Newton - VWO

1. Newton - VWO Licht als golfverschijnsel Samenvatting

2. Watergolven Licht is een golfverschijnsel maar de golven van licht kun je niet zien, watergolven wel Door de verschijnselen bij water- en lichtgolven met elkaar te vergelijken, kun je nagaan of licht een golfverschijnsel is Watergolven bestudeer je met een golfbak: cirkelgolven - vlakke golven

3. Terugkaatsing en breking Terugkaatsing en breking bij watergolven gaat net als bij licht, bij terugkaatsing geldt voor de golfstraal dat de invalshoek i gelijk is aan de terugkaatsingshoek t Bij de overgang van diep naar ondiep water is er breking naar de normaal, de golfsnelheid is in ondiep water kleiner dan in diep water

4. Buiging Bij een relatief grote opening (d>>λ) treedt aan de rand wat buiging op. Bij een kleine opening (d≤λ) treedt sterke buiging op, er ontstaan cirkelgolven

5. Interferentie Als golven van twee verschillende bronnen door elkaar heen lopen kunnen ze elkaar versterken of verzwakken, dit verschijnsel heet interferentie Coherente trillingsbronnen trillen met dezelfde frequentie en een vast faseverschil Op plaatsen waar twee trillingen in fase zijn ontstaat een interferentiemaximum en op plaatsen waar ze in tegenfase zijn een interferentieminimum

6. Interferentie Als twee bronnen in fase trillen en het wegverschil Δx = n·λ(n=0,1,..) ontstaat een interferentiemaximum en bij een wegverschil Δx = (n+½)·λ(n=0,1,..) een interferentieminimum

7. Buiging van licht Een laserbundel die op een smalle opening valt, vertoont buiging zoals bij de watergolven Een laser geeft licht van één bepaalde kleur: dit heet monochromatisch licht De buiging treedt alleen op als de opening voldoende klein is, d.w.z. in de orde van de golflengte van het licht van de laser

8. Interferentie van licht Als laserlicht op twee zeer smalle openingen valt, vormen de twee openingen coherente bronnen Achter de openingen treedt interferentie op, op een scherm kan men minima en maxima waarnemen Deze proefopstelling heet de proef van Young De afstand tussen de maxima hangt af van de kleur van het licht: bij rood licht is de afstand groter dan bij blauw licht. De afstand hangt af van de afstand tussen de openingen

9. Golflengte en kleur Omdat bij licht buiging en interferentie optreedt, is licht een golfverschijnsel met een golflengte λ, golfsnelheidv ( = c) en frequentie f Het verband tussen λ, c en f is: λ is de golflengte (in m) c is de lichtsnelheid (in m/s) c = 3,0∙108 m/s in vacuüm f is de frequentie (in Hz) Bij zichtbaar licht ligt de golflengte tussen 3,8∙10-7 m (380 nm) voor violet tot 7,8∙10-7 m (780 nm) voor rood

10. Golflengtemeting Met behulp van een tralie – een doorzichtige dia met een groot aantal zwarte lijnen – kan men uit het interferentiepatroon de golflengte van het invallende licht nauwkeurig bepalen De rechtdoorgaande bundel is het 0e orde maximum, aan weerszijden ontstaan weglopende bundels: twee 1e orde maxima, twee 2e orde maxima, enz.

11. Golflengtemeting met een tralie Voor de plaats van het ne orde maximum op het scherm geldt: In de formule is: αn de hoek tussen de lichtbundels naar het ne en het 0e orde maximum (in °), xn de afstand tussen het ne en het 0e orde maximum op het scherm (in m) en ℓ de afstand tussen het tralie en het scherm (in m) Door meting van xn en ℓ is αn te bepalen, uit het volgende model is λ te bepalen

12. Golflengtemeting met een tralie Er treedt versterking op als het wegverschil tussen de golven uit opeenvolgende openingen n∙λis Voor de buigingshoek αn die bij het ne orde maximum hoort is: In de formule is: αn de hoek tussen de lichtbundels naar het ne en het 0e orde maximum (in °), λ de golflengte (in m) en d de tralieconstante (in m) Bij een invallende bundel wit licht ontstaan spectra op het scherm

13. Golflengtemeting met een tralie Met een positieve lens achter het tralie zijn zijn de interferentiemaxima op het scherm scherper te maken, de evenwijdige bundels komen samen in lichtpunten in het brandvlak van de lens De hoek αn is te bepalen met: De golflengte is te berekenen met de formule:

14. Spectra Het zichtbare spectrum van wit zonlicht bestaat uit alle kleuren van de regenboog: het is een continu spectrum, een gloeilamp heeft een continu spectrum Een stralingskromme geeft de intensiteit van de uitgezonden straling als functie van de golflengte weer, de intensiteitsverdeling hangt samen met de temperatuur Bij een hogere temperatuur zendt een gloeilamp meer licht in het zichtbare deel uit

15. Lijnenspectrum In een gasontladingsbuis loopt een stroom door het gas in de buis, het gas zendt licht uit Het spectrum van dit licht is een lijnenspectrum De kleur van de lijnen hangt af van het soort gas in de buis, elk gas heeft een kenmerkend spectrum Bij moleculen is er ook vaak sprake van een bandenspectrum, zie bv stikstof neon natrium waterstof stikstof

16. Emissie- en absorptiespectra Een gasontladingsbuis zendt licht uit, het spectrum van de gasvulling is een emissiespectrum Als wit licht op een ‘koud gas’ invalt gebeurt het omgekeerde: het gas absorbeert die golflengten die het zelf kan uitzenden, het spectrum heet een absorptiespectrum Dit heet lijnomkering Een voorbeeld ervan zijn de fraunhoferlijnen in het zonnespectrum, er zijn o.a. absorptielijnen van H en He te zien omkering van de natriumlijnen emissiespectrum absorptiespectrum

17. Laser Het licht van een laser is monochromatisch en de coherente lichtgolven versterken elkaar, waardoor de intensiteit van laserlicht erg hoog kan zijn De kleur van het licht wordt bepaald door de stof in de laser, bij een helium-neonlaser is dat rood Maar de stof kan ook een vaste stof of vloeistof zijn Een robijnlaser geeft felle pulsen rood licht, continu werkende lasers zijn er van halfgeleidermaterialen doorsnede van een gaslaser