Document
advertisement
Keerpunten I. Het Atoom Model II. Sub-Atomaire Deeltjes! III. Terug naar de Oorsprong? Keerpunten UvA breed 2003/2004 F. Linde/NIKHEF & UvA Tel. 020-5925134 Email: [email protected] 1 I. Atoom Model 2 Elektriciteit Franklin (1706-1790) 3 Elektroscoop metaalfolie kurk metaal draadje metaalfolie 4 Elektriciteit ++ ++ ++ ++ ++ 0 0 +++++ +++++ +++++ +++++ Barnsteen + en ladingen in balans +++++ +++++ +++++ +++++ +++++ +++++ Coulomb (1736-1806) + +++++ +++++ +++++ +++++ +++++ +++++ netto + en ladingsscheiding Wol ++ +++ + +++ + +++ ++ ++ +++ + ++ + + +++ ++ Aantrekking Afstoting tussen tussenladingen ladingen met met hetzelfde tegengesteld teken teken (++/ (+) ) 5 Elektriciteit: (on)balans ladingen + en + + kracht F F veld E q potentiaal V + http://www.cco.caltech.edu/~phys1/java/phys1/EField/EField.html 6 Demonstratie: Elektrische veldlijnen 7 8 paar 100,000 Volt experimenten in de deeltjes fysica: 7,000,000,000,000 Volt 9 1 A 1 C/s (ladingstransport) Bliksem: 30,000 A Waterkoker: 10 A Computer: 1A Gloeilamp: 0.25 A Levensgevaarlijk: 0.1 0.2 A Sidderaal: 0.07 A Zenuwpuls: 108 A 10 Elektrische stroom Elektriciteit Fiets Batterij dynamo fabriek 11 Discussie vraag Als je een lichtschakelaar omzet gaat het licht direct aan. Hoe snel bewegen ladingsdragers van stopcontact lamp? A. met de lichtsnelheid (300,000,000 m/s; komt zo) B. ze bewegen helemaal niet C. met een slakkegangetje (zo rond de 1 meter/uur) 12 13 Magnetisme Magnetisme I zelfde richting: aantrekking tegengestelde richting: afstoting N Z N Ampère (1775-1836) N N Z Z Z N Z N N N Z N Z N Z N Z Z Z N Z N N Z Z N Z 14 Demonstratie: Magnetische veldlijnen 15 Discussie vraag Welke elektrische configuratie geeft een elektrisch veld dat het meest lijkt op het magnetisch veld van een magneet? A. B. C. D. N twee dichtbij elkaar geplaatste gelijke ladingen een enkele positieve (of negatieve) lading zo’n elektrische ladingsconfiguratie bestaat niet twee dichtbij elkaar geplaatste tegengestelde ladingen Z 16 Elektro-Magnetisme 17 Induktie Faraday (1791-1867) tijdsafhankelijk magnetisch veld: elektrische stroom tijdsafhankelijke elektrische stroom: elektromotor 18 Genesis I:3 En God zeide: “Er zij licht; en er was licht.” Maxwell (1873) E B 0 B 0 0 t B E 0 E t Geïntegreerde theorische beschrijving Maxwell (1831-1909) Elektriciteit en Magnetisme voorspelt bestaan elektro-magnetische golven. Licht is een elektro-magnetische golf 19 Golf eigenschappen golflengte f frekwentie v snelheid f=v [m] [1/s] [m/s] [m] f [1/s] V=299792458 m/s c (exact; definitie v/d meter!) 20 10+2 1 102 104 radar 1935 mobiel 1947-1975 Golflengte (in meters) magnetron 1896 laser 106 -straling 108 1010 zichtbaar Röntgen licht 1895 radio Personnal Computer 1954 Transistor 1946 1901 Gloeilamp 1975 1947 1879 1793 Batterij 21 Faraday when asked about the use of electricity: “I do not know, but I am sure it will be taxable …………… eventually!” Faraday (1791-1867) 22 23 Periodiek Systeem Heel lang geleden … Empedocles Plato Aristoteles Leucippus Democritus 24 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Alchemie Lood Goud 25 Priestley muizen en kaarsen “verpesten” lucht lucht? 