflectie op. Voor de grenshoek geldt: sin(g) = n21 g n21 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-07: Breking Cursusjaar 0809

35. EINDE Verwerkingsopdrachten A49, B51, C53, B54 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-04: Lenzenwet Cursusjaar 0809

36. Elektromagnetische straling 106 m 103 m 100 m 10-3 m 10-6 m 10-9 m 10-12 m 10-15 m 103 Hz 106 Hz 109 Hz 1012 Hz 1015 Hz 1018 Hz 1021 Hz radio micro infrarood ultraviolet röntgen gamma zichtbaar telegrafie telev isie radio portofoons magnetron radar foto’s kristallen verwarming alarminstallaties molec. absorptie zonnebank fluorescentie (blacklight) kosmisch nucleair Foton  lichtdeeltje of pakketjes EM-golven RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-09: Stralingsbronnen Cursusjaar 0809

37. Ioniserend vermogen Fotonen Gamma straling (γ) Snelle elektronen Betastraling (β) Snelle alfadeeltjes Alfastraling (α) Verder: neutronenstraling, positronstraling, protonstraling RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-09: Stralingsbronnen Cursusjaar 0809

38. Opdracht C10 Opdracht A6 Op luchthavens wordt de bagage doorgelicht met röntgenstraling. Wat voor eigenschappen heeft deze straling blijkbaar? De straling heeft het vermogen om door vaste stoffen heen te dringen waar normaal licht niet doorheen kan. Alleen metalen reflecteren röntgenstraling , vrijwel alle andere stoffen laten deze straling grotendeels door. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-09: Stralingsbronnen Cursusjaar 0809

39. EINDE Verwerkingsopdrachten A5, B6, C11 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-09: Stralingsbronnen Cursusjaar 0809

40. Radioactieve bronnen Bron besmetting bestraling Ontvanger RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-09: Stralingsbronnen Cursusjaar 0809

41. Opdracht A8 Opdracht A6 • Sommige straling heeft ioniserend vermogen. • Wat is ioniserend vermogen? • Dat wil zeggen dat de straling voldoende energie heeft om een elektron van bepaalde atomen “af te slaan” • Wat is een ion? • Een ion is een atoom dat elektrisch niet neutral is. Het atoom dat meer of minder elektronen heeft dan protonen in de kern, waardoor het atoom niet meer elektrisch neutraal is, maar positief of negatief geladen. Als een molecuul zo’n atoom bevat, wort het ook een ion genoemd. • Wat is ioniseren? • Ioniseren is het verwijderen van een elektron uit een atoom. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-09: Stralingsbronnen Cursusjaar 0809

42. + 0 0 + + 0 + 0 0 + 0 + + 0 0 + Atoommodel − atoomkern − − elektronenwolk − − O-atoom − − − + + H-atoom H-atoom − − Water-molecuul (H2O) RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

43. 0 0 + + + + 0 0 Atoombouw − + H-1 kern “gewoon” waterstof + + H-2 kern deuterium + 0 − H2 molecuul 0 0 H-3 kern tritium − + He-4 kern alfa-deeltje He-4 atoom − RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

44. Opdracht A12 Opdracht A6 • In de atmosfeer komen allerlei isotopen voor. • Wat zijn isotopen? • Atomen van dezelfde atoomsoort (aantal protonen) maar met een verschillend aantal kerndeeltjes (veroorzaakt door een wisselend aantal neutronen) noemen we isotopen van elkaar • “Isotoop” betekent “dezelfde plaats” omdat ze in het peridiek systeem van de elementen op dezelfde plek staan. Isotopen van een bepaald atoom hebben dezelfde chemische eigenschappen. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

45. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Zwaardere atomen N= 16 kerndeeltjes, waarvan A= 8 protonen (dus zuurstof) 0-16 (zuurstof-16) 0 8 x 8 x + 0 0 0 0 0 0 N = 238 kerndeeltjes, waarvan A = 92 protonen (dus uranium) U-238 (uranium-238) 0 0 0 0 0 0 92 x 146 x + 0 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

46. Massagetal N en atoomnummer A uranium 238 Massagetal Z = 238 Totaal aantal kerndeeltjes (protonen + neutronen). Is een maat voor de massa van de atoomkern Atoomnummer A = 92 (Uranium) Aantal positieve kerndeeltjes (protonen). Bepaalt dus ook het aantal elektronen dat nodig om het atoom neutraal te krijgen en daarmee ook de chemische eigenschappen. Deze chemische eigenschappen bepalen de naam van de atoomsoort: Uranium. Het aantal neutronen (Z-A) is het verschil tussen het massagetal (Z) en het atoomnummer (A). U-238 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

47. Instabiliteit + + Protonen (positief) stoten elkaar af + 0 − Neutronen zijn instabiel tenzij ze aan protonen zijn gebonden in een kern RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

48. Isotopenkaart 4 atoomnummer Kernen in dit gebied hebben teveel protonen en zijn zeer instabiel. 0 + Li (lithium) + 0 3 + 0 0 0 0 + 0 + + He (helium) + + 0 + + 0 0 0 2 0 + 0 Kernen in dit gebied hebben teveel neutronen en zijn zeer instabiel. H (waterstof) 1 + + + 0 0 0 1 2 3 4 5 6 massagetal RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

49. Opdracht B17 Opdracht A6 Er bestaat een vervalreeks waarin U-235 voorop gaat. Bepaal met behulp van BINAS de eerste vier kernen die ontstaan bij het verval van U-235. We gebruiken hiervoor BINAS tabel 25 U-235 (atoomnummer 92) is een α-straler. Het alfadeeltjeheeft 4 nucleonen, waarvaner 2 protonenzijn. Het atoomdatoverblijftheeftdusnogmaar 231 nucleonen over, waarvaner 90 protonen, dus Thorium-231. Thorium-231 (atoomnummer 90) is eenβ-straler. Bijbetavervalveranderteen neutron in een proton en eenelektron. Het elektronwordtuitgestraalddus het aantaldeeltjes in de kern verandertniet, maar het aantalprotonenwordteenmeer, dus Palladium-231. Palladium-231 is eenα-straler en verandert in Actinium-227. Actinium-227 is weereenβ-straler en verandert in Thorium-227. RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809

50. EINDE Verwerkingsopdrachten A13, B14, B15, C18, B19, B20 RML Natuurkunde Havo 2e fase T3-10: Kernstraling Cursusjaar 0809