In het deeltje in een doosje model zijn de wanden niet ondoordringbaar
De wanden worden gezien als een energie barrière
Slide 5 - Tekstslide
Tunneling
Het doosje kunt je ook zien als energieput, waar energie aan het deeltje moet worden toegevoegd zodat het kan ontsnappen
Energie barrière = grijze gebied in plaatje = een gebied waarin het opgesloten deeltje kinetische energie verliest aan bijvoorbeeld de elektrische energie doordat het elektrisch veld in de barrière tegengesteld gericht is.
Slide 6 - Tekstslide
Hoogte barrière
Hoogte wand = uittree energie, energie nodig om deeltje vrij te maken.
Bij een elektron: uittree energie = ionisatie energie
Uittree-energie
Slide 7 - Tekstslide
Breedte barrière
Breedte barrière = breedte wanden van het doosje = de uitgebreidheid van het tegenwerkende krachtveld
De energie barrière neemt sterk af me de afstand tot de kern
Slide 8 - Tekstslide
voorbeeld Tunnelen
Een sterk elektrisch veld buiten de energieput trekt aan de elektronen in de put.
Het energieniveau van de barrière buiten het metaal neemt dan sterk af met de afstand
He blijkt dat elektronen met onvoldoende energie om uit de punt te ontsnappen, nu door de barrière heen 'tunnelen'.
Slide 9 - Tekstslide
Tunnelen
Als energie barrières van de wanden van het doosje niet oneindig hoog en breed zijn, dringt de waarschijnlijkheidsverdeling een eindje in de wand door.
Slide 10 - Tekstslide
Tunnelen
Afhankelijk van de hoogte en de breedte van de wand is er ook een kleine kans dat je het deeltje buiten het doosje kunt waarnemen.
De vorm en hoogte van de waarschijnlijkheidsverdeling in en buiten de energie barrière hangt ook af van de energie en de massa van het deeltje
Slide 11 - Tekstslide
Tunnelen hangt af van:
Hoogte van de energie barrière: hoe hoger hoe kleiner de kans op tunnelen
Breedte van de energie barrière: hoe breder hoe kleiner de kans op tunnelen
Massa van het opgesloten deeltje: hoe groter, hoe kleiner de kans op tunnelen
De energie van het opgesloten deeltje: hoe kleiner hoe kleiner de kans op tunnelen
Slide 12 - Tekstslide
Scanning tunneling microscoop
Er wordt een zeer gedetailleerd beeld gemaakt van een geleidend oppervlak.
Je kan individuele atomen zien
Uiteinde naald STM is slechts 1 atoom dik
Met de naald wordt het oppervlak van het materiaal afgetast
Slide 13 - Tekstslide
Scanning tunneling microscoop
De naald beweegt op atomaire afstand langs het oppervlak van het preparaat
voor elektronen in de punt van de naald is het gebied tussen de naald en het oppervlak de barrière waar ze doorheen kunnen tunnelen
Slide 14 - Tekstslide
Scanning tunneling microscoop
Tussen de naald en het oppervlak wordt een elektrische spanning aangelegd waardoor er een klein tunnelstroompje loopt tussen de naald en het oppervlak
De grootte van de stroomsterkte neemt sterk af als de afstand tussen het naaldje en het oppervlak toeneemt.
Slide 15 - Tekstslide
Scanning tunneling microscoop
Door de stroomsterkte constant te houden blijft de afstand tot het oppervlak gelijk
steekt het oppervlak uit dan moet het naaldje dus omhoog
Je krijgt zo een soort hoogtekaart van het geleidend oppervlak en individuele atomen worden nu zichtbaar
Slide 16 - Tekstslide
Alfaverval
Alfa verval is een voorbeeld van tunneling
de sterke kernkracht houdt in de kern protonen en neutronen bij elkaar
de kracht neemt snel af met de afstand
Slide 17 - Tekstslide
Alfaverval
De sterke kernkracht houdt de deeltjes opgesloten en zorgt voor een hoge energie barrière voor alle deeltjes in de kern
de waarschijnlijkheidsverdeling van 2 protonen en 2 neutronen (= alfadeeltje) in een instabiele atoomkern strekt zich een beetje uit in en buiten de energie barrière
Slide 18 - Tekstslide
Alfaverval
Doordat de kernkracht snel afneemt met de afstand tussen de kerndeeltjes, wint buiten de kern de afstotende elektrische kracht tussen de positieve protonen en het positieve alfadeeltje het van de aantrekkende kracht tussen de kerndeeltjes
Slide 19 - Tekstslide
Alfaverval
Het alfadeeltje buiten de kern wordt door de afstotende elektrische kracht weggeschoten als het uit de kern is getunneld.
