De Broglie-materiegolven: de golflengte van een elektron

1 · Voorspel

Louis de Broglie stelde voor dat deeltjes zoals elektronen ook een golflengte hebben, niet alleen licht. Heeft een sneller (hogere kinetische energie) elektron een langere of kortere de Broglie-golflengte?

• Langere golflengte voor snellere elektronen.
• De golflengte hangt niet af van de kinetische energie.
• Korter — hogere kinetische energie betekent een grotere impuls, en de golflengte is omgekeerd evenredig met de impuls.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling electron-de-broglie en druk op Herstel.
2. Zet de aflezing van de de Broglie-golflengte aan.
3. Stel voor elke meting de kinetische energie van het elektron in en noteer zijn de Broglie-golflengte.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen de golflengte λ (y-as) uit tegen 1/√K (x-as). Is de lijn recht en door de oorsprong?

4 · Analyseer

1. Reken voor één meting λ = h/√(2m_eK) uit met h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (met K omgerekend van eV naar joule). Vergelijk met de tabel.
2. Leg met λ = h/p en p = √(2m_eK) uit waarom hogere kinetische energie (en dus een grotere impuls) een KORTERE golflengte oplevert — het omgekeerde verband als bij een foton met E = hc/λ.

5 · Verdiep

1. Elektronenmicroscopen benutten de piepkleine de Broglie-golflengte van een elektron (veel korter dan zichtbaar licht) om details waar te nemen die veel kleiner zijn dan wat een optische microscoop ooit zou kunnen onderscheiden. Leg uit waarom elektronen met een hogere energie (kortere golflengte) het oplossend vermogen van een elektronenmicroscoop over het algemeen verbetert.
2. Ook een geworpen honkbal heeft een de Broglie-golflengte, maar die is veel te klein om ooit op te merken. Leg met λ = h/p en een typische impuls van een honkbal uit waarom materiegolf-effecten alleen waarneembaar zijn voor extreem lichte deeltjes zoals elektronen.

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde