Newton - VWO

Licht als golfverschijnsel

Samenvatting

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

Terugkaatsing en brekingTerugkaatsing 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

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

Interferentie

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

Als golven van twee verschillende bronnen door

Interferentie

Δx = n·λ (n=0,1,..) ontstaat een interferentiemaximum

en bij een wegverschil Δx = (n+½)·λ (n=0,1,..) een

interferentieminimum

Als twee bronnen in fase trillen en het wegverschil

Buiging van lichtEen laserbundel die op een smalle opening

valt, vertoont buiging zoals bij de watergolven

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

Een laser geeft licht van één bepaalde kleur: dit heet monochromatisch licht

Interferentie van lichtAls 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

c

f

Golflengte en kleurOmdat bij licht buiging en interferentie

optreedt, is licht een golfverschijnsel met een

golflengte λ, golfsnelheid v ( = 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

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.

nntan

x

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

n

nsin

d

Golflengtemeting met een tralieEr treedt versterking op als het wegverschil tussen

de golven uit opeenvolgende openingen n∙λ is

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

nntan

x

f

n

nsin

d

Golflengtemeting met een tralieMet 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:

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

intensiteitsverdeling hangt

samen met de temperatuur

Bij een hogere temperatuur

zendt een gloeilamp meer

licht in het zichtbare deel uit

golflengte weer, de

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

neon

natrium

waterstof

stikstof

Bij moleculen is er ook vaak sprake van een bandenspectrum, zie bv stikstof

Emissie- en absorptiespectraEen 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

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 zijnEen robijnlaser geeft felle pulsen rood licht, continu

werkende lasers zijn er

van halfgeleidermaterialen

doorsnede van een gaslaser