1754-1826 groene planten “verfrissen” lucht Lucht geen elementaire bouwsteen! 26 Lavoisier vuur? Wet van behoud van massa In chemische reacties blijft de hoeveelheid massa constant 1743-1794 flogiston = vuurstof Flogiston geen elementaire bouwsteen! 27 Geheeltallige verhoudingen Gay-Lussac In chemische reacties tussen gassen verhouden water? gasvolumes zich als gehele getallen Volume verhouding 1778-1850 H2O Water geen elementaire bouwsteen! H2 O2 2/3 1/3 28 Dalton 1766-1844 H i.p.v. H2 O i.p.v. O2 N i.p.v. N2 Atomen (1803) - Alle materie bestaat uit atomen - Atomen kunnen niet gemaakt/vernietigd worden - Ieder element kent een eigen type atoom - Alle atomen van een element zijn identiek - Chemische reacties herschikken atoombindingen massa’s t.o.v. waterstof (1) 29 Avogadro 1 Mol = 22.4 liter Molekulen/volume eenheid Gelijke gasvolumes hebben evenveel molekulen 2 + 1776-1865 + di-atomaire molekulen! H2; N2; O2; H1 N7 O8 C 2 2 + 2 +2 2 + 30 # molekulen/gram (Mol) materiaal 2H++2eH2 500 km dikke laag coca-cola blikjes! CuCu2++2e Voorbeeld: e 1.61019 C 0.36 gram koper verdwenen ½ uur, 0.6 Ampère 1083 Coulomb 1083/(21.61019) 3.41021 Cu atomen/0.36 g i.p.v. #/g quote men #/Mol; 1 Mol = 63.5 g koper NA = 6.0221420 1023/Mol 31 Discussie vragen (1 Mol 22.4 liter) Ceasar’s laatste ademstoot bevatte 5 liter lucht (d.w.z. NA5/22.4 molekulen). Hoeveel van de door Ceasar’s laatst uitgeblazen molekulen denk je dat jij gemiddeld bij iedere inademing (weer 5 liter) naar binnen zuigt? A. tussen de 0.001 en 1000 B. veel minder dan 0.001 C. veel meer dan 1000 Nodig: volume v/d aardatmosfeer: 4(6400)2100 km3 5.21022 liter Dus: (NA5/22.4) molekulen 5.21022 liter 5 liter 10 molekulen 32 Mendeleev 1834-1907 Mendeleev voorspelde eigenschappen nog te ontdekken elementen! 33 Het Periodiek Systeem Chemistry: WebElements Periodic Table nummering: kernlading Edelgassen: hadden eerst geen plaats in Mendeleev’s periodiek systeem 34 Massa verhoudingen v/d elementen op Aarde Aarde Water Aarde geen elementaire bouwsteen! Universum: 73% waterstof 25% helium 2% de rest! Lucht 35 realiteit of fictie? Atomen: I. Electron microscopie 36 Atomen: realiteit of fictie? II. Scanning tunnel microscopie 37 realiteit of fictie? Atomen: III. Brownse beweging 38 39 Atoom Model Thomson 1897 e/m = 1.761011 C/kg 1856-1940 40 Millikan 1900 qe = 1.60217646 1019 C me = 9.1093819 1031 kg 1868-1953 41 Principe botsingsexperiment Je leert iets door bekende deeltjes te verstrooien aan een onbekend object! 42 Atoom model volgens Thomson Thomson zag een atoom als homogeen positief geladen smurrie met hier en daar een elektron oftewel een aardbei! 43 Rutherford 1911 1871-1937 44 Atoom model volgens Rutherford Rutherford zag tot zijn verbazing sporadisch een onder 180o verstrooid projectiel! 45 Chadwick 1932 http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/iso.html Chemistry: WebElements Periodic Table 1891-1974 Onstabiel: 14C14N halfwaardetijd: 5730 jaar Koolstof-14 46 De Elementaire Deeltjes (1932): Elektron, Proton & Neutron 1897 elektron Thomson 1911 kern Rutherford 1911 proton Rutherford 1932 neutron Chadwick 47 49 50 51
