Kijken naar het kleine (quantum)

Onderwerp: Quantumwereld

Hoe beter de microscoop, hoe kleiner het voorwerp dat je kan zien.

Deze opgave komt uit de lesmethode Pulsar (3e editie) Natuurkunde 6 vwo leerboek, uit het hoofdstuk Quantumfysica. Uitgeverij: Noordhoff Uitgevers bv.

Algemeen geldt dat er geen details kunnen worden waargenomen die ongeveer even groot of kleiner zijn dan de golflengte van het licht of van de elektronen waarmee de waarneming plaatsvindt. Maak met behulp van dit gegeven een schatting van het maximale scheidend vermogen van:

Vraag a. Een lage energie elektronenmicroscoop bij een versnelspanning van 80 eV.

$\lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{\sqrt{2 \cdot m_e \cdot E_k(J)}} = \frac{6,\!626 \cdot 10^{-34}}{\sqrt{2 \cdot 9,\!1 \cdot 10^{-31} \cdot 1,\!6 \cdot 10^{-19} \cdot E_k(eV)}} \rightarrow$

$\lambda =\frac{1,\!2 \cdot 10^{-9}}{\sqrt{E_k(eV)}}$

Invullen geeft:

$\lambda = \frac{1,\!2 \cdot 10^{-9}}{\sqrt{80}} = 1,\!3 \cdot 10^{-10} \text{ m} = 0,\!13 \text{ nm}$

Het scheidend vermogen is dan maximaal rond de 0,20 nm.

Vraag b. Een transmissie elektronenmicroscoop bij een versnelspanning van 160 keV.

Invullen in de formule van antwoord a geeft:

$\lambda = \frac{1,\!2 \cdot 10^{-9}}{\sqrt{160 \cdot 10^3}} = 3 \cdot 10^{-12} \text{ m} = 3 \text{ pm}$

Het scheidend vermogen is dan maximaal rond de 5 pm.