Leerdoelen
•Je kunt uitleggen wat elektromagnetische straling is.
•Je kunt de golf-deeltjesdualiteit uitleggen, wat inhoudt dat licht zowel golf- als deeltjeseigenschappen heeft.
•Je kunt rekenen aan licht als golf met de formule
•Je kunt rekenen aan licht als deeltje met de formule
Wat is elektromagnetische straling?
Elektromagnetische straling is energie die zich door de ruimte voortbeweegt. Dit gebeurt met de lichtsnelheid (c), die in een vacuüm ongeveer
Welke soorten elektromagnetische straling zijn er?
De soorten straling staan hieronder opgesomd van korte golflengte (en dus hoge frequentie en hoge energie) naar lange golflengte (en dus lage frequentie en lage energie). Alle soorten elektromagnetische straling samen vormen het elektromagnetisch spectrum. Dit spectrum is te vinden in Binas-tabel 19A en 19B. Elke vorm van elektromagnetische straling onderscheidt zich door een eigen golflengte en frequentie.
Hieronder staat een overzicht van de soorten straling, geordend van de kortste naar de langste golflengte:
•Gammastraling: heeft de kortste golflengte en de hoogste frequentie. Wordt gebruikt in de nucleaire geneeskunde.
•Röntgenstraling: heeft een kortere golflengte dan uv-straling en een hogere frequentie. Wordt gebruikt voor medische röntgenfoto's.
•Ultraviolette (UV) straling: heeft een kortere golflengte dan zichtbaar licht. Kan zonnebrand veroorzaken.
•Zichtbaar licht: heeft golflengten tussen ultraviolet en infrarood licht. Dit is het deel van het elektromagnetisch spectrum dat wij met onze ogen kunnen waarnemen. Binnen zichtbaar licht heeft rood licht een grotere golflengte (en dus een lagere frequentie) dan blauw licht.
•Infrarode straling (IR): heeft een langere golflengte dan zichtbaar licht en wordt ook warmtestraling genoemd. Wordt onder meer uitgezonden door de zon en gebruikt in afstandsbedieningen.
•Microgolven: hebben langere golven dan infraroodstraling. Worden gebruikt in magnetrons en radarsystemen.
•Radiogolven: hebben de langste golflengten en de laagste frequenties. Worden gebruikt voor radio-uitzendingen.
Over het algemeen geldt: hoe korter de golflengte (en dus hoe hoger de frequentie), hoe hoger de energie van de straling.
Golf-deeltjesdualiteit
Licht kan zich op twee manieren gedragen: als een golf en als een deeltje. Dit fenomeen wordt de golf-deeltjesdualiteit genoemd.
Hoe verklaart het deeltjesmodel het foto-elektrisch effect?
In het deeltjesmodel bestaat licht uit fotonen: pakketjes energie. Elk foton heeft een bepaalde energie. Dit model kan onder andere het foto-elektrisch effect verklaren. Bij dit effect maakt een foton met voldoende energie een elektron los uit een vast materiaal, zoals een metaal.
Hoe verklaart het golfmodel buiging en interferentie?
In het golfmodel gedraagt licht zich als een golf. Een golf wordt gekenmerkt door een golflengte (λ) in meter en een frequentie (f) in hertz. Dit model kan verschijnselen als buiging en interferentie verklaren. Bij buiging gedraagt licht zich na het passeren van een smalle opening (spleet of tralie, een voorwerp met heel veel spleten naast elkaar) als een nieuwe puntbron van golven. Wanneer deze golven van twee spleten samenkomen, kunnen ze elkaar versterken of verzwakken, wat resulteert in een interferentiepatroon. Dit is vergelijkbaar met geluidsgolven.
Hoe reken je met licht als golf?
De relatie tussen de snelheid van licht, de frequentie en de golflengte wordt beschreven met de formule:
•
•
•
Voor de voorbeelden wordt de afgeronde waarde
Voorbeeld: golflengte berekenen van een radiogolf
Elektromagnetische golven hebben een frequentie van
1.Gebruik de formule
2.Vul de waarden in:
3.De berekening geeft:
4.Een golflengte van 3 meter hoort bij radiogolven.
Voorbeeld: frequentie berekenen van groen licht
De kleur groen heeft een golflengte van 530 nanometer. Wat is de frequentie van dit groene licht?
1.Gebruik de formule
2.Vul de waarden in:
3.De berekening geeft:
Hoe reken je met licht als deeltje?
De energie van een foton (fotonenergie) wordt berekend met de volgende formules:
•
•
•
•
•
Voorbeeld: energie van fotonen berekenen
Wat is de energie van de fotonen van groen licht met een golflengte van 530 nanometer?
1.Gebruik de formule
2.Vul de waarden in:
3.De berekening geeft:
Wat is het dopplereffect?
Het dopplereffect is een verschijnsel waarbij de toonhoogte van een voorbijrijdende ambulance verandert. Dit komt doordat de geluidsgolven worden samengedrukt of uitgerekt. Als een ambulance nadert, worden de geluidsgolven in elkaar gedrukt, wat leidt tot een hogere toon. Als de ambulance zich verwijdert, worden de geluidsgolven uit elkaar gerekt, wat resulteert in een lagere toon. Dit is een golfverschijnsel en treedt ook op bij lichtgolven. Bij bewegende sterrenstelsels zorgt dit voor een verandering in de golflengte van het licht. Dit verschijnsel wordt roodverschuiving genoemd.
