Quantumfysica in de praktijk

[Verwijderd]

Voor mijn eindwerk dit jaar moet ik naast het theoretische gedeelte ook een praktisch gedeelte integreren.
Aangezien mijn onderwerp vooral quantummechanica inhoudt, is het nogal moeilijk om een proefopstelling te vinden die compact is en geen stukken van mensen kost.
Daarom had ik gedacht om één van de basiswetten van de qm proberen uit te leggen aan de hand van een proef; de constante van Planck namelijk.

Aan de hand van LED's zou ik de golflengte van het uitgezonden licht willen bepalen met een spectroscoop en zo de constante van planck en de energie van afzonderlijke fotonen willen berekenen.

Mijn vraag is nu: wat voor spectroscoop heb ik hier voor nodig?
Kan ik deze zelf in elkaar knutselen of is hier hoogwaardig en precies materiaal voor nodig?

EDIT: Als je nog andere leuke experimenten weet om een quantumfysisch verschijnsel aan te tonen, dan is dat ook altijd welkom

[Lord Daemon]

Ik begrijp niet helemaal hoe je de constante van Planck wilt bepalen met de door jou voorgestelde proef?

Zou het beroemde dubbele spleet experiment niet gemakkelijker zijn? Je neemt een verduisterde kamer, een scherm met twee dunne spleten, en een lichtbundel die op die spleten valt. Als het goed is zie je een eindje van dat scherm af dan een interferentiepatroon ontstaan; een mooi quantummechanisch effect waar je gemakkelijk heel veel informatie over kunt vinden.

[Verwijderd]

Lord Daemon schreef op 23 oktober 2002 @ 21:48:
Ik begrijp niet helemaal hoe je de constante van Planck wilt bepalen met de door jou voorgestelde proef?

Zou het beroemde dubbele spleet experiment niet gemakkelijker zijn? Je neemt een verduisterde kamer, een scherm met twee dunne spleten, en een lichtbundel die op die spleten valt. Als het goed is zie je een eindje van dat scherm af dan een interferentiepatroon ontstaan; een mooi quantummechanisch effect waar je gemakkelijk heel veel informatie over kunt vinden.

Ik zou eerst de energie per aangeslagen elektron willen berekenen met de formule E = U.Q
daarna zou ik de golflengte van het uitgezonden licht willen bepalen en dan met de formule h = E/f de constante van Planck berekenen.

Jouw voorstel is anders ook niet slecht, maar is het echt nodig om het klaslokaal pikdonker te maken? want dat kan wel een probleem opleveren.

[Confusion]

Ach, donker genoeg om het interferentiepatroon waar te nemen. Dat lukt met een beetje laser al vrij snel.

Wat betreft het bouwen van een spectroscoop, daar is met google wel wat voor te vinden. Je hebt alleen een diffractierooster nodig, maar dat moet de docent wel kunnen regelen (geen idee wat ze kosten BTW).

[Lord Daemon]

Verwijderd schreef op 23 oktober 2002 @ 21:56:
Ik zou eerst de energie per aangeslagen elektron willen berekenen met de formule E = U.Q

E = U.Q? Je hoort mij niet zeggen dat het niet klopt, maar ik herken 'm zo snel niet. Waar staan U en Q voor?

daarna zou ik de golflengte van het uitgezonden licht willen bepalen en dan met de formule h = E/f de constante van Planck berekenen.

Hoe ga je die golflengte bepalen? Als je E en f weet, is het inderdaad simpel om h uit te rekenen.

Jouw voorstel is anders ook niet slecht, maar is het echt nodig om het klaslokaal pikdonker te maken? want dat kan wel een probleem opleveren.

Ik denk het wel - maar het hoeft niet per se in het klaslokaal lijkt me?

[Zoijar]

Verwijderd schreef op 23 oktober 2002 @ 21:56:
Jouw voorstel is anders ook niet slecht, maar is het echt nodig om het klaslokaal pikdonker te maken? want dat kan wel een probleem opleveren.

Ik kan me herinneren dat ik dit heb gedaan met natuurkunde op het VWO. Was goed te doen, gewoon het licht uit was geloof ik al genoeg.

[Lord Daemon]

Zoijar schreef op 23 oktober 2002 @ 23:38:
Ik kan me herinneren dat ik dit heb gedaan met natuurkunde op het VWO. Was goed te doen, gewoon het licht uit was geloof ik al genoeg.

