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
Top Related