Elementaire deeltjes

Elementaire deeltjes
Docenten:
J.W. van Holten
K. Gaemers
B. van Eijk
M. de Jong
Teyler Museum, Haarlem
voorjaar 2012
Tuesday, March 6, 2012
Afstanden
2.000.000 lichtjaar
300.000 km
30 km
1 mm
0,000.000.1 mm
Tuesday, March 6, 2012
Tijden
Tuesday, March 6, 2012
Natuurkrachten
Zwaartekracht
- uitdijing en grootschalige structuur van het heelal
Elektriciteit en magnetisme:
- straling: radio, licht, röntgen- en gammastraling
- magnetisme van mineralen
- atomen en moleculen: structuur en chemie
Sterke kernkracht en kleurkrachten:
- kernen en kerndeeltjes: quarks, baryonen en mesonen
Zwakke krachten:
- transmutaties, radioactiviteit
- kernfusie
- neutrino’s
Tuesday, March 6, 2012
Elementen
D. Mendeleev
atomaire bouwstenen van de chemie
Tuesday, March 6, 2012
Atomen en gassen
Gaswet:
pV = N k T
p
bij dezelfde (p, T) is het
aantal deeltjes per volume-eenheid
voor verschillende gassen gelijk
Loschmidt (1865):
N0 = 2,687 x 1022 deeltjes/liter
bij 273 K en 1 atm
of
Tuesday, March 6, 2012
k = 1,381 x 10-23 J/K
( constante van Boltzmann )
V
Atoommassa’s
H: 1,68
He: 6,65
C: 19,95
O: 26,6
Fe: 92,3
U: 399,7
x 10-24
relatief
1
4
12
16
56
g
238
Atomaire afmetingen
van der Waals:
2
2
( p + aN / V )( V - Nb ) = N k T
Tuesday, March 6, 2012
d(H) = 0,11 nm
d(He) = 0,06 nm
d(O) = 0,15 nm
d(Fe) = 0,25 nm
Elektronen
N
Z
J.J. Thomson (1897)
A$uiging van kathodestraal door een magneet
bepaling van e/m:
me/mH = 1/1837
Tuesday, March 6, 2012
Het Geiger -Rutherford experiment
E. Rutherford
H. Geiger
Tuesday, March 6, 2012
R - α-radioactieve bron
F - folie ( goud )
S - scintillatorplaatje
M - microscoop
Tuesday, March 6, 2012
elektron
lading -e
kern
lading Ze
Z = aantal protonen
atoomgetal
A = aantal kerndeeltjes
e = 1,602 x 10-19 C
Tuesday, March 6, 2012
A - Z = aantal neutronen
Atoomspectra
N. Bohr
Waterstofspectrum: Balmer lijnen
Energieniveaus van het elektron
in het waterstofatoom
Eion
En = ____
n2
hc
Em - En = h fmn = ____
λmn
Tuesday, March 6, 2012
Fotonen
Stralingswet van Planck:
E=hf=hc/λ
constante van Planck:
h = 6,63 x 10-34 Js
= 4,14 x 10-15 eV/ Hz
Intensiteit
Straling van een perfect absorberend voorwerp
gedraagt zich als een gas van deeltjes met energie
Golflengte λ
Tuesday, March 6, 2012
M. Planck
Comptonverstrooiing
A. Compton
lichtquantum
elektron
Tuesday, March 6, 2012
Materiegolven
Röntgenstraling
elektronen
Comptongolflengte
h
λ = ___
mc
Tuesday, March 6, 2012
hc = hf
mc2 = ___
λ
Equivalentie van massa en energie
Versnelling
A. Einstein
1
2
2 c4
v
m
__ = 1 - _____
2
c2
E
0.75
of
0.5
2
mc
E = ________
√1 - v2/c2
E/mc2
Tuesday, March 6, 2012
9.6
8.8
8
7.2
6.4
5.6
4.8
4
3.2
2.4
0.25
1.6
v2/c2
M. Goeppert Mayer
Bindingsenergie van kernen
Tuesday, March 6, 2012
Kernfusie:
4p + 2e ⟶ α + 2ν + 26,7 MeV
Onze zon zet iedere seconde 570 miljard kilogram
waterstof om in helium en verliest alleen daardoor
4,5 miljard kilogram aan massa
( De totale massa van de zon is 1.988 x 1030 kg )
Tuesday, March 6, 2012
Kernfusie in zware sterren
Tuesday, March 6, 2012
Supernova 1987a
Krabnevel
(1054)
Tuesday, March 6, 2012
Natuurlijke bronnen van hoog-energetische deeltjes
Kosmische straling:
ioniserende straling van
buiten de atmosfeer
- secondaire μ-deeltjes:
c τ = 660 m
- produkt van botsingen
tussen kerndeeltjes
V. Hess
Tuesday, March 6, 2012
Energiespectrum
van de primaire
kosmische straling:
aantal deeltjes
per vierkante meter
per seconde
met energie tussen
108 en 1020 eV
dat de atmosfeer
binnendringt
Tuesday, March 6, 2012