Dan is het volgens mij wel een gemakkelijker proef dan je oorspronkelijke idee, Flukkie. Bovendien zie je hier echt het golfaspect van quantummechanica at work, terwijl de quantummechanica in jouw proef toch vooral uit de formules komt rollen.

Hoewel... het dubbele spleet experiment is ook begrijpelijk in de Bohm-mechanica, dus helemaal gelijk heb ik niet wanneer ik zeg dat je quantummechanica at work ziet. Maar dat zijn details die waarschijnlijk veel te ver voeren, dus maak je daat maar niet druk over.

[Verwijderd]

Lord Daemon schreef op 23 oktober 2002 @ 22:43:
[nohtml]
E = U.Q? Je hoort mij niet zeggen dat het niet klopt, maar ik herken 'm zo snel niet. Waar staan U en Q voor?

E is de energie van de fotonen, U is de spanning in Volt die je op de bron zet en Q is de constante voor 1 elektron volt = 1.6*10^-19 J

Hoe ga je die golflengte bepalen? Als je E en f weet, is het inderdaad simpel om h uit te rekenen.

E heb ik dus hierboven uitgerekend en f is gewoon de frequentie van het uitgezonden licht dat makkelijk te bepalen is als je de golflengte kent.
Alhoewel ik weet niet precies meer hoe je van golflengte naar frequentie gaat
Weet iemand anders dit misschien? (google heeft niets opgeleverd)

[/nohtml]Ik denk het wel - maar het hoeft niet per se in het klaslokaal lijkt me?

Ik zit in mijn laatste jaar van mijn secundair dus moet ik mijn eindwerk volledig in een gewoon klaslokaal voorstellen.
Ik heb dus nog geen hoogtechnisch labo ter mijn beschikking
Maar als gewoon wat verduisteren al volstaat dan is dat geen probleem.
Ik denk dat ik gewoon beide proeven ga doen.
Dan moet ik enkel nog even uitkijken hoe ik die spectroscoop ga bouwen.
Tips zijn altijd welkom

EDIT: damn deftig quoten wil maar niet lukken, Ik hoop dat jullie er een beetje aan uit kunnen

(Edit: FF die quotes goed gezet. - Lord Daemon)

[ Voor 0% gewijzigd door Lord Daemon op 24-10-2002 23:40 ]

[Doogie]

ik heb zelf zo'n spleet-interferentie-patroon-proef weleens gedaan, maar niet ivm quantummechanica. We hebben met een laser op zo'n spleetdia geschenen, en aan de hand van het interferentiepatroon de golflengte van de laser bepaald. Dit gaat het beste met een sterke laser. Ik kan je dit verslag wel even toesturen, en kan je mij misschien wat verderduwen in de richting van die quantummechanica<-->constante van Planck, en dit experiment?
Voor profielwerkstuk ben ik namelijk ook bezig met dit soort zut, en ik zoek nog een paar leuke experimenten.

Alhoewel ik weet niet precies meer hoe je van golflengte naar frequentie gaat

Voor van golflengte naar frequentie:
v = f * golflengte

v = c (lichtsnelheid), als je de golflengte dan weet kan je f uitrekenen

[Verwijderd]

Doogie schreef op 24 oktober 2002 @ 19:35:
ik heb zelf zo'n spleet-interferentie-patroon-proef weleens gedaan, maar niet ivm quantummechanica. We hebben met een laser op zo'n spleetdia geschenen, en aan de hand van het interferentiepatroon de golflengte van de laser bepaald. Dit gaat het beste met een sterke laser. Ik kan je dit verslag wel even toesturen, en kan je mij misschien wat verderduwen in de richting van die quantummechanica<-->constante van Planck, en dit experiment?
Voor profielwerkstuk ben ik namelijk ook bezig met dit soort zut, en ik zoek nog een paar leuke experimenten.


[...]

Voor van golflengte naar frequentie:
v = f * golflengte

v = c (lichtsnelheid), als je de golflengte dan weet kan je f uitrekenen

Ik dacht al dat de lichtsnelheid daar voor iets moest tussenzitten

Dat verslag van jou zou ik graag wel eens willen zien.
Als je msn hebt kun je mij altijd bereiken op [e-mail] dan kunnen we wat over deze interessante materie praten.

[Diadem]

Waarom wil je perse iets met quantumfysica doen? Je VWO kennis is zowieso niet toerijkend om de proef echt te begrijpen dan, dus eigenlijk is het zonde. En de natuurkunde biedt zoveel moois zonder quantummechanica te gebruiken.

De fun die je met een simpele slinger kunt hebben is al bijna oneindig. En een proef die ik vorig jaar heb gedaan was het bepalen van de gravitatieconstante. Fantastische proef, al is hij te moeilijk voor VWO denk ik. En quantummechanica heb je er echt niet voor nodig.

Je komt met quantummechanica sowieso bij optica terecht als je een simpele proef wilt. Dit is een behoorlijk frusterende tak van de natuurkunde als je een simpel experiment moet doen. Als je het echt wilt moet je het doen, maar wees dan voorbereid op vele uren prutsen omdat je opstelling een millimeter verkeerd staat.

Ik heb trouwens vorig jaar ook een experiment gedaan om de constante van Planck te bepalen. Dat was vrij simpel, maar vooral omdat we een computer hadden die alle meetwerk deden en een programma dat het al voor ons verwerkte. Zomaar een opstelling bakken is nog niet makkelijk.

Wat je nodig hebt is trouwens geen spectograaf, maar een chromator, een apparaat wat uit een lichtbundel 1 kleur kan selecteren. Dan jas je gewoon wit licht er doorheen, en krijg je aan de andere kant precies licht van een golflengte die jij wilt.

Dat knal je dan tegen een kathode, en dan meet je hoeveel stroom je daar over moet zetten om te zorgen dat de elektronen die loskomen niet bij de anode komen. Als je dat weet kun je uitrekenen hoeveel energie de losgemaakte elektronen hadden, en dus hoeveel energie het licht had. En dan heb je h.

[Doogie]

De reden dat ik hiermee bezig ben, is dat een vriend en ik dit gewoon erg leuke stof vinden. Daarom zijn we bezig met een werkstuk over de "elementaire deeltjes", waar we dus zo'n beetje alles in kunnen gooien wat we willen

En dat daar een beetje onderzoek bijhoort is ook niet zo gigantisch erg, met zn tweeën moeten we 160 uur volmaken, en als we daar overheengaan is dat ook niet zo'n probleem. We zijn dus op zoek naar een aantal interessante experimenten die we kunnen uitvoeren, de bepaling van de massa en de lading van het elektron doen we bijvoorbeeld ook al.

To flukkie: ik spreek je wel op MSN (ik moet me ook weer eventjes inlezen)

[Lord Daemon]

[nohtml]

Diadem schreef op 24 oktober 2002 @ 21:06:
Waarom wil je perse iets met quantumfysica doen? Je VWO kennis is zowieso niet toerijkend om de proef echt te begrijpen dan, dus eigenlijk is het zonde. En de natuurkunde biedt zoveel moois zonder quantummechanica te gebruiken.

Je VWO-kennis is niet voldoende om welke willekeurige tak van de fysica dan ook te begrijpen. Quantummechanica is mooi, dus waarom niet?

De fun die je met een simpele slinger kunt hebben is al bijna oneindig. En een proef die ik vorig jaar heb gedaan was het bepalen van de gravitatieconstante. Fantastische proef, al is hij te moeilijk voor VWO denk ik.

Hebben wij het hier over die ultiem saaie proef met die torsiebalans? Rare definitie van 'fun' heb jij. Bovendien lijkt een proef waarbij je al storingen krijgt als je loopt me niet erg geschikt.

[Diadem]

Lord Daemon schreef op 24 oktober 2002 @ 23:44:
[nohtml]
[...]
Je VWO-kennis is niet voldoende om welke willekeurige tak van de fysica dan ook te begrijpen. Quantummechanica is mooi, dus waarom niet?

Nee, maar normale mechanica begrijp je een stuk beter. Zoals die proef met een torsie balans, die kun je helemaal begrijpen met je VWO kennis, al zul je hem niet kunnen doorrekenen.

Hebben wij het hier over die ultiem saaie proef met die torsiebalans? Rare definitie van 'fun' heb jij. Bovendien lijkt een proef waarbij je al storingen krijgt als je loopt me niet erg geschikt.

