Een tl-buis - AlleOpgaven.nl

NATUURKUNDE 12 – KLAS 5 – 24/01/07
PROEFWERK N1V2 HOOFDSTUK 3
Het proefwerk bestaat uit 2 opgaven. Geef duidelijke uitleg en berekeningen.
Gebruik eigen BINAS en grafische rekenmachine toegestaan. Totaal te behalen:
28 punten.
Opgave 1: leg eens uit… {3x 2p}
Leg aan de hand van een beknopte, maar fysisch juiste en complete beschrijving uit…
a) waarom bij een tralie, waarop wit licht valt, in het midden een witte lijn te zien is.
b) waarom voedsel na opwarming in de magnetron erg droog smaakt als het bord
waarop het ligt niet óók aan de bovenzijde is afgedekt.
c) waarom een gloeidraad bij lage spanning geen licht uitzendt (en wat dan wél?), bij
hogere spanning rood opgloeit en bij nog hogere spanning wit licht gaat geven.
Opgave 2: een tl-buis
Een bepaalde tl-buis bevat kwikdamp onder lage druk. In de wand van de buis zijn twee
metalen elektroden gesmolten. Wanneer de elektroden worden aangesloten op een
voldoende hoge spanning, kan de tl-buis licht gaan geven.
Zowel de lage druk van de damp als de hoge spanning zijn nodig om de tl-buis licht te laten
geven.
a) Leg uit waarom er lage druk van de damp nodig is en leg uit waarom er een hoge
spanning op de elektroden nodig is om de lamp licht te laten geven.
{2p}
De kwikdamp zendt een aantal golflengtes uit. De vier sterkst uitgezonden golflengtes zijn
546 nm, 436 nm, 405 nm en 365 nm. Adriaan bekijkt het licht dat van de buis afkomt en
constateert dat het niet wit is, maar paarsblauw.
b) Leg aan de hand van een afzonderlijke kleuranalyse van elk van de vier uitgezonden
golflengtes uit waarom het licht er paarsblauw uitziet.
{2p}
De vragen c) en d) gaan over het licht van 546 nm.
c) Bereken de frequentie van het licht van 546 nm.
{2p}
De tl-buis heeft door toedoen van (alleen) het licht van 546 nm een vermogen van 10 W.
d) Bereken hoeveel fotonen van 546 nm er per minuut door de tl-buis worden
uitgezonden.
{3p}
Om de verschillende golflengtes zichtbaar te maken gebruikt Adriaan een tralie. De situatie is
(niet op schaal) weergegeven in de figuur op de bijlage. Het tralie wordt vanaf links
beschenen met een evenwijdige bundel licht van de tl-buis. Het licht valt via een lens op een
scherm. Het midden van de positieve lens M en het brandpunt F zijn weergegeven in de
figuur, evenals vijf stralen in de lichtbundel. De afstand tussen lens en scherm is
weergegeven. De weergegeven stralen tussen het tralie en de lens zijn de eerste-ordemaxima van de lichtgolven met een golflengte van 436 nm. Deze stralen maken een hoek
van 11,3° met de rechtdoorgaande stralen.
e) Bereken de afstand tussen F en de plaats van dit 1e-orde-maximum bij 436 nm.{2p}
f) Bereken de tralieconstante van het hier gebruikte tralie in μm.
{3p}
g) Teken het verdere verloop van de vijf stralen tot aan het scherm.
{2p}
Natuurlijk ziet Adriaan niet alleen het eerste-orde-maximum van het licht van 436 nm, maar
ook dat van de andere golflengtes van kwik (zie boven).
h) Leg uit van welke golflengte(s) Adriaan het eerste-orde-maximum dichter bij F ziet en
van welke golflengte(s) hij het eerste-orde-maximum verder van F vandaan ziet (t.o.v.
het maximum van 436 nm).
{3p}
Het n-de orde maximum is het hoogste orde maximum bij dit tralie voor golven van 405 nm.
i) Bereken n
{3p}
BIJLAGE BIJ PROEFWERK
NAAM: …………………………..
lens
+
scherm
tralie
M
F
40 cm
RESERVE-FIGUUR (indien nodig)
lens
+
scherm
tralie
M
F
40 cm
UITWERKING
OPGAVE 1
a) tralie buigt licht, afhankelijk van λ; bij 0e orde echter voor elke λ dezelfde
afbuighoek (nl. 0°). Gevolg: alle kleuren komen in 1 punt samen  je ziet wit
licht.
b) microgolven hebben resonantiefrequentie van watermoleculen  gaan
meetrillen
Gevolg: watermoleculen verdampen uit voedsel indien niet afgedekt  droog
c) Lage spanning = lage stroom = lage temp.  alleen IR; hogere spanning =
hogere temperatuur: eerst rood licht erbij, later ook andere kleuren 
uiteindelijk alle=wit.
OPGAVE 2
a) hoge spanning: nodig om elektronen vrij te maken uit de kathode.
{1}
lage druk: nodig zodat elektronen voldoende snelheid kunnen maken alvorens
ze weer botsen (voldoende kinetische energie om atoom aan te slaan) {1}
b) tabel 19A: 365 nm: niet zichtbaar, 405 nm: violet, 436 nm: blauwviolet, 546
nm: groen
{1}
dus: 4 lijnen samen zien er paarsblauw uit
{1}
c) c = 3,00∙108 m/s
{1}
8
-9
14
f = c/λ = 3,00∙10 /546∙10 = 5,49∙10 Hz
{1}
d) Ef = h∙f = 6,63∙10-34 ∙ 5,49∙1014 = 3,64∙10-19 J
{1}
-19
19
per seconde: 10 J / 3,64∙10 J = 2,75∙10 fotonen
{1}
per minuut: x60  1,6∙1021 fotonen
{1}
e) tan 11,3° = x/40 cm
{1}
x = 40 tan 11,3° = 8,0 cm
{1}
f) d sin α = n∙λ, met n=1, λ=436∙10-9, hoek=11,3°
{1}
-9
-6
d = 1∙436∙10 /sin 11,3 = 2,23∙10 m
{1}
= 2,23 μm
{1}
g) bijas tekenen door M tot aan scherm
{1}
alle 5 stralen naar snijpunt bijas en scherm
{1}
h) grotere golflengte  sinus groter  afbuighoek groter
{1}
dus: 546 nm verder weg, 405 nm dichter bij
{1}
365 nm ziet hij niet, want niet-zichtbare deel spectrum
{1}
i) sinus is maximaal 1
{1}
dan: n = d/λ = 2,23∙10-6/405∙10-9 = 5,5
{1}
dus maximale orde is 5
{1}