Slide 20 - Tekstslide
Volgens de klassieke mechanica kan een deeltje alleen over een barrière heenkomen als geldt:
A
E_kin> E_barrière
B
E_kin< E_barrière
C
E_barrière = 0 Joule
D
Dat is niet mogelijk
Slide 21 - Quizvraag
Hoe vaak kan een deeltje aan de andere kant van een barrière komen terwijl dat volgens de klassieke mechanica niet kan?
A
altijd
B
soms
C
nooit
D
daar kun je geen uitspraak over doen
Slide 22 - Quizvraag
Wanneer neemt de kans op tunneling van een deeltje af?
A
De energiebarrière is laag
B
De energiebarrière is smal
C
Het deeltje heeft veel kinetische energie
D
Grote massa van het deeltje
Slide 23 - Quizvraag
Waarop berust werking van een STM niet:
A
de groottte van de debroglie golflengte van de elektronen
B
het golfkarakter van elektronen
C
Het verkleinen van de barrière door het aanleggen van een spanning
D
Het tunnelen van elektronen
Slide 24 - Quizvraag
Protonen blijven in een atoomkern opgesloten door een hoge energiebarrière veroorzaak door:
A
de zwakke kernkracht
B
de sterke kernkracht
C
de elektromagnetische kracht
D
de zwaartekracht
Slide 25 - Quizvraag
Herhaling materialen
Slide 26 - Tekstslide
Slide 27 - Tekstslide
Slide 28 - Tekstslide
Slide 29 - Tekstslide
Slide 30 - Tekstslide
Slide 31 - Tekstslide
Volgens de algemene gaswet geldt pV/nT =
A
0
B
1
C
8,3145
D
het getal van avogadro
Slide 32 - Quizvraag
Wat is het volume van 1 mol gas bij een temperatuur van 0 graden Celsius en standaarddruk (zeeniveau)
A
1 liter
B
1 m^3
C
22 liter
D
22*10^3 liter
Slide 33 - Quizvraag
Uitleg
pV/nT = R
V = RnT/p
R = 8,3145, n = 1 mol, T = 273 K en p = 101, 325 kilo pascal = 101*10^3 Pa
Een Dyneema vezel ondervindt een spanning van 200 MPa. Bereken de relatieve rek in %.
A
0,2 %
B
0,002 %
C
204 %
D
2 %
Slide 42 - Quizvraag
Uitleg
E dynema = zie BINAS of boek
Spanning = 200 MPA
invullen geeft de relatieve rek
E=(epsilon)σ
Slide 43 - Tekstslide
Aan een nylondraad hangt een voorwerp van 5,00 kg. De draad is rond en heeft een diameter van 0,200 mm. Hoe groot is de spanning in de draad?
A
0,245 Gpa
B
0,00245 Gpa
C
1,56 Gpa
D
156 Gpa
Slide 44 - Quizvraag
Uitleg
F = mg = 5,00 * 9,81 = 49,05 N
Spanning = F/A
A = Pi * r^2 = 3,14 *10^-8 m^2
invullen:
spanning = (49,05)/(3,14*10^-8) = 1,56 Gpa
Slide 45 - Tekstslide
Slide 46 - Tekstslide
Slide 47 - Tekstslide
Een aquarium wordt verwarmd door een verwarmingselement, dat 0,50 kWh aan elektrische energie levert. Er zit 20 L water in het aquarium en de temperatuur van het water is 10 °C. Je mag er vanuit gaan dat 1 L water een massa heeft van 1 kg. Wat is de nieuwe temperatuur van het water?
A
6 graden Celsius
B
16 graden Celsius
C
22 graden Celsius
D
32 graden Celsius
Slide 48 - Quizvraag
Uitleg
Q = 0,50 kWh = 1,8*10^6 Joule
c = 4,18*10^3 J/(kg*K) (zie BINAS)
m = 20 kg
invullen geeft delta T = 22 graden Celsius
dan is de nieuwe temperatuur 10 + 22 = 32 graden Celsius
Q=m⋅c⋅ΔT
Slide 49 - Tekstslide
Een muur van 2,00 meter bij 3,00 meter, met een dikte van 45,0 cm ondervindt een warmtestroom van 200 W bij een temperatuurverschil van 5,00 graden Celsius tussen de binnen- en de buitenkant van de muur. Van welk materiaal is deze muur gemaakt?
A
Marmer
B
Beton
C
Baksteen
D
Hout
Slide 50 - Quizvraag
Uitleg
de warmtegeleidingscoëfficiënt wordt gevraagd
P = 200 W
A = 2,00 * 3,00 = 6,00 m^2
Delta T = 5,00 graden Celsius
d = 0,45 m
invullen geeft dat de warmtestroom gelijk is aan 3 W/(m*K)