Elektronen met lage energie: een uitgesprokener golfkarakter

1 · Voorspel

Een langzaam bewegend elektron heeft een langere de Broglie-golflengte dan een snel. Betekent dit dat het golfkarakter van een langzaam elektron experimenteel gemakkelijker of moeilijker waar te nemen is?

• Moeilijker waar te nemen voor langzame elektronen.
• Gemakkelijker — een langere golflengte (vergelijkbaar met atoomafstanden of spleetbreedtes) maakt diffractie- en interferentie-effecten duidelijker en aantoonbaar.
• Golfeffecten hangen niet af van de golflengte van het elektron.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling slow-electron-wave en druk op Herstel. Deze elektronen bewegen veel langzamer dan in het electron-de-broglie-experiment.
2. Zet de aflezing van de de Broglie-golflengte aan.
3. Stel voor elke meting de (lage) 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). Vergelijk de orde van grootte van deze golflengten met die van het electron-de-broglie-experiment.

4 · Analyseer

1. Reken voor één meting λ = h/√(2m_eK) uit met K in het bereik van 5-20 eV. Vergelijk met de tabel — merk op dat deze golflengten (honderden pm) langer zijn dan die van het electron-de-broglie-experiment met zijn hogere energie.
2. Leg met λ = h/p uit waarom het verlagen van de kinetische energie (het verlagen van de impuls) de de Broglie-golflengte altijd vergroot.

5 · Verdiep

1. Het Davisson-Germer-experiment van 1927 verstrooide langzame elektronen (vergelijkbare energieën als dit experiment, tientallen eV) aan een nikkelkristal en nam een diffractiepatroon waar dat exact overeenkwam met de voorspelde de Broglie-golflengte — de eerste directe experimentele bevestiging van materiegolven. Leg uit waarom langzame elektronen (met golflengten vergelijkbaar met de atoomafstanden in een kristal) de juiste keuze waren voor dit experiment.
2. Technieken zoals laserkoeling kunnen atomen afremmen tot extreem lage kinetische energieën, waardoor ze de Broglie-golflengten krijgen die groot genoeg zijn om opvallende kwantumgolf-effecten waar te nemen (zoals Bose-Einstein-condensaten). Leg het algemene principe uit dat 'kouder' verbindt met 'golfachtiger'.

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde