1 Inleiding en Historisch Overzicht

1 Inleiding en historisch overzicht

In de loop van de geschiedenis is het beeld dat we hebben van materie regelmatig veranderd.

 

Zo'n 2500 jaar geleden dacht de Griekse wijsgeer Empedocles dat alles was opgebouwd uit vier elementen: aarde, lucht, vuur en water.

Bijna gelijktijdig bedacht Democritus, ook een Griek, dat alles bestaat uit zeer kleine, onveranderlijke deeltjes. Deze deeltjes noemde hij atomen (atomos = ondeelbaar).

 

Daarmee kwam hij al aardig in de buurt van de ideeën die we vandaag de dag hebben over materie. Toch bleef lange tijd het aarde- lucht-water-vuurmodel dominant. Pas vanaf het einde van de 18e eeuw begon het atoommodel veld te winnen.

 

 

 

 

1.2

Lang veranderde er vrijwel niets aan de ideeën die we hadden over materie, maar aan het eind van de 19e eeuw richtten de natuurkundigen hun aandacht op een aantal onverklaarbare verschijnselen. Met drie van die verschijnselen zullen we in deze lessenserie nader kennis gaan maken:

•        de straling die een gloeiend voorwerp uitzendt
 

•        het foto-elektrisch effect
 

•        de spectra van gassen

 

 

 

Het lukte niet om deze verschijnselen met de bestaande modellen te verklaren.

De grootste denkfout in deze modellen was namelijk dat men er vanuit ging dat alle natuurkundige processen continu (geleidelijk) verlopen. Newton zei ooit: "De natuur maakt geen sprongen!"

 

En daarin vergiste hij zich!

 

 

 

 

 

1.3

Opdracht 1

 

Deze opdracht voer je in tweetallen uit.

 

Maak een (PowerPoint) presentatie waarin je een overzicht geeft van de ontwikkeling van de deeltjestheorie.

 

•        Neem als startpunt de theorie van Empedocles (de vier elementen aarde, water, lucht en vuur).

 

•        Eindig met het atoommodel van Bohr.

 

•        Geef aan welke argumenten de geleerden hadden voor hun theorie.

 

•        Laat ook zien welke aanleiding er steeds was om het bestaande atoommodel te verbeteren en een nieuwe versie te ontwikkelen.

 

Maak gebruik van bronnen op internet, zoals Wikipedia.

Of gebruik deze zoekterm voor Engelstalige websites.

1.4

Opdracht 2

 

We bekijken een simulatie van het atoommodel dat in 1902 gepubliceerd werd door Joseph John Thomson.

•        Klik hier voor de site. Klik op de blauwe downloadknop om de simulatie te openen en kies vervolgens het tabblad 'Plum Pudding Atom', oftewel 'krentenbolmodel'.

 

 

 

 

 

•        Klik hier voor de site. Je kunt de simulatie starten door

in de simulatie op de rode knop te drukken, (zie figuur hiernaast).

•         Opmerking: het atoom in dit model heeft een doorsnede van 10-10 m.

 

 

•        Beantwoord de volgende vragen:

a

De bewegende deeltjes laten zien wat er zou gebeuren als dit model zou kloppen. Welke deeltjes worden gebruikt om het atoom mee te beschieten?

b

Wat stelt de rode 'wolk' voor in dit model?

c

Wat stellen de blauwe kleine bolletjes voor in dit model?

d

Wat valt op aan de baan van de bewegende deeltjes? Hint: vink het vakje 'show traces' aan.

e

Verklaar de term 'krentenbolmodel'.

Ga er bij je verklaringen vanuit dat er bij de interactie tussen de positief geladen alfadeeltjes en het atoom alleen een elektrische kracht werkt en er dus geen fysieke botsingen van deeltjes plaatsvinden!

 

In het krentenbolmodel zijn de positieve en de negatieve lading geheel uitgesmeerd over het atoom. Omdat positieve en negatieve ladingen tegen elkaar in werken is de netto lading overal nul.

f

Verwacht je, uitgaande van de bovenstaande kennis, dat de alfadeeltjes zullen afbuigen? Waarom wel, waarom niet?

De elektrische kracht tussen twee geladen deeltjes bereken je met de formule:

De betekenis van de symbolen in deze formule:

Fel = elektrische kracht (N)

f = een constante met de waarde 8,99*109 Nm2C-2

q1 = de elektrische lading van deeltje 1 (C)

q2 = de elektrische lading van deeltje 2 (C)

r = de afstand tussen de twee deeltjes (m)

g

Bereken hoeveel keer de kracht groter is als de geladen deeltjes zich op een afstand van 10-14 m van elkaar bevinden, vergeleken met deeltjes die 10-10 uit elkaar zitten.

1.5

Al snel bleek dat het atoommodel van Thomson niet werkte. De resultaten van de experimenten kwamen niet overeen met de voorspellingen op grond van Thomson's model.

 

Rond 1911 kwam Ernest Rutherford, geboren in Nieuw-Zeeland, met een verbeterd model. Daarbij kwamen de resultaten van de experimenten wel overeen met de voorspellingen.

 

 

 

 

Opdracht 3

We gaan het model van Rutherford bestuderen aan de hand van een simulatie. Start de simulatie door hier te klikken en vervolgens op de afbeelding onder 'Rutherford Scattering' te klikken. Kies daarna voor het tabblad 'Rutherford Atom'.

In het Rutherfordmodel zit de lading geconcentreerd in een piepkleine kern (10-14 m). Dit in tegenstelling   tot het Thomsonmodel waar de lading over het gehele atoom verdeeld is (10-10 m). 

 

a

Verklaar waarom sommige bewegende deeltjes nauwelijks van richting veranderen en andere deeltjes juist heel sterk van richting veranderen.

b

Welke eigenschappen van het atoom kun je op basis van het experiment zoals dat in de simulatie te zien is achterhalen?

c

Noem twee belangrijke verschillen tussen het model van Thomson en het model van Rutherford.

d

Varieer de energie van de deeltjes. Wat voor verschil zie je in afbuiging van de alfadeeltjes tussen een grotere en een kleinere energie? Geef hier een verklaring voor.

e

Varieer het aantal protonen in de kern. Wat voor verschil zie je in de afbuiging van de alfadeeltjes? Geef hiervoor een verklaring.Tip: wat is de lading van een alfadeeltje?

f

Varieer het aantal neutronen in de kern. Wat voor verschil zie je in de afbuiging? Geef hiervoor een verklaring.

1.6

Hoewel het atoommodel van Rutherford al een flinke verbetering was, konden er nog steeds veel verschijnselen niet mee worden verklaard.

 

In de volgende les zullen we met zo'n verschijnsel gaan kennismaken.

Wil je meer weten over een onderwerp uit deze les? Kies dan uit de onderstaande links:

Empedocles

 

 

Democritus

 

 

Atoommodel van Thomson

 

 

  Atoommodel van Rutherford

 

 

 

  • Het arrangement 1 Inleiding en Historisch Overzicht is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Bètapartners Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
    Laatst gewijzigd
    2015-05-08 14:19:21
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie.

    Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld  en getest in een SURF-project  (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student).  In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT.  In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo).  Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.

    Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl

    De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website). 

    Gebruiksvoorwaarden:  creative commons cc-by sa 3.0

    Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.

     

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Straling en materie' voor VWO 6 voor het vak natuurkunde.
    Leerniveau
    VWO 6;
    Leerinhoud en doelen
    Materie; Licht; EM-straling (niet zichtbaar); Natuurkunde; Licht, geluid en straling;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Trefwoorden
    e-klassen rearrangeerbaar
  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van