Ja, die ja. En die is zeker niet ultiem saai, hij is ongelooflijk leuk. De fun zit hem juiste in het feit dat je al storingen krijgt als je loopt. Sterker nog, je krijgt al storingen als je in de buurt bent, of de maan ongunstig staat (Als ze deze proef in echt professionele omstandigheden uitvoeren krijgen ze al storingen als het regent ). Dat maakt het juist leuk, fysica in praktijk, super tastbaar, en erg apart.

[Lord Daemon]

Diadem schreef op 24 oktober 2002 @ 23:52:
Dat maakt het juist leuk, fysica in praktijk, super tastbaar, en erg apart.

Hmz. Twee dingen hadden ze van mij zo mogen schrappen uit het natuurkunde curriculum: practica en optica. Als jij zo'n proef leuk vindt, kan ik alleen concluderen dat wij hele andere dingen leuk vinden. Ik heb nog steeds nachtmerries van de F1, E1, F3 en E3 practica.

[Diadem]

Lord Daemon schreef op 25 oktober 2002 @ 00:20:

[...]
Hmz. Twee dingen hadden ze van mij zo mogen schrappen uit het natuurkunde curriculum: practica en optica. Als jij zo'n proef leuk vindt, kan ik alleen concluderen dat wij hele andere dingen leuk vinden. Ik heb nog steeds nachtmerries van de F1, E1, F3 en E3 practica.

Ik heb nog steeds nachtmerries over optica practicum (LEF. Heb jij dat gehad of hadden ze dat in jouw tijd nog niet?), en ook E1 mogen ze van mij afvoeren en nooit meer laten terugkomen.

Maar F1 heb ik nooit verkeerd gevonden. Verslagen schrijven is niet mijn favoriete hobby, maar dat went op een gegeven moment, en de proeven die ik gedaan heb waren best leuk.

[Lord Daemon]

LEF is inderdaad van na mijn tijd. Verslagen schrijven vind ik niet zo erg (jammer alleen dat ik nu pas LaTeX ben gaan leren, maar goed)... alleen die proeven doen? Wat een hel? Altijd van alles mis aan die opstelling, uren wachten op metingen, allemaal getalletjes aflezen, etcetera etcetera... verschrikkelijk. Er is een reden dat ik geen experimentele fysica ben gaan doen.

[Dido]

Waar is de mooie ouwe tijd dat je een rad van Lorentz bouwde, een weddenschap met je natuurkundeleraar won (omdat die niet geloofde dat ie van richting zou veranderen), met een ouwe XT zo'n 30.000 metingen verzamelde om dan na 30 bladzijden bla-bla met tien grafiekjes te komen die er leuk uitzagen en waarvan eigelijk niemand een idee had hoe je eraan kwam....

En chaostheorie zit nog steeds niet in het VWO curriculum voor zover ik weet

[Verwijderd]

Diadem schreef op 24 oktober 2002 @ 21:06:
Je komt met quantummechanica sowieso bij optica terecht als je een simpele proef wilt. Dit is een behoorlijk frusterende tak van de natuurkunde als je een simpel experiment moet doen. Als je het echt wilt moet je het doen, maar wees dan voorbereid op vele uren prutsen omdat je opstelling een millimeter verkeerd staat.

Optica is inderdaad frustrerend. Vaak moet je in het donker werken en dan maar prutsen totdat je een goede meting krijgt. Een proef met vloeibaar stikstof is wel leuk. Maar ik weet niet of je daar op VWO aan kan komen. Bij ons in het natuurkundegebouw van de TUE kun je het haast overal vandaan halen.

[Lord Daemon]

Dido schreef op 25 oktober 2002 @ 11:41:
En chaostheorie zit nog steeds niet in het VWO curriculum voor zover ik weet

En terecht - om daar ook maar iets van te snappen moet je toch al snel aan de gang met fractale dimensies en zo, wat niet in de VWO wiskunde zit.

[Verwijderd]

Lord Daemon schreef op 25 oktober 2002 @ 18:11:

[...]
En terecht - om daar ook maar iets van te snappen moet je toch al snel aan de gang met fractale dimensies en zo, wat niet in de VWO wiskunde zit.

Maar daar kan je wel veel over vinden op internet en in boeken dus dan moet het wel lukken
Ik had er vorig jaar in de 5e ook nog met fractale dimensies gestoeid voor mijn PO wiskunde